基于UG的径向剃齿刀齿面造型分析

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径向剃齿法作为一种齿轮精加工工艺,具有加工效率高、工件精度高、齿面质量好、刀具寿命长等优点,并适用于加工多联齿轮的实用工艺,受到越来越多的关注。但由于径向剃齿刀齿面为超越空间曲面,其齿向曲线是中凹的超越曲线,这种复杂的曲面给径向剃齿刀的磨削加工带来了一定的困难。径向剃齿刀刀具的制造技术难度限制了在国内的普遍应用,其中刀具的齿面修形是刀具制造的关键因素。因此对径向剃齿刀齿面造型的分析就具有十分重要的意义。径向剃齿加工机理是通过交错轴螺旋齿轮啮合,分布着容屑槽并具有切削功能的刀刃的齿面加压进给,并与被加工工件作无侧隙啮合运动,同时利用啮合齿面间的相对滑移产生的切削作用,来去除材料从而实现对工件的加工。本文分析了径向剃齿刀的设计理论,然后在UG中建立工件斜齿轮和径向剃齿刀毛坯的三维模型,通过模拟它们的实际加工过程,完成对剃齿刀毛坯的齿面修形,进而得到径向剃齿刀齿形,并通过提取其轮齿上的弧长进行对比分析,得到了一些有用的结论。本文主要进行了以下研究:(1)在分析了径向剃齿加工机理的基础上,建立辅助空间坐标系及工件齿轮的齿面参数方程,并推出不同坐标系间的转换矩阵,由于径向剃齿刀齿面与工件斜齿轮齿面是一对共轭齿面,因此工件齿轮齿面可包络出径向剃齿刀齿面,从而求出径向剃齿刀齿面及啮合线方程;然后确定基准螺旋面与求解基准面起始角,阐明了关于径向剃齿刀修形量的计算方法。(2)由于径向剃齿刀齿面的复杂性,单纯利用空间啮合原理进行径向剃齿刀的设计制造有一定的困难。鉴于此,根据包络原理,由于两者在任意时刻都是相互啮合,构造出工件齿轮以及径向剃齿刀毛坯的三维实体模型,通过工件齿轮对剃齿刀毛坯的修形,反切出径向剃齿刀。在UG中建立了具有错位排列切削槽的径向剃齿刀毛坯模型以及工件斜齿轮的三维参数化模型,并设计了生成错排切削槽的轮齿模型的流程图。(3)在UG中根据径向剃齿刀与工件斜齿轮的约束关系完成了二者的精确啮合装配;根据径向剃齿的实际加工状况,在UG中模拟其加工,设计仿真装配切割的流程并最终得到径向剃齿刀三维模型。(4)由于径向剃齿刀齿面与基准螺旋面的齿面差异是微量的,难以直接测量,本文采用对比不同位置处的弧长变化量的方法,对加工完成的径向剃齿刀和径向剃齿刀毛坯上分别在不同齿宽处建立一系列同心圆,然后分别对轮齿上的圆弧进行测量得出数据进行对比,分别绘制出在齿向以及齿廓上的修形量变化趋势图;最后分析了在齿面不同位置处的修形量及其对应的齿面形状。继而得出结论:在齿宽中部截面处修形量最大,并且越往齿宽边缘修形量越小,同时修形量数据基本呈现关于齿宽中面对称,齿廓修形量随着半径的减小而减小,说明得到的径向剃齿刀齿廓曲线已不是渐开线,而是越靠近齿根处齿厚越大,这样的剃齿刀既可以保证工件的加工精度,同时提高了刀具的强度和寿命。
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