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对于模数比较大的齿轮，其齿轮检验样板的设计与加工一直以来都是一个难度较大的工作。这主要是因为它需要设计、加工一个精度要求非常高的齿轮的齿槽样板，传统的设计和加工方法很难保证其两侧渐开线的精度。为了精确设计渐开线齿廓，可利用CAD软件的强大作图功能来实现它。本文介绍了利用CAXA系列CAD/CAM软件进行渐开线齿轮检验样板的设计与加工。 1 渐开线齿轮检验样板的CAD 已知齿轮模数m、齿轮齿数z、分度圆压力角α、齿顶高系数ha*、顶隙系数C*、齿轮变位系数x，且为等变位齿轮传动。用中文绘图软件CAXA电子图板（以下简称EB）进行渐开线齿轮检验样板设计的方法如下。 1）如图1（a）所示，在直角坐标系下，以原点为圆心分别作出齿顶圆da、分度圆d、基圆db、齿根圆df。各圆直径分别为： 2）应用EB中的绘制公式曲线的功能，绘制渐开线。渐开线方程为： 上式中t为渐开线在任意一点K的滚动角，它等于K点的展角θK与K点压力角αK之和。即t=θK+αK。公式中α、t均为弧度。为了能够完整的画出一个齿轮渐开线齿廓，t的范围应适当取大一些，可取0<t<1。渐开线从基圆上A点起始且与齿顶圆交与B点，然后将齿顶圆以外的渐开线裁减掉。 3）由于基圆内部没有渐开线，基圆与齿根圆之间的齿廓为圆弧过度，所以用EB的圆弧过度功能进行渐开线与齿根圆之间的圆弧过度，圆弧半径ρ=0.38m。这样一来，就得到了一侧完整的齿廓。 4）求出基圆齿厚所对应的圆心角＜AOA0。 做＜AOA0的角平分线On，将所做出的整个齿侧以On为轴做镜像拷贝。把不需要的线条裁减掉，就做出了一个完整的轮齿。 5）将整个轮齿绕原点做360°/Z的旋转拷贝。这样就做出两个了轮齿，两轮齿之间部分为齿槽。 6）如图1（b）所示，以齿槽的边界和相邻两轮齿的齿顶为齿轮检验样板的下边界。进而就可以进行渐开线齿轮检验样板的整体设计，因为其它边界的设计已经不重要了，所以这里就不详述了。 图1 渐开线齿轮及其检验样板 以上介绍的为利用EB进行外齿轮检验样板的设计方法，用相似的办法也可以进行内齿轮检验样板的设计。 2 渐开线齿轮检验样板的CAM 本文采用数控电火花线切割加工齿轮检验样板，使用CAXA系列的线切割编程软件WEDM进行NC程序的编制。具体过程如下。 2．1 CAD/CAM数据转换 CAXA―EB的图形文件格式为*.EXB。由于开发时间的先后及版本不同，不同版本的EB图形文件不一定能被CAXA-WEDM软件直接读取。此时，可使用DXF接口进行交换图形数据。先在EB中将图形用数据接口中的DXFOUT命令以DXF格式输出，然后在WEDM软件中用数据接口中的DXFIN命令读入。对于使用其它CAD软件绘制的图形，通常可用DXF格式进行数据交换。 ２.２ 加工代码的生成当用WEDM软件从CAD的图形文件中读入了齿轮检验样板图形曲线数据之后，就可以进行加工程序编制。其过程如下：先交互指定欲加工的廓形曲线及走丝方向、加工侧，并给出加工参数（见图2），计算机自动计算出走丝轨迹；必要时可以在计算机屏幕上进行加工过程仿真；最后根据选用的数控机床，由计算机自动生成加工代码。 图2 WEDM加工参数输入界面 线切割加工有快走丝、慢走丝两种不同类型的控制系统（机床）。国产快走丝机床采用3B格式代码程序，而慢走丝机床采用G代码程序。因此，应用CAXA－WEDM软件编制凸轮廓形线切割程序时，若用快走丝加工，不需填写后置处理参数表；若用慢走丝机床，则要按WEDM的通用后置输入参数值（图3），设置输出的G代码的格式。 图3 WEDM的通用后置处理界面 3 误差控制 加工出的齿廓检验样板的误差△由几何逼近误差δ1、NC编程插补误差δ2及线切割机床加工误差δ3（含脉冲化误差）组成。计算机中的解析曲线是由有限个型值点来表示的，因此存在曲线几何逼近误差。CAXA-EB的公式曲线是用NURBS样条曲线来逼近、表达解析曲线（渐开线）的，其逼近精度即是几何逼近误差δ1。 NC编程时，对于直线、圆弧分别利用直线插补、圆弧插补时，将不存在编程插补误差。而对NURBS曲线加工时，采用折线逼近样条曲线时，必然会产生插补误差δ2。从NC加工工艺来说，控制δ1+δ2在总误差△的三分之一以内，才是较为合理可行的。因此，用EB公式曲线画渐开线齿廓曲线的精度应取小于△的数值，用WEDM编程时的“轮廓精度”也应取小于△的数值，才能保证取得合格的加工精度。当然，若所选用的线切割机床的加工精度等级达不到检验样板所要求的精度，则应该选用精度等级更高的线切割机床。 4 实例表1是所加工的齿轮参数值，精度δ1=0.001mm，编程插补精度δ2=0.001mm，切割丝径0.1mm。按本文方法生成的检验样板廓形的快走丝线切割NC程序如下。 表1 齿轮参数 m z α ha* C* x 10 18 20° 1.0 0.25 0 B671B3305B3305GYL4 B1B26370B26370GYL3 B20098B97857B6786GXSR2 B17B20B20GYL4 B51B61B61GYL4 …… 为了使生成的3B程序便于阅读，WEDM软件还可以输出如下三种格式的程序，用户可以根据自己的需要选择。 B 309 B 2943 B 2943 GY L4 B 1 B 26370 B 26370 GY L3 B 20098 B 97857 B 6786 GX SR2 B 17 B 20 B 20 GY L4 B 51 B 61 B 61 GY L4 …… **************************************** CAXAWEDM -Version 2.0 , Name : 3.3B Conner R= 0.00000 , Offset F= 0.10000 ,Length= 167.769 mm **************************************** Start Point = 159.09933 , 42.51213 ; X , Y N 1: B 309 B 3305 B 3305 GY L4 ; 159.408 , 39.207 N 2: B 1 B 26370 B 26370 GY L3 ; 159.407 , 12.837 N 3: B 20098 B 97857 B 6786 GX SR2 ; 166.193 , 13.989 N 4: B 17 B 20 B 20 GY L4 ; 166.210 , 13.969 N 5: B 51 B 61 B 61 GY L4 ; 166.261 , 13.908 …… **************************************** CAXAWEDM -Version 2.0 , Name : 5.3B Conner R= 0.00000 , Offset F= 0.10000 ,Length= 168.177 mm **************************************** Start Point = 158.73719 , 42.87426 ; X , Y N 1: B 671 B 3667 B 3667 GY L4 (直线起点: 158.7372 , 42.8743) (终点: 159.4082, 39.2073) N 2: B 1 B 26370 B 26370 GY L3 (直线起点: 159.4082 , 39.2073) (终点: 159.4072, 12.8373) N 3: B 20098 B 97857 B 6786 GX SR2 (圆弧起点: 159.4072, 12.8373) (终点: 166.1932 , 13.9889) (圆 心: 179.5060, -85.0200) (半径: 99.9000) N 4: B 17 B 20 B 20 GY L4 (直线起点: 166.1932 , 13.9889) (终点: 166.2102, 13.9689) …… 5 结束语 本文介绍的方法完全基于通用CAD/CAM软件的现有功能，无需进行任何形式的语言编程，简单方便实用，具有通用性。不过，CAXA-WEDM本身也具有公式曲线功能，直接用其进行齿轮检验样板廓形的设计与加工编程，不需要进行数据转换，更简单一些。若使用AutoCAD进行齿轮检验样板设计，则需要使用Autolisp或C语言编程，增加了设计难度。 |
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