非圆齿轮加工技术的研究毕业论文.doc

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1、 毕业设计（论文）任务书 题目： 非圆齿轮加工技术的研究 姓名 符印 学院 机械工程学院 专业 机械设计制造及其自动化 学号200702010205 指导老师 职称 副教授 教研室主任 一、 基本任务及要求：1. 分析非圆齿轮工作原理，探索其滚齿、磨齿加工方法； 2. 进行非圆齿轮加工工艺设计并编程； 3. 非圆齿轮加工过程仿真； 4. 完成非圆齿轮加工工装夹具装配图及主要零部件图合计2张一号图纸，按照要求撰 写15000 字左右设计论文。 二、 进度安排及完成时间： 1、 准备阶段。时间2010-12-62010-12-26 了解设计内容，搜集有关技术文献资料，自学CAD/CAE软件和相关设

2、计技术。 2、 确定设计方案。时间：2010-12-272011-1-23 完成文献综述和开题报告，提出解决问题的初步方案，并对方案优、缺点进行比较，分析实 施 可行性，按实际条件确定实施方案。 3、 设计及实验。时间：2011-2-112011-5-20 应用CAD软件完成非圆齿轮加工工艺研究，设计非圆齿轮加工工装夹具，进行非圆齿轮加工过 程仿真，并借助毕业实习环节完善设计。 4、 撰写毕业设计说明书。时间：2011-5-212011-6-5 按湖南工程学院毕业设计说明书相关标准要求撰写毕业设计说明书。 5、 毕业答辩工作。时间：2011-6-82011-6-10 6、 毕业设计整改。时间：

3、2011-6-112011-6-20 目 录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 引言11.2非圆齿轮的特点及应用11.2.1 非圆齿轮的特点11.2.2非圆齿轮的应用1第2章非圆齿轮画法研究32.1引言32.2非圆齿轮的基本参数设计32.3基于CAXA的椭圆齿轮画法设想42.4UG参数化建模绘制椭圆齿轮9第三章椭圆齿轮加工工艺设计143.1零件的分析143.1.1 零件的作用143.1.2 零件的工艺分析153.2椭圆齿轮加工工艺的问题和采取的措施153.2.1 孔和平面的加工顺序153.3椭圆齿轮加工定位基准的选择153.3.1粗基准的选择153.3.2 精基准的选择163.4椭圆

4、齿轮工艺路线的拟定173.4.1加工方法的选择173.4.2加工阶段的划分173.5机械加工余量、主轴速度、切削速度、进给量的确定183.6铣夹具的设计193.6.1 定位、夹紧装置193.6.2 夹紧力的计算19第4章非圆齿轮的加工技术研究214.1引言214.2线切割加工非圆齿轮的研究214.2.1 线切割加工技术214.2.2 CAXA线切割XP软件224.2.3 加工仿真过程224.3基于UG7.5的多轴加工非圆齿轮研究264.3.1 UG7.5的多轴加工仿真技术274.3.2 UG7.5的多轴加工仿真过程274.4两种加工方式的对比研究404.4.1 多轴加工缺点分析404.4.2

5、线切割的误差分析及改进方案404.4.3 线切割加工和多轴铣削加工分院齿轮的可共存性414.5多轴加工相对于传统加工方式的对比研究41结论43参考文献44致谢46附表非圆齿轮加工技术的研究摘要：随着数控技术在加工制造方面的发展应用，非圆齿轮的加工技术步入一个新阶段。在本课题中，探索了非圆直齿轮简化画法的可行性，对椭圆齿轮的加工工艺进行了分析设计，并设计了椭圆齿轮加工工装夹具，分别通过CAXA线切割、UG6.0软件对非圆齿轮的加工过程进行虚拟仿真，对其加工的方式进行了对比分析。关键词：非圆齿轮；加工；绘图；椭圆齿轮Non-circular gear processing technologyAb

6、stract：With the CNC manufacturing technology in the development and application processing, processing technology of non-circular gear into a new phase. In this issue, the non-circular gear explored the feasibility of the simplified drawing of oval gear design process is analyzed and designed the ov

7、al gear machining fixture, respectively, through CAXA Wire, UG6.0 software The processing of non-circular gears for virtual simulation, its processing methods were compared.Keywords: Non-circular gear;Processing;Drawing;Elliptical gear II 第1章 绪 论1.1 引言非圆齿轮从20世纪初出现到现在已经有了一个世纪的历史，它的发展过程几经波折，在20世纪40年代，

8、由于当时机械制造业对传动机构的多样化，复杂化要求，当时已有的齿轮传动或者其他的传动机构很难满足需求。为了实现变传动比传动，人们研究出了非圆齿轮，但是由于当时设计加工水平的限制，无法生产出复杂的，精度要求高的非圆齿轮，且生产出的非圆齿轮传动效率不高。因此非圆齿轮的实际生产并没有得到实际的推广和发展，仅在形状相对简单的椭圆齿轮副上有一定的研究。直到20世纪80年代，随着CAD/CAM系统、计算机技术在制造业的应用，非圆齿轮的生产设计才有了质的飞跃。非圆齿轮正式进入了实际生产领域。1.2非圆齿轮的特点及应用1.2.1 非圆齿轮的特点非圆齿轮最显著的特点是综合了圆形齿轮和凸轮机构的优势，能够准确地以变

9、传动比传递较大动力。另外，非圆齿轮可按运动要求进行精确的设计和制造，运动精度高；节曲线封闭的非圆齿轮可以单向连续的传动，获得周期性的变速比运动；非圆齿轮副的结构紧凑，非圆齿轮相对其它传统机构，具有传递效率高、刚性好、传动比较平稳、容易实现平衡等优点。但在应用方面却没有得到普及。关键制约它发展的原因就在于加工技术不够成熟。现有的加工制造方式生产率低下，成品率低，且难以保证零件的精度要求。因此，研究非圆齿轮的加工技术，对生产技术的提高，对社会产生的经济效益都有重大意义。1.2.2非圆齿轮的应用非圆齿轮机构可实现变传动比传动，非圆齿轮与某些机构组合可实现某些特殊的运动，其他机构若要实现其功能，则不可

10、避免的让其机构复杂化，巨型化。非圆齿轮机构在某些情况下还能够达到改善运动性能和动力性能的目的。目前，在航空航天、工程机械、机器人、船舶等领域得到了广泛的应用。 归纳非圆齿轮的应用类型主要有： （1）非圆齿轮机构：由一对非圆齿轮传动实现变传动比传动或间歇驱动机构。 （2）非圆齿轮与曲柄滑块机构组合：可实现滑块等速快回运动或行程中增、减速度。 （3）非圆齿轮与曲柄摇杆机构组合：可实现从动件的特殊运动要求。 （4）非圆齿轮与凸轮机构组合：可实现从动件的特殊运动规律。 （5）非圆齿轮与槽轮机构组合：可改善运动特性，减小启动时的加速度。 （6）非圆齿轮差动轮系机构：可实现输出轴：转角单纯增加或减少；连续

11、摆动；间歇摆动；间歇转动；摆动旋转等。第2章非圆齿轮画法研究2.1引言椭圆齿轮的绘制难度是实际上制约椭圆齿轮应用的主要因素，在现有的椭圆齿轮绘制方法里，很难找到一种快捷，灵敏的方式。实质上，椭圆齿轮标准化得阻碍就在于其画法没有得到规范。在本课题的研究中，也深受此制约的影响。此画法的研究属于一种探索，所绘制的椭圆齿轮是通过简单的阵列命令得到，其结果还不能令人满意，经综合对比分析，此方法相对其它方法具有计算简单、绘图快捷、齿形标准等优势。2.2非圆齿轮的基本参数设计椭圆齿轮的节曲线是封闭的，根据封闭节曲线上轮齿均匀分布的特点，则有椭圆周长 再根据椭圆周长的计算公式通过积分进行计算，可求出符合轮齿均

12、匀分布要求的常半轴A,椭圆曲线的短半轴椭圆齿轮偏心率的确定，根据上面求得的长短轴半径，求椭圆偏心率不产生根切的最大模数为齿数Z的确定，根据求出的模数和椭圆周长，可以得到齿数Z。我国规定了齿顶高系数和顶隙系数的标准值：1）正常齿制 当时，当m1mm时，2) 短齿制，齿顶高 齿根高压力角 我国规定分度圆压力角一般为202.3基于CAXA的椭圆齿轮画法设想1.利用caxa软件绘图功能里的椭圆绘制功能，见图2.1。图2.1 椭圆绘制2.在左下角输入相应的长短半轴，见图2.2,然后生成相应的椭圆节曲线。图2.2 椭圆参数3.确定齿顶高曲线与齿根曲线椭圆齿轮的齿顶高和齿根高，应在节曲线的法线方向计量。所以

13、，齿轮的齿顶曲线和齿根曲线，理论上是其节曲线的法向等距线，它们与节曲线之间的法向距离分别是齿顶高和齿根高。利用caxa绘图工具里的等距线命令，选取节曲线，输入齿顶高，选取相应的方向，然后生成了齿顶高曲线，见图2.3。图2.3 椭圆齿顶高曲线绘制齿根曲线绘制方法类似，见图2.4。图2.4 椭圆齿根曲线绘制 4.绘制齿廓曲线非圆齿轮的齿形，严格来说，是应该按照其齿廓曲线的解析方程来确定。用直线和圆弧来拟合其上的点，只要计算出的点多，则用这种方法得到的齿廓就够精确，不足之处就是方程式复杂，计算量大、费时繁琐。另一种方法是折算齿形，把各齿折算成其当量圆齿轮的齿形，此法只要按每个轮齿分别进行折算，其结果

14、得到的齿形也能达到一定的精确度，该法无需大量的计算，但过程依旧比较繁琐。进过本人研究，改进后，椭圆齿轮的画法得到了极大的简化。首先，利用绘图里的齿轮命令绘制一个单个的齿轮，把通过计算、查阅资料得到的相应参数填入下表，见图2.5。图2.5 单齿参数设置1点击下一步，单齿参数设置2，见图2.6。图2.6 单齿参数设置2勾选有效齿数，填入1，这样就生个了一个单个的齿，在有效齿起始角里填入84，这样生成的齿就是一个水平放置的单齿，有利于下一步的工作，如果生成的不是水平放置的单齿，则勾选“中心线（延长）” 然后点击完成 系统生成的图像见图2.7。图2.7 单齿图像绘制直线，连接中心线的中点和齿顶的中点，

15、再标注出这条线和水平方向中心线的夹角，见图2.8。图2.8 单齿角度测量用90减去这个角度，再把这个角度输入到有效齿起始角里 这样生成的单个齿，就是水平放置，再通过平移把这个单齿移动到短半轴的轴线和齿顶圆相交的位置，见图2.9。图2.9 设置单齿位置然后通过曲线阵列，输入相应齿数，就能生成相应的椭圆齿轮，见图2.10。图2.10 椭圆齿轮生成5. 删掉开始绘制的单齿，齿顶圆，齿根圆，和节曲线，这样一个完整的椭圆齿轮就绘制完成了，见图2.11。图2.11 椭圆齿轮此法大大减小了椭圆齿轮的计算量，节省大量时间，由于单齿是采用标准渐开线齿轮的齿形，为椭圆齿轮的标准化提供了前提。此外，此方法还可推广应

16、用到其他非圆直齿轮的绘制，在齿形相同的前提下，利用曲线阵列命令，可得到更多形式的非圆直齿轮。由于此画法基于caxa软件的曲线阵列命令，而曲线阵列命令的不完善导致生成的齿轮存在一定的偏移。导致的齿根过渡曲线不能完全连接，或者出现重叠、交叉等现象。2.4UG参数化建模绘制椭圆齿轮在本课题中，所使用的椭圆齿轮是用此方法得到，椭圆齿轮参数见表2.1使用笛卡尔坐标系进行设计，渐开线方程是固定的，一般来说齿轮压力角也是固定为20度，齿根到基圆之间的齿形由一段圆弧决定，其半径是。 齿数模数压力角齿顶高系数齿顶隙系数3062010.25齿顶高齿根高节曲线长半轴节曲线短半轴齿全高67.51008013.5表2.

17、1 椭圆齿轮参数1.输入表达式打开UG，进入工具的表达式选项，输入椭圆齿轮的各个参数。如图2.12。图2.12 表达式选项2.建立渐开线利用规律曲线，选择根据方程确定，将改成x，将改为y，将改为z。其他不管，生成渐开线如图2.13。使用规律曲线工具如下： 图2.13 渐开线3.完善齿面曲线以椭圆的短轴长为标准绘制三个圆，直径分别是d、和，进入x-y草绘，提取渐开线，将三个圆固定，直线将分度圆和渐开线的交点与原点连接，在渐开线下方画一条直线，此直线与上一直线的角度是，即，即半个齿的角度。见图2.14。图2.14 齿面曲线4.绘制完成齿形曲线采用镜像工具得到齿形曲线，以直线为中心，镜像另一半。镜像

18、参考线为上一步得到的参考线。见图2.15。图2.15 齿形曲线5.绘制完整齿形图利用基本曲线工具，将两段曲线连成圆角，生成完整齿形图，如图2.16。图2.16 基本曲线6.拉伸齿形采用菜单中的拉伸选项步得到的完整的齿形曲线，将其朝z的正方向拉伸距离20mm，如下图2.17。 图2.17 拉伸的齿7.画出整个椭圆画出整个椭圆的轮廓线，然后进入草图并进入拉伸区，拉伸椭圆，高度为20mm。拉伸椭圆如图2.18。 图2.18 拉伸的椭圆8.引用几何体 从UG的主菜单插入中进入关联复制的引用几何体位置下，点击引用几何体出现图2.18，选择图2.18的齿确定，选择路径确定之后得到图2.19的曲面图。 图2

19、.19 曲面图9.剪裁面从插入进入修剪目录下的修剪体得到图2.20剪切图，选择工具选项为面或平面。图2.20 剪切图10.切割得到齿形图2.20 完整齿轮第三章椭圆齿轮加工工艺设计3.1零件的分析图3.1 椭圆齿轮零件图图3.1是椭圆齿轮零件图，它是非圆齿轮泵的基本零件之一，通过键和轴连接在一起。其基本参数见表3.1 齿数模数压力角齿顶高系数齿顶隙系数3062010.25齿顶高齿根高节曲线长半轴节曲线短半轴齿全高67.51008013.5表3.1 椭圆齿轮参数3.1.1 零件的作用椭圆齿轮是齿轮泵的主要工作部件，是由两个相互啮合的齿轮组成，其中一个是主动齿轮，另一个为被动齿轮。两个齿轮的各个齿

20、间槽与泵体和两个端盖形成了密封的工作容腔。当齿轮旋转时，泵的吸油腔侧两个齿轮逐渐脱开，使这密封容腔容积逐渐增大，形成部分真空，油箱中油液在大气压力作用下经油管进入该腔，被吸入泵体内的油液充满齿间槽，并随着齿轮的旋转带到齿轮泵的压油腔。在压油侧，两个齿轮的轮齿逐渐啮合，使密封工作容腔减小，齿间油液被挤出，进入液压系统。随着齿轮的不断旋转，油液便不断的从吸油腔吸入，从压油腔排出。3.1.2 零件的工艺分析由椭圆齿轮的零件图可知，此零件是一个非标准零件，椭圆齿轮的外表面有三个需要加工的面，此外，表面还需加工一一个中心孔及键槽。因此可将它们分为三组加工表面。它们相互之间有一定的位置要求。现分析如下：

21、（1)以车削为加工方式的加工面，这一组加工面包括：上、下表面粗、精加工，220mm外圆粗、精加工。粗、精加工选择普通车床。上下表面都有粗糙度要求以及平行度要求。零件还需要加工一个50mm的中心孔。此中心孔跳动公差为0.01mm。 （2）中心孔上键槽的加工，中心孔上键槽的插铣加工。键槽加工有对称度的要求。 （3）齿轮齿形加工，分为粗铣、精铣齿形。 3.2椭圆齿轮加工工艺的问题和采取的措施由上分析可知，椭圆齿轮零件主要的加工是上下表面、中心孔、键槽及齿形。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于椭圆齿轮来说，加工过程中的主要问题是齿形的铣削，保证孔的尺寸精度和位置精度，处

22、理好孔和平面之间的相互关系。3.2.1 孔和平面的加工顺序 齿轮类零件的加工遵循先面后孔的原则：即先加工齿轮上的基准平面，以基准平面定位加工其它平面，然后再加工孔系。椭圆齿轮的加工应自然遵循这个原则，这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以切去工件表面的凹凸不平，为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。 椭圆齿轮零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。3.3椭圆齿轮加工定位基准的选择3.3.1粗基准的选择粗基准选择得是否合理，直接影响到各个加工表

23、面的加工余量的分配，以及加工表面和非加工表面的相互位置关系。粗基准的选择应满足下列要求：1) 有些零件上的个别表面不需要进行机械加工，为了保证加工表面和非加工表面的位置关系，应该选择非加工表面作为粗基准。当零件上有若干个不需要进行机械加工的表面时，应该选择那个与加工表面相互位置关系最为密切的非加工表面作为粗基准。当零件上具有较多需要加工的表面时，粗基准的选择，应有利于合理地分配各加工表面的加工余量。在余量分配时，应考虑一下两点： （1）应保证各加工表面都有足够的加工余量。 （2）为保证重要表面的加工余量小而匀称，并使总的金属切除量最小应以重要表面作为粗基准。当零件上有多个重要表面时，应选择加工

24、余量要求最严格的那个表面作为粗基准。3）应尽量选择没有飞边、交口、冒口或其它缺陷的平整表面作为粗基准，使工件定位可靠。4）粗基准在零件的加工过程中一般只能使用一次，由于粗基准的误差很大，重复使用必然产生很大的加工误差。以上各项原则，每项只突出了一个方面的要求，具体应用时，可能会相互矛盾，这时，应根据零件的技术要求，保证主要方面，兼顾次要方面，使粗基准的选择合理。例如本课题220mm外圆的加工，可以先选择毛坯的外圆作为粗基准来加工220mm的外圆。3.3.2 精基准的选择在零件的机械加工过程中，除起始工序采用粗基准外，其余工序的主要定位面都应采用精基准。选择精基准时，应重点考虑如何减少工件的定位

25、误差，保证加工精度，并使夹具结构简单，工件装夹方便。具体选择原则为：1) 基准重回原则应尽量选择加工表面的工序基准作为定位基准，称为基准重回原则。采用基准重回原则，可以直接保证加工精度，避免基准不重回误差。2） 基准统一原则在零件的加工过程中，应采用同一组精基准定位，尽可能多的加工出零件上的加工表面。这一原则称为基准统一原则。在实际生产中，经常采用的统一基准形式有： （1）轴类零件常使用两顶尖作统一基准。 （2）箱体类零件常使用一面两孔（一个较大的平面和两个距离较远的销孔）作统一基准。 （3）盘套类零件常使用止口面（一端面和一短圆孔）作统一基准。 （4）套类零件用一长孔和一止推面作统一基准。

26、3）自为基准原则 选择加工表面本身作为定位基准，这一原则称为自为基准原则。自为基准原则多应用在某些要求加工余量小而均匀的精加工中。 4）互为基准原则 对于零件上两个有位置精度要求的表面，可以彼此互为定位基准，反复进行加工。 除上述四个原则外，选择精基准时，还应考虑所选精基准能使工件定位准确、稳定、夹紧方便可靠、夹具的结构简单、操作方便。例如本课题椭圆齿轮的加工，在加工键槽时，以220mm外圆为精基准，在加工椭圆外轮廓时，以中心孔作为精基准。3.4椭圆齿轮工艺路线的拟定拟定工艺路线是工艺规程设计的关键环节。工艺路线的合理与否，直接影响到工艺规程的合理性、科学性和经济性。通常，要拟定几种可能的工艺

27、路线方案，经分析比较后，选择其中最优秀的一个方案。3.4.1加工方法的选择在选择加工方法时，一般总是首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定该表面终加工工序方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。主要表面的加工方案和加工方法选定之后，再选次要表面的加工方案和加工方法。选择加工方法时，除应保证加工表面的精度和粗糙度要求之外，还应综合考虑下列因素。（1） 工件材料的性质 加工方法的选择，常受工件材料性质的限制。（2） 工件的结构和尺寸 以内圆表面加工为例，对于IT7级精度的孔，常采用拉削、铰削、镗削和磨削等方法来加工。（3） 生产类型和现场生产条件 大批量生产时，降低零件制

28、造成本的主要途径是提高生产率，故应选用高生产率和质量稳定的加工方法。3.4.2加工阶段的划分为保证加工质量和合理地使用资源，对零件上精度要求较高的表面，应划分加工阶段来加工，即先安排所有表面的粗加工，再安排半精加工和精加工，必要时安排光整加工。(1) 粗加工阶段 主要任务是尽快切去各表面上的大部分加工余量，要求生产效率高，可用大功率、刚度好的机床和较大的切削刀具进行加工。(2) 半精加工阶段 在粗加工的基础上，可完成一些次要表面的终加工，同时为主要表面的精加工准备好基准。(3) 精加工阶段 保证达到零件的图纸要求，此阶段的主要目标是保证加工质量。(4) 光整加工阶段 对于质量要求很高（IT6级

29、以上，表面粗糙度在0.2um以下）的表面，还应增加光整加工阶段，以提高尺寸精度和减小表面粗糙度。根据以上分析过程，现将椭圆齿轮的工艺路线安排如下：工序1：下料（材料45) 棒料250x50mm工序2：热处理（调质），淬火后，通过高温回火，控制硬度在20-30HRC。工序3：车，平端面、粗车、精车外圆、钻中心孔、车内孔、粗车、精车前端面、切断、粗车、精车后端面。以毛料外圆为粗基准，以220mm外圆为精基准，分别车内孔，粗车、精车上下两端面，选用CA6140卧式车床和三爪卡盘夹具。工序4：插，插键槽，以220mm外圆为精基准，选用B5050A插床和专用夹具。工序5：线切割，割椭圆外形轮廓。割椭圆外

30、形轮廓选用中心孔为精基准。选用7750线切割机床及专用夹具。工序6：粗铣、精铣齿轮齿形，以中心孔为精基准，选用sim08加工中心和专用铣床夹具。工序7：检，磁粉检测检查齿面烧伤及裂纹、检查齿轮精度。工序8：钳，去毛刺。工序9：热处理，为了加强齿轮的硬度，采用火焰淬火工艺。3.5机械加工余量、主轴速度、切削速度、进给量的确定工序7：粗铣、精铣椭圆齿轮齿形机床：sim08五轴加工中心刀具: 材料 高速钢 立铣刀 D=4mm Z=2(1) 粗铣切削深度ap=2.0mm每齿进给量fz：参照机械加工加工工艺手册，fz=0.08mm/z切削速度V：查阅硬度对照表，HRC30可近似换算为HBS283，参照实

31、用金属切削加工工艺手册，取V=20m/min机床主轴转速n：，取2400r/min实际切削速度v：进给量(2) 精铣切削深度ap=0.4mm刀具：材料 高速钢 球头铣刀 D=3mm Z=2每齿进给量fz：参照机械加工工艺手册，fz=0.08mm/z切削速度V：参照实用金属切削加工工艺手册，取V=40m/min机床主轴转速n：取4300r/min实际切削速度v：进给量3.6铣夹具的设计夹具是重要的工艺装备之一，简称“工装”。使用正确设计的工艺装备，可以充分改善劳动条件，降低成本。设计专用工艺装备的目的是降低产品成本，提高生产效率。此零件采用sim08加工中心，中批量生产，对零件进行加工。考虑成本

32、和生产效率，需要设计专用夹具。3.6.1 定位、夹紧装置采用夹具体与心轴组合的结构。即依靠齿轮中心孔与心轴之间的配合决定中心位置（不需要找正），以端面为基准平面定位夹紧。因是中批生产，不必采用复杂的动力装置。为使夹紧可靠，可采用螺母、垫片夹紧。心轴是可换的，因而通用性好，且结构简单，易于拆装，夹紧方便可靠，质量稳定，精度高，生产效率高。夹具在安装时可以校正心轴的旋转中心，因而可消除夹具的几何偏心。适合于中小型齿轮的批量生产。底面采用盘式结构，通过四个T型槽、螺栓、螺母和工作台连接。因此夹具体的下表面有平面度和粗糙度要求。3.6.2 夹紧力的计算查现代实用机床设计手册，螺旋增力机构夹紧力的计算公

33、式为 （3.1）轴向夹紧力；操作力矩，M=FL；操作力；操作力臂，一般取10d14d ；螺纹大径；螺纹中径；螺纹升角；螺纹的当量摩擦角；承托表面的摩擦因素，取=0.150.3 ；承托表面摩擦力矩的计算力臂，随承托表面的形式而改变。取F=100N,L=10d=10*0.042=0.42m，d=0.042m =0.0397265m=4查现代实用机床设计手册，表4-9-1：=0.2查现代实用机床设计手册表4-9-2，代入公式3.1计算得到=4196.42213N第4章非圆齿轮的加工技术研究4.1引言 在早期，非圆齿轮的加工主使用靠模法加工和单齿法加工，一般是在通用机床上用近似方法铣齿，或在经过机械改

34、装的插齿机床、滚齿机床上涌展成法切齿。对于一些精度要求不同的非圆齿轮，甚至采用成形铸造法加工。此外，在传统的非圆齿轮研制过程中，一般还有一个试切过程，以验证节曲线的设计是否合理，刀具参数选择是否得当，插齿加工程序是否正确等。用这些方法加工，生产率低，且难以保证精度，严重影响了非圆齿轮传动的推广使用。 现阶段，非圆齿轮的加工多用数控机床，有数控铣床、数控滚齿机、数控插齿机、普通铣床和数控线切割机床。4.2线切割加工非圆齿轮的研究4.2.1 线切割加工技术电火花线切割加工是20世纪50年代末在电火花加工基础上发展起来的一种新的工艺形式，利用线状电极靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割，简称

35、线切割。它已获得广泛的应用，目前国内外的电火花切割机床已占电加工机床的60%以上。电火花线切割机（Wire cut Electrical Discharge Machining简称WEDM），属电加工范畴，是由前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。线切割机也于1960年发明于前苏联，我国是第一个用于工业生产的国家。其基本物理原理是自由正离子和电子在场中积累，很快形成一个被电离的导电通道。在这个阶段，两板间形成电流。导致粒子间发生无数次碰撞，形成一个等离子区，并很快升高到8000到

36、12000度的高温，在两导体表面瞬间熔化一些材料，同时，由于电极和电介液的汽化，形成一个气泡，并且它的压力规则上升直到非常高。然后电流中断，温度突然降低，引起气泡内向爆炸，产生的动力把溶化的物质抛出弹坑，然后被腐蚀的材料在电介液中重新凝结成小的球体，并被电介液排走。然后通过NC控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。电火花线切割机按走丝速度可分为高速往复走丝电火花线切割机（Reciprocating type High Speed Wire cut Electrical Discharge Machining俗称

37、“快走丝”）、低速单向走丝电火花线切割机（Low Speed one-way walk Wire cut Electrical Discharge Machining俗称“慢走丝”）和立式自旋转电火花线切割机（Vertical Wire Electrical Discharge Machining machine tool With Rotation Wire）三类。又可按工作台形式分成单立柱十字工作台型和双立柱型（俗称龙门型）。4.2.2 CAXA线切割XP软件CAXA线切割是一个面向线切割机床数控编程的软件系统，它是面向线切割加工行业的计算机辅助自动编程工具软件。CAXA线切割可以为各种线

38、切割机床提供快速、高效率、高品质的数控编程代码，极大地简化了数控编程人员的工作。在传统方式下很难完成的工作CAXA线切割都可以快速、准确的完成，CAXA线切割为用户提供高效的线切割机床的自动编程工具。CAXA线切割可用交互方式绘制需切割的图形，生成带有复杂形状轮廓的两轴线切割加工轨迹。CAXA线切割支持快速走丝线切割机床，可输出3B后置格式。4.2.3 加工仿真过程1.生成加工轨迹，图4.1。图4.1 生成加工轨迹2.选择各个加工参数，见图4.2。图4.2 加工参数选择3.选择加工偏移量，见图4.3。图4.3 加工偏移量选择 4.选择加工的轮廓线并选择顺时针或者逆时针的走丝方向，见图4.4。图

39、4.4 选择走丝方向5.选择加工的侧边或补偿方向，见图4.5。图4.5 选择加工侧边6.选择加工的原点即初始点，确定后生成刀轨，见图4.6中绿色部分。图4.6 生成刀轨7.选择加工轨迹仿真，点击线切割轨迹仿真，选择静态，见图4.7。图4.7 静态加工轨迹仿真8.动态仿真，见图4.8。图4.8 动态仿真9.生成3B加工代码，点击线切割生成3B代码，保存加工代码，见图4.9。图4.9 保存3B代码10.新建一个文件，然后进行代码校核 ，点击线切割校核B代码，找到你保存的3B代码，见图4.10。图4.10 打开3B代码11. 生成加工路径，见图4.11。图4.11 生成加工路径 12.通过代码传输

40、传至机床上 ，进行加工。 基于椭圆齿轮的线切割加工仿真，我们可以得到这样的结论，二轴线切割加工技术适用于所有非圆直齿轮，且能够得到比较高的加工精度。但需要注意生成的3B指令用于不具间隙补偿功能和锥度补偿功能的数控线切割机床的程序编制。程序描述的是钼丝中心的运动轨迹，它与钼丝切割轨迹（即所得弓箭的轮廓线）之间差一个偏移量F，这一点在轨迹计算时必须特别注意。低速走丝线切割机电极丝以铜线作为工具电极，一般以低于0.2m/s的速度作单向运动，在铜线与铜、钢或超硬合金等被加工物材料之间施加60-300V的脉冲电压，并保持5-50um间隙，间隙中充满脱离子水(接近蒸馏水)等绝缘介质，使电极与被加工物之间发

41、生火花放电，并彼此被消耗、腐蚀，在工件表面上电蚀出无数的小坑，通过NC控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。目前精度可达0.001mm级，表面质量也接近磨削水平。电极丝放电后不再使用，而且采用无电阻防电解电源，一般均带有自动穿丝和恒张力装置。工作平稳、均匀、抖动小、加工精度高、表面质量好，但不宜加工大厚度工件。由于机床结构精密，技术含量高，机床价格高，因此使用成本也高。高速走丝电火花线切割（WEDM-HS），俗称快走丝，学术上都叫做高速走丝线切割，是电加工机床的一种，其电极丝（一般采用钼丝）作高速往复运动，走丝

42、速度为8-10m/s，电极丝可重复使用，加工速度较高，走丝容易造成电极丝抖动和反向时停顿，使加工质量下降，是我国生产和使用的主要机种，是我国独创的电火花线切割加工模式。4.3基于UG7.5的多轴加工非圆齿轮研究4.3.1 UG7.5的多轴加工仿真技术数控加工在现代产品和模具生产中有着举足轻重的地位，得到了广泛的应用。数控加工是通过计算机来控制数控机床进行工的，因此编制数控加工程序是十分关键的一环。理想的加工程序不仅能保证加工出符合设计要求的合格的零件，同时也可使数控机床功能和刀具性能得到充分发挥，并安全可靠地进行工作。UG NX 7.5 CAM系统可以提供全面的、易于使用的功能，已解决数控刀轨的生成、加工仿真和加工验证的问题。UG NX 7.5 CAM系统提供了范围极广的功能，它不但可以支持多极化的不同模块选择以满足客户的需要，还可以方便地采用不同配置方案来更好地满足其特定的工业需求。在汽车工业方面，UG NX 7.5 CAM系统强大的铣削功能对于加工注塑模具、铸造模具和冲压模具以及精加工都极为合适。在航空航天工业方面，