多头螺旋面的加工工艺及工装设计.doc

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1、厦门工学院 毕业设计（论文）厦门工学院本科生毕业设计（论文）题 目：多头螺旋面的加工工艺及工装设计姓 名：林智辉学 号：1501307016系 别：机械工程系专 业：机械工程年 级：2015级指导教师：张佑林年 月 日 独创性声明本毕业设计（论文）是我个人在导师指导下完成的。文中引用他人研究成果的部分已在标注中说明；其他同志对本设计（论文）的启发和贡献均已在谢辞中体现；其它内容及成果为本人独立完成。特此声明。论文作者签名： 日期： 关于论文使用授权的说明本人完全了解厦门工学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学院有权保留送交论文的印刷本、复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅；学院可以公布论文

2、的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后应遵守此规定。论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 多头螺旋面的加工工艺及工装设计摘要文章简要地概括了谐波齿轮传动与活齿传动国内外发展的现状及历史，分别对其的结构特点及传动原理进行了说明，分析了其中各种优缺点，然后提出了关于活齿端面谐波齿轮减速器中具有螺旋面齿面结构的波发生器、滑块、端面齿轮、活齿的加工方法。主要是进行多头螺旋面的修形与生产，为产品的设计加工及工作原理的验证奠定了实践经验。(1)提出了端面谐波齿轮减速器中波发生器，端面齿轮，活齿，滑块这些具有螺旋面齿面结构的零件的两种加工方法，分别为电火花线

3、切割机配合数控回转工作台进行加工以及利用数控立式加工中心进行加工。(2)对螺旋面齿面的修形公式进行编程，得到准确的修形曲线及各点坐标，从而得到电火花线切割机所需的CAD轨迹图。(3)为保证电火花线切割机与数控回转工作台配合加工顺利进行而设计的特殊工装夹具。(4)UG的精确建模的方法从而实现数控立式加工中心对零件的加工。(5)为了进一步研究活齿端面谐波齿轮传动装置，进行了关于其主要课题的研究讨论与展望。 关键词： 活齿端面谐波齿轮，螺旋面，电火花线切割机，数控回转工作台，数控立式加工中心Machining Technology and Fixture Design of Multi-head H

4、elical SurfaceAbstractThis paper briefly summarizes the present situation and history of the development of harmonic gear drive and movable teeth drive at home and abroad, respectively explains their structural characteristics and transmission principles, analyses their advantages and disadvantages,

5、 and then puts forward the processing methods of wave generator, slider, end gear and movable teeth with helical tooth surface structure in movable teeth end harmonic gear reducer.It is mainly about the modification and production of multi-head helical surface, which lays a solid foundation for the

6、design and processing of products and the verification of working principles.(1) Two processing methods of wave generator, end gear, movable teeth and slider in end harmonic gear reducer with helical tooth surface structure are proposed, which are WEDM with NC rotary table and NC vertical machining

7、center.(2) Programming the modification formula of helical tooth surface to get the correct modification curve and coordinates of each point, and then get the CAD trajectory diagram needed by WEDM machine.(3) The special fixture is designed to ensure the smooth processing of WEDM and NC rotary table

8、.(4) The precise modeling method of UG can realize the processing of parts by NC vertical machining center.(5) In order to further study the end face harmonic gear transmission of movable teeth, the main research topics are discussed and prospected.Key Words: harmonic gear reducer, helical surface,

9、WEDM, CNC rotary disc, CNC vertical machining center 目 录第一章 绪论11.1 研究背景11.1.1 活齿端面谐波齿轮的基本结构11.1.2 活齿端面谐波齿轮减速器的研究历程31.2 研究意义31.3 研究内容4第二章 活齿端面谐波齿轮传动的基本原理52.1 多头双向螺旋面的基本原理52.2 活齿端面谐波齿轮减速器的传动原理6第三章 螺旋面齿面的修形73.1 多头双向螺旋面的修形73.2 螺旋面齿面修形计算及计算公式73.2.1 波发生器的齿面修形与计算73.2.2 端面齿轮（活齿）的齿面修形与计算93.3 多头双向螺旋面的齿面修形计算编程

10、的实现113.3.1 问题的分析及编程的思路113.3.2 页面的设计及编程的实现12第四章 多头双向螺旋面的加工方案164.1 加工方案一164.1.1 加工方案一主要内容164.1.2 电火花线切割机的结构及加工原理164.1.3 数控回转工作台的结构及工作流程174.1.4 夹具的设计174.2 加工方案二184.2.1 加工方案二主要内容184.2.2 数控立式加工中心的基本参数194.3 方案的对比19第5五章 方案的实施215.1 加工方案一的实施过程215.2 加工方案二的实施过程22结论26参考文献27谢辞28附录1 多头螺旋面修形计算编程29IV多头螺旋面的加工工艺及工装设计

11、第1章 绪论1.1 研究背景1.1.1 活齿端面谐波齿轮的基本结构活齿端面谐波齿轮传动装置主要由端面齿轮、波发生器、活齿及滑块等四个构件组成，根据使用的环境不同或者对象不同，我们就能够采用单边传动或双边传动的型式，图2-1与2-2是单边传动的结构，本次毕业设计试制的分别是立式单传动活齿谐波齿轮减速器、立式双传动活齿谐波齿轮减速器及卧式双传动活齿谐波齿轮减速器。图1-1端面齿轮固定的单边传动结构图中对应名称：1- 输出轴 2-端面齿轮 3-槽轮 4-活齿 5-箱体 6-波发生器 7-输入轴图1-2槽轮固定的单边传动结构图中对应名称：1-输出轴 2-端面齿轮 3-槽轮 4-活齿5-箱体6-波发生器

12、 7-输入轴图1-3端面齿轮固定的双边传动结构图中对应名称：1-输出轴2一端面齿轮3一槽轮4-活齿5-箱体6一波发生器7一输人销8一连接套9一压块10滑动轴承1.1.2 活齿端面谐波齿轮减速器的研究历程关于多头双向螺旋面的研究分成了很多阶段，在上世纪五十年代美国将第一台谐波齿轮减速器安装到火箭发射到太空后，世界对谐波齿轮减速器的研究便在不断的加深，本次要研究的是多头螺旋面的加工工艺及工装设计，在加工试制多头双向螺旋面之前，已经探讨了活齿端面谐波齿轮减速器的可行性，进行了大量的理论研究，证明了这种传动方式的可行性，在证明可行性的基础上，便开始对多头双向螺旋面的结构成形进行研究探讨，得到了关于多头

13、双向螺旋面的各个相关参数以及齿面修形公式，因为只是验证活齿端面谐波齿轮减速器传动方式的可行性，所以开始进行了小尺寸的样机设计工作，以机械的设计标准开始对样机进行结构及尺寸设计，经过反复的研究探讨与校核后，最终确定了要试制的三种传动形式的样机尺寸，三种传动形式分别是立式双传动、立式单传动以及卧式双传动。接下来便是进行活齿端面谐波齿轮减速器的试制了，文章便是对活齿端面谐波减速器中具有多头双向螺旋面结构的端面齿轮、活齿、波发生器和滑块的加工方案进行研究，目前有两种方案进行螺旋面的加工，方案一是利用电火花线切割机与数控回转工作台配合进行加工，主要加工端面齿轮与活齿，方案二是UG的精确建模后利用数控立式

14、加工中心进行加工，主要加工波发生器与滑块，方案二相当于方案一的备份方案，因为方案一虽然能更好的加工出多头双向螺旋面但是其可行性较低，因为方案二是利用数控立式加工中心进行加工，所以受于刀具尺寸的限制，会对端面齿轮及活齿的多头双向螺旋面的结构造成破坏，虽然能满足传动原理的验证，但是方案二还是会有一定的不足。1.2 研究意义活齿端面谐波减速器中的活齿传动是一种全新的减速器传动形式，目前只是在理论上证明了这种传动形式的可行性，为了进一步探究这种传动形式的可行性，便是进行样机的生产加工，其中，最关键的便是具有多头双向螺旋面结构的端面齿轮、活齿、波发生器以及滑块的加工，只有加工出多头双向螺旋面结构，才能为

15、活齿端面谐波齿轮减速器的传动原理的可行性提供可靠的证明，为日后研究试制活齿端面谐波减速器打下坚实的基础。本次毕业设计是对多头双向螺旋面进行实际的加工，并不是停留在纸面理论数据上，这将不仅能锻炼学生的动手能力，还能让学生学习到平时课堂上无法学到的实践经验，因为目前国内外还没有对加工多头双向螺旋面进行研究，所以还没有相应的加工多头双向螺旋面的设备，学生能够根据自己已经学到的知识及经验大胆创新思考多头双向螺旋面的加工方法，多头双向螺旋面加工工艺的好坏不仅会影响验证活齿端面谐波减速器传动方式的可行性，还会影响检测活齿端面谐波齿轮减速器的传递功率，所以多头双向螺旋面的加工工艺对于活齿端面谐波齿轮减速器十

16、分的重要。1.3 研究内容本次毕业设计的主要目的是加工活齿端面谐波齿轮减速器的传动装置中含有多头螺旋面结构的波发生器、端面齿轮、滑块、活齿块。如果可以的话，在此基础上验证活齿端面谐波齿轮减速器的可行性以及检测其的传递功率。具体的内容如下(1)提出了活齿端面谐波齿轮减速器中波发生器，端面齿轮，活齿，滑块这些具有螺旋面齿面结构的零件的两种加工方法，分别为电火花线切割机配合数控回转工作台进行加工以及利用数控立式加工中心进行加工。(2)对螺旋面齿面的修形公式进行编程，得到准确的修形曲线及各点坐标，从而得到电火花线切割机所需的CAD轨迹图。(3)为保证电火花线切割机与数控回转工作台配合加工顺利进行而设计

17、的特殊工装夹具。(4)UG的精确建模的方法从而实现数控立式加工中心对零件的加工。第2章 活齿端面谐波齿轮传动的基本原理2.1 多头双向螺旋面的基本原理活齿端面谐波齿轮传动与传统的谐波齿轮传动不同，后者是通过柔轮的弹性变形来实现的，而本次毕业设计设计制造的活齿端面谐波加速器的传动是根据阿基米德螺旋面理论的原理来实现的，阿基米德螺旋面可以看作由无数个阿基米德螺旋线包罗而成，如图所示图2-1 阿基米德螺旋面阿基米德螺旋面的母线为直线，多头双向螺旋面上的每一条母线延长都能交于一点，本次毕业设计需要加工的波发生器，端面齿轮，活齿块，滑块上面的多头双向螺旋面的螺旋面类型便是阿基米德螺旋面，且由两个不同旋向

18、的阿基米德螺旋面组成。端面齿轮与活齿啮合，波发生器与滑块啮合，它们的传动原理相同。可以把它理解为一个放在斜面上的物体，给这个物体施加一个摩擦角外的力便能使这个物体在斜面上向上或向下运动。多头双向螺旋面啮合传动的原理也是类似，将端面齿轮固定，活齿组成一个齿圈，使活齿能在齿圈结构上进行往复的直线运动，然后让活齿齿圈进行旋转运动，与端面齿轮啮合的活齿因为阿基米德螺旋面的螺旋上升结构的摩擦角小于因为旋转运动产生的扭矩开始脱开端面齿轮，波发生器对滑块也是同样的传动原理，使得下一个活齿开始与端面齿轮进行啮合，虽然是一进一退两种运动方式，但是因为采用的是双向的阿基米德螺旋面结构，所以啮入端面齿轮的活齿与脱开

19、端面齿轮的活齿产生的扭矩方向一样，二者之间可以彼此产生助力，从而使活齿端面谐波加速器的传动原理实现。图2-2多头双向螺旋面2.2 活齿端面谐波齿轮减速器的传动原理活齿端面谐波齿轮减速器中主要传动装置有输入轴、输出轴、端面齿轮、波发生器、槽轮还有滑块、活齿体、与活齿块构成的一个完整的活齿传动部件，传动原理就是将输入轴与波发生器固定，波发生器的端面为谐波曲面即多头双向螺旋面。当输入轴作旋转运动时带动波发生器旋转，活齿传动部件上的滑块从波发生器上的多头双向螺旋面的齿底向齿顶运动的啮合传动形成活齿传动部件在槽轮上的直线运动，从而带动活齿传动部件另一端的活齿块与端面齿轮啮合，活齿块与端面齿轮通过多头双向

20、螺旋面啮合将活齿传动机构的直线运动转换为活齿传动部件带动槽轮的旋转运动以及活齿传动部件在槽轮上的反向直线运动，使活齿传动部件上的滑块由波发生器上多头双向螺旋面的齿顶向齿底进行啮合运动，依此循环，就是波发生器的旋转运动、波发生器与滑块的啮合传动和端面齿轮与活齿块通过多头双向螺旋面的的啮合传动带动活齿传动部件不断的往复直线运动以及槽轮的不断旋转运动，槽轮再不断带动输出轴进行不断的旋转运动，最终形成活齿端面谐波齿轮减速器的传动。第3章 螺旋面齿面的修形3.1 多头双向螺旋面的修形活齿端面谐波齿轮减速器的传动装置中，活齿块与端面齿轮的多头双向螺旋面在齿顶啮合时，此时活齿传动部件开始进行反向直线运动，方

21、向转换的时间无限趋近于零，因此此时的加速度趋于无穷大，由F=ma可得此时会产生很大的冲击力，造成振动使得活齿端面谐波齿轮减速器的传动变得不稳定，因此，在端面齿轮与活齿块的多头双向螺旋面齿顶位置进行修形，如图所示，活齿块与端面齿轮啮合到齿顶位置时通过修形段减慢速度啮出，然后在通过修形段加块速度啮入，保证端面齿轮与活齿块传动效率的同时还能保证端面齿轮与活齿块传动的稳定性，不会造成冲击振动。3.2 螺旋面齿面修形计算及计算公式3.2.1 波发生器的齿面修形与计算zohW1图3-1波发生器齿顶与活齿后端修形段的展开示意图h1滑块波发生器齿顶h1/2hW1/21. 波发生器与滑块后端齿面的修形如图3-1

22、所示：图3-2波发生器（1）波发生器齿顶修形段的公式 式中 波发器齿顶位置的相对转角，rad。z1 = -pW（W -0.5W - nW）2 + h - hW1 / 2 （n = 0,1,2, U -1） （上升段与下降段方程相同） 齿顶修形上升段的范围：0.5W（h- hW1）/ h W -0.5W - nW 0.5W 齿顶修形下降段的范围：0.5W W -0.5W - nW 0.5W（h+hW1）/ h 式中 pW =（hU）2 /（22 hW1），mm； （pW= pW1= pW2）W 波发生器的转角（以理论齿面的齿底为坐标原点），rad； W 波发生器一个波对应的中心角，W = 2 /

23、 U，rad。x1 = 0.5W（h- hW1）/ h （齿顶修形起始点（x1点）对应的转角，x1 r是x1点在x1轴上对应的坐标值）x2 = 0.5W（h +hW1）/ h （齿顶修形终止点（x2点）对应的转角，x2 r是x2点在x1轴上对应的坐标值）（2）波发生器齿底修形段，如图3-3所示：（修形二次曲线的方程） 式中 波发生器齿底位置的相对转角，rad；上升段：z1 = pW1（W - nW）2 + hW2 / 2 （n = 0,1,2, U -1）上升段齿底修形的范围：0 W - nW 0.5W（hW2 /h）pW1 =（hU）2 /（22 hW2）下降段：z1 = pW2（nW -W

24、）2 + hW2 / 2 （n = 1,2, U）下降段：W（h -0.5hW2）/ h W - （n-1）W W pW2 = pW1 =（hU）2/（22 hW2）W 波发生器的转角（以理论齿面的齿底为坐标原点），rad； W 波发生器一个波对应的中心角，W = 2 / U，rad。x1 = 0.5W（hW2 /h） （齿底修形终止点（x1点）对应的转角，x1 r是x1点在x1轴上对应的坐标值）x2 = W（h -0.5hW2）/ h （齿底修形起始点（x2点）对应的转角，x2 r是x2点在x1轴上对应的坐标值）zhW2图3-3波发生器与活齿后端修形段的展开示意图oohW1z活齿后端波发生器

25、（3）活齿后端（滑块）修形段 ：（修形二次曲线的方程） 式中 波发生器齿顶位置的相对转角，rad。z1 = p1（W -0.5W - nW）2 + h - h1 / 2 （n = 0,1,2, U -1）（上升段）（n = ,1,2, U ）（下降段）下降段：0.5W（h- h1）/ h W -nW 0.5W （对应于波发生器齿顶的上升段）上升段：0.5W W （n-1） W 0.5W（h+h1）/ h 式中 p1=（hU）2 /（22 h1），mm；W 波发生器的转角（以理论齿面的齿底为坐标原点），rad； W 波发生器一个波对应的中心角，W = 2 / U，rad。 h1活齿后端修形齿高，

26、mm。（4）波发生器非修形段上升段：z1 = pW1（W - nW） （n = 0,1,2, U -1） pW1=（hU）/0.5W（hW2 /h） W - nW 0.5W（h- hW1）/ h上升段理论齿面起始点，即齿底修形终止点（x1点） x1 = 0.5W（hW2 /h）下降段：z1 = pW2（nW - W） （n = 1,2,U） pW2 = pW1 =（hU）/0.5W（h +hW1）/h nW -W W（h -0.5hW2）/ h3.2.2 端面齿轮（活齿）的齿面修形与计算2. 端面齿轮与活齿前端啮合副齿面的修形，如图3-4所示,图3-4端面齿轮齿面与活齿前端修形展开后的示意图h

27、E2 hE1端面齿轮活齿前端图3-5端面齿轮（1）端面齿轮齿底修形段 ：（修形二次曲线的方程）：式中 端面齿轮相对于其齿底位置的转角，rad；z2 = -pE1（E 0.5E -nE）2 +h - hE2 / 2 （上升段）；（n = 0，1,2, ZE -1） z2 = -pE2（E 0.5E -nE）2 +h - hE2 / 2 （下降段）；（n = 1,2, ZE ） 式中 pE1 = pE2 =（h ZE）2/（22 hE2），mm；E 端面齿轮相对于其起始齿顶位置的转角，rad；hE2端面齿轮齿底修形段对应的齿高，mm；E 端面齿轮一个齿对应的中心角，E = 2 / ZE，rad。齿

28、底上升段修形的范围：0.5E（h- hE2）/ h E - nE 0.5E 齿底下降段修形的范围：0.5E E - （n-1）E 0.5E（h+hE2）/ h （2）端面齿轮齿顶修形段：（修形二次曲线的方程）： 式中 端面齿轮相对于其齿顶位置的转角，rad； z2 = pE1（E - nE）2 + hE1 / 2 （上升段）； z2 = pE2（E - nE）2 + hE1 / 2 （下降段） （n = 0,1,2, ZE -1）式中 pE1 = pE2 =（h ZE）2/（22 hE1），mm；E端面齿轮相对于其起始齿顶位置的转角，rad； hE1端面齿轮齿顶修形段对应的齿高，mm。齿顶上升

29、段修形的范围： （齿顶） 0 E - nE 0.5E（hE1/ h）齿顶下降段修形的范围： E（h - 0.5hE1）/ h E - nE E （下一个齿顶） （3）端面齿轮非修形段上升段非修形理论齿面：z2 = pE1（E nE） （n = 0，1，2，ZE -1）pE1=（h ZE）/ 非修形理论齿面上升段的范围：0.5E（hE1/ h） E - nE 0.5E（h- hE2）/ h非修形理论齿面下降段：z2 = pE2（nE E） （n =1，2，ZE）pE2 = pE1=（h ZE）/ 非修形理论齿面下降段的范围：0.5E（h+hE2）/ h E - （n-1）E E（h - 0.5h

30、E1）/ h（4）活齿前端修形段：（修形二次曲线的方程）： 式中 端面齿轮齿底位置的相对转角，rad；z2 = -p2（E2 - nE）2 + hE2 / 2 （n = 0,1,2, ZE -1）式中 p2=（h ZE）2/（22 h2），mm；h2活齿前端修形的齿高，mm。端面齿轮齿底推动活齿前端的轴向位移为端面齿轮齿顶推动活齿前端的轴向位移为3.3 多头双向螺旋面的齿面修形计算编程的实现3.3.1 问题的分析及编程的思路我们主要通过修形计算公式计算得到不同弧度位置上的Z值坐标，从而得到修形曲线，然后再通过修形曲线各点的坐标数值，利用CAD的“曲线”功能得到电火花线切割机加工运行时所需的路径

31、图，因此编程的目标需要能够得到螺旋面的修形曲线以及得出修形曲线的各点坐标的数值。修形曲线受到各种参数影响，因此需设计一个参数的输入界面，满足通过改变参数而得到对应的修形曲线的功能。虽然本次需要进行编程的类型有三种，分别是对波发生器、端面齿轮（活齿）、滑块进行编程。波发生器的主要考虑的是上升段与下阶段公式的六段不同区间，而端面齿轮（活齿）的编程不仅要考虑上升段与下降段公式的六段不同区间，还有齿数的因素需考虑，而滑块较为简单，只需考虑上升段与下降段公式的三个不同区间。编程时利用If语句判断各个修形段的区间，来计算对应的修形公式，并不需要复杂的语言程序，能够较容易的实现，过程是：先将会用到的参数进行

32、定义，因为每个参数都有对应的特殊符号，因此要将改变符号的参数进行备注，方便编程时检查，避免出错，接下来就是输入对应的参数及步长，程序根据转角值判断修形曲线的区间，转角值从零开始，然后程序判断由步长得到转角值在哪个区间，如果在上升段修形段齿底段区间就调用对应的公式计算，得出对应的数距，然后经过步长的递增，转角值到达上升段非修形段区间时在调用对应的公式计算，得出对应的数距，到达波发生器、端面齿轮（活齿）或者滑块对应的转角终点时停止调用公式计算，虽然是多头双向螺旋面，但是每一个螺旋面的修形曲线都是一样的，所以只需计算出一组完整的多头双向螺旋面修形曲线数据即可。3.3.2 页面的设计及编程的实现页面主

33、要由两部分组成，分别为输入端和输出端，输入端为影响修形曲线的各个参数输出端为修形曲线的曲线图以及曲线图的各点坐标（1）波发生器编程的页面设计,如图3-6所示:输入端的主要参数有图3-6 波发生器编程页面设计h波发生器的理论升程hw1波发生器齿顶修形段的高度hw2波发生器齿底修形段的高度lambda步长R波发生器的直径输出端为修形曲线及曲线上各点根据步长得到的坐标，如图3-6所示（2）端面齿轮（活齿）编程的页面设计,如图3-7所示:输入端的主要参数有图3-7端面齿轮（活齿）编程页面设计h端面齿轮（活齿）的理论齿高hE1端面齿轮（活齿）齿顶修形段的高度hE2端面齿轮（活齿）齿底修形段的高度lamb

34、da步长ZE齿数R端面齿轮的直径输出端为修形曲线及曲线上各点根据步长得到的坐标，如图3-7所示（3）滑块编程的页面设计,如图3-8所示:输入端的主要参数有图3-8滑块编程页面设计hW1波发生器齿顶修形段的高度h1活齿后端修形段的对应高度lambda步长R波发生器的直径输出端为修形曲线及曲线上各点根据步长得到的坐标，如图3-8所示详见附录一一开始计划使用的是C语言编程，因为编程的内容较为简单，只是将多头双向螺旋面的修形公式计算出结果，用不到复杂C语言语句，用if语句就能实现，例如：if(0=(phiW-n*psiW)&(phiW-n*psiW)psiW*hw2/h/2)printf(z1=%fn

35、,z1); else if(psiW*hw2/h/2(phiW-n*psiW)&(phiW-n*psiW)=psiW*(h-hw1)/h/2)printf(z2=%fn,z2); else if(psiW*(h-hw1)/h/2(phiW-n*psiW)&(phiW-n*psiW)=psiW/2)printf(z3=%fn,z3); else if(psiW/2(phiW-(n-1)*psiW)&(phiW-(n-1)*psiW)=psiW*(h+hw1)/h/2)printf(z4=%fn,z4); else if(psiW*(h+hw1)/h/2(phiW-(n-1)*psiW)&(phi

36、W-(n-1)*psiW)=psiW*(h-hw2/2)/h)printf(z5=%fn,z5); elseprintf(z6=%fn,z6);根据修形段区间的不同分别带入对应的修形公式，便可以得到所需要的答案，但是C语言的编程想要得到不同的数据必须要在C语言代码中改变相对应的参数，这样虽然能得到答案但太不直观，为了能够更方便的改变参数和得到数据，在老师的帮助下，使用HTML语言进行编程，做了一个网页界面，如图3-6、图3-7和图3-8所示，这个界面有关于波发生器，端面齿轮（活齿）以及滑块的各个参数的输入框，然后根据计算出的数据会自动生成对应的多头双向螺旋面修形曲线，通过修形曲线的形状我们便可

37、以检查编程的正确性，在计算数据的时候还可以检查带入的步长是否合理，如果步长太短便会得到较为简陋的修形曲线，因为利用电火花线切割机加工需要得到CAD的修形曲线图，所以经过讨论，便决定增加一个能得到多头双向螺旋面修形曲线的各点坐标的输出框，如图3-6、图3-7和图3-8所示，输出框的内容便是修形曲线的各点坐标，坐标的中的横坐标是由所需零件的直径决定的，输入框中的步长大小决定得到坐标数据的组数，步长越小坐标组数越多，数据越精确，因为是编程自动计算数据，所以可以将步长定的很小，得到很准确的数据，然后就可以利用CAD的曲线功能将坐标数据转换成多头双向螺旋面修形曲线，并且能保证曲线的精度。最后得到的编程不

38、仅能得到本次毕业设计所需的三组多头双向螺旋面的修形曲线及坐标数据，在验证活齿端面谐波齿轮减速器传动装置的可行性后，能为日后研制各种尺寸的活齿端面谐波齿轮减速器提供大量的数据支持。第4章 多头双向螺旋面的加工方案本次进行的多头双向螺旋面的加工分为两种方案，加工方案一为电火花线切割机与数控回转工作台配合进行加工，主要加工端面齿轮与活齿，加工方案二为利用数控立式加工中心进行加工，主要加工波发生器与滑块。详细过程如下。4.1 加工方案一4.1.1 加工方案一主要内容加工方案一主要是利用电火花线切割机与数控回转工作台配合进行多头双向螺旋面的加工，通过电火花线切割机X轴方向上的往复切割运动与数控回转工作台

39、的旋转运动配合形成的路径加工出双向螺旋面，并且设计了一个专用夹具保证数控回转工作台与电火花线切割机能顺利的配合加工，方案一主要进行端面齿轮与活齿的加工。4.1.2 电火花线切割机的结构及加工原理电火花线切割机的型号为DK7740，其主要结构有线架，工作台，运丝部件，夹具附件等组成，其中线架与运丝部件上有电极丝，电极丝的材料主要是钼丝、钨钼丝。电火花线切割机便是利用在电极丝上发送高频脉冲电源使电极丝与工件之间形成火花放电，这样会在瞬间产生极高的温度，加工的工件便会融化甚至气化，从而实现切割的目的，为了加工特定的轨迹路径，电火花线切割机还具有可以分别在X轴方向上运动及Y轴方向上运动的工作台，从而能

40、加工出不同形状所需的加工工件。因为本次用到的电火花线切割机只能识别CAD的封闭图形，而数控回转工作台又代替了Y轴方向上的运动，为了停止Y轴方向上的运动，便对控制工作台Y轴方向运动的电机进行断电处理，还有使用电火花线切割机时需注意短路问题，主要原因是电极丝某个部位接触不良导致的，因为这是机床本身的缺陷，所以无法避免，因此只能及时对数控回转工作台进行断电处理，文章第五章有详细说明。图4-1 电火花线切割机工作台的传动路线X 向：控制系统发出进给脉冲步进电机Q齿轮副23/24丝杆13 螺母14 带动拖板运动Y 向：控制系统发出进给脉冲步进电机P齿轮副11/12丝杆16螺母15带动拖板运动4.1.3

41、数控回转工作台的结构及工作流程数控回转工作台的结构如图4-2所示工作过程流程启动信号输入回转工作台松开指令输出松开确认信号1s延时转台按指定方向、速度旋转旋转到位1s延时工作回转工作台刹紧指令输出刹紧确认信号1s延时本程序结束图4-2 数控回转工作台结构图1本体 2工作台 3轴承 4涡轮 5活塞 6刹紧片 7零位传感器 8零位发信块 9小活塞 10发信块 11松开传感器 12刹紧传感器 13伺服电机 14齿轮 15齿轮 16蜗杆 17定位键 18调整垫 19压盖 20压块4.1.4 夹具的设计本次需加工3种不同尺寸的工件，一开始的方案需要分别设计三种对应尺寸的夹即三种过渡工作台，考虑到多次拆装

42、夹具工件会影响装夹的精度，于是便考虑到设计一种能满足三种不同尺寸工件装夹的夹具，这必须考虑到线切割机的加工过程，首先必须考虑电极丝加工时的运动范围，在运动范围内不能让电极丝触碰到夹具或者其他部件，对工件尺寸与电极丝加工时的运动范围进行考量后验证了将三种过渡工作台合并成一种阶梯式过渡工作台的可行性，于是便选定了阶梯式过渡工作台的夹具方案，如图4-3所示图4-3夹具成品这样不仅能减少夹具的加工量和节省毛坯，还能避免加工过程中夹具拆装造成的精度损失夹具的设计还得考虑到丝架在加工过程不能触碰到数控回转工作台以及夹具的底部支架，因此工件装夹时需要将工件置于支架外的一定位置，因此设计了延伸部件，如图所示将

43、工件装夹位置延伸到加工过程中丝架运动不会触碰到支架的位置。考虑到夹具后部支架中的垂直度误差以及其他的加工误差和装配误差，为保证工件在加工过程中的回转精度，因此后部支架中的轴承选用调心球轴承。4.2 加工方案二4.2.1 加工方案二主要内容加工方案二是通过UG对零件进行精确建模，利用数控立式加工中心对UG模型进行识别从而自动得到关于多头双向螺旋面的刀轨轨迹，实现多头双向螺旋面的加工，方案二的主要难点便是UG的精确建模，因为多头双向螺旋面上的阿基米德螺旋面的特性，用一般的UG建模方式根本无法实现，不过本次毕业设计的意义就在于尝试各种不同的方法，因为之前对UG软件的使用熟悉程度较高，所以在制定方案之

44、初便有了大概的建模方法，方案二主要进行波发生器与滑块的加工，因为波发生器是一个单独的零件，并且数控立式加工中心的加工精度也满足要求，所以波发生器加工好之后只需要简单的清理一下毛刺便可以使用，但是滑块是一个一个单独的小零件，因此加工好之后需要一个一个的将其分离出来，具体内容在方案实施部分。4.2.2 数控立式加工中心的基本参数VDF-850A立式加工中心主要技术参数1.工作台规格(长x宽) 1000mmx500mm2.工作台最大载重 500kg3. X坐标行程 850mm4. Y坐标行程 510mm图4-4 数控立式加工中心VDF-850A立式加工中心适用于板类、工作台类、壳体类、精密零件的加工，而且适用于模具加工。零件一次装夹后可完成铣、镗、钻、扩、铰、攻丝等多工序加工。其拥有高精度的传动，以及较高的加工精度，基本可以满足本次多头双向螺旋面的加工要求。4.3 方案的对比加工方案一是利用电火花线切割机和数控回转工作台的配合进行螺旋面齿面的加工，利用修形公式计算出对应的螺旋面齿面的曲线，可一次加工出两个螺旋面，完成两个零件的加工，提高了材料的利用率及生产效率，由于电火花线切割机加工精度高，因此加