CAD/CAM在精锻直齿锥齿轮加工过程中的应用

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1、引言

汽车后桥直齿锥齿轮采用精密锻造成形工艺。作为一种少无切削加工工艺，在国内汽车生产中已获得普遍使用，只在精度高的场合保留切削工艺。我厂生产的 457 桥的半轴齿轮和行星齿轮必须采用精锻工艺制造才能满足产品图纸要求。齿轮的模具电极也无法采用精密刨齿机加工，只有通过 CAD/CAM 一体化完成对模具电极的加工，再利用电火花成型工艺加工齿轮模具 .



2、运用 Pro/E 对齿轮零件以及齿轮模具电极、夹具电极、标准轮的实体建模

2.1 首先运用齿轮设计原理，对齿轮产品图纸信息进行转化和分析，尽量掌握产品设计师的设计思想，计算出齿轮的高度变位系数（ x ）、切向变位系数（ x S ）、基圆半径（ d b ）、当量齿数（ Zv ）等参数。接着根据加工工艺对齿轮锻件、模具电极、夹具电极（机加时以齿面定位的夹具所用电极）以及标准轮（齿轮配对检查齿侧间隙时用）进行设计。图 1 为 457 桥半轴齿轮产品简图。


                          

图 1 457 半轴齿轮产品图                                                           图 2 大小端齿形曲线

2.2 、齿轮实体建模的过程

a 、齿轮大端与小端的渐开线曲线的生成

利用曲线—从方程选项，指定坐标系，输入方程式，生成所需要的渐开线。

以下为渐开线方程式：

r0=r b

t0=t*60

x0=(cos(t0)+t0*pi/180*(sin(t0)))*r0

y0=(sin(t0)-t0*pi/180*(cos(t0)))*r0

theta=-(tan(alpha)-alpha*pi/180)*180/pi-90/Z V

x=x0*cos(theta)-y0*sin(theta)

y=x0*sin(theta)+y0*cos(theta)

z=0 式中 alpha —齿轮压力角

r b —基圆半径

b 、对渐开线曲线进行镜像，运用曲线—草绘选项，绘制大小端齿形曲线（如图 2 ），然后使用曲面—高级—边界，选取大小端齿形曲线，建立齿形曲面，对此曲面进行复制、阵列等一系列操作，就完成了齿轮的实体建模。模具电极和夹具电极的建模过程与此大同小异。图 3 、 4 分别为半轴齿轮和行星齿轮的三维造型，图 5 为模具电极的三维造型。

              
图 3 半轴齿轮                              图 4 行星齿轮

            
图 5 模具电极                         图 6 机械仿真


c 、进入 Pro/Mechanism 模块对差速器进行机构运动仿真

机构仿真技术就是用户通过对机构添加运动副驱动器，使其运动起来，以实现机构的运动模拟。把两个半轴轮与四个行星轮装配在一起进入 Pro/Mechanism 模块，运用机构的后处理功能对其进行运动轨迹、位移、干涉以及齿面间隙的分析。图 6 为差速器机械仿真过程中的图形。



3 、模具电极、夹具电极与标准轮的数控编程加工

3.1 PowerMILL 软件

PowerMILL 是世界领先的 2-5 轴专业 CAM 加工系统，能最大限度地优化刀具路径来提高用户的加工效率； PowerMILL 的残留模型技术非常方便和容易地对加工的每个过程进行控制； PowerMILL 的刀杆刀柄干涉检查分析及实体仿真确保加工安全性； PowerMILL 面向检体模型的加工策略确保生成全程无过切的刀具路径，使用 PowerMILL 生成的刀具路径和 NC 程序，最让我们公司的操作者和编程员放心。



3.2 编程过程

a 、输入模型和设置毛坯

通过 Delcam Exchange 专用数据接口，把模型由 Pro/engineer 格式转化为 dmt 格式，输入到 PowerMILL 中。然后根据坯料的具体形状通过边界生成需要的异形毛坯。



b 、 确定加工工艺、加工策略以及工艺参数

依据模具电极、夹具电极和标准轮的造型，粗加工采用区域清除模型策略，而半精和精加工都采用等高精加工策略，并输入相应的下切步距、进给速度和主轴转速等参数， PowerMILL 的计算速度特别快，短时间就生成优化合理的刀具路径。

                          
图 7 半轴标准轮精加工刀路                                                             图 8 行星标准轮清跟刀路  

c 、 后处理

PowerMILL 支持世界上的几十种机床的后置处理，选择适合我们公司的 fanuc.opt 的后置，生成机床所需要的数控加工程序（ *.Tap ）。



3.3 、检测电极和标准轮

加工完后，套上锥度芯轴，在万能测齿机进行了检测。根据检测结果模具电极和标准轮都达到国家标准 4 级精度，满足了精度要求。



4 、结束语

自从我们公司采用世界上先进的 CAD/CAM 软件后，解决了 457 桥锥齿精锻存在的很多难题，不仅大大提高我们的生产效率，缩短了加工时间，延长了刀具的寿命，并使所有工装和检具的精度大大提高，从而使产品质量上了一个台阶。此后，我们又利用 CAD/CAM 软件，应用到 390 桥锥齿轮等的开发和制造中，取得了良好的经济效益。

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