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直齿锥齿轮具有可以改变传动方向等优点,在航空、汽车和工程机械等大型机械的传动系统中得到广泛应用。传统的直齿锥齿轮的加工主要依靠专用机床,锥齿轮的齿面形状完全由加工刀具在机床上的运动所决定的。如果采用普通数控机床加工,则首先需要完成对被加工对象的实体建模,而采用目前的Pro/E、UG、Solidworks、MasterCAM或CATIA等CAD/CAM商务软件,还无法直接实现对直齿锥齿轮的复杂曲面实体建模。为此,本文围绕在Solidworks(以下简称“SW”)环境下直齿锥齿轮的实体造型技术进行了探讨。
  1、在SW中直齿锥齿轮的作图分析
  在SW软件中,自带有一个标准设计库,打开一个直齿锥齿轮的三维实体(ISO――动力部件――齿轮),如图1所示,其参数和标记尺寸在草图“HoldingSke”中有定义

(1)先根据所设参数确定齿轮基体(坯体)的轴截形,如图3中粗实线所示。其中,“(53.882)”表示“外锥距”,“∑6.350”表示“齿顶高”,“∑9.493”表示“齿根高”,“∑12.700”表示“面齿宽”,“∑45°”表示“节角”,“∑38.100”表示“节圆半径”。
  草图绘制和实体造型过程中,用到许多参数,利用方程式驱动可获得很多尺寸,具体方程式的描述可见图4中菜单项中的“∑”。在SW中,经过方程式定义后的尺寸就会在前面显示红色的“∑”,可以根据需要更改方程式,以改变实体的尺寸。
 (2)旋转形成大基体。齿轮基体轴截形围绕齿轮回转中心线旋转一周生成三维齿轮基体模型,

 (3)做切齿平面的基准面。选与背锥相切的平面为切齿基准面,如图6中虚线表示的平面。
 (4)在切齿平面的基准面上,绘制切齿草图,如图7所示。其中“∑Φ61.011”表示“齿根圆直径”,“∑Φ71.605”表示“基圆直径”,“∑Φ76.200”表示“分度圆直径”,“∑Φ90.678”表示“切齿齿顶圆直径”,“∑44.450”表示“绘图半径”,“∑R15.240”表示“齿侧半径”,“∑4.859”表示“齿槽宽的一半”。然后采用三段圆弧逼近拟和代替齿廓渐开线的作图法绘制大端齿廓。
(5)根据草图放样切出齿形(见图8),然后陈列出指定的指数

 2、直齿锥齿轮实体建模后的任务
  直齿锥齿轮实体通过工程软件SW二次开发建模完成后,实现了齿面的复杂造型,以IGES文件格式保存,然后导入CAN系统,如Pro/E、UC等,利用其CAM模块中的刀具库选择刀具,再进行必要的编写,就可以实现数控加工直齿锥齿轮。同样,导入三坐标测量机的系统中,应用其软件进行虚拟的测量,取得直齿锥齿轮表面数据,根据获得的点云,分析理论值和实际值之间的不同,如节锥的公差、锥齿之间的累积误差等等。相对于传统的成形技术,用CAD/CAM工程软件来直接造型,然后用于生产,可大大地缩短生产周期。
 3、结论
  本文所述方法利用Solidworks软件中自带的标准设计库资源,对直齿锥齿轮实体进行了二次开发建模,简便、实用、可靠,有利于通过现有CAM系统实现在通用数控铣床上对直齿锥齿轮的数控加工,可大大地缩短生产周期,提高工作效率。

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