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1、4 8 1 引言 插齿刀的计算机辅助设计 刘迎春谭立新 宁立伟 湖南工程学院 传统刀具设计方法计算繁杂, 重复量大, 效率 低, 为使设计人员集中更多精力从事创造性工作, 减 少重复劳动 , 我们与企业 联合开发 了一种适用于专 用插齿刀计算机辅 助设计与校验的系统 , 在此基础 上可以开发所有刀具计算机辅助设计系统 。 插齿刀设计计算的几种情况 : 设计通用插齿刀 ; 根据一对特定参数的齿轮设计专用插齿刀; 选用标 准或 已有的插齿刀加工一对特定参数的齿轮, 校验 插齿刀是否合用。 2 专用插齿刀的设计计算与校验步骤 ( 以直齿外插齿刀为例) ( 1 ) 检查需加工的齿轮副的原始参数是否齐全
2、, 需已知 以下齿轮参数 : 模 数 m, 齿形角 a, 齿数 z 、 z 2 , 变位系数 。 、 2 , 齿顶 高系数 h , 齿根 圆半径有 无特殊要求等 ; ( 2 ) 选择插齿刀的切削角度 ; ( 3 ) 计算插齿刀修正后的齿形角 a 。 ( 见图 1 ) , 图 1 插齿刀齿形角的修正 o= 其中“ +” 号表示前角为负值 ; ( 4 ) 确定插齿刀的分圆直径 d o 和齿数 ; 根据所使用 的插齿机 , 选定插齿刀的公称分 圆 直径 d 0 , 齿数 应为 Z o = ( 根据计算结果取整数 ) ( 2 ) 工 具 技 术 在确定齿数 后 , 重算分 圆直径 d o 表示为 d
3、o =, o ( 3 ) ( 5 ) 校验磨齿形 ; 磨齿时机床鞍坐倾角 a 用下式计算为 cos A m z 0 co s 0 ( 4 ) c o s 口 = 7 珥 Uk 式中d o k 渐开线 凸轮板的基圆直径 插齿刀齿形表面的基圆螺旋角( b o ) 由下式表 示 t a “ ( P b O ) =s i n a o t a n a 。 ( 5 ) ( 6 ) 确定插齿刀的齿项高系数 耋; ( 7 ) 根据齿顶变尖限制 , 确定插齿刀的最大变位 系数 ( X o ) 二 a 。其中, 不 同模数时插齿刀允许 的最小 齿顶宽度( S a O ) i 数值 由经验公式得 ( S a O )
4、 IIl i =一0 O 1 0 7 m +0 2 6 4 3 m+0 3 3 8 1 ( 6 ) 所绘制的关系通过图 2选取 。先从 图 2中查出 允许 的最 小齿顶 宽度 , 再用 下列 公式 求 出允许 的 ( X o m a x :y r r +4 一 xot ana +2 ( i一 a OS a O 0 l n v a l n v a 0 ) ( 7 ) =y 一 + 一 j J ( 7 j 2 O 1 8 1 6 1 4 量 1 2 1 0 n 8 【 l 6 , 。 f I , ? | | 图 2 最小齿顶宽度 ( 砷) lr Ii I I和模数 m 的关 系 ( 8 ) 根据求
5、得 的( X 0 ) 二 校验所插齿 轮是否产生 过渡曲线干涉 ; ( 9 ) 确定插齿刀的厚度 B; ( 1 0 ) 根据刀齿强度 限制 , 确定插齿刀重磨到最 后时的最小变位系数( X o ) ; ( 1 1 ) 根据求得的( X o ) 校验插齿时齿轮是否根 维普资讯 http:/ 2 0 0 5年第 3 9 卷 N o l 0 切 , 如不发生根切 , 继续进行下面 的校验 , 如产生根 切则需 另 求 不产 生 根切 的插 齿 刀最 小 变 位 系 数 ( x 0 ) ; ( 1 2 ) 从上面求得的( X 0 ) 校验齿轮是否发生第 一 类顶切 , 如不发生顶 切, 继续进行 下面
6、的校验 ; 如 产生顶切 , 则另求齿轮 不产生顶切 的插齿刀最小变 位系数( X 0 ) ; ( 1 3 ) 校验插齿时 , 齿轮是否发生第二类顶切 ; 根据以上校验, 最后确定插齿刀重磨后允许的 最小变位系数 ( 。 ) 一 。 ( 1 4 ) 校验插出的齿轮根圆直径是否在允许范 围 内( 如齿轮无此项要求 , 可不校验) ; ( 1 5 ) 计算新插齿刀前刀面离原始剖面的距离 b o ; ( 8 ) ( 1 6 ) 计算新插齿刀前刀面在端面的投影尺寸 ; 顶圆直径 d 0 :m z 0 +2 h : o +2 ( 0 ) 一 ( 9 ) 根圆直径 d f 0 :m z 0 +2 h ;
7、o +2 ( X 0 ) 一 ( 1 O ) 齿顶高 h 0 =m h : o +( X 0 ) 一 ( 1 1 ) 分圆弧齿厚 5 : 0 +2 m( X 0 ) t a n 口 ( 1 2 ) ( 1 7 ) 计算插齿刀检查剖面的尺寸 ; 检查齿形时用的插齿刀基 圆直径( d b o ) 为 ( d 0 ) :, 0 c o s 0 ( 1 3 ) 检查剖面中插齿刀的变位系数 为 t a n s ( 1 4 ) 有效渐开线起点处的渐开线曲率半径 P 。 ( 与齿 轮 z 2 啮合 ) 为 ( 见图 3 ) 图 3 检查插齿 刀渐开线齿形的起点和 终点 P : ) t a n a 0 2 t
8、 a n a ( 1 5 ) 有效渐开线终点处( 顶圆) 的渐开线曲率半径 P为 49 P: ( 1 6 ) ( 1 8 ) 插齿刀的其它结构参数选取 。 3 插齿刀的计算机辅助设计 3 1 原始信息输入 ( 1 ) 齿轮副原始参数 : m, a , z 1 , z 2 , 1 , 2 , h ; ( 2 ) 工艺信息 : 工件表面粗糙度 、 工件材料 、 热处 理状态 ; ( 3 ) 齿轮类型 : 内齿或外齿 , 双联或三联等 , 其它 特殊要求 ; ( 4 ) 机床型号 : 输入型号( 或相应代码) , 与设计 、 校验有关参数后即 自动进入后续关联程序。 3 2 插齿刀类型修定 系统数据
9、库 中存有插齿刀的各种类型 , 如标准 直齿刀 、 斜齿刀 、 内插刀 、 增大前角的粗插刀 、 加工修 缘齿轮的修缘插刀 、 剃前插刀等具体型式 , 在输入原 始信息后 , 系统会首先 自动选定 , 相应 的设计图纸 、 有关参数及修改程序即可调出。设计人员也可重新 选择类型。 3 3 各类参数计算、 校验与确定 所有计算在输入原始信息后由系统 自动全部完 成 。首先根据加工齿轮的材料确定前角正负及其大 小 , 具体数值随材料硬度等由相应函数逼近式算出。 同时计算校验确定各类参数, 以满足插齿刀齿顶变 尖、 加工齿轮曲线干涉 、 刀齿强度 、 加工齿轮根切 、 第 一 类根切等限制 , 并进
10、行齿形误差和齿形角 的第一 、 第二次修正计算, 设计者可对任意数据修改, 相应的 所有计算重新 自动完成。 3 4 插齿刀结构图的生成 插齿刀基本结构要素的描述采用将其分解为简 单的几何元素段或标 准形式 的几何元素段 , 由这些 元素段创成复杂形状的零件轮廓的方法 , 包括直线 段 、 圆弧段 、 列表 曲线段 、 函数曲线段。主视 图则会 自动简化为直线模型 , 各线段交点即是 图纸形状的 输入点。倒角、 台阶、 刀槽等依据相应 比例关系确 定 , 内孔 由机床装夹尺寸确定 。计算 机完成各类计 算后 , 结合原始信息 , 自动以各数值输入图形创成程 序 , 生成插齿刀的三视图, 设计者
11、可对包括辅助结构 要素在 内的任意部分修改。 3 5 人机交互对话程序 设计人员进入系统后 , 系统将逐一打开各人机 交互对话框。该对话框也可对要选用的标准或 已有 插齿刀加工一对特定参数齿 轮的情况进行校验 , 输 入原始信息后可在预览框 内找到所有相关数据及校 维普资讯 http:/ 5 0 。啁 荨 享 齿 插 齿 刀 设 计 的 人 机 交 互 输 入 程 序 4结 语 框 图 如 图 4 所 示 。 一 图4 直齿插齿刀设计人一机交互对话框图 工 具 技 术 传统刀具设计方法的计算繁杂 , 重复量大 , 效率 低 , 文中介绍 的插齿 刀计算机辅助设计系统可以根 据原始参数、 工艺信
12、息等 自动或通过人机对话设计 各类插齿刀, 极大地提高了设计和计算效率。 参考 文献 1 樊忠和硬质合金插齿刀的结构设计 新技术新工艺, 2 0 0 2 ( 3 ) : 1 1 1 3 2 太原市金属刀具切削协会编金属切削实用刀具技术 机械工业 出版社 ,1 9 9 2 3 任兴胜, 许香穗 交互式计算机辅助设计系统 重庆大 学学报 ,1 9 9 4 4 吴慧中机械设计专家系统研究与实践中国铁道出版 社 1 9 9 5 5 杨竞衡 、计算机辅助设计与应用机械工业 出版社, 1 9 9 5 6 Ye x z,Ta k a s h i Me a e k a waDi ffe r e n i a l
13、 g e o me t r y o f i n t e r s e c t i o n c u r v e s o f t wo S t la c e s C o mp u t u r A i d e d G e o me t r i c D e s i g n, 2 0 0 0 ( 1 1 6 ) : 7 6 87 8 8 7 FANUC L TDFANUC s e n i e s O- MC o p e r a t o r S ma n u a l p r i n t e d i n J a p a n ,J u l ,1 9 9 4 第一作者 :刘迎春 ,湖南工 程学 院, 4 1 0
14、0 0 4湖南 省湘 潭 市 从国际车展看中国汽车的欧洲之路 德国法兰克福国际汽车展每两年举行一次, 属国际顶级 车展, 也是志在国际市场的汽车厂商的必争之地。今年的法 兰克福车展有个新的看点, 就是 3种中国品牌汽车首次集体 亮相, 引来欧洲媒体和业内人士的广泛关注。 在本次车展上亮相的中国汽车品牌是“ 吉利” 、 “ 陆风” 和 “ 中华” 。其中, 吉利集团在车展上一下子推出了5款不同的 汽车, 十分引人注目。不过, 较比吉利 2 0 0 7年进入欧洲市场 的计划 , 江铃集团已抢先一步。自今年 7月份开始, 江铃 出 产的陆风车已经在欧洲的高速公路上奔驰。 中国品牌汽车在法兰克福车展的
15、集体出现, 无疑是一个 信号: 中国汽车准备挤入竞争激烈的欧洲市场了。虽然大家 都承认 , 中国汽车想要在欧洲市场立足仍有很长的一段路要 走, 但中国汽车的欧洲之路到底有多难 , 人们的观点却是见 仁见智。 在记者采访的诸多人士中, 态度最乐观的无疑是陆风车 欧洲地区经销商 、 L WM C公司的总经理比富尔特 。比富尔特 表示 , 陆风汽车最大的优势是性能价格比。即使与售价较低 的同类 日本和韩国车相比, 陆风车的售价也要便宜二三成 , 而陆风的质量也相当不错 。比富尔特称, 他的目标是在 1 0 年内使陆风系列车在欧洲的销量达到 1 万辆。 不过, 即便是信心十足的比富尔特也承认, 中国汽
16、车在 欧洲销售最大的困难是知名度太低 , 普通欧洲消费者几乎对 中国汽车一无所知。吉利集团董事长李书福在谈及吉利在 欧洲的销售前景时倒是出言谨慎。他表示, “ 世界很大 , 我们 很小” ; 吉利闯荡欧洲主要是“ 学习、 见识和实践” 。 不管怎样, 中国品牌汽车毕竟来了, 而且也叩开了欧洲 市场的大门。只是中国汽车要想真正在欧洲市场上昂首挺 进, 恐怕还有几道难关要闯。其一, 品牌。这是中国汽车走 向国际市场最大的障碍。树立一个良好的品牌, 绝非一朝一 夕之功。车展组织者、 德国汽车工业联合会主席戈特沙尔克 便直言 : “ 中国汽车不可能一下子在德国市场上占有显著的 份额, 因为中国厂家缺乏
17、知名度和名牌。 ” 其二, 对欧洲市场 的适应性 , 这包括能让欧洲消费者接受的质量、 款式设计、 安 全性要求等。在这次车展上, 各大汽车厂商争相推出新款汽 车和新技术, 而中国厂商在这方面还相距甚远。韩国起亚公 司一位新闻官便对记者表示 , 起亚在欧洲进行了 1 0余年的 经营, 才适应了欧洲市场, 并最终使欧洲人接受了起亚。其 三, 良好的当地合作伙伴。可以想像, 中国汽车进入欧洲, 会 面临很大的文化差异 , 这包括企业文化 、 经营理念和销售哲 学等。从陆风进入欧洲市场的成功案例来看, 中国企业在当 地寻找有实力的合作伙伴无疑是一条捷径。这对中国厂家 获得信誉、 销售渠道和售后服务等有着很大的便利。 当然, 中国品牌汽车在本次车展上还只是“ 初试啼声” 。 相信随着中国汽车工业的发展 , 在像法兰克福汽车展这样的 顶级车展上 , 还会有更多的中国汽车品牌出现。 维普资讯 http:/
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