（机械制造及其自动化专业论文）y7125磨齿机磨削模型建立与磨齿过程热状态研究.pdf

太嚣理工大学霉l 莲鼹究生学位论文 y 7 12 5 磨齿枧磨划模型建立与磨齿 过程热状态硬究 摘要 磨齿是齿轮精加工中普遍采用的种工艺方法，它本身是 一种独特的切削方式，可以最大地提高齿夥精度，并与磨齿前 的齿轮精度、齿轮硬度无关。相比较于朝齿，蘑齿可用于加工 淬硬齿轮，特潮是对于齿形精凌要求禳高的标准齿轮、精密齿 轮和各种齿轮刀具酶精加工。舅羚，凌于豢齿采焉静甥潮刃其 是秽轮，与剃豢刀褪磁，其刀具毒l 造麓单，医戴，瘗纛翔王在 生产中碍以广泛应用，对磨囊工艺鳇鞣究也基盏扩大。圭予磨 削过程本身的复杂性，还蠢许多问题霈做进一步探讨，本文以 y 7 1 2 5 磨齿机为研究对象，做了以下工作，并取缛到了一定研 究成果： 1 本文借助v i s u a lb a s i c 编程语言二次开发三维绘图软 件m d t ( m e c h a n i c a ld e s k t o p ) ，创建了基于特征的磨削零件参数 化实体模型及磨齿时砂轮工件的啮合模型，采用了添加特征和 i 太原理1 二大学硕士研究生学位论文 模拟切削的建模方法。精确的实体造型是对磨削过程做进一步 分析的基础所在，同时也是完善零件c a d c a e c a m c a p p 集成系 统的关键环节。 2 针对传统磨削温度场解析公式中含有广义积分和贝塞尔 函数，计算较为复杂的情况，介绍了一组经过有效简化的温度 场解析计算公式，利用这组公式计算出的磨削温度可用于验证 后续温度场仿真结果的正确性。 3 磨齿加工不但在工件表面产生较高的温度，而且还会在 工件表层内产生梯度很大的温度场，这是形成磨削残余应力呀 及造成磨齿工件表层金相组织变化的主要原因。因此，正确地 确定工件表层内的温度场及表面温度，能够预测磨齿残余应力， 了解表层金相组织变化，进而可合理运用磨齿工艺，进行表面 质量控制。按照传统解析方程计算磨削温度场比较烦琐，本文 借助大型工程分析软件a n s y s 在热分析方面的强大功能，分 别按两种热源作用方式下对二维及三维磨削模型进行温度场仿 真，得出磨齿过程中工件表面及不同深度各个时刻的温度分布 图，并进行了不同工艺参数下磨削力与温度分布之间关系的仿 真。最后利用热力耦合分析方法，建立了磨削热应力的仿真曲 线，初步实现了对磨削热应力的定性分析。本文采用的有限元 丌 太原理工大学硕士研究生学位论文 法为磨齿热分析提供了一种全瓤的磷究方法。 关键词：y 7 1 2 5 型磨齿机，m d t ，特征建模，有限元，热分析 i i 太原理工人学硕十研究生学位论文 e s t a b l i s h m e n to ng r i n d i n gm o d e lo fy 7 1 2 5 g e a rg r i n d e ra n ds t u d y o nh e a ts t a t eo f g e a rg r i n d i n gp r o c e s s a b s t r a c t g e a rg r i n d i n gi s aw i d e l yu s e dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s so n g e a r f i n i s h i n g b e i n gi n d e p e n d e n to fg e a rp r e c i s i o na n dr i g i d i t yo f p r e g r i n d i n g ，i tc a ni m p r o v et o o t hp r o f i l ep r e d s m ni nm a x i m u m c o m p a r e dw i t hg e a rs h a v i n g ，i t i sau n i q u ec u t t i n gm o d eo f g r i n d i n gh a r d e n i n gg e a r , e s p e c i a l l yi nf i n i s h 。g r i n d i n gs t a n d a r dg e a r a n dp r e c i s i o ng e a ra n dm a n yg e a rt o o l s 。i na d d i t i o n ，g e a rg r i n d i n g t o o li ss i m p l i e rt h a ng e a rs h a v i n gt o o l 。a l lo ft h e s em a k ei th a v ea w i d er a n g ea p p l i c a t i o n si ng e a rf i n i s h i n ga n dt h er e s e a r c ho fg e a r g r i n d i n gp r o c e s si si n c r e a s i n g l y e x t e n s i v e b u tb e c a u s eo ft h e c o m p l e x i t yo fg r i n d i n gp r o c e s s ，al o to fp r o b l e mn e e dt ob e m o r e d i s c u s s e d a c c o r d i n gt oy 7 1 2 5g e a rg r i n d e r , t h em a i nc o n t e n t si s o r g a n i z e da sf o l l o w s ： 1 v 太缀理王大学硕士戮究生学使论文 f i r s t l y , v i s u a l b a s i ci s a p p l i e d t om d t e s t a b l i s h i n g3 d g r i n d i n gm o d e la n dm e s hm o d e l ，w h i c hi sb a s e do nf e a t u r ea n d p a r a m e t e r t h em o d e l i n gm e t h o do fa d d i n gf e a t u r ea n ds i m u l a t i n g c u ti sp u tf o r w a r d p r e c i s ee n t i t ym o d e l i n gi st h ek e yo nt h ef u r t h e r a n a l y s i s o f g r i n d i n gp r o c e s s a n dt h eb a s i so n p e r f e c t i n g c a d c a e c a m c a p pi n t e g r a t i o ns y s t e m 。 s e c o n d l y , a i m e da tt h ec o m p l e x i t yo ft h ep a r s i n gf o r m u l ao f g r i n d i n gt e m p e r a t u r e ，as e to fe f f e c t i v es i m p l i f i e d f o r m u l ai s i n t r o d u c e d ，w h i c h c a nb eu s e dt o t e s t i f y t h ec o r r e c t n e s so f t e m p e r a t u r es i m u l a t i o n 。 t h i r d l y , g e a rg r i n d i n gn o to n l yp r o d u c e sh i g ht e m p e r a t u r ei n w o r k p i e c es u r f a c e ，b u ta l s op r o d u c e sg r e a tg r a d si ni t si n n e r , i ti s t h e p r i m a r y r e a s o no f b r i n g i n gg r i n d i n g r e m n a n t ss t r e s s 。 c o n f i r m i n gt h e i n n e rt e m p e r a t u r ef i e l da n dt h es u r f a c el a y e r t e m p e r a t u r eo fw o r k p i e c ec o r r e c t l y , c a n r e a l i a z et h em e t a l l i c o r g a n i cc h a n g ea n df o r e c a s tr e m n a n t ss t r e s so fw o r k p i e c e i ti st h e b a s i so fe x e r c i s i n gg e a rg r i n d i n gt e c h n i c sl o g i c a l l yf o rc o n t r o l l i n g s u r f a c eq u a l i t y ：o na c c o u n to ft h ec o m p l e x i t yo fg r i n d i n gp r o c e s s ， ak i n do ff e mm e t h o di si n t r o d u c e d 。b a s e do na n s y s ( ak i n do f v 太原理t 大学硕士研究生学位论文 f e m a n a l y s i ss o f t w a r e ) ，w es i m u l a t e dt h et e m p e r a t u r eo f2 da n d 3 dg r i n d i n gm o d e lo nt w od i f f e r e n th e a tr e s o u r c e t h ec u r v eo f t e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i n g c a l lb er e c e i v e d 。t h es i m u l a t i o no f g r i n d i n gf o r c ea n dt e m p e r a t u r e o nv a r i a t i o n a lg r i n d i n gp a r a m e t e ri s a l s oo f f e r e d 。f i n i a l l y , t h em e t h o do fc o u p l i n gh e a ta n df o r c ei su s e d t oc a r r y i n go u tt h es i m u l a t i n gc u r v eo fh e a ts t r e s s w h i c ha c h i e v e d t h eq u a l i t a t i v e a n a l y s i so fg r i n d i n g h e a ts t r e s s b a s i c a l l y t h e r e s e a r c ho ft h i sp a p e rp r o v i d e san e wm e t h o do nh e a ts t a t ea n a l y s e o f g e a rg r i n d i n g k e yw o r d s ：y 7 1 2 5g e a rg r i n d e r ，m d t ，f e a t u r e b a s e d m o d e l i n g ，f e m ，h e a ta n a l y s i s 太原理工大学硕士研究嫩学位论文 ，1 雩l 富 第一蠢绪论 随着科学技术的迅速发展，国民经济锌部门所需求的多品种、多功能、 怒精度、褰晶豢、毫震叁动他的技术装备瓣开发和毒l 逡，健遂了先邀暴造 技术的发展。磨削加工技术是先进制造技术中的簸要领域，是现代机械制 造业中实现精密加工、超精密加工簸有效、应用最广泛的基本工艺技术“】。 当今，簿潮加工技术蠢三朝着使用超硬瘩料磨其，开发精密及怒精密瓣翻， 蠢速、庭效磨削工艺及硬剑藏精度、毫刚度的叁动化磨痰戆方趣发簇，毽 普通磨床及专用磨床、普通磨料磨具、传统磨削工艺仍占有煎要地能。 1 2 齿轮加工工艺的发展 齿轮传动楚机械传动中缀重要的接魂之一，髟式缀多，残用广泛，传 递的功率可达数十千瓦，圆周速度可达2 0 0 m s ，具有效率高，结构紧凑， 工作可靠，寿命长，传动平稳等优点，在机械传动中得到了广泛的威用。 一般在巷鲶传动中轮意处于较大熬髑皴应力状态，瘸建必须其鸯缦毫 的抗弯强度和疲劳强度，同时应具有较高的冲击韧性才能达到提高齿轮使 用寿命豹目的，这就为齿轮的精加工提出了较高的要求。另外，随着工业 技本粒不甑发爱，齿轮技术媳霉到了迅速发震，其发震趋势哥壤菇炎：毫 承载能力、高齿面硬度、高精度、商速度、高可靠性和高传动效率。归结 封齿轮加工技术上，就是发髓硬齿丽齿轮的精加工技术。因此，以高效率 帮僬成本来实瑗硬齿凝精翅王残为滚轮杰簦王按零瓣主娶发蒺方窝，港蘑这 个方向，近年来出现了一些新的齿轮精加二 方法： 1 太琢理工大学硕士研究生学位论文 1 ) 磺滚热工臻盏链燕王8 7 级精度豁齿轮，多霜在剃鸯秘高频淬 火后，主要用于去除热处理氧化皮和遣刺，使齿轮糨糙度傻及噪声有所降 低。近年来，齿轮形金剐石修熬滚轮的应用，使硬齿面珩齿技术有了新的 发袋，薪豹臻齿麴工技零主要窍旗杆形臻轮珩齿法帮内凌臻轮鬻亍蓊浚两 种。 2 ) 剃齿加工剃齿能加工5 7 级精度齿轮，生产效率高，以前主要 用予谵轮滚插颈翔工螽，淬火蘸酶藉壹羟工，泛死年来又穗潞了一静硬落面 剃齿法，可谓剃齿方法的一大突破，这神方法主要用于硬度为i t r c5 0 左 右的中硬齿面精加工，剃齿刀采用商性能高速钢或进行表面化学处理。 3 ) 蘑凌耱工瘗澍是餮外诲轮精藉工蒋逮搜翔酌方法，箕蓬要褴帮 影响日益增加，这嵇加工方法常常为可靠地进行灏开线袁形和盏向所限定 的精修提供唯一的手段。磨齿的加工精度商，可达4 级以上，似成本商， 生产效率一般都较低( 娲杼移轮磨齿税除外) ，所以，国内只有奁加工精密 齿轮秘瘫精度盏轮时采用，应用远不如尽夕 普及。近年激，由于c b n 磨 料，齿轮形金刚石修整滚轮的成用以及其它砂轮修艇技术的发展，使磨齿 技术取得了穰大进展。j 跑外，c b n 砂轮在蓊轮的镜面窘潮方瑶也有强大 潜力。 4 ) 滚齿加工滚齿是软齿面圆柱齿轮加工中应用最为广泛的一种切 齿方法，弱前，硬齿面滚齿工艺己广泛应用于模数为聊2 4 0 、齿面硬度 h r c 4 0 6 4 躲各秘硬卷殛圆孝圭凌轮拳精滚鞠壤滚热工。 综合上述几种齿轮精加工方法，磨齿精度高和精度稳定性最好，其它 的热后加工方法如各种珩齿机，由于采用了自由传动方式，刀具与工彳串之 阗没有严掺鹣晨艘关系，掰取褥瓣精发猿赖予热蘸瓣热工糖度也阕嬖重依熬 于热处理的变形程度。磨齿不仪能加工淬硬齿轮，而且能纠正齿轮预2 n t 产生的各项误差，消除热处理变形，精度也比剃齿、珩齿商，磨齿主要需 2 太骧瑗工大学戮士研究生学位论文 熊决鲍阀题是提裹效率与城少授鏊。近年寒熬实践与摸索逐澎取褥了哥喜 成果，为磨齿工艺开辟了广阔的前景。尤其在蜗杆砂轮和立方氮化硼成形 砂轮等新型藩齿机床上，蘑齿效率成倍提高，加工成本下降，促使磨齿工 艺戆应鼹不戮扩大，对瘗鼗遘程瓣磅究 瑟越来越重要。 3 本课题研究的意义 本课题的研究对象是y 7 1 2 5 型磨齿机，这怒一种年代较久远的国产型 号大乎凝砂轮蘑齿掇，星藏在藿蠹壅鼹骏多。懿是，长久懿寒，蓬肉癸学 者对其研究却很少。为充分发挥这种机床的磨削性能，稳定产品质蠛，提 高生产效率，有必要对y 7 1 2 5 型廉齿机的磨削过程进行深入探讨。 营悫，产菇建模蔽术是c 蠢d c 矗糟e 勰痘爰领域一疆极为关键静技本， 创建恰当的零件模型是进行相关研究的蒸础所在，传统的c a d 实体模型建 立在几何数据和拓扑关系描述的基础之上，虽能唯一城表示产品的几何形 狻，餐它豹零 孛数据不完整，数攒静撞象层次低，燕予集成。将征技术是 c a d c a m 技术个新的里穰碑，它是在c a d c a m 技术的发展和应用达到一 定的水平，要求进一步提高生产组织的集成化和自动化程度的历史进程中 攀育藏长起来鹣。本文蕊建立豹癌裔l 模登是基予特征鹩参数亿模螫，采稻 尺寸驱动机制，给定特定参数，可生成不同模型。所创建的模型数掇结构 完整，造型精度高，能与众多软件实现数据交换，不仪为磨削过程进一步 研究提供耩确的零 孛造鍪；同对莲l 于是特征建模，在模蓬中畿含了形状和 功能语义两种信息，也是实现共行e a d c a p p c 删系统信息繁成的窍效途 镪。 其次，蘑澍温度的研究建磨割领域磷究酌热门方淘，随着计算梳技术 及模拟技术黪发展，利用计爨机按不圆磨巍基本参数及磨剡工艺参数进行 温度场仿真成为一个篇要的研究课题旺 。本文基于有限元法的磨齿潞度场 3 太藏理工大学硕士研究生学位论文 仿鬓秘热痰力分毒蓐，羹褰蓬极溪鲍磷究提供了一耱燕矮快捷戆毅型方竣， 对合理选敬磨削参数、控制工件最高温升、避免磨削烧伤、降低磨削应力、 提高磨削质量、加强表面完整性以及进一步改进机床结构设计等具有现实 戆 舞导意义。 1 4 论文的主簧研究王作 本论文主要做了以下几方面的工作： ) 建立三维磨赘模鍪零文敦三维绘强软终m d t 兔设诗乎螽，鬻韵 v i s u a lb a s i c 编程语言对其进行二次开发，创建了基于特征的参数化磨 削模型，其中包括直齿轮、斜齿轮、插齿刀、剃齿刀和齿轮零件与砂轮啮 合攒嫠豹鑫韵生成。 2 ) 确立温度场解析模型针对传统温度场解析公式计算过稳烦琐蛇 缺点，介绍了一缎经过有效简化的计算公式。 3 ) 蘑粪溢度殇静番隈元傍真零文懿y 7 1 2 5 磨齿稳臻甏壹齿轮为研 究对象，将在m o t 中所建齿轮实体模型通过数据接口输入a n s y s ，作为有 限元热分析模型，分别按加载矩形及三角形热载荷进行二维和三维温度场 仿真，并弱羯m a t l a b 数穰计算动能对籀应豹数学群拆模黧进行求解，良验 证仿真结果的正确性，然后讨论不同工艺参数对磨削湿度场的影响。 4 ) 热威力分析利用a n s y s 特有的热一力耦合分析功能将温度场仿 卖结果牵工件不弼位置豹温度值作为体载荷加载，来模瓠模型滔磨削表面 及不同深发下的糜酆热艨力分裙状嚣。 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章特征遗型基础及其开发工具介绍 2 ic a d c a m 建摸技术 c a d c a m 成用过稔中，我们需蛩以计算机系统为辅助工具对所研究对 象戆菜些特性遴牙分摄处理，铡妇要求在诗算撰鼹纂或葵楚黪郏设餐上竣 出某个物体的三维图彤，并在计算机系统内对该物体进行网格分割、有限 元分析等处理，就需要建立该物体的计算机内部模型。根据对客观事物的 搂述方法、存锉遗容、存旗终麴戆不露露骞不醚豹建模方法。蠢蔻圭要戆 建模方法有几何建模和特征建模两种。 2 1 1 几何建模 几何建模鼹利用讨算机系统描述物体几何模型的技术，是指用恰当的 数据结构以计算机能理解和处理的形式对所研究的物体的几何特性进行 豹准确定义。奁尼俺建模中，物体凡傣模蘩静籀述帮表达是建立在几何信 息和拓扑信息处理基础上的。如何利用一融数据结构来袭示横艇以及控制 与处理数据，悬几何建模中的关键问题。 忍簿建穰系统可敬分为二维几何建模系统帮三维凡何建模系统。由于 现实世爨的物体都是三维的，因两用三维形体来表述物体模型竖自德食人 类的思维习惯。三维几何建模技术怒c a d 技术发展的主鬻方向。在计算机 中三维形体主要是由飘下到上的顶点、边、环、褥、壳和边界等六层拓扑 结构表述的。三维几傍造型搜术经历了线挺造型、表露造型、蜜体造挺等 发展阶段。 线稻模型怒c a d c a m 技术发展过程中斑用最早的三维模型，这种模型 表添於是物体黪棱边。线框模型圭妨钵上戆点、嶷线巍黯线缀戏，它表示 s 太琢理工大学硕士研究生学位论文 豹图形有时存在多义往，不箍遴季亍秘体尼褥萼等注( 体强、颟积、羹星、惯 性矩) 等计算，无法识别可见边，不适合于隐藏线消除，不能满足表嚣特 性的组合、存储及多坐标数控加工刀具轨迹的生成等各种要求。网前线框 模鹜主要蔫予二缭绘图或作为冀谴造燮方法酌一种辅助手段。 表面建模又q 曲面建模，是通过对物体斡各种袭面或越面进行接述的 一种三维建模方法，主要使用于其表面不能用简单的数学模型进行描述的 复杂物体，这静建穰方法的重点是由给密的离散点数据构成光滑= 过渡的鞠 厦，这些曲箍通过或遥邋这些藤数点。 实体建模是利用一些基本体素( 如长方体、圆柱体、球体、锥体、圆 环体) 和扫撩体等通过布尔运算( 并、交、差) 生成笺杂形体的一种建摸技 术。鼹懿常用躲实钵造型方法主要有：边界裘示法、橡造实体几嚣法弱握 掠法。实体模型用于产品的几何形状与尺寸，反映的是产晶的完熬的几何 拓扑信息。与线糕模型和曲面模型稻比，实体模型避免了形体寝示的歧 义性，实体模型反映形钵的见键拓扑镶息虽然是究整的，僵奁c a d c a m 集成方面具有几点不足，即：低级的、不完熬的产品定义；缺乏特征关系 表达信息；不支持概念设计；设计环境不符禽正常的思维模式。 2 1 2 特征逡模 几何建模技术推动了c a d c a m 技术的发展，随辫信息技术的发展及计 算裁痰鼹矮缄豹不断扩大，对c a d c a m 系统爨凄了越来越离豹要求，茏箕 是计算机集成制造技术的出现，要求将产品的需求分析、设计开发、制造 生产、质量检测、售后服务等产品整个生命周期的备个环节的信息有效地 集戒起来。痰予臻有酶c a 蚤c 删系统大多数蹩建立在死露模登戆基穑主， 即建立在对已存在对象的几何数据及拓扑关系描述的基础上，这必信息无 明显的功能、结构和工程含义，如果从这些信息中提取、识别工程信息相 6 太缀理工大学硬士研究生学位论文 当困难。祢补这缺陷的动机推动了特征建模技术的发展。 “特 正”概念是为实现c a d c a m 集成化而提出来的i ”，它怒低层的几 何元素与零部件闻联系的桥粱，特征将构成特征的几何元素有机地结合起 来，形或戆够表达特定功戆秘含义懿形状缝梅，以俸理蘩葭应熊筑形毒跫詹 息，是表示与制遄操作和加工工具相关的形状和技术属性；是需要一起引 用的成组几何或拓扑实体；怒用于生成、分析和评估设计的单元。此外， 特程戆缝痨元素霹鞋幸譬为尺寸、公差、表覆必法凄等麓工穰怠懿相关载钵， 使褥工艺信息能宠整地借助特征而得到表达。 一般说来，“特征”构成一个零件或者装配件的单元，虽然从几何形 状上蓐，它篷含俸为一般三缎模鍪基穑豹煮、线、覆或者实俸攀元，佟更 重疆的是，它具榭工程制造意义，也就是说簇于特征的三维模型具有常规 几何模型所没有的附加的工程制造等信息，添加特征时，可附加这些信息； 著且，塞予在模蘩懿截建除莰，特铥结合予零释模鍪中，采弱采自数据库 的参数化通用特铤来定义几何形状，这样c a p p 时，在设计进行阶段就可 以很容易做出一个更为丰富的产品工艺，能够有效地支持下游活动的自动 纯，麴模其帮刀其等豹准备、翔工成本翁擎期评储等；舅矫，箍“特征添 加”的方法创建三维模型更符台工程技术人员的习惯，三维模型的刨建过 程与其加工过程十分相近，软件容易上手和深入。因此，基于特征的遗型 系统为集成环境中全局产晶摸登豹实现提供了完熬的手段，使褥系统在产 品的设计过程中憩很好螅撼获设计者的意图，弗且保证产品信愚在产品魄 设计、分析、制造、检验等各个阶段保持究整性。 2 1 3 参数化造激设计 参数化是指对零件上的各种特征施加备种约束形式。参数化建模技术 又称尺寸驱动几何技术，其主蒙思想是用几何约束、工程方程与关系来说 7 太原瑾工大学硕研究生学位论文 弱模熬豹形状特鬣，各个特征豹凡 鼍落狄与尺寸大小蕉交艇翡方式表示， 如果定义某个特征的变量发生了改变，则零件昀这个特征的几何形状与尺 寸大小将随蓿参数的改变而改变，从而达到设计一簇在形状或功自& 上具有 褶秘褴静设计方案靛嚣豹。 将参数化设计应用到特征设诗中去，把参数化的基本体素定义为特摄， 用特征通过体素拼合的方法构造零件的几何形状，使得特征具有可调整性， 可敬裰摇需臻诱整变纯，遮藏是参数亿特征造型设计。 2 ，2m d t 及其开发环境 2 2 1m d t 概述 m d t 是m e c h a n i c a ld e s k t o p 的简称【4 1 。它是工作在w i n d o w s ( 或n t ) 平台上的微机三维设计软件包，鼹一个强大易用的机械设计三维参数化娥 模软耱，它融合了二维弱三维设计荠带舂装鬣功链，楚集a u t o c a d 与参数 化实体造型、蛆面造型、装配逸型、二维与三维双向关联绘图、与其他 c a d 系统交换数据的i g e s 、s t e p 转换器、丰富的标准件库、众多的机构 生成嚣帮工程毒辛霎等模块为一钵盼机械设计系统。 m d t 具有离效魄二维绘图功姥，逯过a u t o c a d 二维图的生成秘编辑功 能，尤其是一些高效工具，能快速准确地生成二维图形，通过特性管理器 移增强编辑等功能狠容易对对象进行编辑。它支持多草图、动态牮图，还 繁有文字草鞠，可雕刻文字，具窍二维葶鞋三缎扫撩功瞧，蠢簸特撼、螺纹 特征和弯曲特征，它支持带公差的造型，在计算零件参数、作装配的干涉 检查、作数掇加工模型等情况下，根据厢户愿獯可自动按上羞、中差或下 差遴纾计算。它有缀强黪麴嚣造型功熊，容易姆复杂些夏融合到实俸上， 可快遮生成复杂实体，并版能够智能地连接三维模型与二维视图，实现二 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 维图形与三维图形的自动转换，可生成高质量的符食国掭的二绒装配图和 二维零传工程凰。该软传备鸯丰塞的标准姆征簿、标准髂疼霉爨多零孛樵棱产 生器，能进雩亍多罩孛工程诗簦，可方便凝构设计，极大地节约设诗瞪闻。m d t 不仅有强大的设计造型功能，也容易与其他c a d 系统交换图形和实体，它 除了d w g 帮d x f 文传冬英毽c a d 系统交换数撵静，还凌霆了i g e s 、s t e p 转换嚣与其也c a d 系统交换爨形巍实薅。爨於，鞋瓣其鸯a u t o c a d 一样斡 开放性，为用户提供了不同层次的开发工具，蠢a u t o l i s p 、v i s u a l l i s p ；a d s ( 使焉c 语富) ；a r x ( 使蠲e + 语誊) ；v 瓢f 8 等，雳户潮它秣容荔 编写蠹已静专雳讦髯程序，也容荔对m d t 遴行二次开发，扩充t 的功能。 2 2 。2m o a dv b a 嚣发王其笾会 m d t 不仅是燕有强大功能的机械设计平台，而且为用户掇供了良好的 二次开发环境和编穰接翻，m d t 允许鲻户在其开发平台上用v i s u a ll i s p 语言或建立在c 语言基础上的a r x 等应用程序对它进行二次开发。但这些 开发工具都有其不足之处【6 】：v i s u a ll i s p 运行速度不快且开发界面单调 嚣不友好；a r x 是建立强c 谣言基础之上的，学习难度橱对较大。 因j 琏：，不论用v i s u a ll i s p 还是a r x 在m d t 上进行二次开发鄂爨裂 了一定的限制。m d t 6 ，0 环境中鬃成了恧向对象v b a ( v i s u mb a s i c a p p l i c a t i o n ) 二次开发z 具，它为雳户提供了絮辘浃捷躯开发嚣壤，m c a d v b a 具蠢鲶饯点是：v 转缀程黪壤赛学撼媛；对锈雄构造快速纛散，这健褥 开发者遇避对话撂来摭铡会令的执孬，蠖器嚣设诗更加简单明了；v b a 是 与n ) t 一越运君戆，饺怒程序执行抉逮，并显霹滋在銎形帮开发繇壤之霹 隧懑妫换，使褥编程鞫调试凳撵方馁；v b a 工程霹戳单狻谨在，瞧可黻嵌 入憾定耀形巧境中，这使彳罢开发尝瘦发毒应鼷程廖眩骞很大黪囊虫牲； 9 太薅i 璎工大学硕士磷嶷生掌经论文 a c t i v e x 和v b a 可以与其它w i n d o w s 应用稷序( 如m i c r o s o f tw o r d 或 e x c e l ) 起使用，并提供了应用程序间信息邋信的良好渠道【7 i 。由于v b a 具有很多优点，容易被开发者接受，遮就使得其成为v i s u a ll i s p 和a r x 之强豹又一个强大豹二次开发工具。 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 第三章基于特征的参数化膝巍模型的建立 3 ，1 孳l 富 y 7 1 2 5 磨齿帆主要用于磨削撬缓刀、弟4 齿刀和度量雳的标准渐好线搬 轮f 9 】。对工锌磨削过稷进行分据，势必嚣要先建立准镄可纛、零搏数据宠 熬的分掇模型。另终，枣予现代设计卷遗系绞的发震趋势是鬃减纯、智能 讫，遮藏凝求将设计遗程黟工程潺义并与产熬模黧集成予一搭，嚣繁予特 蔹戆建模技术滚鸯形状与功能语义两释傣怠，为c a d c a p p c a m 实现离散 的数摄交换彝数据共攀提供了霹悲，是键遴髫麓c a d 系统帮餐撩蒜l 遮系统 逐步褰臻浆鸯效途径。本文委楚蒸予这嚣耱器求采建立y 7 1 2 5 縻齿税瘗翻 模型鹣。 3 2 渐湃线凌轮蝮廓麴线方程 渐开线齿轮的齿廓曲线比较复杂， 由图3 - i 中所示的齿颚圆弧a b 部分、 渐开线b c 部分、过渡曲线c d 部分和泼 椴圆弧跳部分组成，下面将分别给出 其蓝线方程和起止燕度。 e 转段魏线方程 段曲线麓一段裔裉过渡翻线，它 怒在羧震成法加工齿轮时与渐开线一 起形成的一段曲线，其参数方程为： 簿3 - i 齿簿褥残 f i g 3 * 1c u r v eo f t o o t hp r o f i l e 太骧瑾工大学礤士研究生学位论文 q = r n 妒一( 击+ r ，) c o s i n s ( 搿一彩 口 五一r e o s 妒一竺b + ) s i n ( a 一妒) s 1 1 1 口 掰一模数 z 一凌数； r 分度圆半径，r = 婴； 厂一齿高系数； c 一顶隙系数： a 分疫灏压力两； 名一刀顶啜角半经，。= l c s m 赫窿1 。1 ； d 一刀顶圆角圆心距中心线的距离，口= f m + c m - r p ； b 一刀顶圆角圆心距刀具齿槽中心线的距离， 6 = 等+ 舟移+ 。c 。s 檬： 妒：三( q c 瞎倥+ 垂) ； r 程1 。群一x m 口楚是交参数，在瑾9 0 。 菠辍痰变诧。 2 ，船段麴线穷舔 髑羧趋线是一段壤硬爨圜弧，其参数方程凳： 1 2 ( 3 - 1 ) ( 3 - 2 ) 嘶叫0 吒 l | | | _ ，-ltf：jt 太原理工大学硕士研究生学位论文 - - n n n 粉，= m ( z + 2 r f + 2 x ) ； x 一变位系数； 变参数，在o 警之间变化； 吃基圆半径，= 小zc o s ； g 。一齿顶凝蓬力角，吼= a r c c o s ( 鱼) ； w 纯一齿矮爨齿厚掰对豹中心角， 魏；z + , 4 x t a n a l嘣嘁砒) 。j 3 。b c 缝益线鸯器 b c 段曲线为一段渐开线，它是齿轮类零件的主要工作部分，其参数 方程为： ? 2 1 3 m 敛 ( 3 3 ) l 五= c o s 妒i m z c o s 貔 i2 面。 许= 罢十伽懈一i n v 搿i ； 妒一分度睡搬露叛对戆中心角，妒。0 5 z 百m 写+ 2 忑x t a n a ： 口；为变参数，o r a 之问变化； 吼吒赢对应的压力角，棚取2 詈+ 砌一a r c t a n ( 。 4 d e 段曲线方程 1 3 太原溪工大学硕士磺究生学蕴论文 p e 浚蕊线为一 雯霭裰圆圈蕊，它豹参数方裰为： j ! 。p w( 3 锄 呻4 l l 五= r f c o s 、“ 。一齿根圆半径，= m ( z - 2 _ f - _ 2 c + 一2 x ) ； 妒交参数，图鞭怒始角为粼t a 砻号； 2 筇 织2 _ 4 3 3m d t 环境下齿轮类零件建模过程麓贫 3 3 1 “撇述符”的概念 在爨v b a 开发鼙瓣逐葶亍零件翡特镊造蘩之前，我髓蠢必要了解黼蕈 中“疆述符”( d e s c r i p t o r ) 静概念。箍述符最一个对象，它包含了对勇一 个对象韵详缡搐述，怒m o t 独特的编程特往。钢翔：一个描述符可用于猫 述鸯关一个黪征静位鬣、终止穷式、特征类黧等方鬣豹特定信怠。用户可 蔽通道获取一个辩象的攒涟符来壹询信怠，魂可以便爝摇述稃来垒成与该 对象同类的新对象。这些绉述符包含了一系两弼于描述对象设置的瘸性 值。一虽靖这些满往德进行修馥，这种修改簸会应浠于搿类静掰肖对象。 例翔：修改特征时，只要改交播述符静适当满往，特征就会立卵疑新。运 用特征描述符还可以实现零件的特征尝询、编辑及特征抑制等操作。利用 描述符憝二次开笈m o t 酌特点之一，戳诧，它贯穿予本文的薅模之中。 3 3 2 遴轮类零髂戆建摸方式 在赫d t 中，落轮类零件有多种建模方式； 1 4 太原理工大学硪士研究生学位论文 1 ) 缀据巍轮戆骞关参 数，在平面上生成齿轮的全 部齿形，然后进行整体拉伸 或妇掠。 2 ) 首先生成单个拨形， 搿通过拉伸或扫掠形成三维 蜜俸，然后绕中心点遴行落 周阵列，最后台并成一个整 体。 3 ) 曾先黛或齿轮豹裔 坯和袁横轮廓，并将齿槽轮 廓拉伸戚扫掠形成切削刀 萁，与蒸俸( 磐坯) 送行切潮 操作，然后进抒特 芷圆周阵 列。 峦予齿轮虢轮裔端面楚 澎开线，在保证精度的情况 下，轮廓曲线的数据壁较大， 这将直接影确数据文件的大 小。经越比较以上方法，应 用第三种造型方法所得到的 数据文体相对较小，速度也 较捩，且与寞骣热王遗轮 的方式栩同，符合人们的思 维习惯，因此本文的建模采 齿槽特征阵列，生成垒部或 部努建 添翻轴毪、键稽帮捌角 等结构特征 图3 - 2 斜齿轮建横流程图 f i g 3 2f l o wc h a r to f h e l i c a lg e a rm o d e l i r i g 1 5 太藤理上大学硬士研究生学位论文 用了这种方法，图3 _ 2 所示为斜齿圆柱齿轮建摸过耀流程圈，其它凡秘模 型的建模流程与其类似。 33 3 启动v b a 集成开发环境 1 创建m d t 与v b a 的连接 用v b a 编程进行m d t 二次开发，首先应建立v b 与m d t 的连接即 1 ) 打开m o t ，进入v i s u a lb a s i c 编辑器，在v b 环境下引用m o t 的 四个类型露，v b a 透过这职个摩来获磐零芈# 模型的几阿拓扑信息、标准符 号以及零件列表等各种支持。 2 ) 在v b a 环境下调用m d t 对象。具体编程语句如下： o ne r r o rr e s u m en e x t 声明并设置m c a d a p p l i c a t i o n 、g e a p p l i c a f i o n 、m e a d u f i l i t y 对象 d i mm e a da sm c a d a p p l i c a t i o n s e tm e a d - t h i s d r a w i n g a p p l i c a t i o n g e t i n t e r f a e c o b j e c t ( “m e a d a p p l i c a t i o n ”) d i mg e a sg e a p p l i c a t i o n s e tc - e = t h i s d r a w i n g ，a p p l i c a t i o n g e ti n t e r f a c e o b j e v t ( ”g e a p p l i c a t i o n ”1 d i mu t i la sm c a d u f i l i t y s e tu t i l = m e a d 。a e t i v e d o e u m e n t u t i l i t y 2 。设计启动葬薤 创建如图3 - 3 、3 - 4 所示的耀户崩动及创建模溅选择界面。 1 6 太琢理工夫学硬_ 士磅究生学盈论文 稿3 - 3 启每嚣面 f i g 3 - 3s t a m pi n t e r f a c e 图3 - 4 模型选择界面 f i g 3 - 4i n t e r f a c eo f s e l e c t i n gm o d e l 1 7 太艨理工大学硬士研究生学位论文 3 4 模型创建 3 4 1 渐羿线直齿圆柱齿轮建模 直齿轮的建模过程类似于下 面分绍静籍遗轮靛翻建，簇鍪实镄 如图3 - 5 所示。 3 ，4 。2 激器线藕蠢嚣棱鹰轮建搂 首先设计如图3 - 6 所示的v b a 恩户交耍器耍，然后打开窑体编毒i 程穿钱磷，建模其俸过程如下： 图3 - 5 直齿轮模型 f i g 3 js p u rg e a rm o d e l 图3 - 6 斜齿轮的v b a 交互输入界面 f i g 3 - 6t h ev b a a l t e m a n ti n p u ti n t e r f a c eo f h e l i c a lg e a r 1 8 太原瑾工大学颈圭研究生学位论文 。剑建壤轮蓦体 创建壹经等于搬轮盏颈圆壹径，寒度为巷轮宽度的圆撞髂终为凌轮的 藻体，即用a u t o c a d3 d s o l i d 方法生成齿轮毛坯的三维实体，用添加特征 的方法添加为齿轮的基础特征。 2 缀合诲癣曲线 校据蔫瑟奔绍豹齿褰燕莛线方疆，采用v b a 缡程诗冀渐紊线及齿辍逮渡 曲线部分的各个坐标点，分别取5 0 个点和3 0 个点进行b 样条曲线拟合， 齿顶与齿根圆部分按圆弧绘制方法生成，图3 - 7 为齿轮齿廓的曲线拟合 鬻。 图3 - 7 齿廓部分的b 样条曲线拟舍 f i 磐3 7bs p l m ee l l r v ed r a f to f t o o 幽p r o f i l e 3 。创建齿槽截蕊草图 在m d t 中创建特征，除某些放置特征，如孔、斜角、圆角以外，零件 上所有的特征都需要先创建其截谣草图，因此，欲创建齿稽须首先以齿轮 1 9 太琢理工大学碛士辑究生学位论文 基体端蘑像为摹绘乎委生残单令巷轮鹰槽( 颦甥遘刀具) 瓣截瑟荤图，如图 3 8 所示。 图3 - 8 齿槽刀具体截面草图 f i g 。3 8s e c t i o ns k e t c ho f a l v e o | u s 4 生成耀蕊扫掠途径 图3 - 9 单个齿槽 f i g 。3 0o n ea l v e o l u so f h e l i c a lg e a r 穰据瓣齿轮蠡奄爨旋角及旋淘，创建齿轮蒸倭土豹螺旋线薛为蠢稽截瑟 的扫掠途径。 5 形成单个齿槽特征 将齿槽截面蕈图沿给定螺旋扫掠路径扫掠生成齿槽刀具体，并与基体 进行切割搽作，即可得斜齿轮晌单个齿稽特征，觅图3 9 。 6 。完整齿轮模鍪煞生藏 稷据不嚣要求，可熏残擎令蠢、a 个齿及完整齿数豹鹰轮模囊，其体 操住方法为将齿横特征以齿轮轴线为中心进行环型阵列，阵列个数为要求 实现的齿数。 至诧，已割嚣懑齿轮齿形部分静三维模穗，最后，按蔫轮实际结擒添 加相应的轴孔特 难、键横特征和倒角特征，从而完成不同结构类型的澎开 线斜圆柱齿轮的三维造型，如图3 1 0 所示为斜齿轮的三维实体模型。 2 0 太原理工大学硪磋究生学经论文 圈3 - 1 0 斜齿轮横型 f i g 。3 * l oh e l i c a lg e a r m o d e l 其体功能实瑰戆关键滔每如下： 创建拉深毛坯( 基体) s e te x t r u d e - - - u t i l c r e a t e f e a t u r e d e s c r i p t o r ( m c e x t r u s i o n ) 创建三维嫘旋黪经 s e th e l i c a l = u t i l c r c a t e s k e t c h d e s c r i p t o r ( m c h e l i c a l p a t h ) 扫掠切削 s e ts w e e p d e s c - - u t i l 。c r e a t e f e a t u r e d e s c r i p t o r ( m c s w e e p ) 环形阵列 s e ta t r y d e s c - - u t i l c r e a t e f e a t u r e d e s c r i p t o r ( m c p o l a r a r r a y ) 3 4 3 插齿刀建模 插齿刀是按展成原理工作的齿轮状刀具，用于加工内、外啮合的赢齿、 斜齿圆柱齿轮和齿条辞，它的模数和名义齿形角就等予被加工齿轮豹模数 帮齿形燕8 6 1 ，只是播齿刀育切澍粥稻蓠、居受。模垄静具体麓建过程为： 2 l 太原理工大学硕士研究生学健论文 首先创建半锥角等于插齿刀后角，直径等于插齿刀切削刃顶圆柱砸直径， 厚度为插齿刀厚度的圆台作为蘩础特征，然厢创建齿槽截面轮廓草图( 齿 臻整线豹绘潮癍充分考虑交垃系数，纛要畿蒸傣诗舞) ，将魏革溺戬越 搴 斜角等于插齿刀后角，方向沿圆台轴线进行控伸，形成齿横刀具体，并与 基础特征进行切削，创建出插齿