（机械制造及其自动化专业论文）剃前滚刀cad系统的研究与开发.pdf

剃前滚刀c a d 系统的研究与开发 机械制造及其自动化专业 研究生王奇亮指导教师李方信 y 6 5 44 8 7 当前，世界各国制造业普遍面临日益激烈的全球化市场竞争。为了赢得 竞争优势，纷纷开展先进制造技术的研究。金属切削刀具是先进制造技术的 关键和基础。刀具设计，尤其是在复杂刀具的设计中，为了减少设计工作量， 缩短设计周期，提高刀具设计的可靠性，必然要采用c a d 技术。 在汽车、拖拉机行业的齿轮大批大量生产中，常采用滚一剃一珩工艺。 剃前滚刀的主要作用是加工符合剃齿要求的剃前齿轮。由于剃前滚刀齿形的 特殊要求，使剃前滚刀的设计要比普通齿轮滚刀复杂得多。传统的剃前滚刀 设计采用人工试算的方法，设计者依据一定的经验，采用许多复杂公式反复 验算，设计效率低，周期长，计算工作量大，对设计者要求较高，而且每次 计算只能设计出一把剃前滚刀。 基于以上原因，本文遵循软件工程的原则和方法，利用o o p ( 面向对象 的编程) 技术，o d b c ( 开放数据库互连) 技术以及a r x ( a u t o c a d 实时运 行扩展) 技术，开发出了剃前滚刀c a d 系统。 剃前滚刀c a d 系统采用功能模块化的编程方法，把整个系统分为四大模 块：用户界面模块、设计计算模块、图形处理模块、数据库系统模块。用户 界面的设计，采用了v i s u a lc + + 6 0 与o b j e c t a r x2 0 0 0 混合编程的技术。用 户通过用户界面模块输入剃前滚刀设计的参数以及选择剃前滚刀的其他设计 条件，实现人机信息交流。设计计算模块的主要功能是根据剃前滚刀设计理 论完成复杂的剃前滚刀设计数据计算。图形处理模块以a u t o c a d2 0 0 0 为开发 平台，利用v i s u mc + + 6 0 与o b j e c t a r x 相结合的面向对象编程技术，编写 剃前滚刀绘图程序，实现剃前滚刀刀具图的参数化绘制。数据库管理模块是 由a c c e s s2 0 0 0 以数据表格的形式建立的数据库，通过o d b c 连接到由v i s u a l c + + 6 0 结合o b j e c t a r x 开发的应用程序上，实现剃前滚刀设计数据的数据 _1 - 舒 卷譬囊蓉矗；i 茹f 套爨脚弗。曼瞬舄帮 库管理。这四大模块既相互独立又相互联系，每个模块都能完成其独立的功 能，模块之间通过各个模块的接口相互联系。 剃前滚刀c a d 系统的研究与开发实现了如下目标：( 1 ) 建立起了剃前 滚刀c a d 系统的框架，为后继开发工作奠定了基础；( 2 ) 开发出了方便、 友好、具有w i n d o w s 风格的用户界面，便于用于使用，实现人机交互：( 3 ) 利用计算机强大的数值计算功能，实现了剃前滚刀的优化设计；( 4 ) 建立起 了剃前滚刀c a d 系统的工程数据库子系统，实现了剃前滚刀设计数据资料 的数据库管理。 剃前滚刀c a d 系统能提高剃前滚刀的设计水平、质量及效率，增强新 产品的市场竞争能力，为刀具生产现代化奠定了基础，具有很高的使用价值 和应用前景。 关键词：刀具c a d 剃前滚刀o o po b j e c t a r x数据库管理 t h e s t u d y a n d d e v e l o p m e n t o f p r e s h a v i n g h o bc a d s y s t e m m a j o r m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n g & a u t o m a t i o n p o s t g r a d u a t ew a n gq i l i a n gs u p e r v i s o r l if a n g x i n n o w a d a y s ，m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e si ne v e r yc o u n t r ya r ef a c e dw i t hf i e r c e c o m p e t i t i o n i nt h e g l o b a l m a r k e t f o rs u p e r i o r i t yi n c o m p e t i t i o n ，a d v a n c e d m a n u f a c t u r et e c h n o l o g yi sd e v e l o p e d c u t t i n gt o o l sa l et h ek e ya n df o u n d a t i o no f a d v a n c e dm a n u f a c t u r et e c h n o l o g y i no r d e rt or e d u c et h ew o r k l o a d ，s h o r t e nt h e d e s i g nt i m ea n di n c r e a s et h ed e s i g nr e l i a b i l i t y , c a dt e c h n o l o g yi sn e c e s s a r yt o u s ei nt h e d e s i g no f c o m p l e xc u t t i n g - t o o l s ， g e n e r a t i n gp r o c e s s ，s h a v i n gp r o c e s sa n dg e a rl a p p i n g w i t hc o r u n d u m p r o c e s s a r eu s e di nt h em a n u f a c t u r eo fc a rg e a r sa n dt r a c t o rg e a r s t h em a i nf u n c t i o no f p r e s h a v i n gh o bi s t o p r o c e s st h ep r e s h a v i n gg e a r s ，w h i c hc o m p l i e sw i t ht h e r e q u i r e m e n t so fs h a v i n gg e a r s b e c a u s eo ft h ee s p e c i a lr e q u i r e m e n to fg e a rf o r m o f p r e s h a v i n gh o b ，t h ed e s i g no fp r e s h a v i n gh o bi sm o f ec o m p l e xt h a nc o m m o n g e a rh o b m a n u a lc a l c u l a t i o ni su s e di nt h et r a d i t i o n a ld e s i g no fp r e s h a v i n gh o b ， w h i c hi st e s t e df o rm a n yt i m e sa c c o r d i n gt ot h ee x p e r i e n c e so f d e s i g n e r s t h e d e s i g nm e t h o di si n e f f i c i e n t ，t a k e sm u c ht i m e ，a n dr e q u i r e sh i g h l yo fd e s i g n e r s ， a n dc a n o n l yd e s i g n a p r e s h a v i n g h o b e v e r y c a l c u l a t i o n b a s e do nt h er e a s o n s a b o v e ，t h ep r i n c i p l e s a n dm e t h o d so fs o f t w a r e e n g i n e e r i n ga r ef o l l o w e di nt h i sp a p e r , a n dt h ec a ds y s t e mo fp r e s h a v i n gh o bi s d e v e l o p e d w i t ht h et e c h n i q u e so fo o p ，o d b ca n da r x t h em o d u l a rp r o g r a m m i n gm e t h o di su s e di np r e s h a v i n gh o bc a d s y s t e m ， w h i c hd i v i d e sf o u rm o d u l e so ft h ew h o l e s y s t e m ：u s e r i n t e r f a c e m o d u l e ， c a l c u l a t i o nm o d u l e ，g r a p h i cm a n i p u l a t i o nm o d u l ea n dd a t a b a s es y s t e mm o d u l e t h ec o m b i n e dp r o g r a m m i n gt e c h n i q u eo fv i s u a lc + + 6 0a n do b j e c t a r xi su s e d i nt h ed e s i g no ft h eu s e ri n t e r f a c em o d u l e t h ep a r a m e t e r so f p r e s h a v i n gh o b 黜 i n p u t t e da n do t h e rd e s i g ni n f o r m a t i o no fp r e s h a v i n gh o bi sc h o s e nb yu s e r s t h r o u g ht h eu s e ri n t e r f a c e ，w h i c hr e a l i z e st h em a n - m a c h i n ec o m m u n i c a t i o n n 地 m a i nf u n c t i o no fd e s i g na n dc a l c u l a t i o nm o d u l ei st o c o m p l e t et h ec o m p l e x c a l c u l a t i o no f d e s i g na c c o r d i n g t ot h ed e s i g nt h e o r yo f p r e s h a v i n g h o b a u t o c a d 2 0 0 0i su s e da st h e d e v e l o p m e n tf l a t f o r m a n dt h ec o m b i n e dp r o g r a m m i n g t e c h n i q u eo fv i s u a l c + + 6 0a n do b j e c t a r xi su s e dt o c o m p i l et h eg r a p h i c p r o g r a m so fp r e s h a v i n gh o ba n d r e a l i z et h e p a r a m e t e r i z a t i o np r o t r a c t i o no f p m s h a v i n gh o b a c c e s s2 0 0 0i s u s e da st h ef o r i l lo ft a b l e st oc o n s t r u c tt h e d a t a b a s ei nt h ed a t a b a s e m a n a g e m e n tm o d u l e w h i c h i sc o n n e c t e dt ot h e a p p l i c a t i o np r o g r a m w i t ht h ec o m b i n a t i o no fv i s u a lc 十佰0a n d o b j e c t a r x a n d r e a l i z e st h ed a t a b a s e m a n a g e m e n t o f p r e s h a v i n g h o b e a c hm o d u l eh a s i n d e p e n d e n tf u n c t i o n s a n dt h e yc o m m u n i c a t e w i t l le a c ho t h e r b y t h e i ri n t e r f a c e t h es t u d ya n dd e v e l o p m e n to fp r e s h a v i n gh o bc a ds y s t e mr e a l i z et h e t a r g e t s a sf o l l o w s ：1 t h ef r a m eo f c a d s y s t e mo f p r e s h a v i n gh o bi ss e t u n w h i c h s e r i e st h ef o u n d a t i o nf o rf o l l o w e r s ；2 t h ec o n v e n i e n t ，f r i e n d l yu s e ri n t e r f a c eo f w i n d o w ss t y l ei se s t a b l i s h e d ，w h i c hi se a s yt ou s ea n dr e a l i z e st h em a n m a c h i n e c o m m u n i c a t i o n ；3 t h eo p t i m i z a t i o nd e s i g no f p r e s h a v i n gh o bi sr e a l i z e dw i t ht h e p o w e r f u ln u m e r i c a lc a l c u l a t i o nf u n c t i o no fc o m p u t e r ；4 t h ee n g i n e e r i n gd a t a b a s e s u b s y s t e mo f p r e s h a v i n gh o bc a ds y s t e m i ss e tu p ，a n dt h ed a t a b a s em a n a g e m e n t o f d e s i g n d a t ao f p r e s h a v i n gh o bi sr e a l i z e d w i t ht h e p r e s h a v i n g h o bc a ds y s t e m ，t h e d e s i g nl e v e l ，q u a l i t y a n d e f f i c i e n c yo fp r e s h a v i n gh o bd e s i g nc a nb ei m p r o v e d ，t h ec o m p e t i t i o np o w e ro f n e w p r o d u c t s c a l lb e e n h a n c e d ，w h i c h s e r i e st h ef o u n d a t i o nf o rt h e p r o d u c i n g m o d e r n i z a t i o no fc u r i n g - t o o l sa n dh a sh i i g hu s a g ev a l u ea n dw i d e a p p l i c a t i o np r o s p e c t k e y w o r d s ：c u t t i n g - - t o o l s c a d p r c s h a v i n g h o bo o p o b j e c t a r x d a t a b a s e m a n a g e m e n t 。昌；塞= 霎篁堡 i 1 1 c a d 技术及其发展 1 1 1 c a d 技术的内涵 第一章绪论 c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n 计算机辅助设计) 是指利用计算机的硬件和 软件进行的设计活动，包括使用计算机的数据库、程序库及通讯等技术来完 成设计过程的信息检索、分析、综合、造型、修改及文件的编制工作“1 。 c a d 主要涉及以下一些基础的技术： ( 1 ) 图形处理技术如自动绘图、几何建模、图形仿真及图形输入输出 技术。 ( 2 ) 工程分析技术如有限元分析、优化设计和各种工程分析等。 ( 3 ) 数据管理与数据交换技术如数据库管理、产品数据库管理、产品 数据交换规范及接口技术等。 ( 4 ) 文档处理技术如文档制作、编辑及文字处理等。 ( 5 ) 软件设计技术如界面设计、软件工具、软件工程规范等。 1 1 2c a d 技术的发展历史及其发展趋势 c a d 技术是先进制造技术的重要组成部分，是计算机在工程中最有影响 的应用技术之一，曾被美国国家工程科学院评为当代十项最杰出的工程成就 之一“1 。c a d 技术起步于2 0 世纪5 0 年代后期，经历了5 0 年代与6 0 年代的形 成、7 0 年代的发展与8 0 年代的兴旺，到现在已在二维绘图、三维集合造型 等方面取得了很大的成就并达到普遍应用的程度“1 。第一代c a d 系统主要用 于二维绘图，它利用解析几何的方法定义有关点、线、面等因素；第二代c a d 系统主要是二维交互绘图系统及三维几何造型系统，到目前还在广泛使用， 也在不断地发展；第三代c a d 系统在建模方法上出现了特征建模和基于约束 的参数化和变量化建模方法，由此出现了各种特征建模系统及二维或三维的 参数化设计系统。基于微机的第四代c a d 系统初现端倪，这是一种支持新产 品设计的综合性环境支持系统，它能全面支持异地的、数字化的，采用不同 四川大学硕士学位论文 设计哲理和方法的产品设计工作。这种c a d 系统的各种相关技术还在研究与 发展之中。 c a d 软件技术在机械设计中主要经历了曲面造型技术、实体造型技术、 参数化技术、变量化技术等几次技术创新“1 。近十年来，随着科学技术的不 断发展，计算机技术和现代设计方法飞速发展，因此c a d 技术也正处于不断 发展和完善之中，并形成了现代c a d 技术。现代c a d 技术的发展呈现出微机 化、集成化、智能化、网络化、可视化、并行化和标准化的趋势“。 c a d 技术的广泛研究和应用彻底改变了传统的设计方法，它无论在设计 速度、设计精度、图面质量和出错率等方面，都有传统设计方法无法比拟的优 点。它能够促进科研成果的应用、开发和转化，减轻人的脑力劳动、提高工程 和产品的设计质量，缩短产品的研制开发周期，实现设计的科学性和创造性， 是加速产品更新换代及提高市场竞争力的一项关键技术和强大工具。同 时，c a d 技术也推动着现代设计方法和设计技术进入了一个新的发展时期，正 促进设计领域发生根本性的变革，它具有巨大的社会效益和经济效益，己成为 衡量一个国家科技与工业现代水平的重要标志之一。 1 2 刀具c a d 技术 1 2 1 刀具c a d 技术的发展历程及其现状 刀具是直接对零件进行切削加工的生产工具，因此刀具的性能直接影响 切削加工的效率，精度和表面质量，进而影响产品的质量。因此，研究和改进刀 具的设计方法，对整个机械制造业具有重要的现实意义和经济意义。刀具的品 种规格繁多，结构形状各异，一些复杂、成形刀具往往还需要进行繁琐的计 算。这些特点给刀具的设计带来了困难。但是，刀具产品普遍具有很好的系 列性和模块性，标准化基础也较好，而且，一般的非标准刀具多数属于变参 数设计，具有较好的程式特性，因此，刀具c a d 技术无疑是刀具设计的必然 发展方向。 刀具c a d 系统是指针对刀具设计所开发的专用c a d 系统。刀具c a d 系统 为刀具产品的设计开发提供了一套包括方案构思、几何建模、分析计算、结 构设计与绘图等面向整个设计过程的分析和图显工具，协助刀具设计人员优 第一章绪论 质、高效地完成刀具设计工作。 以前，国内许多企业在刀具设计中大多数是在a u t o c a d 软件上由设计人 员交互绘图，由于刀具设计尤其是复杂刀具设计是一个复杂繁琐的过程。采用 交互绘图不光设计劳动强度大，而且设计效率，精度也很低，难以满足实际生 产的需要，因此很有必要开发一套c a d 软件以提高刀具设计的质量和效率。同 时，刀具与其它产品零件相比，更具有规范化的特点，及对一种特定的刀具来 说，其结构都是近似的，其拓扑关系也是相同的，只是由于原始条件的改变使 刀具参数的选取不同而形成适合某一零件加工的刀具图纸。因此，开发c a d 软件以实现刀具的自动化设计也是能够实现的。 刀具c a d 技术是随着计算机技术，尤其是c a d 技术发展而发展的。早在 2 0 世纪5 0 年代，美国的b a r b e rc o l m a n 公司和f e l l o w s 公司等，就已经应用 计算机进行齿轮刀具齿形的设计计算，有效地提高了齿轮刀具的设计速度和 设计精度。7 0 年代，由于计算机技术的飞速发展和刀具产品市场的激烈竞争， 刀具c a d 技术成熟并开始广泛应用。8 0 年代，刀具c a d 技术进一步发展并开 始与其它计算机辅助技术集成，成为计算机集成生产系统的技术基础，大大 推动了刀具设计与生产水平的提高。 我国刀具生产部门应用计算机技术的时间和水平均比较落后。2 0 世纪7 0 年代后期，部分单位才开始应用计算机进行少量的刀具齿形计算。“七五”期 间，成都工具研究所承担的国家重点科技攻关项目“复杂刀具c a d 系统开发”， 取得了一定的成果。刀具c a d 技术也引起了国内很多大专院校及科研院所的 重视，目前，在成形车刀、拉刀、深孔加工刀具、齿轮刀具”“1 等金属切削 刀具的设计上都有所运用。 1 2 2 刀具c a d 技术的发展趋势 刀具c a d 技术是c a d 技术的一个应用分支。它的发展也随着c a d 技术的 发展而发展的。金属切削刀具是先进制造技术的关键和基础。面对日益激烈 的全球化市场竞争，各国都竞相在刀具工业采用最新的计算机技术。这些先 进的技术促进了刀具c a d 技术的良性发展。我认为刀具c a d 技术的发展趋势 主要为：刀具智能c a d 系统、刀具c a d c a m c a p p 系统的集成以及刀具c a d 系统的网络协作。 四j i l 大学硕士学位论文 ( 1 ) 刀具智能c a d 系统 传统的c a d 系统主要用于设计计算和绘图，当用于包涵判断、经验决策 及其概念设计等的设计过程时，就显得比较困难。因此，智能c a d 系统的出 现就显得尤为重要“1 。智能c a d 系统是以人工智能、专家系统技术为基础， 综合运用系统工程、软件工程、模糊数学等先进技术来开发的一种具有高智 能性、透明性、可维护扩充的c a d 系统，它是c a d 技术与人工智能、专家系 统相结合的产物。智能c a d 是c a d 技术的一个重要研究领域，但是设计领域 的智能c a d 系统并不多见“”。 刀具智能c a d 系统基于常规的c a d 理论，将人工智能技术引入刀具设 计领域，集中刀具设计与加工等多种学科技术与知识，建立专家系统，采用 实时提取技术，使用户在设计过程中可以随时获取相关的信息。 刀具智能c a d 系统主要要实现几个功能：( 1 ) 刀具设计：( 2 ) 专家系 统管理：( 3 ) 用户管理以及其他辅助功能。专家系统是刀具智能c a d 系统 的核心，它包含了刀具行业的先进经验，各种刀具设计的精华，集合了各种 刀具标准资料，使刀具设计具有专家水平。 刀具智能c a d 系统是刀具c a d 系统的一个重要发展方向。 ( 2 ) 刀具c a d c a m c a p p 的系统集成 刀具的c a d c a m c a p p 技术在国外的主要刀具厂普遍采用。如何把刀具制 造中的c a d c a m c a p p 技术集成起来，真正发挥c a x 技术在刀具制造系统中的 作用是刀具c a d ，c a m c a p p 的系统集成需要解决的问题。刀具 c a d c a m c a p p 完成系统集成后，操作者只需要输入刀具图号，数控加工 机床即可自动从中央计算机提取机床调整参数和相应工艺数据，实现自动加 工，利用先进c a x 信息技术，将刀具的加工和测量检测融为一体，构成了一 个刀具的闭环制造系统。 ( 3 ) 刀具c a d 系统之间的网络协作 今天的计算机网络不仅仅是简单地联接众多的计算机，更重要的是联接 着无数的信息、人与人之间的智能。计算机网络从根本上改变了信息获取、 接受和分配处理的方式。这种环境下，要求c a d 软件能在网络环境下支持协 同设计、异地设计和信息共享。 传统的刀具c a d 系统通常独立的完成设计工作，各个c a d 系统之间不能 第一章绪论 彼此交流协作。这造成了c a d 系统的极大浪费，也使产品设计效率降低。支 持网络环境下的刀具c a d 系统具有高效率和高效益的特点，具有巨大的现实 意义和经济意义。 然而，不同的c a d 系统的图形文件格式并不相同，一个c a d 系统的文件 在另一个c a d 系统中显示就显得比较困难。在这种情况下，就需要一种好的 底层结构、一种恰当的信息交流工具和一种标准的产品数据表示法，而且这 种底层结构、这种信息交流工具以及这种标准产品数据表示法能够被大多数 c a d 系统接受“。目前，存在着几种数据交换标准( s t e p ：s t a n d a r df o rt h e e x c h a n g eo fp r o d u c t ) ，如i g e s ，s e t ，v d a f s ，e d i f ，e t c ，使用最为广泛的是 i g e s ” 1 2 3 刀具c a d 技术的意义 刀具c a d 技术可以取得多方面的效益： 缩短产品设计周期； 提高产品设计质量： 增强新产品开发和市场竞争的能力 为刀具生产现代化奠定基础。 1 3 本课题研究的意义和主要任务 1 3 1 本课题研究的意义 齿轮刀具设计是以齿轮啮合原理为计算依据，根据已知齿轮参数进行刀 具设计或根据已有刀具对齿轮的加工工艺性进行检验。采用传统的手工设计 方法设计齿轮刀具时，要查阅大量手册上的图表，计算量大，计算过程繁琐， 设计速度慢，且容易出错。当设计结果不能满足要求时，重新计算费时费力 且易出错。由于齿轮刀具设计涉及齿轮啮合原理中的复杂理论及公式，因此 对设计人员的专业技术水平要求较高。此外，齿轮刀具制造周期长，制造成 本高，如因计算数据错误造成返工，则可能延误工期，造成较大经济损失。 因此，将c a d 技术弓l 入齿轮刀具设计，对于提高设计效率，缩短设计周期， 保证设计结果的可靠性，从而提高齿轮加工水平具有重要意义。 四川大学硕士学位论文 汽车、拖拉机齿轮属于大批大量生产，常采用滚一剃一珩工艺。剃齿是 常用于对未淬硬的渐开线圆柱齿轮进行精加工。剃前滚刀的主要作用是加工 符合剃齿要求的剃前齿轮。剃前齿轮的工艺性能、加工精度、留剃余量大小 和留剃余量形式直接影响剃齿的加工精度、剃齿刀耐用度和剃齿生产率，所 以剃前齿轮滚刀( 简称剃前滚刀，下同) 的设计和制造就成为一个重要问题。 由于剃前滚刀齿形的特殊要求，使剃前滚刀的设计要比普通齿轮滚刀复杂得 多。传统的剃前滚刀设计采用人工试算的方法，设计者依据一定的经验，采 用许多复杂公式反复验算，设计效率低、周期长，计算工作量大，对设计者 要求较高，而且每次只能设计出一把剃前滚刀。 目前我国剃前滚刀c a d 技术的运用主要是在设计计算过程中使用高级 语言进行数值计算，而绘图过程则多使用a u t o c a d 软件通过菜单以人机对 话的方式进行刀具图纸的绘制1 1 3 1 1 1 4 1 或者由已形成的刀具图形建立图形库， 从中选用可用部分拼接而成新的刀具图纸。由于剃前滚刀是复杂的专用刀具， 其设计过程是比较复杂的过程，而且每一把剃前滚刀的设计都需要根据被加 工齿轮和与被加工齿轮啮合的齿轮的参数来确定，因此有必要开发自动化的 剃前滚刀c a d 软件。 正是基于以上原因，本课题利用面向对象的编程( 0 0 p ) 技术、开放数据 库互连( 0 d b c ) 技术以及a u t o c a d 实时运行扩展( a r x ) 技术，完成了剃前滚 刀c a d 系统的开发，该系统从剃前滚刀的结构设计、齿形设计、关键部位的 优化直到工作图的绘制等一系列工作全由计算机完成。剃前滚刀c a d 系统能 提高剃前滚刀的设计及效率，增强新产品的市场竞争能力，具有很高的使用 价值和广阔的应用前景。 1 3 2 本课题的目标和任务 6 建立起剃前滚刀c a d 系统的框架： 实现对剃前滚刀的优化设计； 开发出方便、友好的用户界面； 开发出剃前滚刀c a d 的图形处理子系统； 建立起剃前滚刀c a d 系统的工程数据库子系统。 第一章绪论 1 4 本章小结 本章分析了c a d 技术和刀具c a d 技术的发展现状和发展趋势，简要阐述 了开发刀具c a d 系统的必要性。在此基础上提出了研制剃前滚刀c a d 系统的 意义和开发方法。最后介绍了本文的研究目标和任务。 塑型尘兰塑圭兰堡丝兰 第二章剃前滚刀设计理论基础 剃齿加工广泛应用于汽车、拖拉机齿轮制造，但是，剃齿效率、剃前质 量和剃齿刀的使用寿命，都与剃前刀具有很大关系。剃前刀具能否为剃齿加 工创造良好的条件，主要在于剃前刀具的设计。 汽车、拖拉机齿轮属于大批、大量生产，齿形加工常采用滚一剃一珩工 艺，生产中使用的剃前滚刀一般设计成专用剃前滚刀。 2 1 剃前滚刀设计的原始参数 表2 1 剃前滚刀设计的原始参数 名称被加工齿轮参数共轭齿轮参数 法向模数州 法向压力角 a 1 分圆螺旋角 b f 齿顶高系数 f 法面顶隙系数 矗 齿顶高 h “ 口 全齿高 ，h 2 齿数 2 幻 法向变位系数x jx 2 分度圆直径 a f 勘 基圆直径d ，l面p 顶圆直径玩d c 2 中心距 一 齿厚最小减薄量血m 公法线长度上( 及其上下偏差) 设计专用剃前滚刀应该根据被加工齿轮和啮合齿轮参数来确定。其参 数如表2 1 所示。若剃前滚刀是加工直齿圆柱齿轮，由于其端面参数与法面 8 第二章剃前滚刀设计理论基础 参数相同，所以其参数也可在用户界面输入。 2 2 留剃余量 为了使剃齿工序能够得到预期的效果，对剃前齿轮齿形提出了如下要求： 必须在齿轮的齿形上有一定的剃削余量，齿轮在分圆上的留剃余量，可按 表2 2 选取；在保证齿轮有效齿形的高度的基础上，应将齿根部分作出少 量的沉割，以避免在剃齿时剃齿刀的齿顶角参加工作，否则将会影响剃齿精 度以及剃齿刀的寿命；在齿轮齿顶处作出尽可能小的倒棱，以避免剃齿后 该处残留毛刺n5 1 。留剃余量的形式，对剃齿刀的工作条件和齿轮的加工精度 有很大影响。最常用的留剃余量形式如图2 1 所示四种“： 剃前齿轮齿形 aaar 剃前滚刀齿形 留留髫谬 图21 留剃余量的形式和剃前滚刀的齿形 c a ) 带触角的剃前滚刀：( b ) 带触危及倒缘的剃前滚刀 ( c ) 双齿形角的剃前滚刀；( d ) 减小齿形角的剃前滚刀 ( 1 ) 带触角的剃前滚刀 如图2 1 ( a ) 所示，留剃余量为沿齿高平均分布，齿轮的齿根处切有沉 割，这就为剃齿刀创造了有利的工作条件，剃齿时使剃齿刀齿顶能自由地退 出，从而提高了剃齿刀的耐用度和剃齿精度。但是，由于齿轮齿顶没有倒缘， 使齿轮在剃齿后沿外圆产生毛刺。 9 四川大学硕士学位论文 ( 2 ) 带触角及倒缘的剃前滚刀 将前种留剃形式在齿顶处再增加倒缘得到如图2 2 ( b ) 所示留剃余量 形式。这种留剃余量形式适用于模数为2 8 m m 的剃前滚刀。这种形式具有前 种的优点。由于增加了倒缘，可以满足齿轮齿顶不产生毛刺的要求，因此 是一种比较好的留剃形式。 表2 2 齿轮分度圆上的齿厚留剃余量1 7 1 i模数 1 1 7 52 2 7 53 55 5 66 5 8 l l齿厚留剃余量 0 0 80 1 00 1 20 1 50 1 8 l ( 3 ) 双齿形角的剃前滚刀 如图2 1 ( c ) 所示，这是一种留剃余量分布不均的留剃形式，在齿根处 有沉割，在齿顶处有倒缘，这就使剃齿刀在剃齿时齿顶能自由地退出，同时 也能避免齿轮齿顶产生毛刺。这种留剃形式剃前滚刀的通用性好，可以用同 一把剃前滚刀来加工齿数不同的齿轮，而不致使齿轮的齿顶倒缘值变化过大 ( 相差在0 0 2 r a m 左右) 。剃齿后残留在齿轮齿顶上的倒缘值，很接近齿轮的 修缘尺寸，对减少齿轮传动中的动载荷也有一定的作用。 但是，这种留剃余量有很大的缺点：对剃前齿轮的制造误差比较敏感， 因此工艺要求较高：由于剃前滚刀的齿形角为双齿形角，因此对齿轮的精度 检查很不方便。 ( 4 ) 减小齿形角的剃前滚刀 这是一种最为简单的留剃形式，适用于模数小于2 m m 的剃前滚刀。齿轮 在齿根处的沉割靠减小剃前滚刀的齿形角来获得。一般是将剃前滚刀的齿形 角做得比齿轮分度圆压力角小1 0 2 。，使滚齿后的齿轮在齿根处切出0 0 i 0 0 3 r a m 的沉割。这种形式的留剃余量也呈不均匀分布，沿齿轮外圆为最大， 因此不可避免地会产生毛刺。 综上所述，本文中剃前滚刀设计采用齿顶修缘，齿根沉切的留剃余量形 式，加工该齿轮的剃前滚刀轴向齿形齿顶带触角，齿根有倒缘刃。 1 0 第二章剃前滚刀设计理论基础 2 3 滚刀旋向的确定 滚齿是按螺旋齿轮啮合原理加工齿轮。滚刀刀齿在刀体上成螺旋状分布， 滚齿时刀齿螺旋方向与工件齿槽方向一致，所以滚刀轴线与工件轴线在空间 有一定安装角，为减小安装角，加工右旋齿轮应设计成右旋剃前滚刀，加工 左旋齿轮应设计成左旋剃前滚刀。 2 4 滚刀头数和容屑槽的确定 滚刀头数可做成单头，也可做成多头。多头滚刀的优点是生产率高。为 了使滚刀刀齿两侧刃切削条件相差不大，多头滚刀螺纹升角一般较大，容屑 槽应做成螺旋槽，螺旋槽滚刀制造刃磨困难。此外，多头滚刀加工齿轮时包 络工件齿形的刀刃数目较少，工件齿面粗糙度大。在选择容屑槽数时应全面 考虑刀具成本、加工效率和加工质量等因素，容屑槽数的增加会降低刀齿强 度、减少滚刀重磨次数。所以生产中所用剃前滚刀常做成单头直槽，刃磨、 检验都十分方便，且包络工件齿面的刀刃数比多头滚刀多，工件齿面粗糙度 也比多头滚刀加工的粗糙度小。 2 6 滚刀全齿高计算 ( i ) 滚刀刀齿齿顶高：k = h 1 1 + x 。l m 。+ 0 i m 。； ( 2 ) 滚刀刀齿齿根高：向m = h a i x 。i m 。+ o 2 5 m 。； ( 3 ) 滚刀全齿高：h g = k + k 。 2 7 滚刀法向齿厚计算 目前很多剃前滚刀设计资料在计算加工标准齿轮( 变位系数为零) 的滚 刀法向齿厚时都用s 。= 罢一公式“”，式中一被剃齿轮齿面留剃量。如果 按此公式剃除值，则加工后的标准齿轮分圆齿厚为要，用这样的齿轮啮合 时，无齿侧间隙。为了获得必要的齿侧间隙，齿轮的设计者常将公法线长度 的上、下偏差都取为负值，或将固定弦齿厚的上、下偏差都取为负值，也就 1 1 些型奎