田源 鄭克康 張豐霞

摘要：當(dāng)前我國國民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，我國各行各業(yè)都有了顯著的發(fā)展提升。在這樣的背景之下，我國航空以及工程機(jī)械領(lǐng)域迅速發(fā)展成為國家重要產(chǎn)業(yè)。目前航天航空以及工程機(jī)械等重工業(yè)領(lǐng)域?qū)τ谖覈陌l(fā)展極為重要，也是現(xiàn)代化發(fā)展過程中影響到國家綜合實力的重要產(chǎn)業(yè)。而弧齒錐齒輪憑借其獨特的優(yōu)點，如傳動平穩(wěn)、承載能力強(qiáng)等，在航空以及工程機(jī)械等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但當(dāng)前對于弧齒錐齒輪的使用存在著一定的問題，主要是其幾何形狀的復(fù)雜在一定程度上增加了加工制造的難度，因而需要對此進(jìn)行深入的分析研究，就其幾何仿真研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，總結(jié)出可能存在的問題，由此來促進(jìn)弧齒錐齒輪加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：弧齒錐齒輪、加工系統(tǒng)、幾何仿真研究

一、 引言

當(dāng)前弧形錐齒輪的應(yīng)用極為廣泛，我國眾多機(jī)械制造行業(yè)都離不開弧形錐齒輪。在飛機(jī)、車輛傳動、工程機(jī)械以及船舶的制造方面都廣泛的應(yīng)用了弧形錐齒輪?；↓X錐齒輪的包含面很廣，主要包括傳遞相交軸面運動和動力的弧齒錐齒輪以及用于交錯軸間傳動的準(zhǔn)雙曲面齒輪，弧齒錐齒輪使用過程中傳動平穩(wěn)同時承載能力也較高，這也是其最突出的優(yōu)勢所在，但在實際的使用過程中弧齒錐齒輪的幾何形狀十分復(fù)雜，因而在設(shè)計以及制造的過程中對于其質(zhì)量的控制顯得尤為困難。弧齒錐齒輪的幾何形狀復(fù)雜也導(dǎo)致在制造過程中需要耗費大量的時間進(jìn)行相應(yīng)的計算分析，因而加工仿真逐漸的應(yīng)用到了弧齒錐齒輪的加工過程中。加工仿真主要是通過虛擬環(huán)境對弧齒錐齒輪的加工機(jī)床進(jìn)行一定的調(diào)整，同時對于弧齒錐齒輪進(jìn)行加工以代替真實的調(diào)整試切。加工仿真在弧齒錐齒輪加工方面的應(yīng)用很大程度上幫助提高機(jī)床參數(shù)的合理性，同時也為加工過程中的分析工作提供了可供分析的數(shù)據(jù)模型。有效的避免了之前弧齒錐齒輪加工過程中的繁雜的調(diào)整過程，其生產(chǎn)周期以及生產(chǎn)的成本也能夠有效的降低，因而現(xiàn)階段對于弧齒錐齒輪的加工仿真研究具有現(xiàn)實性的發(fā)展意義，對于我國機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著關(guān)鍵性的影響。

二、 弧齒錐齒輪的加工原理以及虛擬加工技術(shù)的研究分析

弧齒錐齒輪是一種曲面零件，其構(gòu)造比較復(fù)雜，也正是因為弧齒錐齒輪構(gòu)造的復(fù)雜導(dǎo)致其加工過程中也是比較困難的，加工方法復(fù)雜難懂。弧齒錐齒輪的加工原理主要是按照“假想平頂產(chǎn)形輪”切齒原理進(jìn)行加工的，在此過程中通過假想平頂產(chǎn)形輪與被加工的工件進(jìn)行無隙嚙合，其中代表了產(chǎn)形輪輪齒的刀盤刀齒切削刃就會在被切齒輪的齒坯上切割出齒形，這便是弧齒錐齒輪基本的加工原理。同時弧齒錐齒輪副中的大輪制造方法有所不同，往往采用展成法或是螺旋成型法進(jìn)行加工，在此過程中還要根據(jù)切削大輪的情況進(jìn)行分析，如果在切削大輪的過程中沒有展成運動，則切削的效率就會非常高?？偟膩碚f，弧齒錐齒輪加工過程中主要試用的是大批量的生產(chǎn)過程，我國的汽車、飛機(jī)制造行業(yè)等對此都有試用?；↓X錐齒輪副中大輪的使用情況即如上所述，大批量的生產(chǎn)也導(dǎo)致弧齒錐齒論副中大輪的使用量較大，在機(jī)械制造方面的用途較廣。除了弧齒錐齒輪副中大輪之外，其副中的小輪所采用的加工方法為展成加工發(fā)，主要是指在此過程中對于齒面進(jìn)行一定的修正，同時對于機(jī)械搖臺式機(jī)床中增加了其他方面的運動機(jī)構(gòu)，這些附加機(jī)構(gòu)可以幫助實現(xiàn)其他方面的某些功能。

虛擬加工作為虛擬加工技術(shù)的一個重要組成部分，起主要作用是為虛擬制造創(chuàng)造一個比較真實合理的加工環(huán)境，在此過程中還會使用到其他多方面的仿真以及評估，是用來對加工參數(shù)進(jìn)行研究，最為主要的目的是評估產(chǎn)品的質(zhì)量受到加工參數(shù)的影響程度大小。在此過程中，齒輪的虛擬加工過程中需要注意到多方面的問題，其中最為關(guān)鍵的則是需要根據(jù)仿真機(jī)構(gòu)建的切削后零件的幾何模型對零件的精度進(jìn)行分析，同時還要注意零件的幾何模型對于零件精度的影響，具體的加工過程中需要觀察齒輪的虛擬加工在計算機(jī)軟件內(nèi)的運行過程，計算機(jī)軟件主要反映的是齒輪加工過程，對于其加工過程進(jìn)行了模擬。最后還需要更具具體的施工過程對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，最終可以得出相應(yīng)的實體模型以供分析參考。

三、 弧齒錐齒輪加工的幾何仿真研究分析

當(dāng)前弧齒錐齒輪的使用十分廣泛，在我國眾多機(jī)械制造領(lǐng)域都起到了極為重要的作用，對于弧齒錐齒輪的加工來說，其幾何仿真加工能夠有效的解決弧齒錐齒輪加工過程復(fù)雜的缺陷，以下對于弧齒錐齒輪加工過程中的幾何仿真進(jìn)行深入的研究分析。

弧齒錐齒輪的加工仿真主要可以分為兩種類型，即幾何仿真以及物理仿真，這里所介紹的幾何仿真主要是指對于弧齒錐齒輪加工過程中某些工序的驗證，主要驗證的包括刀的路徑以及工件所加工出的形狀是否正確，同時對于該過程中是否會出現(xiàn)碰撞、欠切等現(xiàn)象進(jìn)行驗證分析?；↓X錐齒輪加工系統(tǒng)的幾何仿真的實現(xiàn)需要在加工過程中，對刀盤切削刃的槽中運動進(jìn)行部分金屬的切除工作，所要切除的金屬部分主要是刀盤與齒坯的重疊部分，該重疊區(qū)域的切除是必要的，在此過程中要嚴(yán)格注意重疊的區(qū)域，防止出現(xiàn)切除錯誤，影響到整個幾何仿真過程。在此過程中，銑齒的加工也是比較重要的一部分，銑齒的加工過程中是連續(xù)性的過程，因而在進(jìn)行幾何仿真的過程中需要實現(xiàn)離散化，即將銑齒的加工過程進(jìn)行分散，具體的過程可以將金屬切削的過程分為若干個切削時段，同時還可以根據(jù)相關(guān)的實體模型進(jìn)行研究，實體模型的建立需要根據(jù)具體的齒坯以及刀盤進(jìn)行建立，并在每一個切削的過程中，對于實際的運轉(zhuǎn)器械進(jìn)行一定的調(diào)整，尤其是對于刀盤和齒坯相對位置的調(diào)整，必須要符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。劃分后的切削時段都有效的完成之后，就會得到加工后的工件齒面，因而可以在實際操作過程中根據(jù)不同的工機(jī)床以及加工方法進(jìn)行分析，利用相應(yīng)的軟件對上述的過程進(jìn)行研究。當(dāng)前我國學(xué)者針對弧齒錐齒輪切削加工的幾何仿真技術(shù)有了較為深入的研究，很多的科研機(jī)構(gòu)也根據(jù)相關(guān)的數(shù)控軟件進(jìn)行了相關(guān)模型的建立，實現(xiàn)了我國弧齒錐齒輪加工過程的可視化。

現(xiàn)如今我國諸多機(jī)構(gòu)學(xué)者對弧齒錐齒輪加工系統(tǒng)的幾何仿真進(jìn)行了研究，其中我國重慶大學(xué)的梁偉就利用二次開發(fā)功能，同時結(jié)合了C+語言，并由此開發(fā)出了一套針對弧齒錐齒輪的切齒加工過程仿真和數(shù)據(jù)分析的軟件。該軟件能夠?qū)↓X錐齒輪的設(shè)計和加工過程進(jìn)行指導(dǎo)，主要是通過軟件分析出了齒輪的設(shè)計過程。此外，我國研發(fā)人員王沉培、鄧效忠等人也依據(jù)弧齒錐齒輪加工的幾何仿真進(jìn)行了研究，建立了一系列的弧齒錐齒輪加工系統(tǒng)的幾何仿真系統(tǒng)以及研發(fā)了相關(guān)的設(shè)備裝置。這一系列的成果對于我國弧齒錐齒輪加工系統(tǒng)的研究發(fā)展有著極為重要的意義。當(dāng)前對于弧齒錐齒輪的幾何仿真研究已經(jīng)有了系統(tǒng)振動、應(yīng)力過程仿真以及嚙合過程仿真等諸多方面的研究成果，這些研究成果結(jié)合應(yīng)用了計算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等諸多方法，由此對于弧齒嚙齒輪數(shù)控加工仿真的理論及方法進(jìn)行了研究，并基于此建立了加工仿真系統(tǒng)。最后通過對相鄰加工時刻特征幾種的元素進(jìn)行了齒面數(shù)據(jù)模型的建立，并由此提出了相應(yīng)的齒坯模型，當(dāng)前TIA中也通過變成輸入了機(jī)床的位置以及運動參數(shù)，由此控制了相應(yīng)的弧齒錐齒輪切齒仿真，并實現(xiàn)了高精度的虛擬加工。

四、 結(jié)束語

本文中就當(dāng)前我國弧齒錐齒輪加工系統(tǒng)的幾何仿真進(jìn)行了深入的研究分析，弧齒錐齒輪作為機(jī)械產(chǎn)品中的基礎(chǔ)性零件，憑借其良好的傳動性能在機(jī)械行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，當(dāng)前對于齒面數(shù)學(xué)模型的建立等仍在不斷研究，在日后將會取得更大的成果。

參考文獻(xiàn)：

[1]金映麗，程遠(yuǎn).弧齒錐齒輪加工系統(tǒng)的幾何仿真研究[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2019（03）：135-138.