caxa如何画齿轮(caxa如何画齿轮的齿)

对斜齿轮的加工方法进行探索,以一个典型斜齿圆柱齿轮为实例,以四轴加工中心为平台,借助CAXA软件,并通过VERICUT进行切削仿真验证和机床实际切削,初步探索了斜齿轮的四轴数控加工方法。



1 序言


直齿、斜齿圆柱齿轮的加工,通常采用滚齿、插齿或磨齿的方法来完成。随着四轴加工中心的功能开发,以往在三轴加工中心难以完成的工艺,在四轴加工中心设备上则得以实现[1,2]。本文以一个典型斜齿轮为例,探讨其四轴数控加工方法。


2 案例分析


斜齿轮的传统加工方法需要通过滚齿机来实现。随着数控技术的高速发展,尤其是加工中心四轴联动技术的发展,斜齿轮的加工在数控机床上逐渐得到实现。本文就斜齿轮的加工方法展开探索,基于我国自主研发的软件——CAXA制造工程师,借助VERICUT进行模拟验证,以四轴加工中心为平台实现任意斜齿轮和定制斜齿轮的加工。


案例选自某年机械行业职技大赛“辰榜杯”数控多轴联动加工技术赛题,需要加工的斜齿轮如图1所示,部分参数见表1,材料为LY12。案例加工难点为齿斜度为20°,齿数为20,比赛现场没有专用的齿轮加工设备,每个工位提供辰榜四轴加工中心一台,要求完成模拟仿真和实际加工,并现场装配完成一套斜齿轮配合的滚子模机构,通电自动运转,齿轮配合要求较高。


图1 斜齿轮


表1 斜齿轮部分参数


3 方法一:通用刀具,展形加工


CAXA制造工程师软件拥有丰富的四轴、五轴加工功能。先绘制斜齿轮实体,然后生成刀具轨迹。轨迹生成步骤为:分别选择“加工→五轴加工→五轴限制面加工”“加工→五轴加工→五轴平行线”和“加工→轨迹编辑→五轴转四轴轨迹”加工方法,设定粗、精加工刀具,可选用通用平底刀和锥形球刀,生成粗、精刀路轨迹,并模拟切削验证,如图2所示。


a)粗加工刀路


b)精加工刀路


c)模拟切削效果

图2 常规斜齿轮加工刀路及切削模拟


本加工采用五轴刀路加工功能,再将其转为四轴刀路,使其在更加常见的四轴机床上得以实现。以上为其中一齿的加工方法,加工其他齿只需对刀路轨迹进行旋转即可。此种方法适应性强,使用常规的刀具沿着曲面仿形切削,可适用于其他尺寸斜齿轮的加工,但此种方法加工效率较低,加工精度也偏低,曲面通过分刀实现,适合单件试加工或少量加工,当批量加工时,效率低、精度低的弱点就显现出来。因此,当产品批量加工时,亟需寻求一种更加适合的加工方法。


4 方法二:定制刀具,仿形加工


4.1 刀具定制


使用设计类软件,如CAXA电子图板,按表1填写斜齿轮相关参数,可快速得到齿形轮廓,再根据软件获取数据。根据齿形轮廓,提取齿形CAD图样数据,并提供给刀具厂商定制若干把齿轮刀,如图3所示,刀柄直径为12mm,刀柄长为70mm,切削刃部分根据齿形相关数据定制。虽然定制刀具的成本比买通用刀具的成本高,但在批量加工中,定制刀具加工效率高,加工质量好,整体效益高。


a)图样


b)实物

图3 定制齿轮刀


4.2 夹具制作


分析此工件可知,其可夹持尺寸较短,找正难度大,耗时久,而且加工齿形时,刀具和主轴离四轴卡盘较近,易干涉,装夹找正难度较高,不便于批量加工。若想提高加工效率,需要定制夹具,如图4所示。图4a为活动件,通过螺纹夹紧齿轮毛坯,每次装夹位置固定,所以节省了对刀时间;图4b为固定件,装在卡盘上不动。夹具实物如图4c所示。


a)活动件


b)固定件


c)实物

图4 定制夹具


4.3 加工图素与刀路轨迹生成


1)画出齿底圆和斜齿轮其中一条倾斜20°的线,选择“加工→四轴加工→四轴柱面曲线加工”,设定刀具和切削用量,生成一条刀路轨迹,再通过轨迹旋转阵列,得到其他刀路轨迹,轨迹生成步骤如图5所示。


图5 刀路轨迹的生成


2)生成G代码并进行VERICUT验证。选中刀路轨迹,生成G代码,然后导入VERICUT软件,仿真模拟试切加工(见图6a),验证无误后再导入机床,切削加工得到的实物如图6b所示。


a)模拟切削


b)实物

图6 模拟切削与加工实物


5 结束语


斜齿轮通常在特定滚齿机上加工完成,而较少使用更加普及的数控加工中心。本文依托四轴加工中心,对斜齿轮的加工方法进行了尝试与探索,初步探索出四轴数控加工斜齿轮的方法:对于单件或较少量的加工可用仿形加工;对于批量加工,推荐使用定制刀具。该方法突破了斜齿轮在专用设备上加工的限制,可适用于目前更为普及的数控设备。


参考文献:

[1]杜家熙,沈宏. 基于四轴加工中心的斜齿轮多轴数控加工工艺[J]. 机床与液压,2014(3):28-30.

[2]左健民,何川,汪栏,等. 大直径渐开线斜齿轮修整数控加工技术[J]. 中国制造业信息化,2011(7):35-37.


本文发表于《金属加工(冷加工)》