CAM对链轮齿形的仿真加工

CAM对链轮齿形的仿真加工
万志锋
【摘要】采用CAM技术对链轮进行数学建模,然后进行仿真加工,从中可以发现,加工过程中的刀具和零件在加工区发生干涉和过切,通过不断地优化参数设置来改进加工工艺,确保加工过程中工艺的成功率,大大降低了工艺的验证周期,避免了由于刀具和零件过切产生的各种危险.优化后的仿真轨迹生成的程序G代码可以传输给机床系统,进行正常加工.%Took CAM technology to do mathematical modeling and then do simulation processing for sprocket, it can be found out that the interfering and excessive cut of tools and machining parts in the processing area, the process was improved through optimizing the parameter settings constantly, and also ensured the success rate of the processing, shorten the test period of test and avoid all the dangerous because of the excessive cutting. The program G code produced through the simulation trajectory optimization can ben transported into the system of machines to process normally
【期刊名称】《新技术新工艺》
【年(卷),期】2013(000)002
【总页数】3页(P30-32)
【关键词】CAM;数学建模;仿真加工;优化参数;质量特性值
【作者】万志锋
【作者单位】第一拖拉机股份有限公司齿轮厂,河南洛阳471004
【正文语种】中文
【中图分类】TH132.41
链轮一般用展成法加工，但这种加工方法需要专用设备及制作比较复杂的链轮滚刀。

以往加工链轮都使用普通的滚齿机床，并针对链轮的基本参数定制链轮滚刀来加工。

一把链轮刀具价值近万元，一旦该品种加工完毕，刀具就会闲置，不能用于其他产品加工，既增加了加工成本,又使资源不能得到充分利用，通常链轮批量小，所以
加工成本很高。

由于链轮齿形加工余量大，切削深度深，加工中需要多次切削，加工时间长而且加工中零件振动严重，从而使加工的链轮齿面粗糙度差、毛刺大。

同时，加工过程中还要不断地测量链轮的尺寸，加工后的链轮尺寸变化不定，质量特性一致性差，全靠操作者的经验和技巧来保证。

随着计算机软硬件技术的发展和CAM技术的逐渐成熟，以及数控机床在企业的广泛应用，使得应用计算机模拟技术进行仿真加工并用于生产成为现实。

仿真过程中可以不断地优化参数，在最经济的情况下获得高的加工效率，也可预测出加工中可能发生的问题，避免直接调试加工带来的潜在危险。

仿真加工成功后再生成加工的G代码程序，把这些加工程序输入数控机床系统就可以加工出理想的产品。

下面以一种链轮为例，介绍CAM对链轮齿形的仿真加工。

链轮的基本参数为齿数Z=28；齿间距P=31.75；滚子外径dr=19.05 mm。

链轮材料为40Cr；齿宽为
17 mm。

1 数学模型的建立
根据3RGB1244-85规定，链轮齿形由3段圆弧和1条直线组成，如图1所示。

图1 链轮齿形
根据链轮的基本参数，绘制齿形后点击主菜单中“转换”命令的下拉菜单，点击
“镜像”命令；然后旋转复制齿形，绘制出链轮的单个齿形图；再通过主菜单里的“转换”命令，弹出的下拉菜单里点击“复制”后，出现如图2所示的对话框；最后在相应的参数栏里输入正确的参数，复制后的全部齿形如图3所示。

图2 复制齿形的对话框
图3 复制后的全部齿形
2 仿真过程的建立及参数设置
在图3的主功能表里选“刀具路径”，在后续弹出的对话框里选择“外形铣削”命令，此时对话框会提示选择串联图素1，点选齿顶圆弧，圆弧生成有加工方向的箭头，表明加工轨迹已经建立，如图4所示。

在图4的对话框里点击“执行”，随后弹出关于选择刀具和铣削参数的对话框。

仿真铣削相关参数的设置如图5～图7所示。

设置切削刀具的相关参数如图5所示，选择直径为18 mm的立铣刀作为加工刀具，切削参数也可以根据实际加工情况更改。

图4 仿真加工轨迹的建立
图5 刀具切削参数的设置
图6 铣削参数的设置界面1
图7 铣削参数的设置界面2
在如图6所示对话框中可以设置相关铣削参数，为了保证零件加工尺寸的稳定性和一致性，齿形的加工分为粗、精2次加工，留0.5 mm的齿形精加工余量，勾选“XY方向预留量”并点击该命令。

在图7中，勾选“Z轴分层铣削”可以设置每次进刀的粗切量，分层铣削顺序，在这里选择“按轮廓”。

分层铣削的优点在于能够选择高转速、高进给量和低切削深度，充分发挥数控机床的优势，减少零件齿形铣削过程中的振动，降低加工中齿形的表面粗糙度，零件的关键特性值的一致性也能得到保证，相关参数具体设置如图7所示。

以上切削参数设置完成后，点击“确定”，返回到“刀具路径”界面，点击“操作管理”，弹出如图8所示的对
话框，在这个仿真操作对话框中点击“实体验证”，就会出现如图9所示的窗口，在播放控制条上点击“实体验证参数设置”即可以进入如图10所示的实体验证参数设置界面。

图8 仿真操作界面
图9 实体仿真过程图
图10 实体参数设定
实体验证前对所加工的毛坯进行实体参数设置，相关参数设置完成后点击播放按钮，对实体进行动画仿真加工。

通过动画的演示可以看出所选择的工艺参数是否正确，刀具在加工过程中如与坯料发生过切和干涉，在过切处就会以红色显现出来。

过切和干涉的原因分析：1) 刀具的半径过大，大于加工中的圆弧半径或者圆弧内角；2) 刀具的进、退刀在刀具半径没有补偿时已经处于运动轨迹区域；3) 设置的
进刀点或者退刀点在轨迹的内侧而不是最大外圆处。

采取的对策：1) 减小刀具的半径值，使其小于加工中的最小圆弧半径或者圆弧半角；2) 适当加大进刀的安全距离，提前进行半径补偿，退刀结束后取消半径补偿；
3) 把进刀点设置在坯料的最大外圆处。

3 结语
通过CAM仿真加工分析，可以得出以下结论。

1) 利用CAM的实体动画仿真，提高了产品试制的成功率。

过去在现场调试加工
时才能发现的问题，现在利用电脑模拟仿真切削就可以发现，做到了防患于未然。

2) 减少投入成本，缩短了调试周期。

过去需要订做周期长且近万元的专用链轮滚
刀才能加工，现在只需要通过现有的立铣刀，用电脑进行模拟仿真加工，如果仿真加工能顺利进行，基本就可以满足后续生产。

3) 提高生产效率。

通过在电脑中不断地优化参数和工艺方案，使加工过程达到理
想的状态和较高的生产效率。

4) 电脑仿真加工完成后，利用CAM仿真界面中“后处理”生成加工程序，将程序经过简单处理，生成与加工机床系统匹配的系统指令后，就可以输入到数控系统中作为加工程序，本企业对此已做了验证，并用此程序批量加工链轮，与用链轮滚刀在普通滚齿机上加工的产品相比，特性值很稳定，加工100件产品，质量特性值变动在0.1左右，加工效率也提高很多。

参考文献
[1] 陈榕林，陆同理.新编机械工程师手册[M].北京：中国轻工业出版社，1994.
[2] 濮良贵，纪名刚.机械设计[M].8版.北京：高等教育出版社，2006.。