弧齿锥齿轮多轴数控加工编程和仿真技术研究
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综上，本文的研究为建立弧齿锥齿轮数控加工解决方案提供了有效途径，为提升我 国弧齿锥齿轮产品数控加工工艺水平奠定了理论基础。
关键词：弧齿锥齿轮；数控编程；刀轨规划；后置处理；数控加工仿真
I
湘潭大学硕士学位论文
Abstract
Abstract
Spiral bevel gear transmission devices are usually used to transmit the power between two staggered or two intersecting axes, which have been extensively applied in many fields, such as ship, marine, aviation, automobile and all kinds of precision machine tools, with its advantages of high overlap coefficient, large transmission ratio, low transmission noise, and high capacity. At present, there are two machining methods for spiral bevel gears, machining with special machining tools and special NC machining tools. And special NC machining tools have been widely used for spiral bevel gear abroad. However, the special NC machining tools in our country used to rely on the import because there is still a large gap in the research capacity about the numerical control processing technology and the machining technology of spiral bevel gear is blockaded by the developed countries. How to realize high precision, high efficiency and low cost machining for spiral bevel gear with general NC machining tools is a key issue for getting rid of the backward situation of domestic spiral bevel gear machining. Thus, it is an urgent to do some researches on NC programming and simulation technology for spiral bevel gear. Therefore, with the help of the homogeneous coordinate transformation theory, the spatial meshing principle, tooth surface forming principle, the CAD software UG and its second development language OPEN/ GRIP,NC machining simulation software VERICUT and VC++ language, the machining tool path planning and related post processing algorithm, numerical control machining theory as theories and tools, the following efforts in this paper are focus on tooth profile equation deduction, entity modeling establishing, tool path planning, post processing solution, machining process simulation. The specific work can be summarized as follows:
作者签名：
日期： 年 月 日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
June ,7th, 2012
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名： 导师签名：
日期： 年 月 日 日期： 年 月 日
湘潭大学硕士学位论文
摘要
摘要
弧齿锥齿轮传动装置常用来传输两交错轴或两相交轴之间的动力，具有重叠系数 高、承载能力强、传动噪声小和传动比大等一系列优点，在船舶、航海、航空、各种精 密机床、汽车等领域得到广泛应用。目前，弧齿锥齿轮加工通常采用弧齿锥齿轮通用机 床加工和弧齿锥齿轮专用数控机床加工两种方法，国外已广泛采用弧齿锥齿轮专用数控 机床先进加工工艺。但由于我国高档弧齿锥齿轮专用数控机床研发技术较国外还很落 后，加之国外对弧齿锥齿轮加工技术严加封锁，我国目前仍主要采用依赖进口的弧齿锥 齿轮专用机床加工，如何运用通用数控机床实现弧齿锥齿轮高精、高效、低成本加工是 我国摆脱弧齿锥齿轮加工水平落后局面的一项重要课题。因此，迫切亟待深入研究弧齿 锥齿轮数控加工的编程和仿真技术。本文基于齐次坐标变换理论和空间啮合原理、利用 弧齿锥齿轮齿廓形成原理、数控加工理论、UG 及其开发工具 OPEN/ GRIP、VERICUT 加工仿真软件和 VC++等理论和手段，探索弧齿锥齿轮齿廓方程推导、实体模型建立、 刀具轨迹规划、后置处理求解、轮齿切削仿真等关键技术。具体研究工作如下：
1) 基于齐次坐标变换理论和空间啮合原理，推导弧齿锥齿轮大、小轮齿廓方程， 并在此基础上，利用 Matlab 和 OPEN/ GRIP 编程，建立弧齿锥齿轮大、小轮的实体模型； 利用 UG/Assembly 对弧齿锥齿轮进行虚拟装配和运动仿真，以分析其建模算法的有效 性；
2) 采用 CL 截面法并运用 OPEN/ GRIP 二次开发工具计算弧齿锥齿轮大、小轮齿面 的刀具轨迹，生成齿面数控加工刀位文件；
3) 分析弧齿锥齿轮的加工特点，进行弧齿锥齿轮数控加工的机床方案和结构设计， 并利用 UG 完成机床结构三维建模，导入 VERICUT 环境建立弧齿锥齿轮数控加工虚拟 机床；
4) 利用 VC++软件开发弧齿锥齿轮数控加工机床的后置处理器，利用 VERICUT 模 拟弧齿锥齿轮大、小轮的切削加工过程，以验证机床结构合理性和后置处理器正确性。
Research on Programming and Simulation Technology for NC Multi-Axis
Machining Spiral Bevel Gear
Candidate
Zhang Wenjuan
Supervisor
Prof. Hu Zihua
College
Fra Baidu bibliotek
School of Mechanical Engineering
Program
Mechanical Manufacture and Automation
Specialization Digital Design and Manufacturing
Degree
Master of Engineering
University
Xiangtan University
Date
关键词：弧齿锥齿轮；数控编程；刀轨规划；后置处理；数控加工仿真
I
湘潭大学硕士学位论文
Abstract
Abstract
Spiral bevel gear transmission devices are usually used to transmit the power between two staggered or two intersecting axes, which have been extensively applied in many fields, such as ship, marine, aviation, automobile and all kinds of precision machine tools, with its advantages of high overlap coefficient, large transmission ratio, low transmission noise, and high capacity. At present, there are two machining methods for spiral bevel gears, machining with special machining tools and special NC machining tools. And special NC machining tools have been widely used for spiral bevel gear abroad. However, the special NC machining tools in our country used to rely on the import because there is still a large gap in the research capacity about the numerical control processing technology and the machining technology of spiral bevel gear is blockaded by the developed countries. How to realize high precision, high efficiency and low cost machining for spiral bevel gear with general NC machining tools is a key issue for getting rid of the backward situation of domestic spiral bevel gear machining. Thus, it is an urgent to do some researches on NC programming and simulation technology for spiral bevel gear. Therefore, with the help of the homogeneous coordinate transformation theory, the spatial meshing principle, tooth surface forming principle, the CAD software UG and its second development language OPEN/ GRIP,NC machining simulation software VERICUT and VC++ language, the machining tool path planning and related post processing algorithm, numerical control machining theory as theories and tools, the following efforts in this paper are focus on tooth profile equation deduction, entity modeling establishing, tool path planning, post processing solution, machining process simulation. The specific work can be summarized as follows:
作者签名：
日期： 年 月 日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
June ,7th, 2012
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名： 导师签名：
日期： 年 月 日 日期： 年 月 日
湘潭大学硕士学位论文
摘要
摘要
弧齿锥齿轮传动装置常用来传输两交错轴或两相交轴之间的动力，具有重叠系数 高、承载能力强、传动噪声小和传动比大等一系列优点，在船舶、航海、航空、各种精 密机床、汽车等领域得到广泛应用。目前，弧齿锥齿轮加工通常采用弧齿锥齿轮通用机 床加工和弧齿锥齿轮专用数控机床加工两种方法，国外已广泛采用弧齿锥齿轮专用数控 机床先进加工工艺。但由于我国高档弧齿锥齿轮专用数控机床研发技术较国外还很落 后，加之国外对弧齿锥齿轮加工技术严加封锁，我国目前仍主要采用依赖进口的弧齿锥 齿轮专用机床加工，如何运用通用数控机床实现弧齿锥齿轮高精、高效、低成本加工是 我国摆脱弧齿锥齿轮加工水平落后局面的一项重要课题。因此，迫切亟待深入研究弧齿 锥齿轮数控加工的编程和仿真技术。本文基于齐次坐标变换理论和空间啮合原理、利用 弧齿锥齿轮齿廓形成原理、数控加工理论、UG 及其开发工具 OPEN/ GRIP、VERICUT 加工仿真软件和 VC++等理论和手段，探索弧齿锥齿轮齿廓方程推导、实体模型建立、 刀具轨迹规划、后置处理求解、轮齿切削仿真等关键技术。具体研究工作如下：
1) 基于齐次坐标变换理论和空间啮合原理，推导弧齿锥齿轮大、小轮齿廓方程， 并在此基础上，利用 Matlab 和 OPEN/ GRIP 编程，建立弧齿锥齿轮大、小轮的实体模型； 利用 UG/Assembly 对弧齿锥齿轮进行虚拟装配和运动仿真，以分析其建模算法的有效 性；
2) 采用 CL 截面法并运用 OPEN/ GRIP 二次开发工具计算弧齿锥齿轮大、小轮齿面 的刀具轨迹，生成齿面数控加工刀位文件；
3) 分析弧齿锥齿轮的加工特点，进行弧齿锥齿轮数控加工的机床方案和结构设计， 并利用 UG 完成机床结构三维建模，导入 VERICUT 环境建立弧齿锥齿轮数控加工虚拟 机床；
4) 利用 VC++软件开发弧齿锥齿轮数控加工机床的后置处理器，利用 VERICUT 模 拟弧齿锥齿轮大、小轮的切削加工过程，以验证机床结构合理性和后置处理器正确性。
Research on Programming and Simulation Technology for NC Multi-Axis
Machining Spiral Bevel Gear
Candidate
Zhang Wenjuan
Supervisor
Prof. Hu Zihua
College
Fra Baidu bibliotek
School of Mechanical Engineering
Program
Mechanical Manufacture and Automation
Specialization Digital Design and Manufacturing
Degree
Master of Engineering
University
Xiangtan University
Date