617 面向齒輪的計算機輔助設計、制造及檢測

617 面向齒輪的計算機輔助設計、制造及檢測,617,面向齒輪的計算機輔助設計、制造及檢測,面向,齒輪,計算機輔助設計,制造,檢測 機械專業(yè)外語文獻翻譯杠桿原理和錐形漸開線齒輪副的幾何設計，交叉軸機械工程，西安交通大學，西安，中國的科技，西安大學人民共和國的學校，中華人民共和國摘要: 一組公式的幾何參數(shù)，如齒輪安裝距離，交叉軸角，中心距與上一基準齒條的基準平面上的投影齒的螺旋角不同布置交叉軸齒輪傳動的均派生的基于共軛齒輪和基準齒條之間的空間網(wǎng)狀關系的分析。一組幾何設計方法錐形漸開線齒輪副與交叉軸（非相交和非平行軸）提出。該公式不僅可以應用到所有的交叉軸的可能獨立形式齒輪傳動裝置也摩拳擦掌帶平行軸和軸相交的情況。該設計方法由兩部分組成，順序和反向的方法。 前者是用來確定給出一個雙圓錐漸開線齒輪的基本尺寸，而后者是用來確定一對時的安裝尺寸是已知的齒輪的基本尺寸時的安裝尺寸。 式和方法通過一組試驗齒輪的設計和制造進行驗證。關鍵字: 錐形漸開線齒輪，交叉軸齒輪傳動，傳動原理，幾何設計符號a 中心的距離（即齒輪軸 之間的最短距離）c* 間隙系數(shù)ct* 橫向間隙系數(shù)ha* 齒頂高系數(shù)hat* 橫向齒頂高系數(shù)l1,l2 齒輪1和2的安裝距離Mn 正常模塊mn 基準齒條的正常模mt1,mt2 齒輪1和2的橫向模塊rb1,rb2 左側(cè)和右側(cè)底半徑 r1,r2 齒輪1和2的參考半徑r1,r2 齒輪1和2的間距半徑 s1,s2 齒輪1和2的間距圓形厚度xt 齒輪的橫向平面的修正系數(shù)z1,z2 齒輪1和2的齒數(shù)n 正常壓力角n 基準齒條的法向壓力角tl,tr 左，右側(cè)橫向參考壓力角tl,tr 左，右側(cè)橫向間距壓力角1,2 齒輪1和2的螺旋角1,2 齒跡上的齒輪1和2的基準 齒條的基準平面的螺旋角1,2 齒輪1和2的錐角 1,2 齒輪1和2斜錐角t1,t2 齒輪1和2的橫向齒的外形t1,t2 齒輪1和2的增編因素減少 交叉軸角下標l and r向左或向右齒面 1 and 2齒輪1或2在MS接收到二零零四年三月二十六日和修訂后的被接受出版于2004年7月14日。 *通訊作者：機械工程學院，西安交通大學，西安710049，中華人民共和國。電子郵件：hjlmailst.xjtu.edu.cn圖1、基筒和節(jié)錐之間的關系1引言 圓錐漸開線（CI）的齒輪是一種有著厚錐齒的漸開線齒輪。在所有的橫截面的同側(cè)齒的形狀是源自同一基圓柱漸開線（圖1）。因此，CI齒輪可與大多數(shù)類型的漸開線齒輪共軛嚙合，例如直齒輪，斜齒輪，齒條甚至蠕蟲。利用不同的齒厚導致的錐角變化的特點，CI齒輪可用于齒隙控制。另外，CI齒輪也可以傳輸在任意相對位置之間的兩軸之間的旋轉(zhuǎn)運動。在過去的幾十年里，一些研究已經(jīng)完成平行和相交軸16 CI齒輪傳動裝置。Beam1提出的幾何terminol-ogies和分析了這些齒輪的發(fā)展?jié)摿?。Szekely 等人2研究設計公式確定的基本幾何特征。根據(jù)相交軸直CI齒輪，Mitome和Yu3提出了一種數(shù)值方法獲得齒頂修正系數(shù)，使齒面位于齒寬的中心區(qū)。在參考文獻4 Mitome調(diào)查安裝誤差對2 CI齒輪間sected軸和基準之間的傳輸動作的精確性和均勻性的影響5，他提出了一種設計方法，CI齒輪與一個移位直齒輪的相交軸嚙合。最近，布勞爾6得出的參數(shù)方程為CI直齒輪和建立有限元模型。Komatsubara et al. 7, 8提出了可以更完整地理解一個凹齒面的新型CI齒輪，通過測量，處理和磨削CI齒輪，以提高齒面接觸的特點。至于CI齒輪與交叉軸的驅(qū)動，幾乎沒有齒輪的簡易設計方法和原理。 Li 等人9, Mitome 10 and Liu 和 Tsay 11只分析了交叉軸齒輪驅(qū)動器，其中所述兩個齒輪中較大的端部是在同一側(cè)的單一形式。本文報道的研究是在交叉軸齒輪傳動共軛齒輪和基準齒條之間的空間網(wǎng)狀關系的系統(tǒng)研究。鏈接基準齒條與CI齒輪副的設計產(chǎn)生了一套與齒輪軸交叉的CI設計，適用于所有其他形式的方法。該公式和方法是通過實際齒輪產(chǎn)品的設計和試驗驗證。2驅(qū)動裝置圖2給出了交叉軸齒輪傳動的四種可能的獨立形式。為方便起見，而又不會失去一般性，齒輪2的軸被固定在后刀面，而齒輪1的對應位置是可以改變的。在圖2，并在下面的推導中，T適用于兩個齒輪中較大的端部是在同一側(cè)的，而Y適用于齒輪中的較大端部在相反側(cè)的情況下。下標L或R分別指齒輪1位于齒輪2的軸線的圓錐頂點的左側(cè)或右側(cè)。因此，四個布局形式在圖2是Tr, Tl, Yl 和 Yr。圖2、交叉軸的四個獨立安排的齒輪傳動裝置3幾何參數(shù)分析 類似于使用兩個節(jié)圓來描述一個圓柱齒輪傳動，CI齒輪傳動可以用兩個切向間距錐描述。考慮Yl在圖3中的布局，其標出了在空間間距錐體的相對位置。這里o”1和o”2表示圓錐頂點，1和2代表兩個節(jié)錐角，P是兩個螺距錐體的共同切點。此外，表示Po”1和Po”2，分別表示節(jié)錐和參考平面，或o1o2為兩個齒輪的軸線之間的最短距離（中心線的距離）之間的兩個切向線之間的銳角S表示交叉軸的角度。 以o1o1和o2o2命名的CI齒輪副的安裝距離，分別由l1和l2表示它們的頂點。圖3、在排列YI圓錐空間相對位置的兩個節(jié)點圖4、排列在Y1的兩個CI齒輪的幾何參數(shù)關系3.1外齒輪副的距離為了表達清楚兩個螺距錐的空間幾何關系，齒輪2所示的軸直觀的在圖. 3中表示在圖.4中被省略。在圖4中 ，假定兩個齒輪的軸的交叉點是o1和o2 。一般的，從P引出的2相切錐必須相交的兩個音調(diào)錐體的旋轉(zhuǎn)軸（齒輪的軸）。使用K和K的交叉點(KK 稱為參考正常）然后至P結(jié)果中的基準齒條相切兩者的間距錐體的基準平面使垂直于KK 的平面。繪制兩條線通過點P和垂直傳遞到兩齒輪結(jié)果的軸在俯仰橫向平面的兩個齒輪，其間距半徑分別為r1和r2 。 KK”與齒輪1的軸線， Ko1 被投影到垂直的平面齒輪2和上，被用于當逆時針旋轉(zhuǎn)o1Kh ，這是齒輪1朝o2Kh的軸的投影線發(fā)生的角度的軸線， KK”.KK”和K”o2 ，齒輪2的軸線的投影線被投影到平面上垂直于齒輪1的軸。類似地，Z是用于角度時發(fā)生的反時針轉(zhuǎn)動K”B ，齒輪2的軸的投影線，朝K”L ，參考的投影正常。圖4示出的安裝距離和其他參數(shù)之間的幾何關系。鍵關系由下式給出：代方程（1）和（2）代入方程（3）和 （4）得到以下等式：Yr可以通過Yl的后視圖顯示。因此，已知兩個齒輪中較大的端部位于相反側(cè)，也可以使用該公式進行計算。類似地，對于Tr和T1，下面的等式依然適用：通過代入-1進入上面的公式進行統(tǒng)一的情況下，兩個齒輪的較大端部在相反側(cè)。因此，該公式是為了得到當安裝距離一樣時較大的端部是否是在同一側(cè)或沒有。3.2中心距離和交叉軸角圖5、母線上的切線投影到Y(jié)1的基準平面中同樣，Yl布局被用作用于導出一個例子。圖5示出了參考平面的切線母線和兩個音調(diào)錐體，其中的符號具有相同的含義與圖3和4的突起; E0表示Po”1和Po”2之間的銳角。從圖5，式中的中心的距離a和正交軸角S可如下獲得：關于安裝距離的知識a和S，可以計算相對于兩個齒輪的更大的端部是否是在同一側(cè)或沒有。由Tr和T1的布局，可得以下公式:同樣，上面的公式可以通過以下方式統(tǒng)一 取代-1到公式的情況下，當 兩個齒輪的更大的端部在相反側(cè)，給出（11）到（13）的等式。3.3在基準齒條的基準平面上的齒線的螺旋角 圖6示出兩個螺距錐和基準平面在Yr和Yl切向母線的投影。這里b1和b2分別是在參考平面上的CI齒輪分別牙齒痕跡的螺旋角。當齒面切向矢量變化的e0和b1之間的關系的方向，b2可以進一步討論。三種情況下可能會出現(xiàn)Yr的布局，如圖所示 6a：當t是沿t1-t1的方向，右手為正。因此，1是左手螺旋角，或1(-)，但是2是右手螺旋，或2(+)和1 2的CI齒輪的基本幾何參數(shù)在圖中指定。 當t是在t2t2的方向, 1（-）, 2（-）.當t是在t3t3的方向,1(+), 2(+) 并且2 1. 然后可以推導出以下公式:=-(1+2) （13） 這里可以從等式（13）來計算。因此，2 可以得到下列式子2=-1 （14） 三種情況下可能會出現(xiàn)對Yl的上述結(jié)構(gòu)，如圖6b所示：1.當t是沿t1 -t1的方向, 1(-)2(+) 并且2 1.2.當t是在t2t2的方向, 1(+)2(+).3.當t是在t3t3的方向,1(+)2(-) 并且1 2. 因此,2 =-1 (15)類似的分析可以針對Tr和Tl的安排來完成，下列的公式可以被推導出：Tr : 2 =-1 (16)Tl : 2 =-1 (17)圖6、 在基準齒條的基準平面上的投影齒的螺旋角3.4零背隙傳動基準齒條保持與兩個CI齒輪零背隙接觸。然后，如果該基準齒條被移除時，共軛齒輪應該保持具有所需的共軛作用的零游隙的傳輸。從圖4可知也有可能取得2節(jié)錐的母線，顯示在圖7。在Yl結(jié)構(gòu)中，公切線向量T形兩齒面的基準齒條的參考平面可以從接觸點的2齒輪齒面被創(chuàng)建。對t-t和Po”1和Po”2的角度是1和2 。兩條線PP和PP”，分別被繪制到垂直于Po”1和Po”2，其通過接觸點P。PP和PP”正在穿越的兩個齒輪的節(jié)距橫向平面和基準齒條的基準平面之間的線。假定P和P”是PP和PP”和牙齒的另一齒面之間的兩個交叉點， PP和PP”被看作是等于s1和s2 ，或者分別對兩個齒輪的節(jié)圓測得的齒厚。一個正常的，n-n為向量t-t的，可以通過接觸點P進行由于基準齒條執(zhí)行零游隙齒輪與兩齒輪，沿n-n方向的基準齒條的正常間距等于齒輪副的正常間距。 下面是一個CI齒輪副的零背隙傳動的條件： scos1+scos2 =mn (18)其中mn為基準齒條的正常模塊。代s1，s2和mn9代入方程（18）得到下面的零游隙齒輪的公式：其中一個n,z和是正常的壓力角，螺旋角，齒和齒輪分別與錐角的數(shù)目;tl(r)和tl(r)是左側(cè)和右側(cè)橫向參考壓力角和左和齒輪分別右側(cè)橫間距壓力角和xt是齒輪的節(jié)距橫向平面的變位系數(shù)。方程（19）可用于計算參數(shù)tl(r)和tl(r)后選擇xt。圖7、正常的間距和2個CI齒輪的節(jié)圓齒厚度之間的關系3.5增編的折減系數(shù)圖8、原理為計算CI齒輪的齒頂?shù)恼蹨p系數(shù) 圖8顯示了參考正常，kk”，兩個音調(diào)錐體的母線上的投影。 P是共通的接觸點。 Po1和Po2分別是兩個CI齒輪的間距半徑。CD的長度是沿kk”方向上的為了確保該徑向間隙具有標準值c*mn，沿KK”的方向，或參考標準，CD的長度為其中ral和rf2是尖端半徑和齒輪及mn和c*的半徑分別是正常值和間隙系數(shù)。解決上述兩個方程和簡化的結(jié)果給出了編縮減因子，tl用下列公式計算：類似的分析可以用于齒輪2，t2的齒頂?shù)恼蹨p系數(shù)來完成。4設計錐形齒輪與交叉線的方法4.1基準齒條的參數(shù)圖3引出的基準齒條的根據(jù)CI齒輪之間的空間關系，傳動裝置的參數(shù)9：其中n和t是基準齒條和橫向齒的外形尺寸分別為正常的模塊。4.2在CI齒輪的基本幾何參數(shù)CI齒輪的基本幾何參數(shù)在圖9中指定。假設參數(shù)mn，n，和z中給出，可以得出結(jié)論，該齒輪基準半徑r和節(jié)圓半徑r是橫向齒頂高系數(shù)h*at和橫向間隙系數(shù)c*t是其中，h* a為齒頂高系數(shù)。橫向模塊mt是在CI齒輪可能有恒定深度牙齒。其齒高為H，是左側(cè)和右側(cè)的橫向參考壓力角（tl，tr）和螺旋角（tl，tr)是9在這些公式中，為負值時，該齒輪是逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 From Fig. 9, the cross-section 00 is the plane where the modification coefficient is zero. For the plane of crosssection II, the modification coefficient, xt, min, is minimum. For cross-section IIII, the modification coefficient, xt, max, is maximum. Therefore, the larger-end addendum diameter, dII, and smaller-end addendum diameter, dI, of the gear are4.3設計的CI齒輪的方法不同的已知參數(shù)和限制應該得到不同的方法對CI齒輪副與交叉軸的幾何設計：直接設計方法和設計安裝參數(shù)保證方法5討論與驗證交錯軸錐形齒輪傳動屬于以漸開螺旋面為齒 面的齒輪傳動最一般形式。例如，當錐形齒輪副錐角 則轉(zhuǎn)化為螺旋齒輪傳動；而當齒輪副交錯角時，則分別轉(zhuǎn)化為平 行軸或相交軸錐形齒輪傳動等。將這些特殊條件代 入以上推導得到的交錯軸錐形齒輪傳動計算公式， 則可以得到相應的平行軸或相交軸齒輪副設計公 式。以齒輪大端異側(cè)Y，布局為例，按給定參數(shù)采用 了保證安裝參數(shù)設計法進行了錐形齒輪設計，所得 結(jié)果見下表(表中字母分別為齒輪法向 模數(shù)、壓力角、齒輪加工時的螺旋角和節(jié)錐角，下 角標則分別代表齒輪1、2)。 按上述計算結(jié)果，通過滾齒和磨齒加工出的錐 形齒輪副，在標準安裝位置下進行滾檢試驗時，其 接觸區(qū)的長度達到齒面長度的60，位置位于齒面 工作區(qū)的中部，與理論設計情況相符。圖6是齒輪 副接觸斑點試驗情況。以上推導的設計公式已成功的用于交錯軸齒輪變速箱的設計中。由此，驗證了提出的理論和計算公式的正確性。上述的設計方法應根據(jù)實際設置的設計條件來選擇。布置Yr被用作方法的驗證和幾套年齒輪已設計并通過直接設計方法的裝置和所述安裝參數(shù)保證方法處理的例子。通過這些設計方法的裝置的計算結(jié)果列于表1和表2。對于在表2所示的例子中，安裝參數(shù)a和L1，這是預先給定的，通過以滿足設計要求反復變換齒輪1的XT1擔保。很明顯，如果對表2中的齒輪的基本參數(shù)是第一個給定的，即，計算利用直接設計方法將相同，在表2中所示的安裝距離。根據(jù)上述設計計算的結(jié)果，該測試齒輪被控制（CNC）滾齒機和磨削計算機數(shù)字加工和所需的安裝尺寸下進行了測試。齒軸承的位置是在有效齒寬的中央部分。對于所有的線索齒輪，齒軸承顯示出與理論預測相吻合。圖10示出的CI齒輪的接觸痕跡越過tl由安裝參數(shù)保證的方法tl。圖11表示接觸面積由齒面接觸分析（TCA）的理論結(jié)果。這兩種設計方法已應用于在數(shù)控機床船用傳動和間隙控制齒輪CI減速齒輪的設計。其結(jié)果是，這些實施例證明，該設計方法和設計公式是方便和準確的。6結(jié)論本文提出了一組公式基礎上的共軛齒輪和基準齒條和一組幾何設計方法之間的空間網(wǎng)狀關系的分析得出的幾何參數(shù)。這些公式可以應用于交叉軸齒輪傳動裝置的所有可能的獨立安排的形式，并通過交叉軸齒輪驅(qū)動四個獨立的安排，換貨的形式進行檢查。它們可以被用于設計平行軸和相交軸系統(tǒng)為好。在一般情況下，任何CI齒輪，其發(fā)射在任何相對位置，兩軸之間的旋轉(zhuǎn)運動，可容易地通過這組公式來設計的。設計理論和方法，由一對交叉軸齒輪的設計和加工測試，預計也將成為進一步研究的CI一對齒輪的設計提供了理論.聲明作者想感謝中國國家自然科學基金會的資金支持。根據(jù)合同59775009進行這項工作的一個組成部分。他們也想表達誠摯的謝意問：簡王教授，西北大學，埃文斯頓，伊利諾伊州，美國，為她提出寶貴的建議和幫助。參考文獻1 Beam, A. S. Beveloid gearing. Mach. Des., 1954, 26(12), 220238. 2 Sze kely, I., Bocian, I. and Chioreanu, V. General quasi- involute gear toothing. In Proceedings of JSME Interna- tional Symposium on Gearing and Power Transmissions, Tokyo, Japan, 1981, pp. 2328.3 Mitome, K. and Yu, Z. Design and calculation system of a pair of intersecting-axes straight conical involute gears. In Proceedings of the International Symposium on Machine Elements, Beijing, Peoples Republic of China, 1993, pp. 224229. 4 Mitome, K. Conical involute gear. Part 3: tooth action of a pair of gears. Bull. Japan Soc. Mech. Engrs, 1985, 28(245), 27572764. 5 Mitome, K. Design of conical involute gear engaged with prole shifted spur gear on intersecting shifts. Trans. Japan Soc. Mech. Engrs, Ser. C, 1996, 62(598), 24362441. 6 Brauer, J. Analytical of geometry straight conical involute gears. Mech. Mach. Theory, 2002, 37, 127141.7 Komatsubara, H., Mitome, K. and Ohmachi, T. Develop- ment of concave conical gear used for marine transmissions (1st Report, Principle of generating helical concave conical gear). Japan Soc. Mech. Engrs Int. J., Ser. C, 2002, 45(1), 371377. 8 Komatsubara, H., Mitome, K. and Ohmachi, T. Develop- ment of concave conical gear used for marine transmissions (2nd Report, Principal normal radii of concave conical gear and design of a pair of gears). Japan Soc. Mech. Engrs Int. J., Ser. C, 2002, 45(2), 543550. 543-5509 李華敏，韓元瑩，王知行漸開線齒輪的幾何原理與計算北京：機械工業(yè)出版社，1985 8 李瑰賢變齒厚漸開線齒輪傳動現(xiàn)代機械傳動手冊，第2版北京：機械工業(yè)出版社，200210 Mitome KDesign of nonintersecting-nonparallelaxis conical involute gearJSME IntJ，1991，34(2)：265270 12 吳序堂齒輪嚙合原理北京：機械工業(yè)出版社，1982面向齒輪的計算機輔助設計、制造及檢測,（學生陳述約10分鐘，答辯約5分鐘）,論文的背景,本題來自正在建設的實驗項目一體化實驗。以齒輪為研究對象，進行計算機輔助設計，利用數(shù)控線切割機進行計算機輔助加工，形成計算機輔助設計和數(shù)控加工的一體化實驗。,論文內(nèi)容,齒輪廓線的設計 MATLAB編程 數(shù)控加工過程 齒輪的檢測,齒輪廓線的設計,漸開線是齒輪傳動中應用最廣泛的齒廓曲線，根據(jù)漸開線的形成及其特性可用其計算出漸開線標準齒輪的齒輪廓線。,漸開線的極坐標方程,設計中涉及到主要的公式,基圓半徑公式,任意圓齒厚及齒槽寬公式,MATLAB簡介,MATLAB是matrix&laboratory兩個詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實驗室）。是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。 MATLAB主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。,MATLAB編程,程序流程圖,利用強大的數(shù)學運算能力，可通過它正確計算出齒輪廓線。,程序分析,1、創(chuàng)建可在屏幕輸入任意z和m的值的程序,2、定義漸開線齒輪的已知參數(shù)及輸入計算公式,程序分析,3.通過while循環(huán)語句結(jié)構(gòu)，計算每個齒的漸開線軌跡、齒頂圓弧及反向開線軌跡；,4.將輸出齒輪輪廓線圖片保存并記錄數(shù)據(jù)點,程序分析,5.執(zhí)行程序,輸入任意m及z的數(shù)值,6.最終程序結(jié)果,程序分析,數(shù)控加工過程,導入圖紙，設置參數(shù),進入虛擬卡，試走刀,加工界面設置參數(shù),進行加工,加工結(jié)果,得到一個模數(shù)為五，齒數(shù)為十九的齒輪。,齒輪的檢測,漸開線圓柱齒輪主要參數(shù),. 齒數(shù) . 模數(shù) . 齒頂圓直徑 . 齒根圓直徑 . 壓力角 . 齒頂高系數(shù) . 頂隙系數(shù) . 變位系數(shù) . 螺旋角 ,c*,ha*,da,df,所需檢測的公差組,1、在第I公差組中規(guī)定了6個檢驗組。其中Fi和Fp都是綜合精度指標，能較全面地反映齒輪一轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)角誤差，所以在一個檢驗組中只需要選用其中一項就可以了。 2、在第II公差組中規(guī)定了7個檢驗組。fi較全面地反映了齒輪一齒距角范圍的轉(zhuǎn)角誤差，故只用此一項指標作為一個檢驗組。 3、在第III公差組中規(guī)定了4個檢驗組。F適用于直齒輪，窄斜齒輪可用F或Fb，對寬斜齒輪，同時接觸的在兩對以上，所以必須加檢Fpx項目。,致 謝,感謝張永紅老師對我在本次畢業(yè)論文的指導，同時也感謝這期間幫助過我的同學們。感謝所有關心、支持、幫助過我的良師益友。同時也向在對本文進行評審并提出寶貴意見的各位專家表示衷心地感謝！,謝謝觀賞！,本科畢業(yè)設計論文 題 目 面向齒輪的計算機輔助設計、制造及檢測設計論文畢業(yè) 任務書一、題目面向齒輪的計算機輔助設計、制造及檢測二、研究主要內(nèi)容本題選自正在建設的實驗項目CAD/CAM一體化實驗。該項目的研究內(nèi)容是以齒輪為實驗對象，進行計算機輔助設計，在此基礎上，利用數(shù)控線切割機進行計算機輔助加工，形成計算機輔助設計和數(shù)控加工的一體化實驗，最后，對加工出來的齒輪進行公差組項目檢測。通過畢業(yè)設計，培養(yǎng)在工程設計、編程、調(diào)試的能力，提高查閱資料、外文翻譯的能力，以及和綜合應用基礎理論和專業(yè)知識的能力，進一步增強分析問題和解決問題的能力。三、主要技術指標 編制一漸開線標準直齒圓柱齒輪設計程序； 設計加工的齒輪精度等級為7級； 確定并檢測齒輪三個公差組的檢查組；四、進度和要求進行畢業(yè)設計開題2周 2周 (第 12 周)外文科技資料翻譯1周 1周 (第 3 周)了解齒輪嚙合原理，掌握直齒圓柱齒輪的廓線形成方法 1周 (第 4 周)掌握MATLAB編程語言 2周 (第 56 周)齒輪的計算機編程與設計 2周 (第 78 周)掌握線切割機床數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式 1周 (第 9 周)將計算數(shù)據(jù)導入線切割機 1周 (第 10 周)利用電火花數(shù)控線切割機加工所設計的齒輪 1周 (第 11 周)I針對所加工的齒輪進行齒輪公差組檢測 1周 (第 12 周)繪制工作圖 1周 (第 13 周)撰寫論文 1周 (第 14 周)修改論文 1周 (第 15 周)制作答辯電子稿，準備答辯 1周 (第 16 周)畢業(yè)答辯 1周 (第 17 周)五、主要參考書及參考資料1 孫桓，陳作模，葛文杰機械原理北京：高等教育出版社，2006,52 王玉榮，張應昌，公差與測量技術西安：陜西科學技術出版社，1990,83 DK7720電火花數(shù)控線切割機使用說明書4 張志勇主編matlab教程北京：北京航空航天大學出版社出版，20135 編委會編.齒輪便查手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2013,3摘 要齒輪機構(gòu)是現(xiàn)代機械中最重要的傳動機構(gòu)，應用十分廣泛。它是依靠輪齒齒廓直接接觸來傳遞運動和動力的，具有傳動比恒定，傳動效率高，使用壽命長，適用范圍廣，承載能力高等特點，但也存在對制造和安裝精度要求較高以及成本較高等缺點。本論文的研究內(nèi)容為：1）根據(jù)齒輪嚙合原理，掌握直齒圓柱齒輪的廓線形成方法，再利用MATLAB對齒輪進行計算機編程和設計，得到模數(shù)、壓力角等為標準值的漸開線直齒圓柱齒輪的廓線數(shù)據(jù)；2）熟悉電火花數(shù)控線切割機的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，掌握悉電火花數(shù)控線切割機的基本操作，再利用電火花數(shù)控線切割機加工所設計的齒輪；3）掌握檢測的基本知識，了解常用計量器具的種類及其應用，了解典型表面的檢測方法及其計量器具，學會正確選擇計量器具。對加工出來的齒輪進行公差組的檢測。本文以齒輪為對象，完成了計算機輔助設計、計算機輔助加工以及齒輪精度檢測的一體化過程，融合了本學科的知識，提升了實踐能力。關鍵詞：廓線，線切割，公差組ABSTRACT The gear mechanism is the most important mechanism transmission of modern mechanical,wide range of applications.It relies on direct contact with the tooth profile to transmit motion and power,with constant transmission ratio,high transmission efficiency,long service life,for a wide range,and high load carrying capacity etc,but there is manufacture and installation of high precision and high cost disadvantages.In this paper, the study says: 1)According to the principle of the gear meshing,grasp the spur gear profiles forming method,and use MATLAB to be computer programming and design gear, get modulus, pressure angle etc. mean standard value involute spur gear of profile data;2)Familiar with the structure of EDM CNC cutting machine and working principle,learned to master the basic operation of CNC EDM cutting machine, and use of EDM CNC cutting machine machining design of gear;3)Detection of basic knowledge to understand the kind commonly used measuring instruments and their applications, understand the typical surface detection methods and measuring instruments, measuring instruments to learn the correct choice. For processing out of gear for testing tolerance group. In this paper, the gear for the object to complete the computer-aided design、 computer-aided processing as well as the accuracy of detection gear for the integration process, combines the knowledge of the discipline, enhance the ability in practice.Keywords: profiling, line cutting, tolerance group目 錄第一章 緒論1第二章 齒輪的計算機輔助設計22.1 齒輪機構(gòu)及設計22.1.1 齒輪嚙合基本定理22.1.2 齒輪漸開線的形成及特性32.1.3 漸開線標準齒輪的基本參數(shù)42.2 MATLAB的簡介62.3 齒輪的MATLAB編程82.4 本章小結(jié)12第三章 電火花數(shù)控切割機簡介133.1 電火花數(shù)控切割機的工作原理133.2 電火花數(shù)控切割機的分類143.3 DK7720電火花數(shù)控切割機的介紹153.3.1 DK7720電火花數(shù)控切割機的主要技術數(shù)據(jù)153.3.2 DK7720的性能特點163.3.3 DK7720的功能部件163.3.4 DK7720的功能173.4 本章小結(jié)17第四章 齒輪的數(shù)控加工184.1 齒輪的加工184.1.1 齒輪數(shù)據(jù)點的轉(zhuǎn)換184.1.2 齒輪的線切割加工204.2 本章小結(jié)23第五章 齒輪的檢測245.1 齒輪傳動的使用要求245.2 齒輪基本參數(shù)的檢測255.3 各項誤差的檢驗及其作用255.3.1 單個齒距偏差的檢測265.3.2 齒距積累總偏差的確定285.3.3 齒廓總公差的確定295.3.4 齒輪公差組295.4 齒輪的檢測結(jié)果325.5 本章小結(jié)33第六章 全文總結(jié)34參考文獻35致謝36畢業(yè)設計小結(jié)37附錄38VII第一章 緒論信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展正對全球經(jīng)濟的增長起著巨大的推動作用，特別是對制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了極大的影響，同時也使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)面臨新的挑戰(zhàn)。制造業(yè)的信息化，即利用信息技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，對國民經(jīng)濟的發(fā)展具有深遠的戰(zhàn)略意義。作為制造業(yè)信息化的重要內(nèi)容，CAD技術的應用與開發(fā)己成為現(xiàn)代企業(yè)縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高設計質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本，乃至提高企業(yè)技術創(chuàng)新能力的有效途徑。目前CAD技術在各行各業(yè)已得到了廣泛的應用，并帶來了顯著的社會效益與經(jīng)濟效益。CAD技術在土業(yè)生產(chǎn)中的整體水平已成為國家科學技術發(fā)展的重要標志之一。隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展和市場競爭的加劇，人們對產(chǎn)品的花色品種和性能的要求越來越多，中、小批量的產(chǎn)品生產(chǎn)占70%80%。為了滿足不同功能和性能的要求，快速而又經(jīng)濟地開發(fā)出更多的變型產(chǎn)品，模塊化和系列化的設計方法在生產(chǎn)中的應用日趨廣泛。在當前計算機技術的普及的大環(huán)境下，CAD技術也在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應用，先進的工具提高了人們的工作效率和工作質(zhì)量。目前，較為先進的機械CAD軟件有:AutoCAD、Pro/Engineer、UG、SolidworkS等。隨著面向?qū)ο蠹夹g及特征建模技術的發(fā)展，CAD/CAE/CAM技術已緊密相連，CAD已從單純模仿二維工程圖樣飛躍到三維實體造型，同時，當今虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展，使CAD技術在工程設計中呈現(xiàn)越來越重要的地位。本課題的研究意義在于改變傳統(tǒng)齒輪的設計方式，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益及其在市場上的競爭力。齒輪以其效率高，工作耐久，維護方便，而得到廣泛應用。但傳統(tǒng)的齒輪設計是面向某一具體產(chǎn)品，生產(chǎn)上及技術上的繼承性很差，且新產(chǎn)品設計周期長，工藝裝備及生產(chǎn)準備工作量大，生產(chǎn)線也需作較大的調(diào)整。隨著科學技術和國民經(jīng)濟的發(fā)展，對齒輪的需求量越來越大，且對質(zhì)量提出了更高的要求，若仍采用傳統(tǒng)的單一產(chǎn)品設計方法是遠不能滿足市場多樣化的需求，不能適應激烈的市場競爭，也很難提高產(chǎn)品的綜合技術經(jīng)濟效益及保證產(chǎn)品質(zhì)量。第二章 齒輪的計算機輔助設計2.1 齒輪機構(gòu)及設計2.1.1 齒輪嚙合基本定理圖2-1所示一對相互嚙合傳動的齒輪。兩輪齒輪的齒廓在某一點C接觸，設兩齒廓K線速度分別為。要使這一對齒廓能夠通過接觸而傳動，他們沿接觸點的公法線方向的分速度應相等，否則兩齒廓將不是彼此分離就是相互嵌入，而不能達到正常傳動的目的。兩齒廓接觸點的相對速度只能沿兩齒廓接觸點處的公切線方向。 由瞬心概念可知，兩嚙合齒廓在接觸點的公法線與兩齒輪連心線的交點P既為兩齒輪的相對瞬心， 圖2-1 齒輪嚙合圖故兩輪此時的傳動比為 （2-1）該式表明，相互嚙合傳動的一對齒輪，在任一位置的傳動比，都與起連心線被其嚙合齒廓在接觸點處的公法線所分成的兩線段成反比。這一規(guī)律稱為齒廓嚙合基本定律。凡是按預定傳動比規(guī)律相互嚙合傳動的一對齒廓稱為共軛齒廓。一般來說，對于預定的傳動比，只要給出一輪的齒廓曲線，就可根據(jù)齒廓嚙合基本定律求出其嚙合傳動的另一輪上的共軛曲線。因此，能滿足一定傳動比規(guī)律的共軛齒廓曲線是很多的。但是在生產(chǎn)實踐中，選擇齒廓曲線時，不僅要滿足傳動比的要求，還要必須從設計、制造、安裝和使用等多方面予以綜合考慮。對于定傳動比傳動的齒輪來說，目前最常用的齒廓曲線是漸開線，其次是擺線和變態(tài)擺線，近年來還有圓弧齒廓和拋物線齒廓等。由于漸開線齒廓具有良好的傳動性能，而且便于制造、安裝、測量和互換使用，因此它的應用最為廣泛。2.1.2 齒輪漸開線的形成及特性如圖2-2所示，當一直線BK沿圓周做純滾動時，直線上任意點K的軌跡AK就是該圓的漸開線。該圓稱為漸開線的基圓，它的半徑用表示；直線BK稱為漸開線的發(fā)生線；角稱為漸開線上K點的展角。根據(jù)漸開線的形成過程，可知漸開線具有下列特征：圖2-2 齒輪漸開線圖 1）發(fā)生線上線段長度等于基圓上被滾過的弧AB，即=AB。 2）發(fā)生線BK即為漸開線在K點的法線，又引發(fā)生線恒切于基圓，故知漸開線上任意點的法線恒與其基圓相切。3）發(fā)生線與基圓的切點B也是漸開線在K點處的曲率中心，線段就是漸開線在K點處的曲率半徑。故漸開線愈接近基圓部分的曲率半徑愈小，在基圓上其曲率半徑為零。4）漸開線的形狀取決于基圓的大小。在展角相同處，基圓半徑愈大，其漸開線的曲率半徑也愈大。當基圓半徑為為無窮大時，其漸開線就變成一條直線，故齒條的齒廓曲線為直線。5）基圓以內(nèi)無漸開線。漸開線的上述諸特征是研究漸開線齒輪嚙合傳動的基礎。在圖2-2中，設為漸開線在任意點K的向徑。當次漸開線與其共軛齒廓在K點嚙合時，此齒廓在該點所受的正壓力的方向（即法線方向）與該點的速度方向（沿方向）之間所夾的銳角，稱為漸開線在該點的壓力角。由可見 （2-2）又因 （2-3）故 （2-4）由上式可知，展角是壓力角的函數(shù)，稱其為漸開線函數(shù)。用來表示，即 （2-5） 由式（2-1）及（2-5）可得漸開線的極坐標方程式為 （2-6）2.1.3 漸開線標準齒輪的基本參數(shù)1.齒輪各部分的名稱和符號圖2-3所示為一標準直齒輪的一部分。過輪齒頂端所作的圓稱為齒頂圓，其半徑用ra表示；過輪齒槽底所作的圓稱為齒根圓，其半徑用rf表示；沿任意圓周所量得的輪齒的弧線厚度成為該圓周上的齒厚，以si表示；相鄰倆輪齒之間的齒槽沿任意圓周所量得的弧線寬度，稱為該圓周上的齒槽寬，以ei表示；沿任意圓周所量得的相鄰兩齒上同側(cè)齒廓之間的弧長稱為該圓周上的齒距，以pi表示。在同一圓周上，齒距等于齒厚與齒槽寬之和，即 （2-7）為了便于計算齒輪各部分尺寸，在齒輪上選擇一個圓作為尺寸計算標準，稱該圓為齒輪的分度圓，稱其半徑、齒厚、齒槽寬和齒距分別以r、s、e和P表示。輪齒介于分度圓與齒頂圓之間的部分稱為齒頂，其徑向高度成為齒頂高，以表示；介于分度圓與齒根圓之間的部分成為齒根，其徑向高度稱為齒根高，以表示；齒頂高和齒高之和稱為齒全高，以h表示。顯然 （2-8）圖2-3 標準圓柱齒輪的一部分2. 漸開線齒輪的基本參數(shù)（1） 齒數(shù)齒輪在整個圓周上齒輪的總數(shù)，用z表示。（2） 模數(shù)模數(shù)是齒輪的一個重要參數(shù)，用m表示，模數(shù)的定義為齒距p與的比值，即m = p/ （2-9）故齒輪的分度圓直徑d可表示為d = mz （2-10）（3） 分度圓壓力角（簡稱壓力角）由式（2-2）可知，同一漸開線齒廓上個壓力角不同。通常所說的齒輪壓力角是指其分度圓上的壓力角，以表示。根據(jù)式（2-2）有= arccos（rb/r） （2-11） （2-12）壓力角是決定齒廓形狀的主要參數(shù)；國家標準（GB/T 1356-1988）中規(guī)定，分度圓上的壓力角為標準，=20。在一些特殊場合，也允許采用其他的值。2.2 MATLAB的簡介MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB是matrix&laboratory兩個詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實驗室）。主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學軟件。它在數(shù)學類科技應用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點，使MATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C+，JAVA的支持。1、主要功能數(shù)值分析、數(shù)值和符號計算、工程與科學繪圖、控制系統(tǒng)設計與仿真、數(shù)字圖像處理、數(shù)字信號處理、通訊系統(tǒng)設計與仿真、財務與金融工程2、優(yōu)勢特點1) 高效的數(shù)值計算及符號計算功能，能使用戶從繁雜的數(shù)學運算分析中解脫出來；2) 具有完備的圖形處理功能，實現(xiàn)計算結(jié)果和編程的可視化；3) 友好的用戶界面及接近數(shù)學表達式的自然化語言，使學者易于學習和掌握；4) 功能豐富的應用工具箱(如信號處理工具箱、通信工具箱等)，為用戶提供了大量方便實用的處理工具。3、編程環(huán)境MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級，MATLAB的用戶界面也越來越精致，更加接近Windows的標準界面，人機交互性更強，操作更簡單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進行出錯原因分析。4、應用方面MATLAB 的應用范圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設計、測試和測量、財務建模和分析以及計算生物學等眾多應用領域。附加的工具箱（單獨提供的專用MATLAB函數(shù)集）擴展了MATLAB 環(huán)境，以解決這些應用領域內(nèi)特定類型的問題。5、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)編輯MATLAB系統(tǒng)由MATLAB開發(fā)環(huán)境、MATLAB數(shù)學函數(shù)庫、MATLAB語言、MATLAB圖形處理系統(tǒng)和MATLAB應用程序接口（API）五大部分構(gòu)成。1）開發(fā)環(huán)境MATLAB開發(fā)環(huán)境是一套方便用戶使用的MATLAB函數(shù)和文件工具集，其中許多工具是圖形化用戶接口。它是一個集成的 用戶工作空間，允許用戶輸入輸出數(shù)據(jù)，并提供了M文件的集成編譯和調(diào)試環(huán)境，包括MATLAB桌面、命令窗口、M文件編輯調(diào)試器、MATLAB工作空間和在線幫助文檔。2）數(shù)學函數(shù)庫MATLAB數(shù)學函數(shù)庫包括了大量的計算算法。從基本算法如加法、正弦，到復雜算法如矩陣求逆、快速傅里葉變換等。3）語言MATLAB語言是一種高級的基于矩陣/數(shù)組的語言，它有程序流控制、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入/輸出和面向?qū)ο缶幊痰忍厣Ｓ眠@種語言能夠方便快捷建立起簡單運行快的程序，也能建立復雜的程序。4）圖形處理系統(tǒng)圖形處理系統(tǒng)使得MATLAB能方便的圖形化顯示向量和矩陣，而且能對圖形添加標注和打印。它包括強大的二維三維圖形函數(shù)、圖像處理和動畫顯示等函數(shù)。5）應用程序接口MATLAB應用程序接口（API）是一個使MATLAB語言能與C、Fortran等其它高級編程語言進行交互的函數(shù)庫。該函數(shù)庫的函數(shù)通過調(diào)用動態(tài)鏈接庫（DLL）實現(xiàn)與MATLAB文件的數(shù)據(jù)交換，其主要功能包括在MATLAB中調(diào)用C和Fortran程序，以及在MATLAB與其它應用程序間建立客戶、服務器關系。6、發(fā)展歷程20世紀70年代，美國新墨西哥大學計算機科學系主任Cleve Moler為了減輕學生編程的負擔，用FORTRAN編寫了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市場。到20世紀90年代，MATLAB已成為國際控制界的標準計算軟件。MATLAB：統(tǒng)一了用于一維、二維與三維數(shù)值積分的函數(shù)并提升了基本數(shù)學和內(nèi)插函數(shù)的性能MATLAB Compiler：可以下載 MATLAB Compiler Runtime (MCR)，簡化編譯后的程序和組件的分發(fā)Image Processing Toolbox：通過亮度指標優(yōu)化進行自動圖像配準Statistics Toolbox：增強了使用線性、廣義線性和非線性回歸進行擬合、預測和繪圖的界面System Identification Toolbox：識別連續(xù)時間傳遞函數(shù)2.3 齒輪的MATLAB編程1、齒輪MATLAB編程的程序框圖如下：圖2-4 程序框圖 2、程序過程分析1)創(chuàng)建可在屏幕輸入任意z和m的值的命令（如圖2-5）；圖2-5 輸入模數(shù)齒數(shù)命令2)定義漸開線齒輪的已知參數(shù)及輸入計算公式（如圖2-6）；圖2-6 定義已知參數(shù)及公式3）通過while循環(huán)語句結(jié)構(gòu)，計算每個齒的漸開線軌跡、齒頂圓弧及反向漸開線軌跡（如圖2-7、2-8）；圖2-7 漸開線軌跡圖2-8 齒頂圓弧及反向漸開線軌跡4） 將輸出齒輪輪廓線圖片保存并記錄數(shù)據(jù)點如圖2-9圖2-9 保存圖樣并記錄數(shù)據(jù)點主要程序見附錄。 5）執(zhí)行程序，得到如圖2-10所示提示，輸入模數(shù)m與齒數(shù)z的數(shù)值；圖2-10 MATLAB輸入界面回車后，即可得到下列結(jié)果：1.齒輪的輪廓曲線（如圖2-11）圖2-11 齒輪的齒廓圖像2.齒輪輪廓的數(shù)據(jù)點（如圖2-12）：圖2-12 齒輪輪廓的數(shù)據(jù)點2.4 本章小結(jié) 本章主要任務是對齒輪的設計。通過對齒廓嚙合基本定律的分析，得出齒輪的齒廓為漸開線，最后對齒輪的輪廓線進行MATLAB編程，導出齒輪輪廓圖和數(shù)據(jù)點。第三章 電火花數(shù)控切割機簡介3.1 電火花數(shù)控切割機的工作原理電火花切割時，在電極絲和工件之間進行脈沖放電。如圖一電極絲接脈沖電源的負極，工件接脈沖電源的正極。當來一脈沖電源時，在電源絲和工件之間產(chǎn)生一次火花放電，在放電通道的中心瞬時溫度可高達10000以上，高溫使工件金屬融化，甚至有少量氣化，高溫也使電極絲和工件之間的工作液部分生產(chǎn)氣化，這些氣化后的工作液和金屬蒸汽瞬間迅速膨脹，并具有爆炸的特性。這種熱膨脹和局部微爆炸。拋出融化和氣化的金屬材料而現(xiàn)實對工件材料的進行電蝕切割加工。通常認為電極絲與工件的放電間隙在0.01mm左右，若電脈沖電壓高，放電間隙會大一些。線切割編程時，一般取放電間隙=0.01mm。圖3-1線切割工作原理每來一個電脈沖時，要保證在電極絲和工件之間產(chǎn)生的是火花放電是火花放電而不是電弧放電，必須創(chuàng)造必要的條件，首先必須是兩個電脈沖之間有足夠的間隙時間使放電間隙中的介質(zhì)消電離，即使放電通道中的帶粒子復合為中性粒子，恢復本次放電通道處間隙中介質(zhì)的絕緣強度，以免總在同一處發(fā)生、發(fā)生放電而導致電弧放電。一般脈沖間隙應為脈沖寬度的4杯以上。為了保證火花放電時電極絲（一般用鉬絲）不被燒斷，必須向放電間隙注入大量工作液，以使電極絲得帶充分冷卻，同時電極絲必須作高速軸向運動，以避免火花放電總在電極絲的局部位置而被燒斷，電極絲速度約在710mm/s左右。高速運動的電極絲，有利于不斷往放電間隙中帶入新的工作液，同時也有利于把電蝕產(chǎn)物從間隙中帶出去。電花線切割加工時，為了獲得比較好的表面粗糙度和好的尺寸精度，并保證鉬絲不被斷，應選擇好相應的脈沖參數(shù)，使工件與鉬絲之間的放電火花放電，而不是電弧放電。3.2 電火花數(shù)控切割機的分類電火花數(shù)控切割機的分類很多，一般按照切割機的走絲速遞進行分類。電火花線切割機可分為高速往復走絲電火花線切割機（Reciprocating type High Speed Wire cut Electrical Discharge Machining俗稱“線切割機床”）、低速單向走絲電火花線切割機（Low Speed one-way walk Wire cut Electrical Discharge Machining俗稱“慢走絲”）和立式自旋轉(zhuǎn)電火花線切割機（Vertical Wire Electrical Discharge Machining machine tool With Rotation Wire）三類。又可按工作臺形式分成單立柱十字工作臺型和雙立柱型（俗稱龍門型）。 往復走絲電火花線切割機床的走絲速度為612 m/s，是我國獨創(chuàng)的機種。隨著大錐度切割技術逐步完善，變錐度、上下異形的切割加工也取得了很大的進步。大厚度切割技術的突破，橫剖面及縱剖面精度有了較大提高，加工厚度可超過1000mm以上。但由于往復走絲線切割機床不能對電極絲實施恒張力控制，故電極絲抖動大，在加工過程中易斷絲。由于電級絲是往復使用，所以會造成電極絲損耗，加工精度和表面質(zhì)量降低。 低速走絲線切割機電極絲以銅線作為工具電極，一般以低于0.2m/s的速度作單向運動，在銅線與銅、鋼或超硬合金等被加工物材料之間施加60300V的脈沖電壓，并保持550um間隙，間隙中充滿脫離子水(接近蒸餾水)等絕緣介質(zhì)，使電極與被加工物之間發(fā)生火花放電，并彼此被消耗、腐蝕，在工件表面上電蝕出無數(shù)的小坑，通過NC控制的監(jiān)測和管控，伺服機構(gòu)執(zhí)行，使這種放電現(xiàn)象均勻一致，從而達到加工物被加工，使之成為合乎要求之尺寸大小及形狀精度的產(chǎn)品。目前精度可達0.001mm級，表面質(zhì)量也接近磨削水平。電極絲放電后不再使用，而且采用無電阻防電解電源，一般均帶有自動穿絲和恒張力裝置。工作平穩(wěn)、均勻、抖動小、加工精度高、表面質(zhì)量好，但不宜加工大厚度工件。由于機床結(jié)構(gòu)精密，技術含量高，機床價格高，因此使用成本也高。立式自旋轉(zhuǎn)電火花線切割機（臥式自旋轉(zhuǎn)電火花線切割機）。立式回轉(zhuǎn)電火花線切割機的特點與傳統(tǒng)的高速走絲和低速走絲電火花線切割加工均有不同，首先是電極絲的運動方式比傳統(tǒng)兩種的電火花線切割加工多了一個電極絲的回轉(zhuǎn)運動；其次，電極絲走絲速度介于高速走絲和低速走絲直接，速度為12m/s。由于加工過程中電極絲增加了旋轉(zhuǎn)運動，所以立式回旋電火花線切割機與其他類型線切割機相比，最大的區(qū)別在于走絲系統(tǒng)。立式回轉(zhuǎn)電火花線切割機的走絲系統(tǒng)由走絲端和放絲端兩套結(jié)構(gòu)完全相同的兩端做為走絲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了電極絲的高速旋轉(zhuǎn)運動和低速走絲的復合運動。兩套主軸頭之間的區(qū)域為有效加工區(qū)域。除走絲系統(tǒng)外，機床其他組成部分與高速走絲線切割機相同。 與單向低速走絲電火花線切割機床相比，往復高速走絲電火花線切割機床在平均生產(chǎn)率、切割精度及表面粗糙度等關鍵技術指標上還存在較大差距。針對這些差距，本世紀初，國內(nèi)有數(shù)家高速往復走絲電火花線切割機生產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)了在高速走絲機上的多次切割加工（該類機床被俗稱為“中走絲” Medium Speed Wire cut Electrical Discharge Machining）。所謂“中走絲”并非指走絲速度介于高速與低速之間，而是復合走絲線切割機床，其走絲原理是在粗加工時采用812m/s高速走絲，精加工時采用13m/s低速走絲，這樣工作相對平穩(wěn)、抖動小，并通過多次切割減少材料變形及鉬絲損耗帶來的誤差，使加工質(zhì)量也相對提高，加工質(zhì)量可介于高速走絲機與低速走絲機之間。因而可以說，用戶所說的“中走絲”，實際上是往復走絲電火花線切割機借鑒了一些低速走絲機的加工工藝技術，并實現(xiàn)了無條紋切割和多次切割。3.3 DK7720電火花數(shù)控切割機的介紹3.3.1 DK7720電火花數(shù)控切割機的主要技術數(shù)據(jù)數(shù)控電火花線切割機型號DK7720的含義如下：D : 機床類別代號（電加工機床）K : 機床特性代號（數(shù)控）7 : 組別代號（電火花加工機床）7 : 型別代號（線切割機床）20 : 基本參數(shù)代號（工作臺橫向行程200mm）DK7720線切割機床的主要參數(shù)：（1）工作行程：X軸200mm Y軸250mm Z軸 100mm（2）最大切削厚度：180mm（3）工件最大重量：100kg（4）試件加工尺寸精度：0.015mm（5）精加工表面粗糙度：Ra1.252.5um（6）使用線電極：0.080.18mm（7）使用冷卻液：皂化溶解油1：1520（體積比）或線切割專用液二工作環(huán)境及安裝：（1）工作環(huán)境溫度: 535 0 C（2）工作環(huán)境濕度: 85（250 C）（3）電網(wǎng)要求: 三相380V/220V10 501HZ（4）機床耗電: 約0.6kw（5）機床外型尺寸: 12009001500mm（6）機床重量: 900Kg3.3.2 DK7720的性能特點高精度：精度保持性高，機床精度可維持十年不變。高性能：高效率低絲耗，可實現(xiàn)大電流快速無條紋切割，連續(xù)加工不斷絲，保證真圓度過及直角位。高可靠性：性能穩(wěn)定，平均無故障率可達99%以上。3.3.3 DK7720的功能部件滾動部件：采用國家定點廠生產(chǎn)的高精密滾珠絲桿，高剛性滾動導軌，采用進口NSK品牌的精度軸承，采用大力矩五相十拍步進電機驅(qū)動，儲絲筒經(jīng)過全息動平衡檢驗，導輪組件整體結(jié)構(gòu)設計，從而保證了機床的高速化，高精度化運行。數(shù)控系統(tǒng)：采用智能化PC數(shù)控系統(tǒng),高品質(zhì)PC機，HL軟件控制，AUTOP軟件編程，抗于擾能力強，自動化程度高，性能穩(wěn)定可靠。高頻電源：采用高性能全數(shù)字脈沖電源（主振電路高速數(shù)字振蕩，大功率VMOS場效應管作功效），頻率可調(diào)，具有性能穩(wěn)定，輸出功率大，切割速度快，表面光潔度高，電極絲損耗水小等特點。電氣元件：機床及控制柜的關鍵電氣元器件均采用優(yōu)質(zhì)進口件（如集成塊，晶體管，功率管，整流橋，繼電器等），以確保質(zhì)量。網(wǎng)絡接口：配有ACD數(shù)據(jù)接口，可進行RS232或RS485串口傳輸，使機床具有網(wǎng)絡連接功能，可實現(xiàn)遠程傳輸。3.3.4 DK7720的功能三維四軸聯(lián)動，編控一體化，DXF圖形文件直接讀進編程，加工圖形實時跟蹤，工作輪廓三維造型，多種加工狀態(tài)顯示。具有上下異形，等錐，變錐切割，分時切割，停電記憶，短路回退，斷絲保護，靠邊定位，模擬校驗，自動停機，自動找中心，任意角度旋轉(zhuǎn)，快速回零檢查，特殊圖形自動編程等二十多種功能。3.4 本章小結(jié) 本章的主要任務是完成對線切割機床的了解，為齒輪加工做準備。首先介紹了線切割的原理，其次是線切割機床的基本參數(shù)、機械部分和電氣部分。第四章 齒輪的數(shù)控加工4.1 齒輪的加工4.1.1 齒輪數(shù)據(jù)點的轉(zhuǎn)換DXF格式簡介AutoCAD(Drawing Interchange Format或者Drawing Exchange Format) 繪圖交換文件。DXF 是Autodesk公司開發(fā)的用于AutoCAD與其它軟件之間進行CAD數(shù)據(jù)交換的CAD數(shù)據(jù)文件格式 ,是 Autodesk AutoCAD 程序使用的基于矢量的 ASCII 格式。AutoCAD 可以提供非常詳細的完全可以縮放的圖表。 AutoCAD的DWG文件格式是二進制的，并且沒有公開，所以只適合在AutoCAD軟件之間復制圖形。為了與其他軟件共享圖形數(shù)據(jù)，AutoCAD提供了DXF（Drawing Interchange Format）文件格式，此格式現(xiàn)已被廣泛使用，成為事實上的標準。通過DXF文件格式，可以使用高級語言開發(fā)程序讀取AutoCAD圖形文件，也可以創(chuàng)建DXF文件供AutoCAD打開。DXF一般情況下是文本文件，可以使用文本編輯器（如Windows記事本、寫字板）來查看、編輯其內(nèi)容。DXF文件是由很多的“代碼”和“值”組成的“數(shù)據(jù)對”構(gòu)造而成，這里的代碼稱為“組碼”（group code），指定其后的值的類型和用途。每個組碼和值必須為單獨的一行的。DXF文件被組織成為多個“段”（section），每個段以組碼“0”和字符串“SECTION”開頭，緊接著是組碼“2”和表示段名的字符串（如HEADER）。段的中間，可以使用組碼和值定義段中的元素。段的結(jié)尾使用組碼“0”和字符串“ENDSEC”來定義。將第二章中得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為DXF格式得到圖4-1圖4-1 DXF文件的截圖4.1.2 齒輪的線切割加工1.導入圖片生成加工軌跡DK7720機床自帶AutoCut功能，可直接調(diào)用生成的DXF格式的圖片生成加工軌跡，圖4-2，進入虛擬卡試走刀即完成了加工前的準備工作，圖4-3。圖4-2 設置參數(shù)圖4-3 試走刀2.對齒輪進行加工在加工界面設置加工參數(shù)（圖4-4、4-5），然后進行加工，如圖4-6。圖4-4 設置加工參數(shù)圖4-5 加工界面圖4-6 加工過程3.加工電參數(shù)的選擇正確選擇脈沖電源電參數(shù)，可以提高線切割加工的加工工藝指標和加工的穩(wěn)定性。脈沖電源的電參數(shù)主要包括：空載電壓，脈沖寬度，脈沖間隔，短路電流峰值等。利用脈沖電源進行切割加工時，其電參數(shù)對加工工藝指標的影響有 如下的一般規(guī)律：切割速度隨空載電壓、短路峰值電流、脈沖寬度、脈沖重復的增大而提高。也就是說，切割速度雖加工的平均電流增加而增大。加工表面粗糙度隨空載電壓、短路峰值電流、脈沖寬度的減少而提高。放電間隙隨空載電壓的提高而增大。加工穩(wěn)定時的平均電流約為間隙短路電流值的百分之七十五到百分之八十左右。平均加工電流一定得情況下，脈沖寬度的增加有利于提高加工穩(wěn)定性和切割效率，但表面粗糙度隨之下降。4.齒輪的介紹如下圖4-7為加工出來的齒輪圖4-7 齒輪零件該齒輪為外嚙合漸開線標準直齒圓柱齒輪，具有角速比不變的優(yōu)點他的齒形的接觸點上的正壓力方向始終與漸開線的基圓相切。這樣可以保證嚙合時傳動比的恒定，因此經(jīng)常被用在齒輪變速箱上，用來精確傳動。4.2 本章小結(jié)本章先介紹了HF線切割數(shù)控加工系統(tǒng)，然后從數(shù)據(jù)點的轉(zhuǎn)換開始對加工的整個過程進行了詳細的介紹，最后對加工的齒輪進行了簡要的分析。第五章 齒輪的檢測5.1 齒輪傳動的使用要求對齒輪傳動使用性能一般有四個方面的要求：1.傳遞運動的準確性傳遞運動的準確性是指齒輪在傳動過程中準確地傳遞角位移，即要求齒輪在一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，最大轉(zhuǎn)角誤差不能超過允許范圍。2.傳動的平穩(wěn)性傳動的平穩(wěn)性是指傳動平穩(wěn)，沒有沖擊，振動和噪聲要小，即要求齒輪轉(zhuǎn)動時瞬時速比變化不大，因為瞬時速比的突然變化，將會引起沖擊，產(chǎn)生噪聲和振動（特別在高速運轉(zhuǎn)過程中）。3.齒面載荷分布的均勻性齒面載荷分布的均勻性時指齒輪嚙合齒面接觸良好，即要求齒面接觸痕的分布位置趨近齒面中部，其大小達到規(guī)定的百分比，以免引起接觸應力增大，造成齒面磨損加劇，影響齒輪的使用壽命。4.齒輪副的側(cè)隙齒輪副的側(cè)隙是指齒輪副中非工作齒面的間隙。實際的齒輪副是在單嚙狀態(tài)下工作，在其工作齒面間需要油膜，以便保證正常的潤滑;在其非工作齒面需要適當?shù)膫?cè)隙，以便補償齒輪傳動受力后的彈性變形、齒輪和箱體溫差的熱膨脹、和齒輪加工誤差、齒輪副安裝誤差。不同用途和不同工作條件下的齒輪傳動，對上述四個方面的使用要求應該有所側(cè)重。例如對于傳遞角位移的 齒輪傳動（讀數(shù)裝置、分度機構(gòu)），應側(cè)重傳遞運動的準確性，只有當其反轉(zhuǎn)時的回差有嚴格要求時，才對齒輪副側(cè)隙加以嚴格控制；對于傳遞動力的齒輪傳動（汽車、拖拉機等的變速器），應側(cè)重要求傳動的平穩(wěn)性，而齒面載荷分布的均勻性要有一定的要求；對于低速重載齒輪傳動（起重機、軋鋼機等），應側(cè)重要求齒面載荷分布的均勻性；對于高速重載的齒輪傳動（汽輪機的減速器等），傳遞運動的準確性、傳動的平穩(wěn)性及齒面載荷分布的均勻性都應該要求很高，特別是瞬時速比的變化要小，以減小振動和噪聲。5.2 齒輪基本參數(shù)的檢測用萬能測齒儀（圖5-1）測量齒輪的公法線長度、齒頂圓直徑和齒根圓直徑。圖5-1萬能測齒儀齒輪的齒厚用齒厚游標卡尺（圖5-2）檢測。圖5-2 齒厚游標卡尺5.3 各項誤差的檢驗及其作用5.3.1 單個齒距偏差的檢測齒距偏差的檢驗包括測量其實際值（角度值）或者沿齒輪圓周上同側(cè)齒面間距離作比較測量（圖5-3）。基圓齒距偏差是沿基圓切平面上測量，因而與齒輪軸線無關。端面基圓齒距（）端面基圓齒距偏差（）齒距積累（，如圖k=3）齒距積累偏差(,如圖k=3)圖 5-3 齒距，齒距偏差1.用齒距比較儀（兩個觸頭）檢測單個齒距兩個測頭的位置，應當相對于齒輪軸線的相同半徑上，并在同一橫截面內(nèi)，測頭移動的方向要與測量圓相切。因為很難得到半徑距離的精確數(shù)值，所以齒距比較儀很少用于檢測端面齒距的真實的數(shù)值，這種儀器最適合的用途是確定齒距偏差。一些齒距比較儀裝備了導向滑軌，使測頭容易達到固定的徑向深度，一般在輪齒中部附近（圖5-4），被檢的齒輪慢慢地 。繞著軸心連續(xù)地或間歇地轉(zhuǎn)動，而導向滑軌上的測頭在測量部位來回移動。圖5-4 使用齒距測量儀測量齒距偏差2.用角度轉(zhuǎn)位法（一個觸頭）檢測單個齒距檢測過程及分度轉(zhuǎn)位器的使用，其精確度必須和齒輪直徑相協(xié)調(diào)，如圖5-5所示。對每個齒面，測量頭在預先設定要檢測的部位上徑向來回移動，就可測得偏離理論位置的位置偏差，相對于所選定的 基準齒面或零齒面，這個測得的數(shù)據(jù)代表相關齒面的位置偏差，這樣記錄的數(shù)據(jù)曲線應顯示出齒輪在圓周上的齒距積累偏差。第N個齒面的位置偏差減去第N-1個的，就是每個單個齒距偏差，負值要表示出來。圖5-5 用角度轉(zhuǎn)位法檢驗齒距5.3.2 齒距積累總偏差的確定當齒輪的齒數(shù)很多用比較儀作單個齒距校檢法測量時，由于很多個測量的不正確性疊加起來而形成很大的誤差，每次測量中不正確性的來源之一，是很難保證后觸頭和前一次測量時前觸頭占的位置完全重合。如果用跨齒距進行檢驗，則上述的不正確性可以減少，為此建議當齒輪超過60個齒時，最好改用跨齒距測量，圖5-6表示跨齒距數(shù)為4的測量原理，即齒距號為1至4.下一個要檢測的扇面區(qū)包含齒距號5至8此時位于右側(cè)的后觸頭將于4號齒面接觸，此接觸點應為上次測量時位于左側(cè)的前觸頭所占的位置。圖5-6 跨齒距測量原理在選擇跨齒數(shù)（每跨齒距數(shù)）S時，必須符合以下兩點：1、每跨的弦長應該適合所用的齒距比較儀的量程；2、測得的點數(shù)應足夠用來繪制出一條可接受的累積偏差曲線。圖5-7中所提供的公式和曲線可指導選擇合適的齒距數(shù)。如果可能，z/S應取整數(shù)，但是如z/S不是整數(shù)時，跨齒距偏差測量的跨齒數(shù)應取大于z/S的整數(shù)，此時當測量到最后一個跨齒距時，其中包含的一部分齒距是在第一個跨齒距測量時已經(jīng)包含了的。圖5-7 跨齒距測量時每跨齒距數(shù)的選擇如果在較少的齒距數(shù)上的齒距積累偏差過大時，在實際工作中將產(chǎn)生很大的加速度力，這在高速齒輪傳動中更應重視，因為可能產(chǎn)生很大的動載荷，因而有必要規(guī)定較少齒距范圍內(nèi)的積累公差。5.3.3 齒廓總公差的確定按定義齒廓偏差是在端平面上垂直于齒廓的偏差值，然而，偏差也可以在齒面的法向測量，然后把測得的數(shù)值除以，經(jīng)這樣的換算后再與公差值比較。齒廓圖包括齒廓跡線，它是由吃輪廓線檢驗設備在紙上或其他適當?shù)慕橘|(zhì)上畫出來的齒廓偏差曲線，齒廓跡線如偏離了直線，其偏離量即表示與被檢齒輪的基圓所展成的漸開線齒廓偏差。為了齒輪質(zhì)量分等，只須檢驗齒廓總偏差即可。5.3.4 齒輪公差組為了解釋齒輪加工誤差的上述不同特性，需要通過對齒輪加工誤差的有關幾何參數(shù)（項目）的測量，才能反映出來。例如，徑向誤差主要是由幾何偏心所以引起，但偏心度不可能從齒輪上測得，常通過對齒輪“齒圈徑向跳動量”誤差項目的測量來反映。為了評定齒輪傳動的使用性能的好壞，也要通過對齒輪加工誤差有關項目的測量去體現(xiàn)。例如，齒輪傳動平穩(wěn)的使用性好壞，應根據(jù)瞬時速比的變化去評定，但它只有在一堆齒輪運轉(zhuǎn)過程中，才能反映出來，這樣也難以測量。所以對于單個齒輪可用單嚙儀測量它的“切向齒綜合誤差”誤差項目去體現(xiàn)。齒輪加工誤差的項目很多，新國標對齒輪和齒輪副共規(guī)定了22項誤差，見表5-1，表中列出了16項齒輪加工誤差及其公差或極限偏差（名稱和代號），以及6項齒輪副安裝誤差及其公差或極限偏差（名稱和代號）。按照齒輪加工誤差的頻率特性和它們對齒輪傳動使用性能的主要影響，將各項齒輪加工誤差（及相應的公差）劃分為三組，見表5-2。第I公差組-主要控制齒輪在一轉(zhuǎn)內(nèi)回轉(zhuǎn)角的全部誤差，它主要影響傳遞運動的準確性。第II公差組-主要控制齒輪在一周節(jié)角范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)角誤差，它主要影響傳遞運動的平穩(wěn)性、噪聲和振動。第III公差組-主要控制齒輪的接觸精度，它影響齒輪受載后齒面載荷分布的均勻性。齒輪副側(cè)隙主要由fa及Es決定，但它還受fpb、F、fx、fy等的影響。表5-1 誤差、公差或極限偏差的名稱和代號序號齒輪或齒輪副誤差名稱誤差代號公差或極限偏差代號12345678910111213141516齒輪切向綜合誤差一齒切向綜合誤差徑向綜合誤差一齒徑向綜合誤差齒距累積誤差K個齒距累積誤差齒圈徑向跳動公法線長度變動齒形誤差齒距偏差基節(jié)偏差齒向誤差接觸線誤差軸向齒距偏差螺旋線波度誤差齒厚偏差公法線平均長度偏差FifiFi”fi”FPFPKFrFWfffPtfPbFFbFpxffEsEWmFifiFi”fi”FPFPKFrFWFfFPtFPbFFbFpxFfESs、ESi、TSEWms、EWmi、TWm171819202122齒輪副齒輪副的切向綜合誤差齒輪副的一齒切合綜合誤差齒輪副的接觸斑點齒輪副的側(cè)隙圓周側(cè)隙法向側(cè)隙齒輪副的中心距偏差軸線的平行度誤差x方向軸線的平行度誤差y方向軸線的平行度誤差FicficjtjnfafxfyFicficjtmax、jtminjnmax、jnminfafxfy表5-2 齒輪公差組公差組誤差、公差與極限偏差誤差特性對使用性的主要影響IFi(Fi)、Fp(Fp)、Fpk(FPK)、F”(Fi”)、Fr(Fr)、Fw(Fw)以齒輪轉(zhuǎn)一圈為周期的誤差（長周期誤差）傳遞運動的準確性IIfi(fi)、ff(ff)、fpt(fpt)、fpb(fpb)、fi”(fi”)、ff(ff)在齒輪一周內(nèi)，多次周期的重復出現(xiàn)的誤差（短周期誤差） 傳動的平穩(wěn)性、噪聲及振動IIIF(F)、Fpx(Fpx)、Fb(Fb)齒向線的誤差（非周期性的誤差）齒面載荷分布的均勻性說明：在第I公差組中規(guī)定了6個檢驗組。其中Fi和Fp都是綜合精度指標，能較全面地反映齒輪一轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)角誤差，所以在一個檢驗組中只需要選用其中一項就可以了。在第II公差組中規(guī)定了7個檢驗組。fi較全面地反映了齒輪一齒距角范圍的轉(zhuǎn)角誤差，故只用此一項指標作為一個檢驗組。在第III公差組中規(guī)定了4個檢驗組。F適用于直齒輪，窄斜齒輪可用F或Fb，對寬斜齒輪，同時接觸的在兩對以上，所以必須加檢Fpx項目。5.4 齒輪的檢測結(jié)果基本參數(shù)的測量結(jié)果(如表5-3)：表5-3 基本參數(shù)測量結(jié)果齒輪公法線長度的測量（單位：mm）第一次測量第二次測量第三次測量平均長度38.2638.2238.2438.24齒頂圓直徑