魏冰阳弧齿锥齿轮数字化设计和集成制造

文章编号：（%\"\"’）!\"\"#$%&’(\"&$\"\"’%$\"%

机械传动%\"\"’年

弧齿锥齿轮数字化设计和集成制造

（河南科技大学机电工程学院，河南洛阳

#)!\"\"’）

魏冰阳

#)%!#’）

邓效忠王明琦

（三门峡金渠集团豫西机床有限公司，河南三门峡

摘要关键词

论述了开展弧齿锥齿轮数字化设计和集成制造技术研究的必要性。提出了开展该项研究工弧齿锥齿轮

数字化

*+,

*+-业已普遍采用*+,、实施这项*+-和*2*技术之时，

工程将填补我国齿轮制造业在这方面的空白，对提高产量质量和生产效率具有重要的意义。

作应包含的内容。介绍了在该项研究中已经开展的工作；对今后的继续研究做出了展望。

!实施“弧齿锥齿轮数字化设计和集成制造”的必要性随着机械和汽车工业的发展以及国际市场竞争的

日益剧烈，对机械传动的基础件———齿轮的精度、强度和噪声要求愈来愈高，而我国齿轮制造水平普遍落后于国际先进水平!&.%\"年，这是困扰我国齿轮工业长足发展的大问题。进入/01以后，齿轮制造业面临着国际水平的竞争与前所未有的挑战。如何面对国际市场的竞争？如何提升我国传统齿轮制造业的国际竞争力，是我们面临并亟待解决的问题，关系到整个机械工业和汽车工业的可持续发展。用信息化带动齿轮制造的现代化，用高新技术改造传统齿轮制造业，是实现我国齿轮制造业跨越式发展的必由之路。弧齿锥齿轮的数字化设计与制造工程的实施，对我国齿轮工业的发展将具有重大的推动作用。

弧齿锥齿轮在相交轴传动中，由于其重合度高、传动平稳而被广泛应用，在某些机器中还发挥着重要作用。随着国家工业化水平的提高，对弧齿锥齿轮传动要求也越来越高。因此，对弧齿锥齿轮进行数字化集成制造，把*+,、*+-和*2*技术的应用到生产中去，无论是在提高弧齿锥齿轮传动质量方面，还是在扩大市场需求方面都有其重要的意义。我们开展的“弧齿锥齿轮数字化集成制造”的主要内容是，对弧齿锥齿轮齿坯设计，基于*+,技术；对弧齿锥齿轮轮坯加工、铣齿加工，基于*+334*+-技术。在发达国家齿轮制造

参

!

考

文

献

%实施方案实施弧齿锥齿轮的数字化集成制造技术，我们认

为应包含的内容主要有：

弧齿锥齿轮的数字化设计包括弧齿锥齿轮!）

基本参数的优化选择、可行性检验、轮齿接触分析和啮合仿真、基于有限元和承载接触分析的强度计算、基于局部综合法的切齿计算和机床调整卡编制、锥齿轮零件图的参数化绘制及齿轮轮廓全方位三维可视。软件应能高效、准确地为用户提供弧齿锥齿轮的几何参数计算及啮合性能表、轮齿应力状态三维显示及强度校核结果、三维参数化绘制的零件图、输出各种加工机床的切齿调整卡。

把*+334*+-技术应用到弧齿锥齿轮齿坯制%）造中在上述*+,基础上，开发齿坯加工的*+,4对弧齿锥齿轮加工的车削工序*+334*+-集成软件，

或数控加工中心完成的铣削和钻削工序，实现*+,4自动生成2*加工程序，更换加工品*+334*+-集成，种只需更换程序，大幅度减少人为操作，实现加工的柔性化。

弧齿锥齿轮齿坯的加工直接关系到齿轮的加工精度和生产效率。弧齿锥齿轮结构复杂、种类繁多，用普通车床车削，由于受操作者技能的，很难保证轮坯

#

杨培林D并行环境下产品设计过程的研究D西安交通大学博士论文，西安：西安交通大学，%\"\"\"

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

-5675，:;<=>，?@5A朱均D并行工程中面向装配的设计D机械科学与技术，%杨培林，%\"\"\"，（!）：!(!&’.!&#’

3B767<:;<=，P7;5<;<*JB收稿日期：%\"\"%\"#\"Y

基金项目：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室基金作者简介：杨培林（!(V’$），男，河南林州人，副教授，博士

&>5GB万方数据%\"\"!，

5<-BKJ;<7K;60@;第3/卷第:期弧齿锥齿轮数字化设计和集成制造

##

安装距和面锥角的精度，势必影响生产效率和后序铣齿的精度。即使应用仿形车削，利用靠模加工，也仅能满足生产效率的要求，难以适应现代生产“柔性化”的要求。鉴于目前我国企业数控车床和加工中心较为普及，结合弧齿锥齿轮生产的特点，实现弧齿锥齿轮齿坯无异会提高弧齿锥齿轮的生产效!\"编程加工自动化，率，扩大弧齿锥齿轮生产的柔性化。弧齿锥齿轮铣齿机数控化改造对现有的机#）

械式铣齿机进行数控改造，开发出适应于各种切齿方法的驱动软件；利用\"$%&\"$’集成技术，实现铣齿!\"程序的自动编制。

上世纪()年代期间，我国不少齿轮厂家花费巨资从美国*+,$-.!公司进口了大量弧齿锥齿轮铣齿机，还有我国上世纪/)0()年代自产的铣齿机，目前已到了更新换代期。*+,$-.!公司在上世纪()年代末，率先推出了1轴联动数控弧齿锥齿轮铣齿机，开始了弧齿锥齿轮加工机床的重大变革，但由于价格昂贵，国内绝大多数企业难以承受，无力进口。从我国实际情况出发，对原机械式弧齿锥齿轮铣齿机实行数控化改造，既充分挖掘了现有的生产资源，也节省了企业资金，不失为适合我国国情的好路子。对机械式铣齿机改造后，取消了传统机床的复杂传动链和调整环节，大大简化了机床结构，机床刚性显著提高，加工精度和生产效率接近现在的数控弧齿锥齿轮铣齿机，花费仅相当于现在的数控铣齿机价格的2&2)，众多的齿轮制造厂是可以接受的。

方法和加工机床的切齿调整卡、二维参数化绘制的零件图和轮齿加工后的三维造型图等。可以大幅度缩短弧齿锥齿轮设计加工周期，提高生产率。

［#］

3）开发了弧齿锥齿轮啮合仿真软件

软件综合运用局部综合法切齿参数设计、4\"$、

建立了较完备的弧齿锥齿轮的啮+4\"$和有限单元法，

合仿真分析方法。仿真程序能计算输出弧齿锥齿轮的传动误差曲线、接触路径方向与长度、齿面接触印痕、轮齿间的载荷分配和承载传动误差等有关图形。轮齿啮合特性参数可通过切齿参数设计进行交互调节，为高质量锥齿轮的计算机辅助设计提供了有效的手段和方法。

对机械铣齿机进行了数控化改造，开发了应用#）软件

在原日本产*56#7机械铣齿机的基础上加装了数控系统，取消了复杂的机械传动链，两个伺服电机分别驱动摇台和工件，实现两者之间速比的任意选择和插补。这项技术是对传统弧齿锥齿轮铣齿机的数控化改造，基于现有齿轮加工设备的合理利用和生产能力的挖掘。该产品经济、实用；二坐标控制，编程简单，易调整；可编程实现比例修正，进行弧齿锥齿轮、准双曲面齿轮加工；易于控制接触区。该技术可应用于多种弧齿锥齿轮铣齿机，如国产8337)、833()，*+,$9

能使弧齿锥齿轮铣-.!221等铣齿机。该技术的应用，齿加工的精度和生产效率的大幅度提高。

:展望#已经完成的工作“非零”传动弧齿锥齿轮的\"$%软件2）开发了

弧齿锥齿轮是齿轮中最复杂的一种。\"$%&\"$,&

\"$’&\"!\"技术的综合运用对于提高弧齿锥齿轮的设计和制造质量将起到重大的推动作用。在安装误差条件下轮齿的三维设计仿真、铣齿过程加工仿真，研齿机的国产化生产，在普通加工中心上实现弧齿锥齿轮铣齿和磨齿是今后几年研究和开发的重点。这些项目若能够应用于生产实践，将大大提高弧齿锥齿轮的设计和制造水平。

参

考

文

献

［203］

包

软件提炼了河南科技大学齿轮研究所二十几年的科研成果，可完成弧齿锥齿轮（包括传统齿形的普通弧齿锥齿轮和“非零”传动弧齿锥齿轮）设计和加工，其内容主要包括齿轮参数的优化选择、“非零”传动弧齿锥齿轮参数的可行性检验、几何参数计算分析及制表输出、强度校核、支撑轴承受力计算、机床切齿调整卡输出（包括单号单面法、单号双面法、固定安装法等）、锥齿轮零件图的参数化绘制及齿轮轮廓全方位三维可视。同时，将设计、加工及安装锥齿轮过程中用到的大量数据、国家标准、图表等归纳整理为一个大型的数据库，并将之分为基本标准类、公差与配合类、联接与紧固类、刀具与材料类、设计加工工艺类等几大类。在绘制锥齿轮零件图时，可方便地调用这些数据库。最后能准确、实用、方便地为设计人员提供弧齿锥齿轮的几

2任东锋，邓效忠;非零传动弧齿锥齿轮\"$%系统开发与研究;矿山（2)）机械，3)))

任东锋;弧齿锥齿轮\"$%系统数据库开发;矿山机械，3邓效忠，3)))（23）#

邓效忠，方宗德;航空高速弧齿锥齿轮的计算机辅助设计;机械设（:）计，3))3收稿日期：3))32)3/

读博士生

收修改稿日期：3))#)22/

万方数据何参数表、强度校核及受力分析结果表、各种常用加工

作者简介：魏冰阳（2<116），男，河南省嵩县人，讲师，西北工业大学在