滚刀设计软件的开发思路与实践
利用matlab实现齿轮滚刀快速设计
利用matlab实现齿轮滚刀齿形快速设计随着齿轮行业发展近几十年，人们对齿轮的研究越来越深入，其中涉及到很多高等数学的运算，在早期，工程师们用纸笔的方式，进行大量的计算，计算过程非常复杂，工作量非常大，所以也很辛苦。
目前很多公司研发出专门针对高等数学运算的软件，非常好用，也节省了大量的计算工作量，不得不佩服当今科学发展的飞跃性速度。
现在我们借助matlab设计一款标准齿轮滚刀齿形：齿轮1：m=2,z=37,α=20°,d a1=φ78,r1=37,r b1=34.77齿轮2：z=41,d a2=φ86这里我们借用公式dnf=√[d−2(h∗an−x n−x f)m n]2+4[(h∗an−x n−x f)m n /tanαt]2 (因为标准齿轮，此处x n=0，x f=0，m n=m，αt=α)计算渐开线起始圆d nf=φ70.86,r nf=35.43起始圆压力角α0=arccos(r b1/r nf)=11.076°，转换成弧度为0.1933起始圆展角（及该点渐开线函数）θ0=tanα0-α0=0.0024;同样利用d a1=φ78, r b1=34.77计算出终止圆展角θa=0.038我们先看齿廓部分渐开线方程组：x=R b cosθ+R bθsinθy=R b sinθ-R bθcosθ该方程组在齿轮手册中的图形解释如下：可以看出，当l0=0时，渐开线起点在x轴上，起点在基圆，而我们一般研究时以y轴为纵坐标，且渐开线偏离y轴半个基圆弧齿厚。
所以，我们先旋转90°，即将x轴和y轴切换：x=R b sinθ-R bθcosθy=R b cosθ+R bθsinθ基圆弧齿厚计算公式：S b=[s+mzinv(α)]cosα此处s为分度圆齿厚s=πm/2,由以上两公式计算出s b=3.99基圆半弧齿厚s b/2=1.995基圆周长l=πd b=218.47故我们可以计算出齿形实际渐开线起点在基圆上偏离y轴的角度为s b/2/l×360°=3.29°于是，我们将渐开线方程组绕齿轮中心作旋转，旋转变换如下：Aφ1=[cos3.29°，sin3.29°,0][-sin3.29°，cos3.29°，0][0 , 0 , 1]渐开线方程组写成矩阵形式：A=[ R b sinθ-R bθcosθ][R b cosθ+R bθsinθ ][ 0 ]经过变换的齿廓曲线方程组如下：B= Aφ1*A，我们将这两个矩阵及变换输入matlab中，计算结果如下：B =[rb*sin(θ) - (57*rb*cos(θ))/10000 - (57*a*rb*sin(θ))/10000 -θ*rb*cos(θ)][ rb*cos(θ) + (57*rb*sin(θ))/10000 +θ*rb*sin(θ) - (57*θ*rb*cos(θ))/10000 ] [ 0 ]即x= rb*sin(θ) - (57*rb*cos(θ))/10000 - (57*a*rb*sin(θ))/10000 -θ*rb*cos(θ)Y= rb*cos(θ) + (57*rb*sin(θ))/10000 +θ*rb*sin(θ) - (57*θ*rb*cos(θ))/10000 当然该式中数字显示和我们平时习惯有点不一样，可以不理会它，这就是我们齿轮1齿廓曲线的实际方程组。
立项书-滚刀的窜刀方案
项目设计书一、立项依据（一）国内现状、水平和发展趋势随着工业化与信息化的融合，现代齿轮传动信息化与机电一体化的特征愈加明显。
齿轮行业呈现出设计信息化，装备智能化，流程自动化，管理现代化的发展趋势。
精益生产、敏捷制造、虚拟制造、网络化制造等新的生产方式将在产业升级中广泛应用。
齿轮生产企业的技术改造要与各类主机的发展密切结合，以提高关键工艺与综合工艺能力为突破口，采用先进技术标准，提升管理水平，实现企业技术的全面提升。
提高企业研发创新能力，提升行业产品水平，突破高段产品技术，从规模速度型转变为创新效益型。
（二）项目研究开发目的和意义使用滚到加工齿轮时，切削区每个刀齿的切削量都不相等，各刀齿的磨损也不均匀。
滚刀得合理窜刀，就是消除少数刀齿磨损严重，多数刀齿磨损轻微或者无磨损的弊端。
使滚刀整个长度上的有效刀齿都能依次均匀地发挥切削作用，延长刀具的使用寿命。
刀具如能做到合理窜刀，刀具的耐用度大大提高，不但一把刀可顶几把刀使用，而且加工出的齿轮齿面的表面粗糙度也会有所降低。
（三）项目达到的技术水平及市场前景滚刀在一定的位置上切削,参加切削的刀齿承受的工作负荷不同,故各刀齿的磨损量不同。
若在每加工一件或几件齿轮后将滚刀沿其轴线移动一个距离，使新刀齿进入切削区,前面的刀齿退出切削区，使所有的刀齿都有同样的磨损，就是窜刀作用（见图1）。
试验表明，一般当后刀面的磨损达到磨钝标准的1/4至1/3时进行窜刀，窜刀方法如下所示时，往往可以使滚刀的磨损比较均匀。
窜刀方法：每次窜刀量等于一个齿距,在到达终点后,将滚刀移到起点，并在窜刀方向上移动一个距离（轴向齿距 / 槽数），以后的窜刀仍为一个齿距。
滚刀在使用中随着磨损程度的增加，切削性能将会下降，从而会增加加工齿面的粗糙度、增加切削力、使切削过程产生振动或不正常的音响等。
这时如再继续使用不仅会进一步恶化加工质量，而且会急剧磨损刀具。
磨损过大的滚刀，不仅重磨困难，而且容易使刀刃在长时间的刃磨中引起退火，同时也将会减少滚刀的重磨次数和缩短其使用寿命。
第一章_滚刀的设计及应用
2.滚齿的四个运动
(1)滚刀旋转运动
(2)滚刀沿齿的轴向进给运动
(3)工件(齿坯)配合滚刀作相应旋转运动
(4)差动分度运动(切斜齿轮时)
•
滚刀的旋转运动为主运动。加工直齿轮时，滚刀每转
一转，工件转过一个齿(当该刀为单头时)或数个齿(当滚刀
为多头时)，以形成展成运动，即圆周进给运动；为了在齿
• 但由于齿轮滚刀的分度圆柱上的螺旋升角很小，故加工出的齿 形误差也很小。特别是阿基米德滚刀，不仅误差较小，而且误 差的分布对齿轮齿形造成一定的修缘，有利于齿轮的传动。因 此，一般精加工用的和小模数(m ≤10mm)的齿轮滚刀均为阿 基米德滚刀。法向直廓滚刀误差较大，多用于粗加工和大模数 齿轮（m ＞ 10mm）的加工。
螺旋齿轮副啮合的过程，滚刀实际上是一个螺
旋角很大的斜齿轮，呈蜗杆状。滚齿时（如图 7所示），滚刀切削刃齿轮端截面内相当于齿 条平移，因此切出的渐开线齿形，是齿条运动
轨迹的包络线。因此一种模数的齿轮滚刀可以
加工出模数和齿形角相同但齿数、变位系数和
螺旋角不同的各种圆柱齿轮。
返设计图
图7 滚齿加工图
轴向进给运动 分齿运动及附加运动
滚刀的设计及应用
第一节 概述 第二节 滚刀参数的优化设计 第三节 滚齿加工参数的选取 第四节 滚刀的使用和管理 第五节 滚齿常见缺陷及消除方法
第一节 概述
• 一、齿轮滚刀的工作特点 • 二、齿轮滚刀的工作原理 • 三、齿轮滚刀的构造和规格
四、滚刀精度
几种不同结构的齿轮滚刀
图1 自制普通滚刀
图2 进口多头斜槽滚刀
三、齿轮滚刀的构造和规格
2.滚刀的主要参数 (1)滚刀外径 (3)滚刀螺旋升角 (5)滚刀的槽数 (6)模数和压力角
大型滚齿加工设备智能切削软件系统的开发
齿及蜗轮等各种 复杂特殊齿轮的加工 ，既适用于高 效率 的齿形粗加 工 ，又适 合于高精 度的齿形精 加
工 ，还可 以 完 成 齿形 的 多种 修 正 。并 且 在其 软 件 中 充 分 考虑 到 环境 温 度 的 影 响 ，对 齿轮 加 工 全过 程 进
４ ：研 口 动到 安 全 位 置 ， 轴 扳 度 ，Ｂ与ｃ回 到 ｚ移
交互性 ，并且要保证与对应加工程序的可靠链接 ，
数 控 系 统 的正 常 运行 。加 工时 ，操 作者 只 需在 界 面
中输入相关参数 ，系统就可以对数据进行编辑 ，自 动生成零件加工程序 ，无须操作者选择调用。工件
滚齿机是应用最广的切齿方法 ，传统的机械滚齿机 床机械结构非常复杂 ，一台主电动机不仅要驱动展
成 分 度 传 动 链 ，还 要 驱 动 差 动和 进 给 传 动链 ，各 传
的联动 关系 由数控编程来实现 。机床结构如 图１ 所
不 。
图１ ， 中
是
动链 中的每一个传动元件本身的加工误差都会影响 被加工齿轮的加工精度 ，同时为加工不 同齿轮 ，还
拦县 ｉ 圭持． 煮燕搀
大型滚齿加工设备智能切削软件 系统的开发
齐重数控 装备股 份有 限公 司 （ 黑龙江 齐齐哈尔 １ １ ０ ） 张莉军 ５ ６０ 杜 宏祺 武 玉明
齿 轮 被 广 泛地 应 用 于 机 械 设 备 的传 动 系统 中 ， 机 床 的 展 成运 动 和 差 动运 动 也 是 数控 的 ，彼 此 之 间
是 滚 刀架沿 轴 向 的正 向移 动 方 向 ， 图 Ｙ ３５０结构 １ Ｋ １ Ｌ 示意图 ０
基于MATLAB齿轮滚刀参数化设计的CAD系统开发
基于MATLAB齿轮滚刀参数化设计的CAD系统开发胡良斌;李必文;李丽慧【摘要】针对齿轮滚刀结构复杂、设计计算繁琐，且能满足快速响应被加工齿轮“量身定做”的要求。
本文基于MATLAB软件，开发齿轮滚刀参数化设计CAD 系统，提高滚刀设计效率，缩短设计周期，提升设计可靠度，从而为滚刀设计制造的快速响应开辟可行的途径。
%The structure of gear hob is complicated,and the design calculation is tedious. The design of gear hob can meet the requirement of rapid response to the "tailored" gear. In this paper,based on the MATLAB software,the parametric design of gear hob CAD sys-tem is developed,which can enhance hob design efficiency,shorten design cycle,improve design reliability,so as to create a feasible way for the rapid response of gear hob design and manufacture.【期刊名称】《南华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(030)003【总页数】4页(P49-52)【关键词】齿轮滚刀;MATLAB;参数化设计【作者】胡良斌;李必文;李丽慧【作者单位】南华大学环境保护与安全工程学院，湖南衡阳421001; 南华大学机械工程学院，湖南衡阳421001;南华大学机械工程学院，湖南衡阳421001;南华大学机械工程学院，湖南衡阳421001【正文语种】中文【中图分类】TH132机械装备朝着高精度、高可靠性方向的发展，作为传动系统核心传动件齿轮的设计也趋向于根据齿轮的使用工况进行动态设计 [1-2]，进而要求齿轮加工刀具要为齿轮“量身定做”才能满足齿轮加工要求.齿轮加工重要加工刀具—滚刀，其设计制造水平直接影响齿轮精度水平，从而影响齿轮行业的发展[3-5].传统的采用手工或通用 CAD 低效绘图的齿轮滚刀设计方法效率低、工作量大，难以满足滚刀结构复杂、专用性强的设计需要[6].基于MATLAB开发的齿轮滚刀参数化设计CAD系统，能提高滚刀设计效率，缩短设计周期，提高设计的可靠度，从而为滚刀设计制造的快速响应开辟新途径.齿轮滚刀加工齿轮原理是螺旋齿轮的啮合过程，如图1所示.相啮合的两螺旋齿轮的法向模数和法向压力角必须相等才能保证螺旋齿轮正确啮合.滚刀相当于具有切削角度的渐开线斜齿圆柱齿轮，滚刀的头数相当于螺旋齿轮的齿数.滚刀切削刃在该蜗杆的螺旋表面上，此切削刃所在的蜗杆，称为滚刀的基本蜗杆[7].滚刀是加工直齿和斜齿齿轮最常用的刀具.根据刀具结构不同分为整体滚刀和镶片滚刀；根据刀具模数分为小模数、中模数和大模数；根据刀具加工用途分为粗加工滚刀和精加工滚刀[8-10].2.1滚刀外径设计滚刀外径是重要结构尺寸，直接影响到其他结构参数的合理性.1)滚刀外径越大，则滚刀分圆螺旋升角越小，滚刀近似造形误差越小，可提高齿形设计精度.因而高精度齿轮，滚刀的外径应选择大些；精度低的可以选择小一些. 2)滚刀外径越大，滚刀孔径可增大，从而滚刀心轴的刚度增加，可采用较大切削规范，提高切齿效率.3)滚刀外径越大，滚刀容屑槽的数目可增加，则齿轮面包络误差减少，滚刀单齿切削负荷减少，进而可提高滚刀耐用度和齿轮齿面光洁度.但是如果滚刀外径太大，会给锻造、热处理和机械加工带来困难，同时也增加高速钢的消耗和滚刀的成本.2.2 滚刀长度设计滚刀的长度是由螺旋部分长度和两端轴台长度组成.设计要求：1)滚刀螺旋部分除去两端的不全齿以外，应至少具有包络出被切齿面两侧完整齿形所需长度，以及切削斜齿轮所必须的增加量.2)为避免个别负荷大的刀齿因早期磨损面造成切削齿不能充分利用的不足，滚刀长度应包括用作轴向位移的增加量，以延长使用寿命.3)除m≤2的Ⅱ型滚刀的长度小于滚刀外径以外，其他滚刀长度均等于其外径.滚刀轴台的作用是作检验滚刀安装准确程度的基准，它要求与滚刀孔有严格的同轴度.2.3 滚刀容屑槽由于齿轮滚刀容屑槽做成与轴心线平行的直槽能提高制造和刃磨精度，易于检查，因而其是一种最常用的一种形式.滚刀容屑槽数直接决定了切削过程平稳性、齿形精度和齿面粗糙度，以及滚刀每次重磨后的耐用度和使用寿命.1)滚刀容屑槽数越多，切削重迭系数越大，分配到每一个刀齿上的负荷越小，则切削过程越平稳，滚刀耐用性越高，齿面包络误差越小，齿轮齿形精度齿面粗糙度越好.2)滚刀容屑槽数过多，刀齿的宽度减少，会使滚刀的可重磨次数减少.现代动态设计中提出根据齿轮的使用工况，对滚刀基本蜗杆齿形角进行修形，使滚刀齿形顶部和根部略有加厚，相当于对被加工齿轮齿形进行稍许的根切和修缘.1)少许根切有利于提高齿轮传动，能提高接触疲劳强度；同时通过根切后的小槽能排去啮合齿轮间的润滑油，降低温升.2)修缘是对齿轮齿顶附近进行齿廓修形.可以减轻轮齿的冲击振动和噪声，减小动载荷，改善齿面的润滑状态，防止胶合破坏.1)滚刀前角设计精加工滚刀和标准滚刀为便于制造和测量，一般都采用0°前角.从齿形设计观点出发，0°前角的滚刀不是最理想的.合理选择滚刀正前角的大小可提高齿形设计精度. 正前角滚刀不但能改善切削条件，而且对提高滚刀的耐用度，同时提高被加工齿轮的齿面光洁度有很大好处.所以对精加工用的阿基米德滚刀，一般顶刃前角取7°～9°，粗加工滚刀还可以适当加大到12°～15°.2)滚刀后角设计计算滚刀顶刃后角与侧刃后角应保持一定的关系，使滚刀重磨后的齿形不发生变化.同时又要保证最小的侧刃后角，使滚刀不容易磨损.因此，滚刀的顶刃与侧刃必须采用相同的径向铲背量.计算公式如下：式中：K：滚刀径向铲背量；Deg：滚刀外径；zg：滚刀容屑槽数；ae：滚刀顶刃后角.滚刀顶刃后角一般取10°～12°.当K值计算圆整后，应验算其侧刃后角αo的大小.αo应不小于3°.式中：αfn：滚刀分圆法向齿形角.滚刀铲背形有两种.当采用Ⅰ型铲背形式时，第二铲背量K1值计算：K1=(1.3～1.5)K.计算出来的K和K1都必须符合铲床凸轮的升距.滚刀常用铲背量可按表1选取.当采用Ⅱ型铲背形式时，可按表2选取第二铲背量K23)滚刀分圆直径与螺旋升角计算随着齿轮滚刀的重磨，滚刀加工齿轮时的节圆直径相应减小，因而滚刀加工齿轮时的安装斜角，应随滚刀的重磨后的分圆螺旋升角面变化.因而，应该设计合理的分圆直径，进而得到合理的分圆螺旋升角，使滚刀加工齿轮时的安装斜角更接近于新旧滚刀的螺旋升角.滚刀分圆直径dfg=Deg-2heg-0.2(K+δDeg).式中heg：滚刀的齿顶高；δDeg：滚刀的外径偏差.精滚刀的λf≤5°.式中n—滚刀螺纹头数，精滚刀n=1；mn：法向模数.1)阿基米德滚刀齿形角计算对直槽阿基米德滚刀，容屑槽的导程T=∞，左右侧铲面的齿形角都等于滚刀的轴向齿形角αz.αzz=αzy=αz阿基米德滚刀是以渐开线蜗杆轴向齿形在分圆处的斜角作为轴向齿形角的，则：2)滚刀齿厚和齿高设计计算法向齿厚；齿全高：hg=heg+hig；齿顶高：heg=(f+c′)mn；齿根高：hig=(f+c′)mn.当设计留磨滚刀时，为避免砂轮与齿轮底接触，特别将齿轮齿底切深0.1 mm,即留磨滚刀的齿顶高等于1.35mn，齿全高等于2.6mn.基于MATLAB开发的齿轮滚刀CAD系统如图2所示.实例：被加工齿轮已知参数法向模数为6.5 mm，齿高系数为1，法向压力角为20°，螺旋角为16.34°，径向间隙系数为0.25，法向弧齿厚9.97 mm，滚刀外径型号为1，铲背形式为1.经软件计算得到：齿轮外径110 mm，全长110 mm，孔径32 mm，容屑槽数9个；齿顶高8.125 mm，齿全高16.25 mm，螺旋升角4.049 24°；轴向齿距20.471 5 mm，轴向齿厚10.235 7 mm，齿顶圆弧半径1.95 mm；齿根圆弧半径1.95 mm，轴向齿顶角20.046 1°；第一铲背量7.5 mm，第二铲背量0.85 mm.通过MATLAB开发的齿轮滚刀参数化设计CAD系统，使快速设计符合被加工齿轮要求的滚刀提供了软件支持，提高了滚刀设计效率，缩短了设计周期，提升响应速度，齿轮快速响应设计需求提供了加工刀具设计基础.【相关文献】[1] 李特文F L.齿轮几何学与应用理论[M].国楷,译.上海:上海科学技术出版社,2008:441-463.[2] 赵韩,吴其林,黄康,等.国内齿轮研究现状及问题研究[J].机械工程学报,2013,49(19):11-15.[3] 唐进元,陈兴明.考虑齿向修形与安装误差的圆柱齿轮接触分析[J].中南大学学报,2012,43(5):1703-1709.[4] 李必文.有效提高响应速度的斜齿梳齿刀CAD/CAM技术研究[J].工具技术,2008,42(8):56-59.[5] 崔元元,李必文.径向跳动在贯彻圆柱齿轮精度新国标中的作用[J].装备制造技术,2011(11):64-66.[6] Winkel O.New developments in gear hobbing[J].Gear Technol,2010,3(4):47-55.[7] Bodein Y,Rose B,Caillaud E.Explicit reference modeling methodology in parametric CAD system[J].Computers in Industry,2014,65(1):136-147.[8] Gujarathi G P,Ma Y S.Parametric CAD/CAE integration using a common datamodel[J].Journal of Manufacturing Systems,2011,30(3):118-132.[9] 柳文阳.圆孔拉刀的参数化设计及有限元分析[D].长沙:湖南大学,2013.[10] Matsumura T,Tamura S.Cutting Simulation of Titanium Alloy Drilling with Energy Analysis and FEM[J].Procedia CIRP,2015,31(2):252-257.。
基于CATIA 的滚刀加工蜗轮建模及仿真
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2020年第07期·1·文章编号：2095－6835（2020）07－0001－02基于CATIA 的滚刀加工蜗轮建模及仿真＊王敏，苏振驰，万长东（苏州市职业大学机电工程学院，江苏苏州215104）摘要：蜗杆传动在实现大传动比的减速器中应用广泛。
为了缩短蜗轮蜗杆设计周期，提高效率，降低研发成本，以某矿用阀门执行器减速箱中蜗轮蜗杆为原型，基于CATIA 软件，详细介绍了其建模方法。
并将建好的模型导入ANSYS 软件进行有限元仿真分析，分析表明，所选参数下的蜗轮蜗杆最大应力能满足强度要求。
关键词：CATIA ；蜗轮蜗杆；精确建模；有限元分析中图分类号：TH122文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.07.001蜗杆传动由于具有结构紧凑、传动比高、传动平稳等优点，得到了广泛的应用[1]。
目前蜗轮蜗杆建模一般有两种方法：①通过Creo 或Solidworks 等软件的齿轮工具箱自动生成，此方法生成的模型在装配时会发生未啮合现象；②利用KiSSsoft 等齿轮生成器生成，建模精度高，操作简便，直接输入参数即可生成模型[2]。
但局限性强，后期对模型的操作不便。
但是，实际的蜗轮蜗杆产品通常有一些独特的技术特征，此时用这些工具设计有困难[3]。
因此，本文利用CATIA 软件对矿用阀门执行器减速箱二级蜗轮蜗杆进行精确建模，能有效提高设计效率，并用于各类有限元仿真分析。
1几何建模某矿用阀门执行器减速箱二级蜗轮蜗杆原始数据来源于企业，如表1所示。
1.1建立蜗轮蜗杆参数根据表1中的数据和设计规范，计算出蜗轮蜗杆各个尺寸数据，如表2所示，并将表2数据输入CATIA 中。
表1原始数据表名称符号值名称符号值模数m 1.80中心距/mm a 46.00蜗杆头数/个Z 1 1.00蜗杆导程角/°Y 5.14蜗轮齿数/个Z 240.00蜗杆导程/mmP5.651.2建立蜗杆几何模型蜗杆的建模主要利用CATIA 的螺旋扫描功能。
浅述机械滚刀设计制造专家系统
、
是这样？为何得出当前 的结论？等等。在 咨询期 间，用户可以在咨询命 令下 的执行层菜单中选用… ’ 向系统提 问。当咨询结束后 ，用户如果觉得 对某个问题的回答不满意， 可在咨洵命令层中选择” ， 系统会 自动列出 要更改变量的菜单供选择 ，然后快速 响应更改后 的咨询结果 。 系统帮助子模块是一个相对独立的子模块 ，它 向用户提供使用过程 中的在线帮助。该子模块是基于操作系统 的，用专用软件开发 ，可 以离 线独立运行。在系统 的使用过程 巾，用户如果有操作疑问或想了解 系统 有关情况 ，可以按键 以获得动态在线 帮助 。在操作过程中 ，一些重要的 操作信息会出现在主窗 口下方的信息栏 中，用户可以根据这些提示信息 去操作。当然， 用户也 可以通过菜单或Ｔ具栏来获得帮助。 另外 ，为适应现在流行的对软件系统 的要求 ，系统还具备了一些多
四、系统 的特点
该 系 统 的主 要特 点 是 ：
① 采用专家系统开发工具 开发 系统 ，与 南零做起 的专家系统相 比， 使用开发工具能 大大缩短建造专家系统 的周期 ，减少开发丁作量 产生知识库 的能力 ，使知识库的开发极为便 利。 ② 改进 的知识库构造。系统采用产生式和框架式结合 的复合型知识 表示法 ，以提高运行效率。
③在集成环境下构成及运行 。系统在平台下开发了主界面 ，通过专 家系统开发工具进行咨询 ，调用语言开发的计箅支持库 ，以数据库平台 提供数据支持， 最后用 自 动绘图中文化 的咨淘解释系统。开发工具原有的 解释咨询机制是基于英语的结构 ，咨询界面也是基 于英语的 。为适应 国 内用户的实际需要 ，现已将其解释咨询系统汉化 ， 使 咨询解释以中文形 式出现 ，从而有利于本专家系统 的推广应用 。
媒体方面的功能 ， 给系统增加 了背景音乐 、动ｉ 网和背景图。用户可以根 据爱好对这些 多媒体功能加以选择 、控制或更改 ，而且整个 系统 的安装 也很方便。
[毕业设计精品]基于solidworks二次开发平台,对齿轮滚刀进行三维参数化设计[管理资料]
![[毕业设计精品]基于solidworks二次开发平台,对齿轮滚刀进行三维参数化设计[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/aec28bc60b4c2e3f562763c8.png)
机械工程学院前言齿轮在各种机械、汽车、船舶、仪器仪表中广泛应用，是传递运动和动力的重要零件。
机械产品的工作性能、承载能力、使用寿命及工作精度等，均与齿轮的质量有着密切的关系。
工厂里生产的机械零件质量和精度的提高，需要较好的加工设备和刀具。
特别是刀具在生产过程中起着及其重要的作用，它决定产品的质量。
目前，机械制造业领域中，产品的生产批量以及种类已经迅速转型，由同一产品转变为生产批量不同，种类不同的大量产品，以适应国内外市场的变化和多元化的需求，而这一转变的实现要求工具的设计、制造、市场等各方面的信息交流必须及时准确，而传统的工艺装备设计手段，仍停留在手工绘图、人工操作绘图软件的水平上，这种状况已经不适应当前的需求了；因此，CAD参数化设计技术在齿轮刀具行业中的应用显得越来越重要。
CAD参数化设计是基于三维绘图软件的二次开发，结合与其自身相关的编程语言，利用计算机实现产品设计和制造自动化，它能提高产品的性能和质量、提高产品的可靠性、降低成本和加强市场竞争力。
本文主要介绍了滚刀参数化设计软件的运行环境、模块的划分与具体组成要素、模块的功能。
着重对三维造型参数化驱动原理进行了分析，阐述了实现的方法。
最后对界面设计和功能作出分析，并提出一些修改的意见。
软件开发作为一次毕业设计来完成，既融合了专业知识，也5涉及了可视化编程工具（VB）以及数据库相关知识，两者的结合应用对我本人来讲收获很大。
此次毕业设计，杨波老师和徐莹老师作为我的指导老师，在整个设计过程中，献出宝贵的时间，不惜劳苦为我们指导设计，讲解我们设计中遇到的问题，并提出了很多建议，对我们的设计给予了很大帮助。
同时，老师经常关心我们的生活。
在此，我由衷地感谢两位老师的辛苦指导。
一、总体设计及软硬件环境：1．齿轮刀具CAD系统的总体设计方案及功能模块划分齿轮刀具CAD系统应以有关国家标准和行业标准为设计准则，以齿轮啮合原理及传动理论为设计依据。
进行系统的总体规划分析时，首先应将应用对象抽象为最基本、最普遍的形式，建立系统的基本框架，然后在此基础上根据具体刀具设计的特定需要对设计方案进行变化及扩展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
滚刀设计软件的开发思路与实践
拙笔：社会咸菜
春末夏初，东北的小伙伴们，秋裤脱了没？反正南方的MM们已经很轻凉了。
简单调皮的问候后，进入正题。
齿轮是机械行业同仁们接触最多的一类零件，几乎所有与机械相关的技术教育和技能教育的专业课程里面都有关于齿轮的内容。
然而，即便是渐开线圆柱齿轮这种最基本的齿轮类型，大家在学校学到的也只是其最简单的几种情形，毕竟所有的参数都是标准值，至于滚刀嘛，也就简单提了一下。
在齿轮行业，尤其是需要大批量使用齿轮的细分行业里，很难见到那么标准的东西。
具体说来，有非标模数的、非标压力角的、非标齿顶高系数的、非标顶隙系数的、齿顶有倒角的、齿根过渡圆弧有特殊要求的、齿面有精加工余量的、过渡曲线有沉切的、渐开线范围有要求的等等。
这就对滚刀设计质量提出了很高的要求。
滚齿加工是展成包络的过程，我们无法从工件图纸上直接读出关于刀具的全部重要细节，这些都给手工设计和经验设计增加了障碍，使得非专业的滚刀设计者无法通过简单计算、查阅齿轮手册或者在各种资料的推荐范围内取值等方法设计出出满足要求的滚刀，也无法判定刀具商提供的设计方案是否合理。
可喜的是，计算机绘图软件、程序开发软件已经大量普及，很多中青年从业人员能编写计算机程序，主流的计算机绘图软件也有供使用者进行二次开发的接口。
本人也利用VB6.0和AutoCAD做了实践，取得了预期效果，设计出了具有基本功能的滚刀设计软件。
在此将思路和大概过程分享给大家。
一、滚刀设计的输入
设计齿轮滚刀首先要知道工件的必要信息以及滚刀的基本参数初设值。
具体如下：
也许有小伙伴会问：上表中两个模数和两个压力角，它们一定是分别相等的，写出来不是多此一举么？而且表中的还不一样。
在此我做一个说明，在有些特殊情况下（要求更小的渐开线起始元、更大的齿面精加工余量、更高的粗加工效率等），滚刀设计需要做一下转位处理，其表现形式就是滚刀的模数和压力角与齿轮的都不相等。
本案例已经包含了这一项，详见下文。
二、滚刀设计的主要步骤
1，转位设计
渐开线圆柱齿轮有如下性质：对于一个给定的齿轮，其基元直径、基元齿距、导程、齿数、齿顶元、齿根圆都是定值。
模数、压力角、螺
旋角、分度元等参数为相互关联的可变值。
可人为给定其中一个，即可
利用几何关系和前述定值计算出其它几个。
具体如下：
Mn1*cos(An1)= Mn2*cos(An2) -----------------基元不变
Mn1 /Sin(B1)= Mn2 /Sin(B2) -----------------导程不变给定了新的压力角An2，就可以算出与之匹配的模数Mn2和螺旋角B2。
有新的模数、压力角、螺旋角做基础，其它齿轮参数计算就很简单
了，在此不赘述。
基于新的参数设计刀具的方法就是转位设计。
设计刀具时通常不首先使用转位方法，只有在常规方法下设计不出满足要求的刀具时才会这
样做。
2，滚刀初步设计
依据原齿轮参数或转位后的齿轮参数，利用齿轮手册上的刀具设计
公司，可以初步设计出刀具。
在此也不赘述。
3，模拟加工
由于初步设计的滚刀仅仅能保证齿顶高、齿根高、齿厚。
齿顶倒角、过度曲线、沉切量、粗加工后的渐开线起点、精加工后的渐开线起点等
重要数据还无法确定。
我们没有现成的公式计算前述数据，索性采用包
络绘图的方法模拟加工一个齿轮出来，利用制图软件精
确绘图，检视模拟加工的结果，并依据检视结果微调刀
具设计方案。
多次重复包络、检视、修改、再包络的过
程，最终找到满意的刀具设计方案。
4，出图、签审、大功告成。
三、模拟加工的算法实现
1，设置刀齿的驱动尺寸
由于刀齿形状多种多样，标注样式也五花八门，在此附上图1供参考。
切记标注不能冲突或者说过约束。
这些标注尺寸都将作为驱动尺寸，通
过改变驱动尺寸，实现不同的刀齿形状。
（图1）
2，将刀齿尺寸转化为坐标值
利用数学函数和几何关系，以分度线为X轴，刀齿或刀槽的对称中心为Y轴，建立刀齿坐标系，将特征点的横纵坐标值算出来。
如下图2
所示。
直线段可以只算两个端点，圆弧就要多取几个点，点取的越密，用直线逼近的误差就越小，消耗计算机资源也越多。
需要注意的是，刀具图纸上定义刀齿形状的视图方向有可能是滚刀轴向、滚刀法向或者其它方向。
我们展成作图的时候只能用齿轮刀齿投影到端面的的形状。
这里面有牵扯到滚刀螺旋升角、齿轮螺旋角等等，所以需要做一到两次换算，具体的换算原理请查阅机械原理和画法几何书籍。
（图2）
3，建立齿轮与刀具的几何关系
展成运动的实质就是刀齿分
度线与齿轮分度元做纯滚动，刀
齿扫过的地方都被切掉，刀齿的
轨迹边缘就是加工后齿轮的形状。
这也就是做模拟的思路。
依照这
个思路，通过作图可以很容易的
找到展成过程的齿轮和刀具的位
置关系。
我们将齿轮中心放在坐标原
点并固定，让刀齿按照展成的规
律运动，其任意时刻的几何关系
可以用图3表示。
（图3）
图中R为分度元半径，φ为角度自变量，x,y为刀齿上任一点在刀齿坐标系中的坐标值。
这样一来，利用程序设计的二重循环结构驱动绘图软件，用外层循环逐渐变化φ值，用内层循用直线命令依次绘制当前φ值时的刀齿图形
的各个线段。
从而实现包络过程。
4，检视图形
包络形成的图形就是用自己设计的刀具加工后的结果。
为方便检视，我们可以在图形中绘制成品齿轮的渐开线以及自己需要的各种特征元。
5，逐步修正
根据检视发现的问题，修改刀齿的驱动尺寸，再次模拟加工，再次检视，最终找到满足要求的刀齿方案。
四、实践
作者利用VB6.0 和AutoCAD做了上述实践，制成的软件界面如图4所示。
（卖相不好，功能具备，请勿见笑）
使用步骤如下：
1，打开软件后首先点击“启动CAD”按钮，将AutoCAD与本软件链接起来。
2，将齿轮参数和滚刀的初设参数填入左下侧设计输入栏内。
3，点击“设计”按钮。
填图区的文本框中将出现相应数值。
见图5
（图4）（图5）
4，点击“包络”按钮，AutoCAD的绘图区将出现包络图。
见图6
5，点击“轮齿”按钮，AutoCAD的绘图区将出现齿轮的成品渐开线、粗加工后渐开线，基元、齿根圆、齿顶圆。
见图7
（图6）（图7）
6，并将图形移走或删除以避免和下次绘制的图形重叠。
7，检视图形，依据检视的结果，在填图区域修改相应尺寸，然后从步骤4开始重复（如果要改变压力角，需要从步骤2开始重复），就能生成用修改后的刀齿生成的包络图。
由于齿顶倒角的设计步骤很复杂，作者时间有限，没有着重做，可以本软件里不断试算，虽然效率低些，但也能保证质量的达到目的。
8，多次循环优化后，找到满意的结果。
图8：软件自动设计的刀齿所包络的轮齿
图9：手工在填图区修改定义形状的数值
图10：修改后的结果令人满意。
（齿顶倒角尺寸合适，要求的成品渐开线起点处有少许留磨量量，齿根过渡圆弧处有少许沉切可以避免损伤磨齿砂轮齿顶也可以避免齿根磨出台阶）
正文完
八仙过海各显神通，小伙伴们，你们是如何设计滚刀的
呢？如何开发滚刀设计软件的呢？有没有愿意分享的
经验和技巧呢？有没有遇到难点和疑惑呢？欢迎交流。
扫描右侧二维码，添加作者微信，请注明来意。