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搓齿模具的参数化设计

放大字体  缩小字体 发布日期:2013-06-12  来源:兰生数控  浏览次数:944
核心提示:  国内一些工具、模具厂也承担了部分冷滚轧模的修复与加工,由于不能自主进行参数化设计与制造,只能通过对进口模具齿形的测绘

  国内一些工具、模具厂也承担了部分冷滚轧模的修复与加工,由于不能自主进行参数化设计与制造,只能通过对进口模具齿形的测绘模仿制造,模具精度低、生产规模小。冷滚轧模具的设计、制造与生产现状,已成为制约我国精密冷滚轧技术的应用与发展的因素之一,如何实现冷滚轧模具参数化设计、开发与制造,以最快的速度进行合理的工艺设计,减少试模次数,缩短开发周期,对现实生产具有重要意义。本文介绍了在VB环境下基于Pro/E,AGW软件进行冷搓渐开线花键模具的参数化设计步骤与开发。

  一、参数化设计、开发整体过程介绍

  AutomationGATEWAY(AGW)是RAND公司开发的针对Pro/E软件的二次开发工具,与Pro/E系统自带的二次开发工具Pro/TOOLKIT相比,具有简单易用等优点。AGW在VisualBasic和Pro/E之间起到了桥梁和纽带的作用,通过AGW就可以访问Pro/E底层数据库。能够自动实现在Pro/E里建模任务、创建用户界面、实现参数化设 计,也可以将任何支持ActiveX的应用程序与Pro/E建立直接联系,从而开发应用程序达到控制Pro/E建立模型的过程。在VB环境下,基于Pro/E,AGW进行冷搓渐开线花键模具的参数化设计与开发流程如图2所示。

  二、参数化设计、开发实施过程

  1、渐开线花键的参数化设计

  为了实现对不同的模数、齿数、压力角的渐开线花键轴进行分析,首先建立了基于Pro/E的标准渐开线直齿圆柱齿轮三维模型,并利用关系式对三维模型中各关键参数建立约束,然后利用AGW在VB环境下实现渐开线花键的参数化设计。开发的操作界面及生成的实体模型如图3所示。

  另一方面,有了上述渐开线花键实体模型,可方便获得对应花键轴的齿根圆、齿顶圆、基圆、分度圆数值,为开发不同模数、齿数、压力角的渐开线花键搓齿模具打下良好基础。更重要的是通过上述渐开线花键实体模型可方便的计算出工件毛坯直径,避免了过去常用的繁杂计算。搓齿前的毛坯直径是影响加工质量的一个主要因素,毛坯直径过大,轻则搓出的齿数大于实际齿数,重则造成闷车、损坏搓齿刀具;毛坯直径过小,滚搓一周时,至少有一个齿的齿厚比正常齿小,搓齿完毕后,工件齿距累积会超差。根据搓齿成形原理,在花键轴成形过程中金属是在成形平面内流动,那么根据花键成形前后面积相等原则,可直接从渐开线花键实体模型的端部面积经转换计算就可得出毛坯直径(图3),经数字成形模拟分析验证,结果较理想。

  2、渐开线花键搓齿模具参数化设计与开发

  图4所示搓齿成形渐开线花键模具按照各部分齿形功能的不同,沿整个齿条长度方向上可分为粗搓齿、精搓齿和退出齿3个部分。

  粗搓齿的齿顶连线与底面成角度称为咬人角。粗搓阶段由于模具刚刚咬入,毛坯对模具的作用力相对较大。精搓齿的齿顶线与底面平行,该部位的齿形精度非常重要,决定工件尺寸大小、表面粗糙度和精度的高低。退出齿的齿顶线与底面成角度,称为退出角。此时,齿形加工已完成,为了不影响工件精度,故必有一退出角,并且在工件退出时保证工件与模具相互啮合。

  整个冷滚轧过程分为3个阶段:咬入阶段、成形阶段、精整和退出阶段。其中,咬人阶段和成形阶段与模具的粗搓齿相对应,精整和退出阶段与模具的精搓齿和退出齿相对应。

  在已知渐开线花键轴模数、齿数、压力角、齿顶系数、变位系数情况下,搓齿成形模具相关设计参数计算参看文献1和2。在Pro/E里,首先建立咬人阶段、精整阶段、和退出阶段的3个起始定位基准轴,以起始定位基准轴为对称轴各建立一个完整齿形,以每个完整齿形为基本图形对其进行阵列操作时,在咬人阶段根据咬人角计算轧入齿每齿下降高度,实际生成图形时齿根高度不变,下降高度主要在齿顶高度上体现;退出阶段齿形采用变位分布,根据退出角计算齿形垂直下降量,根据节距确定水平位移量,最后得到的不同段的齿形如图5所示。

  在图5中,由于咬入角度在初始模型中为3",经转换计算得到粗搓齿每齿下降量为0.01mm,而退出角度在初始模型中为25",经转换计算得到退出齿每齿垂直位移量为0.023mm,水平位移量为一个节距,精整部分齿形一致。

  然后在VB环境下利用AGW实现搓齿成形模具的参数化设计。开发的操作界面如图6所示。

  在图6左半部分,当执行“显示当前参数”时,事件驱动VB程序,主要执行AGW的模型参数获取指令RGateway1.DimensionGetValue(),显示指定模型的相关参数(相关AGW指令请参看文献4,限于篇幅本文不作介绍)。

  当花键参数变更后需相应生成新的搓齿成形模具时,在图6右半部分输入相应参数,输入参数时应按照从上倒下、先左后右的顺序,不然重新生成模型时内部发生交叉重叠而拒绝执行。当执行“模 型重建”时,事件驱动VB程序,主要执行AGW的模型参数设置指令RGateway1.DimensionGetValue(),按照新输人参数自动将先前模型作相应变换,从而达到二次开发的目的。

  将以上方法得到的搓齿成形模具外轮廓,应用到数字模拟成形中,取出最终成形的渐开线花键齿形与理论渐开线花键齿形对照,从图7中可以看出,模拟后齿形与理论齿形除了齿顶外,几乎重合,其齿廓公差为0.03mm,考虑预留表面研磨量0.01mm,模拟成形后的渐开线花键齿形满足精度要求,说明通过该参数化方法设计、开发的渐开线花键搓齿模具在理论上具有较好的实用性。

 
关键词: 搓齿模具 搓齿成型
 
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