機械畢業(yè)設計（論文）-基于ug的齒輪虛擬加工及蝸輪蝸桿的造型研究【全套圖紙ug三維】

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　2 齒輪虛擬加工1</p><p>　　2.1 漸開線齒廓成形原理1</p><p>　　2.2 漸開線齒廓的構建2</p><p>　　2.3 直齒圓

2、柱齒輪實體模型建立5</p><p>　　2.4 圓柱直齒齒輪的外輪廓線切割6</p><p>　　2.4.1 圓柱直齒齒輪的加工方案7</p><p>　　2.4.2 創(chuàng)建外輪廓線切割操作的節(jié)點8</p><p>　　2.4.3 外輪廓線切割操作的參數(shù)設置10</p><p>　　2.4.4 圓柱直齒齒輪線

3、切割程序的生成11</p><p>　　3 蝸桿三維造型設計12</p><p>　　3.1 蝸桿參數(shù)12</p><p>　　3.2 繪制兩條空間螺旋線13</p><p>　　3.3 繪制蝸桿基本曲線和齒廓截面16</p><p>　　3.4 單頭圓柱蝸桿的三維造型16</p><

4、;p>　　4 蝸輪三維造型設計18</p><p><b>　　5 結束語23</b></p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p>　　全套圖紙，加153893706</p><p><b>　　1 緒論</b></p><

5、p>　　在機械傳動的各種類型中，齒輪傳動是應用最多的一種傳動機構，它廣泛地應用在各種機器的傳動裝置中，并且也是齒輪傳動機構的核心零件，因此齒輪在機械傳動中的作用十分重要。近年來隨著運用計算機進行機械運動仿真和對齒輪機構進行準確有效分析的需要,齒輪的精確建模也顯得極其重要。由于齒輪輪廓不是標準曲線,工程設計人員在齒輪的精確建模和設計制造中會涉及到曲線公式坐標旋轉(zhuǎn)等較為復雜的問題,而且在工程設計中經(jīng)常需要對齒輪進行造型，大多數(shù)三維建模

6、系統(tǒng)都不能直接、快速、高效、精確的生成齒輪的三維模型，因此齒輪的三維建模過程比較困難，所以齒輪的參數(shù)化設計顯得非常重要。本文是基于UG下對齒輪進行參數(shù)化設計，是用表達式生成方法即用尺寸來驅(qū)動圖形，UG的表達式是算術或條件語句，它可以用來控制同一零件上的不同特征間的關系。利用UG表達式并利用漸開線方程和與齒輪幾何尺寸相關的計算公式，建立表達式生成漸開線曲線及其它相關聯(lián)的曲線，并通過特征操作實現(xiàn)齒輪的參數(shù)化設計。作為通用CAD/CAE/CA

7、M軟件，對常用齒輪刀具進行參數(shù)設計計算并虛擬加工齒輪，對形成齒廓的過程進行動態(tài)仿真，幫助刀具設計者驗證刀具的齒形參數(shù)是否合理，減少甚至</p><p><b>　　2 齒輪虛擬加工</b></p><p>　　2.1 漸開線齒廓成形原理</p><p>　　根據(jù)機械原理中的知識，我們可以得出（1）漸開線的極坐標參數(shù)方程式:</p>

8、<p>　　（1） </p><p>　　其中，—漸開線上任意點的向徑; </p><p><b>　　—基圓半徑;</b></p><p><b>　　—壓力角;</b></p><p>　　—漸開線AK段的展角(如圖1所示)<

9、;/p><p>　　圖1 漸開線形成原理</p><p>　　在UG中，我們要使用直角坐標函數(shù)，所以必須要將漸開線的極坐標參數(shù)方程轉(zhuǎn)化成直角坐標方程，其方程式為（2）:</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　其中，—漸開線在K點的滾動角;</p><p>　　此方程式表示的漸

10、開線的開始點A在X軸上。為了表示位置的任意性，現(xiàn)假設A點不在X軸上，設 AOX = ，經(jīng)過整理可得漸開線方程的直角坐標系形式為:</p><p><b>　　（3）</b></p><p>　　由于UG自身的一些約束, 如UG的三角函數(shù)中采用的是角度而不是弧度, 直接變量只能在0～1 之間變化。因此為了便于在U G 中輸入表達式, 可在U G 中定義一個變量t, 它是

11、從0 到1 的變量, 并建立關系式, 使它的變化控制著變量a的變化, 從而使a的值可以從0°變化到180°, 這樣就為繪制一條0～180°的漸開線做了公式準備。</p><p>　　2.2 漸開線齒廓的構建</p><p>　　新建一個名字為gear_curve的文件，單位為mm。依次單擊“起始”—“建?！被蛘摺癱trl+m”進入實體建模模塊。在主菜單下依次單

12、擊“格式”—“圖層的設置”命令，設置圖層10為工作層。依次單擊“工具”—“表達式”命令或者“ctrl+e”命令進入表達式對話框，在“名稱”欄中輸入?yún)?shù)符號，在“公式”欄里輸入?yún)?shù)的初值，單擊“”接受編輯。（如圖2所示）</p><p><b>　　圖2 表達式窗口</b></p><p>　　在“表達式”窗口中添加下面表達式。</p><p>

13、;<b>　　//齒數(shù)</b></p><p><b>　　//模數(shù)</b></p><p><b>　　//分度圓直徑</b></p><p><b>　　//齒頂圓直徑</b></p><p><b>　　//基圓直徑</b>&l

14、t;/p><p><b>　　//齒根圓直徑</b></p><p>　　單擊“插入/草圖”進入草圖繪制模式，在XC-YC基準面上繪制4個圓，約束其中一個圓的圓心分別與“XC”、“YC”坐標軸重合，再約束4個圓同心，單擊工具欄上“自動判斷的尺寸”，使4個圓的直徑分別為：df、d、db、da。如圖3所示</p><p>　　圖3 齒輪基本曲線草圖

15、</p><p>　　單擊“完成草圖”或者“ctrl+q”推出草圖，回到實體建模環(huán)境。再次打開“表達式”對話框，在“表達式”對話框中依次輸入以下表達式：</p><p><b>　　//漸開線的起始角</b></p><p><b>　　//漸開線的終止角</b></p><p><b>

16、　　//UG的系統(tǒng)參數(shù)</b></p><p>　　//漸開線參數(shù)方程的自變量（角度值）</p><p><b>　　//基圓半徑</b></p><p>　　//漸開線在x方向的參數(shù)方程</p><p>　　//漸開線在y方向的參數(shù)方程</p><p>　　//漸開線在Z方向的參數(shù)方

17、程</p><p>　　選擇工具“規(guī)律曲線”菜單，出現(xiàn)“規(guī)律曲線”對話框如圖4所示，選擇其中“根據(jù)方程”選擇按鈕并確定，生成的漸開線如圖5所示</p><p>　　圖4 規(guī)律曲線函數(shù) 圖5 漸開線 </p><p>　　利用漸開線繪制齒輪形狀, 一般都需要“鏡像”功能以保證輪齒的對稱性。在UG中采用y 軸

18、作為對稱中心, 這就需要對圖5中的坐標軸沿順時針方向旋轉(zhuǎn)一定的角度。旋轉(zhuǎn)角度的確定需要研究齒廓曲線的形成及其方程式。圖6為漸開線的鏡像中心, 圖中y 軸與齒輪漸開線的鏡像中心夾角為, = , 為齒厚夾角的, 即 , (z 為齒數(shù))。根據(jù)漸開線形成原理, 標準齒輪的分度圓上的展角為:，根據(jù)上述公式,建立以下參數(shù)約束如下:</p><p>　　將上述約束參數(shù)輸入表達式窗口，進行了坐標旋轉(zhuǎn)以后, 再以y 軸作為鏡像中心

19、進行鏡像, 這樣漸開線齒輪的輪廓就畫好了 。如圖 7所示</p><p><b>　　圖6鏡像中心</b></p><p>　　圖 7旋轉(zhuǎn)鏡像后漸開線</p><p>　　利用曲線修剪命令在漸開線與齒頂圓和齒根圓的相交處修剪漸開線，裁剪出一條齒廓線。在利用曲線修剪命令對齒頂圓及齒根圓修剪，最終得到齒輪輪廓線如圖8所示。</p>&

20、lt;p><b>　　圖 8齒廓平面圖</b></p><p>　　2.3 直齒圓柱齒輪實體模型建立</p><p>　　構建齒輪實體模型操作主要分為二個步驟，一是生成圓柱齒坯（齒根）；二是用拉伸齒廓截面生成三維實體，再和齒坯布爾相加。</p><p><b>　?。?）創(chuàng)建齒輪體</b></p>&l

21、t;p>　　1）單擊工具欄中的“抽取幾何體”按鈕，彈出“抽取”對話框，默認其中的“曲線”類型，在視圖窗口中選取上述繪制的齒根圓，單擊“確定”按鈕，顯然，該抽取幾何體和齒根圓是關聯(lián)的。</p><p>　　2）單擊工具欄的“拉伸”按鈕。彈出“拉伸”對話框，選中上述的齒根圓抽取曲線，拉伸起始值為“0”，終止值為“10”，確認后即可創(chuàng)建了齒坯。</p><p>　?。?）生成單個齒廓實體&

22、lt;/p><p>　　單擊工具欄中的“拉伸”按鈕，彈出“拉伸”對話框，選中上述創(chuàng)建的齒廓截面，創(chuàng)建類似設置為和齒坯進行“布爾相加”，即可生成單個齒廓實體，如圖9所示。</p><p>　　圖9 生成單個齒廓 圖10 創(chuàng)建整個齒輪</p><p><b>　?。?）創(chuàng)建整個齒輪</b></p>&l

23、t;p>　　1）單擊工具欄中的“實例特征”按鈕，彈出“實例”對話框，單擊其中的“環(huán)形陣列”按鈕，以上述創(chuàng)建的單個齒廓實體作為“引用特征”，確認后彈出“圓周陣列”參數(shù)設置對話框，在數(shù)字文本框內(nèi)輸入“50”，在“角度”文本框內(nèi)輸入“360/50”，確認后即可得到了整個齒輪如圖10所示。</p><p>　　2）依次單擊主菜單中的“文件”—“另存為”，打開“部件另存為”對話框，在文件名內(nèi)輸入“gear-strai

24、ght”，單擊“OK”按鈕。</p><p>　　2.4 圓柱直齒齒輪的外輪廓線切割</p><p>　　齒輪具體的加工方法很多種，概括起來分為范成法和仿形法兩種。隨著數(shù)控技術和特種加工技術的介入，使得高硬材料和特殊尺寸的齒輪加工手段越來越多。</p><p>　　考慮本實例漸開線圓柱直齒齒輪的材料，尺寸，生產(chǎn)數(shù)量和加工精度要求，采用數(shù)控線切割加工齒形輪廓的方經(jīng)濟和

25、簡單，在復雜輪廓的線切割加工中，有一定的典型性。</p><p>　　2.4.1 圓柱直齒齒輪的加工方案</p><p>　?。?）加工方案的要點</p><p>　　1）選用數(shù)控高速快走絲線切割機，電極絲選用直徑為0.2mm的鉬絲，采用專用線切割皂化液，在加工過程中進行冷卻和絕緣等。</p><p>　　2）采用整體毛坯，先切割出內(nèi)孔，在切

26、割出齒形輪廓。</p><p>　　3）毛坯中間位置預鉆直徑為3mm的工藝孔毛坯四周側(cè)邊預先進行初步銑削或者磨削，保證相互垂直度位置精度。</p><p>　　4）采用橋式安裝方式，安裝時通過簡單的目測方法，對其中的一個側(cè)邊進行大概找正即可，這是由于中間的內(nèi)孔齒廓外形一次安裝，保證了相互位置精度。</p><p>　　5）切割方向設置為順時針，進行左偏置設置，偏置量

27、大小為鉬絲直徑的一半加上適當?shù)姆烹婇g隙。</p><p>　　6）精加工的放電間隙應該小于粗加工的放電間隙，精加工的放電參數(shù)（峰值電流，電壓等）一般小于粗加工的放電參數(shù)。</p><p>　　7）粗加工后留下的切除距離（Cutoff Distance）設定為5mm。</p><p>　?。?）毛坯模型的創(chuàng)建</p><p>　　根據(jù)以上的齒

28、輪線切割加工工藝方案，幾何安裝要求，可以確定相應的毛坯外形和尺寸，毛坯為長方體，中間帶一個預鉆孔，主要操作步驟如下。</p><p>　　1）打開圓柱直齒齒輪模型文件，在主菜單中依次單擊“文件”—“另存為”命令，打開“部件文件另存為”對話框，在“文件名”選項的文本框內(nèi)輸入名稱為“gear-straight-NC”，單擊“OK”。</p><p>　　2）在主菜單中依次單擊“格式”—“圖層的

29、設置”命令，出現(xiàn)“圖層的設置”，在對話框的“工作層”的文本框內(nèi)輸入“5”，單擊“作為工作層”按鈕，僅讓第1層作為“可選層”，其他均為“不可見層”，單擊對話框下面的“確定”按鈕。</p><p>　　3）單擊工具欄的“草圖”按鈕，進入草繪圖環(huán)境。隨后出現(xiàn)“草繪圖放置平面”浮動工具條，選擇默認的“草圖平面”，作為繪制草圖基準平面，單擊工具欄上“確定”按鈕。</p><p>　　4）單擊工具欄中

30、的“矩形”按鈕，默認“用兩點”繪制矩形按鈕，繪制一個矩形圖形。</p><p>　　5）單擊工具欄中的“自動判斷的尺寸”按鈕，標注上述矩形的尺寸，最終得到的草繪如圖11所示。</p><p>　　6）單擊工具欄上的“圓”按鈕，在出現(xiàn)的浮動工具條中默認“中心和半徑?jīng)Q定的圓”圖標，先在視圖窗口靠近坐標系原點的位置上繪制好一個圓，直徑設為3mm。</p><p>　　7）

31、單擊工具欄上的“約束”按鈕，用鼠標光標選中“XC”軸使它高亮度顯示。用鼠標光標逐步靠近圓心位置，單擊后出現(xiàn)一個“點在曲線上”浮動按鈕，單擊該按鈕即可，保證了圓心和“XC”坐標軸重合。</p><p>　　圖11 構建的草繪圖 圖12 創(chuàng)建的毛坯模型</p><p>　　8）采用同樣的方法，是圓心也和“YC”坐標軸重合，這樣保證圓心和坐標原點重合。這樣繪制了

32、一個圓心和坐標系原點重合，直徑為3mm的圓，該圓即為線切割加工穿絲用預鉆孔的圓截面。</p><p>　　9）單擊工具欄上的“完成草圖”按鈕 ，回到實體建模環(huán)境。</p><p>　　10）單擊擊工具欄中的“拉伸”按鈕，隨之出現(xiàn)“拉伸”對話框，拉伸起始值輸入“0”，結束值輸入“10”，單擊“確定”按鈕。</p><p>　　11）按下組合快捷鍵“Ctrl+B”，在視

33、圖窗口中選中草繪截面，安放基準平面以及基準軸，將他們?nèi)侩[藏掉。</p><p>　　12）按下組合快捷鍵“Ctrl+J”，將毛坯模型的顏色和透明度改變，如圖12所示，即為創(chuàng)建的齒輪實體的毛坯模型，當然實際加工時必須提供符合該形狀，尺寸要求的坯料。</p><p>　　13）單擊工具欄中的“圖層的設置”按鈕，出現(xiàn)“圖層的設置”對話框，在“圖層（狀態(tài)）”列表框內(nèi)，選中“1 Selectabl

34、e”，單擊“作為工作層”按鈕而將第5層作為“不可見層”，單擊對話框的“確定”按鈕，這樣只顯示出齒輪實體模型。</p><p>　　2.4.2 創(chuàng)建外輪廓線切割操作的節(jié)點</p><p>　?。?）初始化加工環(huán)境</p><p>　　1）選擇“起始”—“加工（N）”命令，進入UG CAM環(huán)境。由于該齒輪模型是第一次進入加工環(huán)境，系統(tǒng)將打開“加工環(huán)境”對話框。</

35、p><p>　　2）在“加工環(huán)境”對話框中，在“CAM會話配置”列表框中選擇“wire—edm”選項，在“CAM設置”列表框中也選擇“wire—edm”選項，單擊“初始化”按鈕，即可完成線切割加工環(huán)境的配置。</p><p>　　3）創(chuàng)建程序節(jié)點，單擊工具欄中的“創(chuàng)建程序”按鈕。隨之出現(xiàn)“創(chuàng)建程序”對話框，在“類型”列表中選擇“wire—edm”類型，選中“父本組”下拉列表框“NC—PROGR

36、AM” 選項，在程序“名稱”輸入“edm—external”，單擊“確定”按鈕，即完成線切割加工齒輪齒廓外形程序節(jié)點的創(chuàng)建。</p><p><b>　?。?）創(chuàng)建加工節(jié)點</b></p><p>　　1）單擊右側(cè)導航資源條上的“加工操作導航器”按鈕，單擊工具欄中的“幾何視圖”按鈕，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)提供了默認的線切割幾何體“MCS—WEDM”圖標。</p>

37、<p>　　2）雙擊“MCS—WEDM”圖標，出現(xiàn)“MCS—WEDM”對話框，同時在視圖窗口中出現(xiàn)了一個加工坐標系。</p><p>　　3）單擊“MCS”選項下的“原點坐標系”按鈕，進入“點構造器”對話框，單擊“重置”按鈕，使得各個坐標值均為“0”，單擊“確定”按鈕。</p><p>　　4）這樣重新回到“MCS—WEDM”對話框，單擊“確定”按鈕即可，可以發(fā)現(xiàn)加工坐標系和工作

38、坐標系重合了，這樣就將加工坐標系調(diào)整到了預鉆孔的圓心位置。</p><p>　　5）單擊工具欄中的“顯示W(wǎng)CS”按鈕，將工作坐標系隱藏。</p><p>　　（3）創(chuàng)建外輪廓線切割操作</p><p>　　1）單擊工具欄中的“創(chuàng)建操作”按鈕，打開“創(chuàng)建操作”對話框。</p><p>　　2）在對話框“子類型”選項中單擊“外輪廓切割（EXTER

39、NAL—TRIM）”按鈕，在“程序”列表框中選擇上述創(chuàng)建的“EDM—EXTERNAL”，在“使用幾何體”列表框中選擇“MCS—WEDM”,在“使用方法”列表框中選擇“WEDM—METHOD”，其他選項均按照系統(tǒng)默認，如圖13所示，單擊“應用”按鈕。</p><p>　　圖13 創(chuàng)建齒輪外輪廓線切割操作</p><p>　　3）彈出“EXTERNAL—TRIM”對話框，下面根據(jù)齒輪線切割工

40、藝方案的要求，也按照“EXTERNAL—TRIM”對話框中的操作順序，對外輪廓線切割的主要工藝參數(shù)進行設置。</p><p>　　2.4.3 外輪廓線切割操作的參數(shù)設置</p><p>　　（1）線切割幾何體的選擇</p><p>　　1）單擊“線切割幾何體”選項下面的“選擇”按鈕，彈出“線切割幾何體”對話框。</p><p>　　2）在“過

41、濾器類型”中單擊“面邊界”按鈕，在視圖窗口中單擊齒輪的端面，單擊“確定”按鈕，返回“EXTERNAL—TRIM”對話框。</p><p>　　3）單擊“線切割幾何體”下面的“編輯”按鈕，彈出“編輯幾何體”對話框，在“絲桿位置”選項下，關閉“上”子項，激活“相切于”子項，單擊“確定”按鈕。</p><p>　?。?）線切割基本參數(shù)設置</p><p>　　在“粗加工刀

42、路數(shù)”右側(cè)的文本框內(nèi)輸入“1”，在“精加工刀路數(shù)”右側(cè)的文本框內(nèi)輸入“1”，在“切除距離”右側(cè)的文本框內(nèi)輸入“5”，在“絲徑”右側(cè)的文本框內(nèi)輸入“0.2”，如圖14所示，這樣根據(jù)加工方案完成了這些基本工藝參數(shù)的設置。</p><p>　　圖14 基本工藝參數(shù)設置 圖15 “角控制”對話框</p><p>　?。?）切削方式的設置</p><p&g

43、t;　　單擊“EXTERNAL—TRIM”對話框中的“切削”按鈕，彈出“切削參數(shù)”對話框，在“下平面”右側(cè)的文本框內(nèi)輸入“5”，默認其他選項和數(shù)值，單擊“確定”按鈕，回到“EXTERNAL—TRIM”對話框。</p><p>　　（4）切入和切出方式的設置</p><p>　　單擊“EXTERNAL—TRIM”對話框中的“輸入/輸出”按鈕，彈出“輸入和導出”對話框，默認系統(tǒng)的設置選項和數(shù)值

44、，單擊“確定”按鈕，回到“EXTERNAL—TRIM”對話框。</p><p>　　（5）切割圓角的設置</p><p>　　單擊“EXTERNAL—TRIM”對話框中的“角”按鈕，出現(xiàn)“角控制”對話框，在“凸角控制”下面單擊“添加圓弧”圖標，在“圓角”選項前面打勾，在“圓角半徑”文本框內(nèi)輸入“0.25”，如圖15所示，單擊“確定”按鈕，回到“EXTERNAL—TRIM”對話框。</

45、p><p>　?。?）穿絲點和切入點的設置</p><p>　　1）單擊工具欄中的“圖層的設置”按鈕，打開“圖層的設置”對話框，在“圖層（狀態(tài)）”列表框內(nèi)選中“5”，再單擊“可選”按鈕，即可將毛坯模型顯示在視圖窗口。</p><p>　　2）單擊“EXTERNAL—TRIM”對話框中的“移動”按鈕，彈出“移動控制”對話框。</p><p>　　3

46、）單擊“從點”右側(cè)的“指定”按鈕，出現(xiàn)一個“從點”對話框，在其列表內(nèi)選擇“點構造器”圖標，打開“點構造器”對話框，在“XC”文本框內(nèi)輸入“85”，“YC”和“ZC”文本框內(nèi)輸入“0”，單擊“確定”按鈕，回到“從點”對話框，再單擊其“確定”按鈕，回到“移動控制”對話框，可以觀察到“從點”選項前面打了勾。</p><p>　　4）在“ 移動控制”對話框中單擊“螺紋孔”右側(cè)的“指定”按鈕，出現(xiàn)一個“螺紋孔”對話框，在其

47、列表框內(nèi)選擇“點構造器”圖標，打開“點構造器”對話框，在“XC”文本框內(nèi)輸入“75”，“YC”和“ZC”文本框內(nèi)輸入“0”，單擊“確定”按鈕，回到“螺紋孔”對話框，再次單擊“確定”按鈕，回到“移動控制”對話框。</p><p>　　5）在“移動控制”對話框中單擊“輸入點” 右側(cè)的“指定”按鈕，出現(xiàn)一個“點構造器”對話框，在視圖窗口中選擇毛坯邊界與XM軸相交的點，回到“移動控制”對話框，可以觀察到“輸入點”選項前面

48、打了勾。</p><p>　　6）在“移動控制”對話框中單擊“退刀點”右側(cè)的“指定”按鈕，出現(xiàn)一個“退刀點”對話框，在其列表框內(nèi)選擇“點構造器”圖標，打開“點構造器”對話框，在“XC”文本框內(nèi)輸入“75”，“YC”和“ZC”文本框內(nèi)輸入“0”，單擊“確定”按鈕，回到“移動控制”對話框。</p><p>　　完成了以上的工藝參數(shù)設置后，下面可以進行線切割刀軌的生成和檢查。</p>

49、<p>　　2.4.4 圓柱直齒齒輪線切割程序的生成</p><p>　　刀軌生成與檢查步驟如下。</p><p>　　（1）單擊“刀軌”選項的“編輯顯示”按鈕，彈出“顯示選項”對話框，拖動“速度”滑塊至“5”，單擊“確定”按鈕。</p><p>　?。?）單擊“EXTERNAL—TRIM”對話框中的“生成刀軌”按鈕，系統(tǒng)很快按照上述參數(shù)設置，生成線切

50、割刀路軌跡，可以通過放大、旋轉(zhuǎn)視圖，對刀軌進行初步檢查。</p><p>　?。?）單擊“EXTERNAL—TRIM”對話框中的“刀軌確認”按鈕，出現(xiàn)“可視化刀軌軌跡”對話框，將“動畫速度”滑塊調(diào)整到“5”，單擊“播放”按鈕，可以觀察電極絲切割齒輪外形輪廓的過程，如圖16所示即為刀軌仿真演示。</p><p>　　圖16 齒輪輪廓線切割刀軌仿真演示</p><p>

51、　?。?）下面需要借助UG CAM提供的后處理功能，將上述成功創(chuàng)建的線切割刀軌轉(zhuǎn)化為被線切割機床的數(shù)控系統(tǒng)所能接受的數(shù)控NC程序。</p><p>　　3 蝸桿三維造型設計</p><p><b>　　3.1 蝸桿參數(shù)</b></p><p>　?。?）阿基米德蝸桿的基本參數(shù)</p><p>　　單頭圓柱蝸桿的基本參數(shù)：

52、蝸桿頭數(shù)z=1（右旋）；軸向模數(shù)ms=5mm；直徑系數(shù)q=10；齒形角a=40度（壓力角為20度），根據(jù)這些基本參數(shù)可以列出蝸桿的計算參數(shù)：</p><p><b>　　p=3.14ms</b></p><p><b>　　d=msq</b></p><p><b>　　ha=ms</b></p

53、><p><b>　　hf=1.2ms</b></p><p><b>　　da=d+2 ha</b></p><p><b>　　df=d-2 hf</b></p><p>　　由于阿基米德蝸桿在軸向主平面內(nèi)與蝸輪是直線齒條與漸開線齒輪的嚙合，由以上的計算參數(shù)可以推算出蝸桿軸向直

54、廓齒形的幾何尺寸，一個齒廓截面的幾何尺寸如圖4—5所示。</p><p>　　（2）阿基米德螺旋線的方程式</p><p>　　加工時阿基米德蝸桿圓柱坯體圍繞自身軸線，作勻速圓周運動（角速度為ω），同時車刀在作平行與圓柱母線的勻速直線運動（線速度為ν），而將兩者合成的運動路線形狀即為空間螺旋線。</p><p>　　下面以圓柱體為參考，來分析車刀前面刀刃的中點P的運

55、動，假設z向矢量為蝸桿的軸向，圓柱半徑為r，運動一段時間后到達P1點，則P點的運動軌跡方程為</p><p><b>　　x=rcosθ</b></p><p><b>　　y=rsinθ</b></p><p><b>　　z=bθ</b></p><p>　　其中θ=ωt，

56、b=ν/ω。</p><p>　　3.2 繪制兩條空間螺旋線</p><p><b>　?。?）建立表達式</b></p><p>　　1）在主菜單中依次單擊“工具”—“表達式”命令，隨之出現(xiàn)“表達式”對話框。</p><p>　　2）在對話框中的“名稱”右側(cè)文本框內(nèi)輸入“z”，在“公式”右側(cè)的文本框內(nèi)輸入“1”，單擊

57、“接受編輯”按鈕。</p><p>　　按照上述步驟（2）操作方法，見其他參數(shù)表達式輸入表達式中，如圖17所示為為蝸桿所有參數(shù)的表達式。 </p><p>　　圖17 蝸桿參數(shù)表達式</p><p>　　3）完成了蝸桿所有參數(shù)的輸入后，單擊“表達式”對話框中的“確定”按鈕。</p><p><b>　?。?）建立基準平面</b

58、></p><p>　　按照蝸桿的軸向矢量為ZC方向，建立基準平面的目的是確定兩條螺旋線的空間位置</p><p>　　1）單擊工具欄中的“基準平面”按鈕，彈出“基準平面”對話框，默認“類型”中的“自動判斷的平面”，單擊“固定方法”選項中的“XC—YC平面”圖標，單擊“應用”按鈕，即可建立一個XC—YC的基準平面。</p><p>　　2）按照同樣的操作方法，

59、建立XC—ZC平面和YC—ZC基準平面。</p><p>　　3）單擊“基準平面”對話框的“取消”按鈕，退出該對話框。</p><p>　?。?）繪制兩條空間螺旋線</p><p>　　1）單擊工具欄上“規(guī)律曲線”按鈕，彈出“規(guī)律函數(shù)”對話框。</p><p>　　2）單擊對話框中的“根據(jù)方程”按鈕，彈出“規(guī)律曲線”對話框，其中t為系統(tǒng)默認的

60、參變量，注意提示欄出現(xiàn)“輸入定義X的參數(shù)表達式”信息，單擊“確定”按鈕。</p><p>　　3）彈出“定義X”對話框，將文本框內(nèi)的“xt”修改為“x1t”，如圖18所示，單擊“確定”按鈕即可。</p><p>　　圖18 輸入函數(shù)表達式x1t 圖19輸入函數(shù)表達式y(tǒng)1t</p><p>　　4）彈出“規(guī)律函數(shù)”對話框，默認“根據(jù)方程”選項，單擊

61、該對話框“確定”按鈕。</p><p>　　5）彈出“規(guī)律曲線”對話框，注意提示欄出現(xiàn)“輸入定義Y的參數(shù)表達式”的提示信息，單擊該對話框“確定”按鈕。</p><p>　　6）彈出“定義Y”對話框，將文本框內(nèi)的“yt”修改為“y1t”，如圖19所示，單擊“確定”按鈕即可。</p><p>　　7）彈出“規(guī)律函數(shù)”對話框，默認“根據(jù)方程”選項，單擊該對話框“確定”按鈕

62、。</p><p>　　8）彈出“規(guī)律曲線”對話框，注意提示欄出現(xiàn)“輸入定義Z的參數(shù)表達式”的提示信息，單擊該對話框“確定”按鈕。</p><p>　　9）彈出“定義Z”對話框，默認文本框內(nèi)的“zt”表達式，打擊“確定”按鈕。</p><p>　　10）彈出“規(guī)律曲線”定位對話框，如圖20所示，單擊其中的“指定CSYS參考”按鈕，彈出“指定CSYS參考”，注意提示欄

63、出現(xiàn)了“指定放置平面—選擇基準平面”的信息。</p><p>　　圖20 規(guī)律曲線定位選項 圖21 指定CSYS參考</p><p>　　11）在視圖窗口中單擊XC—YC基準平面作為“放置平面”，注意提示欄出現(xiàn)了“指定水平參考—選擇基準平面”的信息。</p><p>　　12）在視圖窗口中單擊YC—ZC基準平面作為“水平參考”，注意提示

64、欄出現(xiàn)了“指定原點—選擇基準平面”的信息。</p><p>　　13）在視圖窗口中單擊YC—ZC基準平面作為“指定原點”，注意提示欄出現(xiàn)了“所有約束已指定”的信息，同時在“指定CSYS參考”對話框中出現(xiàn)了相關信息，如圖21所示，單擊“確定”按鈕。再次單擊“規(guī)律曲線”定位對話框，即可繪制出第一條空間螺旋線。</p><p>　　參照上述的操作步驟，把“x1t”和“y1t”修改為“x2t”和“

65、y2t”，其他參數(shù)和放置平面都一致，即可繪制第二條空間螺旋線，如圖22所示。</p><p>　　圖22 繪制的兩條空間螺旋線</p><p>　　3.3 繪制蝸桿基本曲線和齒廓截面</p><p><b>　　（1）繪制基本曲線</b></p><p>　　1）單擊工具欄上的“草圖”按鈕，出現(xiàn)“草繪圖放置平面”浮動工具

66、條，選擇默認的“草圖平面”作為繪制草繪圖基準平面，單擊工具欄上的“確定”按鈕。</p><p>　　2）單擊工具欄上的“圓”按鈕，在視圖中繪制一個圓，使圓心和XC—YC的原點重合，圓的直徑輸入表達式“da”。</p><p>　　3）單擊工具欄上的“完成草圖”按鈕，回到實體建模環(huán)境。</p><p><b>　?。?）繪制齒廓截面</b><

67、;/p><p>　　1）單擊工具欄上的“草圖”按鈕，出現(xiàn)“草繪圖放置平面”浮動工具條，單擊“YC—ZC平面”圖標，以YC—ZC基準平面作為草繪圖的放置平面，單擊工具欄上“確定”按鈕。</p><p>　　2）繪制如圖23所示的草繪圖，將代表分度圓的直線轉(zhuǎn)換為參考線（虛線），其長度值即為蝸桿螺距的一半，用表達式“p/2”來控制。注意單擊工具欄中的“約束”按鈕后，保證提示欄會出現(xiàn)“草圖已完全約束”

68、的信息。</p><p>　　圖23 齒廓截面草繪圖</p><p>　　3.4 單頭圓柱蝸桿的三維造型</p><p>　　（1）創(chuàng)建蝸桿的圓柱坯體</p><p>　　單擊工具欄中的“拉伸”按鈕，彈出“拉伸”對話框，選擇齒頂圓曲線，拉伸方向為系統(tǒng)默認的“ZC”矢量，設置拉伸起始值輸入“10”，結束值輸入“70”，單擊“確定”按鈕，即可創(chuàng)

69、建圓柱蝸桿的圓柱坯體，如圖24所示。</p><p>　　圖24 蝸桿圓柱坯體的創(chuàng)建</p><p><b>　　（2）掃掠成形</b></p><p>　　1）單擊工具欄中的“已掃掠”按鈕，彈出“已掃掠”對話框，在視圖窗口單擊如圖4—14所示的“螺旋線1”作為“導引線串1”，單擊對話框中的“確定”按鈕。單擊“螺旋線串2”作為“引導線串2”，單

70、擊“確定”按鈕。再次單擊“確定”按鈕，即忽略“引導線串3”的選取。單擊 “齒廓截面”作為“剖面線串1”，單擊“確定”按鈕。再次單擊“確定”按鈕，即忽略“剖面線串2”的選取。</p><p>　　2）彈出“已掃掠”指定參數(shù)對話框，單擊“確定”按鈕。</p><p>　　3）彈出“已掃掠”選擇比例方法對話框，單擊“橫向比例”按鈕。</p><p>　　4）彈出“已掃掠”

71、選擇脊線串對話框，單擊“確定”按鈕。</p><p>　　5）彈出“布爾操作”對話框，默認“創(chuàng)建”選項，單擊“確定”按鈕。</p><p>　　6）退出“已掃掠”對話框，按下組合快捷鍵“Ctrl+B”，將齒頂圓、齒廓截面線串、螺旋線1、2全部隱藏。得到如圖25所示的齒廓實體和圓柱坯體。</p><p>　　圖25 齒廓實體和圓柱坯體

72、 圖26 錯誤信息</p><p><b>　　（3）布爾求差</b></p><p>　　1）單擊工具欄中的“布爾求差”按鈕，彈出“求差”對話框，以“圓柱坯體”作為目標體，以“齒廓實體”作為“工具體”，單擊“應用”按鈕。</p><p>　　2）可能會彈出錯誤信息對話框，如圖26所示，單擊對話框的“確定”按鈕。齒廓切割坯體后的情況如圖27所示

73、。</p><p>　　圖27 齒廓實體切割圓柱坯體</p><p>　　3）在如圖4—17所示的“部件導航器”中，單擊“模型歷史”下面的“Body（13）”去掉前面的小勾，即將操作特征進行抑制，獲得的蝸桿齒形實體如圖28所示。</p><p><b>　　（4）細化處理</b></p><p>　　下面進行蝸桿其他軸頸

74、實體、齒形倒角等細化處理，最后得到的蝸桿零件的三維造型如圖29所示。</p><p>　　圖28 蝸桿齒形實體 圖29 單頭蝸桿三維造型</p><p>　　4 蝸輪三維造型設計</p><p>　?。?）蝸輪的主要參數(shù)為模數(shù)m=4，齒數(shù)z=39，傳動中心距a=98，螺旋角β=11.3099度。計算蝸輪的幾何尺寸如下：</p&

75、gt;<p>　　d=mz=156mm；</p><p><b>　　β=11.3099</b></p><p><b>　　ha=m=4mm；</b></p><p>　　hf=1.2m=4.8mm；</p><p>　　da=d+2ha=164mm；</p><

76、p>　　df=d-2hf=146.4mm；</p><p><b>　　a=98mm；</b></p><p>　　（2）啟動UG軟件，新建一個名為WoLun.prt的文件，選擇“起始”—“建?！泵?，進入建模模塊。</p><p>　?。?）以XC—ZC坐標平面作為草圖平面，繪制如圖30所示草圖。</p><p>

77、;　　圖30 繪制草圖 圖31 選草圖設置回轉(zhuǎn)參數(shù)</p><p>　　（4）選擇“插入”—“設計特征”—“回轉(zhuǎn)”命令，系統(tǒng)彈出“回轉(zhuǎn)”對話框。如圖31所示，選取草圖，設置回轉(zhuǎn)參數(shù)，單擊“確定”按鈕，則創(chuàng)建相應的回轉(zhuǎn)體。</p><p>　　（5）旋轉(zhuǎn)當前工作坐標系XC軸轉(zhuǎn)到ZC軸。</p><p>　　（6）選擇“工具”—“表達

78、式”命令，系統(tǒng)彈出“表達式”對話框。建立如圖32所示表達式。</p><p><b>　　圖32 建立表達式</b></p><p>　?。?）選擇“插入”—“曲線”—“規(guī)律曲線”命令，系統(tǒng)彈出“規(guī)律曲線”對話框。單擊“根據(jù)公式”按鈕，設置X的變化規(guī)律為xt，設置Y的變化規(guī)律為yt，設置Z的變化規(guī)律為zt，單擊“確定”按鈕，完成曲線繪制，其結果如圖33所示。即為正側(cè)蝸

79、輪齒槽螺旋線。</p><p>　　圖33 繪制左側(cè)螺旋線 圖34繪制右側(cè)螺旋線 圖35 繪制漸開線</p><p>　　（8）選擇“插入”—“曲線”—“規(guī)律曲線”對話框。單擊“根據(jù)公式”按鈕，設置X的變化規(guī)律為xt，設置Y的變化規(guī)律為yyt，設置Z的變化規(guī)律為zzt，單擊“確定”按鈕，完成曲線繪制，其結果如圖34所示。即為反側(cè)蝸輪齒槽螺旋線。</p>

80、<p>　?。?）選擇“插入”—“曲線”—“規(guī)律曲線”命令，系統(tǒng)彈出對話框，要求指定基礎變量，默認為t。直接單擊“確定”按鈕，系統(tǒng)再次彈出對話框要求指定X坐標分量的變化規(guī)律。輸入X，單擊“確定”按鈕，則確定規(guī)律曲線X坐標分量的變化規(guī)律，系統(tǒng)同時彈出對話框，要求進一步指定Y坐標分量的變化規(guī)律。依次輸入t、Y即可。最后，單擊“規(guī)律曲線”對話框的第一個按鈕，指定Z坐標分量的變化規(guī)律為恒定值0。再次單擊“確定”按鈕，則生成漸開線，

81、如圖35所示。</p><p>　　圖36繪制3圓 圖37繪制直線 圖38旋轉(zhuǎn)復制直線</p><p>　　（10）以坐標原點為中心，分別繪制半徑為82（稍大于齒頂圓）、78（分度圓）、73.2（齒根圓）的圓，結果如圖36所示。</p><p>　?。?1）如圖37所示，繪制原點到漸開線與分度圓交點的連線。</p>

82、<p>　　（12）選擇“編輯”—“變換”命令，將上一步繪制的直線繞Z軸旋轉(zhuǎn)復制-2.3077度，結果如圖38所示。</p><p>　?。?3）選擇“編輯”—“變換”命令，將漸開線關于剛才變換所得的直線鏡像復制，結果如圖39所示。</p><p>　　圖39 鏡像復制漸開線 圖40 修剪曲線 圖41 創(chuàng)建單個齒輪模型</p><p&

83、gt;　　（14）補繪曲線，修剪曲線，結果如圖40所示。修剪出的閉合曲線串即為齒輪截面曲線。</p><p>　?。?5）選擇“插入”—“掃掠”—“已掃掠”命令，系統(tǒng)彈出對話框，提示選取引導線1。選取蝸輪輪齒螺旋線，單擊“確定”按鈕，系統(tǒng)又提示選取引導線2。此時不再選取任何曲線，直接單擊“確定”按鈕，系統(tǒng)提示選取截面曲線1。選取蝸輪輪齒截面，單擊“確定”按鈕，系統(tǒng)提示選取截面曲線2。不再選取任何曲線，單擊“確定”

84、按鈕，設置矢量方向為-YC，連續(xù)單擊“確定”按鈕，直到系統(tǒng)彈出“布爾運算”對話框。選取創(chuàng)建，則創(chuàng)建獨立的單個輪齒模型，如圖41所示。</p><p>　?。?6）顯示前面隱藏的實體特征。</p><p>　　（17）選擇“編輯”—“變換”命令，選取剛剛生成的掃描體，系統(tǒng)彈出“變換”對話框。單擊“繞一點旋轉(zhuǎn)”按鈕，系統(tǒng)彈出“點構造器”對話框。指定坐標原點，單擊“確定”按鈕，系統(tǒng)彈出對話框。設

85、置角度為360/39，單擊“確定”按鈕，系統(tǒng)彈出對話框。單擊“多重復制—可用”按鈕，系統(tǒng)彈出對話框。設置副本數(shù)為38，單擊“確定”按鈕，則多重旋轉(zhuǎn)復制掃描體，如圖42所示。</p><p>　　圖42 旋轉(zhuǎn)復制掃描體 圖43 求差布爾運算結果</p><p>　?。?8）選擇“插入”—“聯(lián)合體”—“求差”命令，先選取回轉(zhuǎn)體為目標體，接著選取所有掃描體為

86、工具，單擊“確定”按鈕，求差布爾運算結果如圖43所示。</p><p>　?。?9）選擇“插入”—“草繪”命令，以回轉(zhuǎn)體的底面為草圖放置平面，繪制如圖44所示草圖。退出草圖繪制模式。</p><p>　　圖44 繪制草圖 圖45 選草圖設置拉伸參數(shù)</p><p>　?。?0）選擇“插入”—“設計特征”—“拉伸”命令，系統(tǒng)彈出“

87、拉伸”對話框如圖45所示，選取剛剛繪制的草圖，設置參數(shù)，單擊“確定”按鈕，則創(chuàng)建相應的拉伸腔體。</p><p>　　圖46 蝸輪三維造型</p><p>　　（21）進行必要的倒斜角處理，結果如圖46所示。</p><p>　　至此，完成了蝸輪的造型設計。</p><p><b>　　5 結束語</b></p&g

88、t;<p>　　本文利用UG的建模對齒輪、蝸輪蝸桿進行了建模設計，使得物體能夠在三維空間展現(xiàn)，并對物體進行細致觀察，能夠建立起完整的空間意識。經(jīng)過虛擬加工降低了齒輪的試切、調(diào)試費用，縮短試切周期。如果在虛擬加工中沒有出現(xiàn)不合理的現(xiàn)象，就可以把生成的程序傳到數(shù)控機床上進行加工了。這對工程設計、制造具有很大的現(xiàn)實意義，它不僅節(jié)約了時間,降低造型難度、而且減少重復勞動提高了效率。</p><p><

89、b>　　謝辭</b></p><p>　　本次畢業(yè)設計，是在指導老師的悉心指導和熱心幫助下完成的，老師淵博的學識、治學的嚴謹、關注最新技術的精神都讓我十分敬佩。我不僅得到了老師的諄諄教誨，而且他的認真、敬業(yè)、執(zhí)著的精神，也使我受益匪淺。在此，向他們表示真摯的謝意！ </p><p>　　另外，也十分感謝同組同學趙德勝、焦亞軍對我的積極指導和幫助！在資料收集和軟件使用中我們

90、小組成員互相幫忙，共同學習，收到了良好的效果。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 濮良貴,紀名剛.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2005</p><p>　　[2] 孫 恒,陳作模.機械原理[M].北京：高等教育出版社，1999</p><p>　　[3] 張晉西等.齒輪三

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