高效率参数化渐开线花键拉刀设计
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设计软件具有渐开线花键拉刀参数化设计功能,即只需输入渐开线花键拉刀的初始条件及技术要求、被加工零件的材料及其硬度、拉床的型号等,则该设计方法的软件将应用VB程序驱动AutoCAD软件自动完成渐开线花键拉刀的图形绘制、渐开线齿形图的绘制、渐开线齿形坐标列表、尺寸与形位公差标注以及刀具表面粗糙度标注等,极大地提高了渐开线花键拉刀的设计效率。
渐开线齿轮具有传动的准确性与平稳性,渐开线花键具有自动定心好与传动扭矩大等优点,因此被广泛应用在机械传动、连接零件及其成形加工刀具的设计与制造。渐开线花键拉刀结构见图1,其每一部分的结构参数计算都需要进行复杂的刀具设计以及相关标准和工艺知识库查询、结构参数计算以及手工绘制AutoCAD图纸等工作。传统的手工渐开线花键拉刀设计过程繁琐,需查找大量数据,一项渐开线花键拉刀的设计工作至少需要4-5个工作日,设计效率低且容易出错。因此,需要使用新的设计方法来提升设计效率。
图1 渐开线花键拉刀结构

1 软件设计

(1)设计方案

采用相应设计软件,设计人员只需通过计算机界面,从键盘输入渐开线花键拉刀设计的初始条件及技术要求,计算机将自动完成渐开线花键拉刀结构设计及其结构参数计算、渐开线齿形坐标计算,并应用VB程序驱动AutoCAD自动绘制出完整的渐开线花键拉刀图纸。拉刀设计流程见图2。
采用软件设计的步骤如下:①渐开线花键拉刀设计开始;②输入渐开线花键拉刀设计要求及数据;③渐开线花键拉刀结构设计;④渐开线花键拉刀参数计算;⑤渐开线花键拉刀齿形坐标计算;⑥渐开线花键拉刀图纸设计;⑦AutoCAD格式渐开线花键拉刀图纸生成;⑧渐开线花键拉刀图纸存储或打印;⑨渐开线花键拉刀设计结束。

(2) 渐开线花键拉刀结构参数计算与设计

  1. 输入渐开线花键拉刀设计初始条件
    渐开线花键拉刀设计的初始条件包括:拉刀模数、花键的齿数、分度圆压力角、花键的内径、花键的外径、分度圆弧齿厚(或理论根圆弧齿厚)、槽底圆弧半径、拉削前孔径、拉削长度、零件材料、零件材料的硬度、拉床型号。
  2. 渐开线花键拉刀结构设计
    依据已经输入的渐开线花键拉刀设计初始条件,并调取渐开线花键拉刀设计标准(国标、航标及企标)、拉刀设计相关知识库的相关数据,最终完成渐开线花键拉刀结构设计。渐开线花键拉刀结构设计过程包括:柄部结构设计、颈部结构设计、过渡锥结构设计、前引导结构设计、切削部分结构设计、校正部分结构设计、后引导结构设计、支承枢结构设计。
  3. 渐开线花键拉刀参数计算
    渐开线花键拉刀参数计算主要是依据已经输入的渐开线花键拉刀设计初始条件,并调取渐开线花键拉刀设计标准、拉刀设计相关知识库的相关数据,最终完成渐开线花键拉刀参数计算。渐开线花键拉刀参数计算主要包括:第一个花键切削齿的直径、最后花键切削齿和校正齿的直径、总直径齿升量、花键齿内径、周t、分度圆弧齿厚、基圆直径、检验刀齿分度圆弧齿厚用的滚棒直径、用滚棒测量的尺寸、齿距和同时工作的齿数、容屑槽结构及其尺寸、刀齿前后角、齿升量、验算容屑系数、拉削力、拉刀柄部参数确定、第一容屑槽处截面积、强度验算、切削齿数量、切削齿和校正齿部分长度、第一个切削齿到柄部端面的距离、前引导直径和长度、后引导直径和长度、拉刀总长度、拉刀材料及硬度。
  4. 渐开线花键拉刀齿形坐标计算
    传统的渐开线齿轮与渐开线齿轮与花键齿形参数计算主要依据渐开线函数θi=invαi= tgαii用查渐开线函数表的办法来计算,不但效率低又极易出错,而且,由于渐开线函数表中的θi值是不连续的,每相邻两个θi值的差为5′,如果θi值不是5′的整数倍,则需要在相邻两个θi渐开线函数值间应用线性插值的方法求出对应的渐开线函数值。因此,大多数渐开线齿轮与花键齿形参数值均为近似值,大大影响了渐开线齿轮与花键齿形参数的精度与效率。
    渐开线花键拉刀齿形坐标计算应用该渐开线花键拉刀齿软件中的渐开线齿形坐标计算模块来完成,其中包括齿形检测的量棒尺寸及其检测值M。

(3)渐开线花键拉刀设计知识库与渐开线花键拉刀图纸数据库

渐开线花键拉刀设计知识库主要是由渐开线花键拉刀设计国家标准、航空标准以及相关的企业标准、拉刀设计相关优化结构及其切削加工参数数据库组成。渐开线花键拉刀设计知识库是渐开线花键拉刀标准规范与基本要求,同时也决定了所设计拉刀的质量与切削加工性能。
渐开线花键拉刀图纸数据库主要是实现对已经设计完的渐开线花键拉刀图纸进行存储、调取以及编辑的功能。

(4)渐开线花键拉刀图纸设计

渐开线花键拉刀图纸设计主要是依据拉刀结构参数以及渐开线花键拉刀设计标准(国标、航标及企标)、拉刀设计相关知识库等资料完成整体渐开线花键拉刀的图纸设计,包括技术要求、拉削前后花键孔的状态及其尺寸。此时设计的拉刀图纸是采用Visual Basic程序,其功能是最终通过VBA实现调用AutoCAD软件自动绘制渐开线花键拉刀图纸的任务。
依据渐开线花键拉刀图纸的VB程序,驱动AutoCAD软件自动完成渐开线花键拉刀的图形绘制、渐开线齿形图的绘制、渐开线齿形坐标列表、尺寸与形位公差标注以及刀具表面粗糙度标注、技术要求等。
渐开线花键拉刀图纸管理工作主要是完成将已经设计完的渐开线花键拉刀图纸存储到渐开线花键拉刀图纸数据库中,或者打印出渐开线花键拉刀图纸等操作。

2 应用实例

德国ECD应急舱门是欧洲直升机公司为欧洲空中客车公司生产的A320飞机应急舱门,其中锁装配件是应急舱门的重要部件,其主要功能是保证应急舱门与飞机机身牢固锁紧,以保证飞机在飞行过程中整体的气密性良好。在锁装配件中,锁钩零件D522-79211/212(钛合金Ti6Al4V零件)是至关重要的关键零件之一,加工成本远高于舱门中的其它零件,并且其加工质量的好坏,直接影响整个舱门的装机质量。
在锁钩零件的结构中,渐开线内花键孔是零件中较难加工成形的部位,它与另外一个锁轴零件上的外渐开线花键齿形相紧密配合(装配配合标准为15-10-1.25-close fit(紧密配合)-E22.141),使之成为ECD应急舱门中的锁装配件。锁钩的渐开线内花键孔加工质量完全是靠渐开线花键拉刀的设计、制造和刀具刃磨质量来保证,并且在拉床上一次拉削成形,无返工和返修,必须一次加工合格。故要降低废品率和加工成本、保证如期交付舱门,关键是加工此零件的拉刀设计是否合理。
该拉刀的初始设计条件是:被加工零件材料为钛合金,材料硬度约为35HRC,渐开线花键模数m=0.5、齿数Z=28、压力角α=30°、外径为15mm、内径为13.6mm、分度圆弧齿厚为0.88mm、槽底圆弧半径为0.1mm的渐开线花键孔,且被加工前花键孔的直径为Ф13.5H9、长度为10mm,拉床型号为L1500-10。设计工作时间仅需15min,大幅提高了设计效率。
渐开线花键拉刀设计参数:模数=0.5,齿数=28,压力角=30°,齿顶圆直径=15mm,齿根圆直径=13.6mm,分度圆最大弧齿厚=0.88mm。

小结

设计软件具有渐开线花键拉刀参数化设计功能,即只需输入渐开线花键拉刀的初始条件及技术要求、被加工零件的材料及其硬度、拉床的型号等,则该设计方法的软件将应用VB程序驱动AutoCAD软件自动完成渐开线花键拉刀的图形绘制、渐开线齿形图的绘制、渐开线齿形坐标列表、尺寸与形位公差标注以及刀具表面粗糙度标注等,极大地提高了渐开线花键拉刀的设计效率。
本文作者:王巍
原载:《工具技术》
上载于:2016-7-27 14:35:56

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