利用Pro／E对加工螺旋槽成形铣刀廓形的设计

利用ProE对加工螺旋槽成形铣刀廓形的设计机械产品与科技2005年第3期剃垦爨酒鹦魏蓟谬游一拖(洛阳)开创装备科技有限公司耿彤摘要从加工螺旋槽成形铣刀廓形设计原理出发,详细讲述了运用Por/E技术进行加工螺旋槽成形铣刀廓形的设计原理和步骤,较好解决以往二雏图解法平面谗计作图误差大,计算复杂不直观的缺点,能够准确地做出铣刀回转面与工件螺旋槽的接触线空间曲线.利用这种方法,通过已知的工件的端面槽型,准确地画出工件的三维图形,根据无瞬心包络法加工原理,就可以在P/E的平台上精确地设计出成形铣刀.关键词:螺旋槽成形铣刀廓形接触线草绘平面螺旋曲面截面1前言加工螺旋槽的成形铣刀广泛用于螺旋槽成形表面的加工,如各种刀具的螺旋容屑槽,蜗杆,螺纹,圆柱斜齿轮等工件.由于工件螺旋槽表面是铣刀切削刃回转面相对于工件做螺旋运动时所形成的包络面,铣刀回转面与工件螺旋槽的接触线不在铣刀轴向剖面内,而是一条空间曲线,因此,铣刀回转面的轴向轨迹不同于工件螺旋槽的法向廓形,也与工件任何剖面的廓形不一样.若要得到螺旋槽铣刀的廓形,过去主要采用两种方法:图解法和计算法.图解法的优点是直观,但由于是采用二维平面做图求接触点的方法,误差较大;计算法是通过计算求得接触线各点坐标,精度较高,但求接触点需要解超越方程,计算量很大.运用P0r/E技术进行加工螺旋槽成形铣刀廓形的设计,能够准确做出铣刀回转面与工件螺旋槽的接触线,并且在三维空间做图,能够发现加工过程中的问题,如判断工件齿槽是否发生凹切,直观准确.2设计原理在加工过程中,工件做旋转与轴向运动,铣刀的切削刃绕其本身轴线所形成的回转面切除和它接触的全部金属,形成一个与该回转表面相切的螺旋槽表面.如果将刀具按加工位置放在已加工好的螺旋槽内,铣刀的回转表面与螺旋槽仍保持相切的关系.在垂直于铣刀轴线的平面内,该平面与回转表面的交线为圆,与螺旋槽表面的交线为一条平面曲线,圆与曲线必然相切.如果做一系列垂直于铣刀轴线的平面,可得到一系列的切点,把这些切点连接起来是一条空间曲线,即接触线.由于这条曲线既在刀具上又在工件上,求出接触线到铣刀轴线的半径,即得到铣刀回转表面的廓形.3设计方法已知工件的螺旋槽型,其端面的模型如图1所示,基本参数为d=30mm,螺旋角30o.下面首先根据已知条件建立一个基本模型,然后以此模型求出螺旋铣刀的截面形状.3.1创建工件的基本形状3.1.1新建文件_输入名称gtdao后进入零件创建模板.3.1.2创建螺旋曲线点击插入基准曲线工具,选取从方程.点击完成后,进入菜单管理器,选取柱坐标,再选取原缺省的坐标系后,图面出现记事本.在记事本中输入方程:r=15,theta=t3602/3,z=tpi30/tan(30)2/3,存盘并点击确定,在+30圆柱面上,将生成一条螺旋角30.的螺旋线.3.1.3创建一条直线点击图标草绘的曲线工具,选取草绘平面,进入草绘环境后,一切取缺省值,在中心上画直线,编辑长度100mm,完成.以上通过创建螺旋线和直线来确定螺旋扫描时原点轨迹和定向轨迹.3.1.4创建一个直径为30mm的工件外圆表面利用Pm/E对加工螺旋槽成形铣刀廓形的设计21点击拉伸工具,出现操控板,选用拉伸曲面图标,选取front平面为草绘放置平面,其余参照基准取缺省值,进入草绘环境.画直径为30mm的圆,完成草绘.进入操控板中输入拉伸值为100mm,完成工件外圆表面的拉伸(注意:应取Z轴的正方向为拉伸方向,以便和螺旋线伸长方向一致).厂如/图13.1.5创建工件的螺旋曲面从工具栏中点击可变剖面扫描图标,进入扫描操控板,选取曲面图标,打开参照(如图2),取工件中心的直线作为原点轨迹,并在链1对应的下方勾选确认.这样做的意义是,工件的截面形状在扫描时将始终垂直于轴心直线(即原点轨迹),其方向由轨迹来确定(即由原点轨迹和轨迹构成了由原点指向的向量关系,扫描的截面形状方向始终由此向量来确定).点击进入草绘环境,打开草绘菜单,点击数据来自文件,插入预先做好的截面图形(如图1槽型),该文件预先做好放置在子目录下,将插入的图形对齐到工件的中心.要注意修改插入的比例为1:1,注意插入方向,完成草绘结束扫描后,工件的螺旋曲面已在主视窗中显示出来(如图3).3.2螺旋槽用成形铣刀廓形的创建3.2.1寻找创建铣刀的放置位置为了正确创建铣刀截面的形状,应将铣刀放置在螺旋线的正上方并靠近中部的位置上,这样可以保证铣刀廓形两侧刃在铲齿时法向后角基本相等,并保证铣刀和螺旋槽的接触线全部在工件内.方法如下:创建平行于工件端截面的基准平面DTM1,点击基准平面工具图标,输入数值5O确定完成.点击基准点工具,求出平面DTM1和中心图2图3线以及螺旋线的交点PNT0和PNT1.点击基准轴线工具图标,创建一基准轴线,按CTRL键,点击PNT0和PNT1完成轴A3的创建(注:该轴线作为选定工件的DTM1面上的X轴线).点击基准平面工具图标,创建通过A3轴和工件轴线的基本平面DTM2,之后按前一步的方法创建基准平面DTM3,使其通过工件轴心并垂直于(法向)平面DTM2.到目前为止,基本确定了铣刀的加工位置.为方便做图,关闭一些不再选用的基准和图形Icb30mm外圆,方法是按CTRL键,连续选取所要关闭项,右键点击,选取快捷菜单上隐藏.3.2.2创建铣刀最大外圆所处的平面确定铣刀截面上的最大铣刀外圆的位置为了方便作图,首先确定两个视图方向.点击重定向视图图标,出现方向对话框,选取DTM3为前,DTM1为上,并命名此视图为FU(俯机械产品与科技2005年第3期视),保存后退出.创建最大外圆所处的平面由工件截面图形中可以看出,铣刀的最大外圆应位于偏离工件中心lmm的位置上,只有准确求出该面的位置,才能定出铣刀的轴心.点击基准图标,创建平行于平面DTM2且与之偏离lmm的平面DTM4.点击基准线图标,按CTRL键创建平面DTM4和平面DTM1的交线A4轴线(该轴线将作为铣刀的轴线).点击基准面工具图标,创建通过A4轴线与平面DTM4夹角30.的平面DTM5.隐藏平面DTM2和A3轴线.DTM5平面即铣刀最大外圆所在的平面(如图4).3.2.3确定铣刀轴心的位置图4先用填充的方法创建个平面,让这个平面和螺旋槽相交(用填充法做的平面为以后偏移(offset)多个铣刀截面打下基础,方便作图).作铣刀截面与螺旋面的交线点击填充工具图标,选平面DMT5作为草绘平面,画如图6所示任一矩形,按下CTRL键再选螺旋槽之后点击相交工具,即得到了铣刀截面与螺旋面的交线.选取刚做好的矩形平面作为草绘平面,设定铣刀的直径为80ram,画,1,8o的圆,使用约束条件相切命令,使,1,8o的圆与刚创建的交线相切,注意,1,8o圆的圆心一定要放在A4轴线上.测量铣刀轴心与工件轴线的距离,从对话框中可知为43.02,这就是用此铣刀加工工件时高度方向的安装尺寸.做出,1,8o的圆与前一交线的切点.按下基准点工具图标,用CTRL键选取,1,8o的圆和交线,得到交点PNT2,如图5所示(求出交点是为做出铣刀和螺旋槽的接触线).图53.2.4创建铣刀的多个截面点击偏移工具图标,在操控板中输入与铣刀截面偏移的距离.点击相交工具图标,求出此面与螺旋槽的交线(隐藏不同的平面和交线,方便作图).点击草绘基准曲线工具,在此偏移的平面上画同心圆,用约束命令使其与交线相切.点击基准点工具图标,求出圆与螺旋面的交点PNT3(I图6).图6根据精度要求的不同,用上述一方法建立多个铣刀端截面上的多个同心圆,同时可求出各截利用Pro/E对加工螺旋槽成形铣刀廓形的设计面与螺旋面的切点,连接这些切点即为接触线.仔细观察可以看出,绝大多数的铣刀截面和螺旋槽的接触点都不在铣刀轴线的正下方.3.2.5创建铣刀左,右端截面.从螺旋槽的断面模型中可以看出,铣刀左,右端截面应位于螺旋槽与工件4,30外圆的交点处.从工件端面截形中可知,螺旋槽的最外点与工件轴心的距离分别是9.14和8.46.因此采取以下方法求出:点击基准平面图标,输入数据9.14,即得到一平面D6(将平面DTM2平移9.14).点击基准轴线工具图标,求出平面DTM6和DTM1的交线.点击基准面工具图标,过此轴线做一平面DrM7平行于平面DrM5,D7即为铣刀一端截面处的平面.铣刀的一个端面所在的平面我们已经求出,铣刀的中心也已经求出,下面就要求出铣刀端截面上的接触圆半径,显然这个圆的点即是铣刀端截面上的点,又是螺旋槽上的点和工件外圆表面上的点,因此,只需求这三个曲面的交点即可.点击基准点工具图标,求出与平面DTM7,工件外圆30和螺旋槽三个面的交点PN17.点击草绘基准曲线工具图标,在平面D7上画同心圆,将同心圆的边与交点PNT7对齐,即求出加工螺旋槽此点的铣刀的轨迹.用同样的方法,输入8.46,即可求出铣刀另一个最外端截面和与螺旋槽的接触点.3.2.6画出铣刀与螺旋槽的接触线点击插入基准曲线图标,进入菜单管理器,全部选择缺省值,依次选取各接触点,得到了铣刀与螺旋面的接触衄线.从三维图中可以清楚地看出,接触线是一条空间曲线.3.2.7从前面所做的多个同心圆中就可以看出铣刀的大致形状,从步骤3.2.3中已经给出,点击基准面工具图标,输入数值43.o2,就得到了DTM10平面(将DTM3平面平移而得).求出此平面与铣刀各个截面的交点,PN19PNT16即为交点.以DrM1O平面为草绘平面,用旋转工具作铣刀的廓形,点击旋转工具图标,选取DTM10平面为为草绘平面,进入草绘环境,将曲线上的各点对齐到前面所求的交点上,将旋转中心对齐到A4轴上(如图7),即可画出准确的铣刀廓形(如图8).4结束语图7图8从以上设计螺旋槽成形铣刀的过程可以看出,只要知道工件的端面槽型(已知工件的法向截形亦可用上述方法),就可以准确地画出工件的三维图形来,在此基础上,根据适当的切削原理,就可以在Pro/E的平台上精确地设计出成形铣刀.参考文献1.四川省机械工业局编.复杂刀具设计手册.机械工业出版社,1979年2.林清安.Por/ENGINEER系列丛书.北京大学出版社,20o0年