参数化渐开线花键拉刀设计方法

参数化渐开线花键拉刀设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种参数化渐开线花键拉刀设计方法，属于刀具设计技术领域。
【背景技术】
[0002]由于渐开线齿轮具有传动的准确性与平稳性以及渐开线花键具有自动定心好与传动扭矩大等优点，因此，渐开线齿轮与渐开线花键已广泛地被应用在机械传动、连接零件及其成型加工刀具的设计与制造。
[0003]渐开线拉刀组成部分主要有:柄部1、颈部2、过渡锥3、前引导4、切削部分5、校正部分6、后引导7和支撑枢8，拉刀总体结构图参见说明书附图1。而每一组成部分的结构及其结构参数设计都需要进行复杂而又繁琐的刀具设计国家标准和企业标准以及相关的企业设计与工艺知识库查询、结构参数计算以及手工绘制AutoCAD图纸等工作。而传统的手工渐开线花键拉刀设计过程是，首先，依据给定的渐开线花键拉刀设计要求及数据，手工查找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的相关数据进行渐开线花键拉刀结构设计，其次，进行繁琐的、复杂而又易出错的手工的拉刀设计参数计算以及拉刀渐开线齿轮坐标计算，再次，在AutoCAD软件上进行手工渐开线拉刀图纸绘制，最后，完成渐开线花键拉刀图纸储存和打印。一般地一项渐开线花键拉刀的设计工作至少需要24小时，也就是3个工作日，因此，每次渐开线花键拉刀设计都需要进行过程繁琐的工作，尤其是大量的繁杂计算与相关专业手册查找，不仅使得传统的渐开线花键拉刀设计效率低，而且非常容易出错，尤其对设计经验少的设计员。

【发明内容】

[0004]本发明的目的是提供一种参数化渐开线花键拉刀设计方法，提高效率，减少设计误差。
[0005]本发明的技术方案:参数化渐开线花键拉刀设计方法，包括以下步骤:
O设计开始；
2)确定渐开线花键拉刀的设计要求及数据；
3)渐开线花键拉刀的结构设计:根据被加工零件的材料及其结构参数、渐开线花键拉刀的设计标准并依据渐开线花键拉刀设计与制造的知识库模块自动进行刀具结构的设计;
4)渐开线花键拉刀的参数计算:根据被加工零件的材料及其结构参数、渐开线花键拉刀的设计标准并依据渐开线花键拉刀设计与制造的知识库模块自动进行刀具材料及其结构参数的计算；
5)渐开线花键拉刀的齿形坐标计算:依据选择的齿厚方式以及渐开线齿轮与花键齿形的基本数据，并应用VB程序设计软件编制渐开线齿形参数计算软件，然后进行渐开线齿形参数的计算，并计算出渐开线齿轮与花键齿形的坐标；
6)根据步骤3)得到的结构数据、步骤4)得到的参数数据以及步骤5)得到的齿形坐标数据，通过VB程序直接驱动AutoCAD软件自动完成AutoCAD版本的刀具图纸设计，包括渐开线花键拉刀的图形绘制、渐开线齿形图的汇至、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、拉削前后花键孔的状态及其尺寸等；
7)将已经设计完的AutoCAD版本的刀具图纸存储到复合材料铣刀图纸数据库中，或者将其打印出来。
[0006]上述步骤2)中，所述渐开线花键拉刀设计要求及数据，具体如下:
(1)拉刀模数；
(2)花键的齿数；
(3)分度圆压力角；
(4)花键的内径；
(5)花键的外径；
(6)分度圆弧齿厚(或理论根圆弧齿厚)；
(7)槽底圆弧半径；
(8)拉削前孔径；
(9)拉削长度;
(10)零件材料；
(11)零件材料的硬度；
(12)拉床型号。
[0007]上述步骤3)中，根据被加工零件的材料及其结构参数、渐开线花键拉刀的设计标准并依据渐开线花键拉刀设计与制造的知识库模块自动进行如下刀具结构的设计:
(1)柄部结构设计；
(2)颈部结构设计；
(3)过渡锥结构设计；
(4)前引导结构设计；
(5)切削部分结构设计；
(6)校正部分设计；
(7)后引导结构设计；
(8)支撑枢结构设计。
[0008]上述步骤4)中，根据被加工零件的材料及其结构参数、渐开线花键拉刀的设计标准并依据渐开线花键拉刀设计与制造的知识库模块自动进行如下刀具材料及其结构参数的计算:
(O第一个花键切削齿的直径；
(2)最后花键切削齿和校正的直径；
(3)总直径齿升量；
(4)花键齿内径；
(5)周t ;
(6)分度圆弧齿厚；
(7)基圆直径；
(8)检验刀齿分度圆弧齿厚的滚棒直径； (9)用滚棒测量的尺寸；
(10)齿距和同时工作的齿数；
(11)容削槽结构及其尺寸；
(12)刀齿前后角；
(13)齿升量；
(14)验算容削系数；
(15)拉削力；
(16)拉刀柄部参数确定；
(17)第一容削槽处截面积；
(18)强度验算;
(19)切削齿数量；
(20)切削齿和校正齿部分长度；
(21)第一个切削齿到柄部端面的距离；
(22)前引导直径和长度；
(23)后引导直径和长度；
(24)拉刀总长度；
(25)拉刀材料和硬度。
[0009]上述步骤5)中，渐开线花键拉刀齿形坐标计算是应用专用的渐开线齿形参数计算软件，其中包括齿形检测的量棒尺寸及其检测值M0
[0010]所述渐开线花键拉刀设计与制造的知识库模块，是根据复合材料零件的材料性能、零件结构特征及其参数而建立的刀具材料及其结构参数与复合材料零件的材料性能、零件结构特征及其参数之间的关联关系及算法数学模型，最终实现刀具设计模型需求数据的自动筛选与计算。知识库模块中相关联的主要数据有:
I)切削机理参数:
(1)切削变形的影响因素:前角、后角、刃口半径r等；
(2)切削力产生的主要因素:材料塑性变形、摩擦等；
(3)切削热产生的主要因素:摩擦、塑性变形内能等；
(4)刀具磨损机理:
①刀具与被加工材料之间的摩擦等；
②材料磨损等；
③扩散磨损等；
④刀具材料与被加工材料之间的化学亲和性等。
[0011]2)刀具材料性能参数
(1)材料机械性能(如硬度、强度、韧性等)对刀具切削性能及其寿命的影响；
(2)化学性能:主要是与被加工材料的亲和性等；
(3)切削性能:锋利度、切削塑性变形难易程度、与被加工材料的摩擦系数、导热性等。
[0012]3)刀具结构及其精度参数
(O刀具的结构参数:材料结构特性、总长、刃长、齿数、容削槽结构等；
(2)切削角度:前角、后角等； (3)切削刃形状及刃口半径r等。
[0013]4)切削刃表面参数
(1)切削刃表面粗糙度等；
(2)涂层材料及其物理与化学性能。
[0014]5)零件材料性能参数
(O零件材料的机械性能:硬度、强度、韧性等；
(2)化学性能:主要是与刀具材料的亲和性等；
(3)切削加工性能:切削塑性变形难易程度、与比加工材料的摩擦系数、导热性等。
[0015]6)零件表面参数
(1)零件表面的粗糙度；
(2)零件表面材料的组织结构特点及其参数。
[0016]7)工艺装备性能参数
(1)定位精度；
(2)定位的稳定性；
(3)工艺装备的刚性。
[0017]8)冷却液及其冷却方式
(1)冷却液化学性能；
(2)冷却液物理性能；
(3)冷却方式；
(4)冷却程度:充分/不充分、全面/局部、高压冷却。
[0018]本发明的有益效果:本发明具有自动设计与自动计算的功能，即只要输入渐开线拉刀的模数、齿数、压力角、齿顶圆和齿根圆直径、分度圆和理论圆最大齿厚等已知数据、则该设计方案的软件将应用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标注等。该项发明极大的提高了渐开线花键拉刀的设计效率，同时，也为渐开线拉刀的数字化刀具制造做出了突出的贡献。
【附图说明】
[0019]图1是渐开线花键拉刀的总体结构图。
[0020]图2是本发明参数化渐开线花键拉刀设计方法的流程图。
[0021]图3是本发明参数化渐开线花键拉刀设计方法的软件界面。
[0022]图4是本发明实施例的软件界面。
[0023]图5是本发明实施例拉刀的主视图。
[0024]图6是本发明实施例的切削齿齿形的轴向局部剖视图。
[0025]图7是本发明实施例的校正齿齿形的轴向局部剖视图。
[0026]图8是本发明实施例的拉刀型面坐标数据表。
[0027]图9是本发明实施例的拉刀型面坐标点在坐标系中的位置示意图。
[0028]图10是本发明实施例的拉刀型面检测的测量棒及其测量值M以及相互位置关系图。
[0029]图11是本发明实施例的拉削前花键孔的状态图。
[0030]图12是本发明实施例的拉削后花键孔的状态图。
[0031]图13是本发明切削刃的齿升量数据表。
[0032]图14是本发明实施例的技术要求。
[0033]图15是本发明实施例的刀具的图纸框(按企标)。
[0034]图16是本发明实施例的刀具的完整图纸。
【具体实施方式】
[0035]该实施例的初始设计条件是，被加工零件的材料为30CrMnSiA、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Φ13.5H9、长度为10mm，所应用的拉床型号为L1500-10。
[0036]应用本发明参数化渐开线花键拉刀设计方法所设计的结果如图4至图12所示。此次设计工作只花费了不到10分钟的时间，与传统的手工设计效率相提高了至少100倍。
【主权项】
1.参数化渐开线花键拉刀设计方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)设计开始； 2)确定渐开线花键拉刀的设计要求及数据； 3)渐开线花键拉刀的结构设计:根据被加工零件的材料及其结构参数、渐开线花键拉刀的设计标准并依据渐开线花键拉刀设计与制造的知识库模块自动进行刀具结构的设计; 4)渐开线花键拉刀的参数计算:根据被加工零件的材料及其结构参数、渐开线花键拉刀的设计标准并依据渐开线花键拉刀设计与制造的知识库模块自动进行刀具材料及其结构参数的计算； 5)渐开线花键拉刀的齿形坐标计算:依据选择的齿厚方式以及渐开线齿轮与花键齿形的基本数据，并应用VB程序设计软件编制渐开线齿形参数计算软件，然后进行渐开线齿形参数的计算，并计算出渐开线齿轮与花键齿形的坐标； 6)根据步骤3)得到的结构数据、步骤4)得到的参数数据以及步骤5)得到的齿形坐标数据，通过VB程序直接驱动AutoCAD软件自动完成AutoCAD版本的刀具图纸设计。2.如权利要求1所述的参数化渐开线花键拉刀设计方法，其特征在于:所述渐开线花键拉刀设计与制造的知识库模块，是根据复合材料零件的材料性能、零件结构特征及其参数而建立的刀具材料及其结构参数与复合材料零件的材料性能、零件结构特征及其参数之间的关联关系及算法数学模型，最终实现刀具设计模型需求数据的自动筛选与计算。
【专利摘要】本发明提供一种参数化渐开线花键拉刀设计方法，包括以下步骤：设计开始；确定渐开线花键拉刀的设计要求及数据；渐开线花键拉刀的结构设计；渐开线花键拉刀的参数计算；渐开线花键拉刀的齿形坐标计算；根据得到的结构数据、参数数据以及齿形坐标数据，通过VB程序直接驱动AutoCAD软件自动完成AutoCAD版本的刀具图纸设计，包括渐开线花键拉刀的图形绘制、渐开线齿形图的汇至、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、拉削前后花键孔的状态及其尺寸等。本发明具有提高效率、减少设计误差的特点。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN104881555
【申请号】CN201510333768
【发明人】杜宝瑞, 唐臣升, 康秋, 李研, 潘国华
【申请人】沈阳飞机工业（集团）有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月17日