孫浩 聶峻峰 趙興福 王增強(qiáng) 張吉泉

摘 要：文章主要基于德國KLINGELNBERG公司KIMOS 軟件的螺旋錐齒輪閉環(huán)加工系統(tǒng)，簡述了KIMOS軟件對(duì)螺旋錐齒輪從設(shè)計(jì)、制造到測量全過程的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：KIMOS軟件；螺旋錐齒輪；閉環(huán)；加工系統(tǒng)；應(yīng)用

1 KIMOS軟件介紹

KIMOS是德國KLINGELNBERG公司設(shè)計(jì)的螺旋錐齒輪計(jì)算應(yīng)用軟件，是一個(gè)模塊化結(jié)構(gòu)的用于所有齒制的螺旋錐齒輪計(jì)算機(jī)集成設(shè)計(jì)和制造程序系統(tǒng)。是一個(gè)快捷、使用簡便、功能齊全的螺旋錐齒輪計(jì)算軟件。

文章以某種螺旋錐齒輪副為例，基于KIMOS軟件，通過齒輪數(shù)字化建模，模擬嚙合，加載分析、印痕分析、數(shù)字化測量等先進(jìn)手段調(diào)整加工參數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)協(xié)同統(tǒng)一，最終得到合格的齒面精度和接觸印痕。解決齒輪配對(duì)難和熱處理前后齒面形貌協(xié)調(diào)性問題。這對(duì)提高螺旋錐齒輪的互換性意義重大，同時(shí)可以大幅度提高加工質(zhì)量和加工效率。

2 數(shù)字化建模計(jì)算過程

首先根據(jù)設(shè)計(jì)或使用要求進(jìn)行尺寸卡計(jì)算，再對(duì)螺旋錐齒輪齒面進(jìn)行嚙合印痕的模擬分析[1]。為了提高錐齒輪的承載能力，減少振動(dòng)和噪聲，對(duì)齒高和齒向修形[2-3]。通過不斷調(diào)整dβ、dα、LB、HB和dγ值，模擬出輕載嚙合印痕（見圖1）。

圖1 輕載嚙合印痕模擬圖

通過對(duì)零件功率、加載承載能力分析，模擬出螺旋錐齒輪在工作時(shí)的狀態(tài)及動(dòng)態(tài)嚙合印痕。通過觀察動(dòng)態(tài)嚙合印痕的形狀、位置、大小等參數(shù)，適當(dāng)調(diào)整輕載嚙合印痕狀態(tài)，直至動(dòng)態(tài)嚙合印痕符合要求。在額定功率下，觀察動(dòng)態(tài)嚙合狀態(tài)下的齒面應(yīng)力和溫度場的分布，以不同顏色的圖形顯示出來。然后通過生成的機(jī)床加工數(shù)據(jù)、二維圖紙基本參數(shù)和嚙合印痕尺寸的要求，模擬出三維螺旋錐齒輪嚙合模型（見圖2）。

3 刀具參數(shù)的生成

通過以上模擬仿真，生成對(duì)應(yīng)機(jī)床的調(diào)整卡，同時(shí)生成刀具參數(shù)，包括銑齒刀和砂輪的參數(shù)，并且能模擬出加工中刀具與工件是否干涉等相關(guān)信息。

4 閉環(huán)系統(tǒng)建立流程

傳統(tǒng)的螺旋錐齒輪加工方法通過技術(shù)員和操作者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整印痕，效率低而且很難達(dá)到圖紙要求，文章采用了目前國際上較先進(jìn)的數(shù)字化加工及檢測方法。首先對(duì)螺旋錐齒輪進(jìn)行數(shù)字化建模，通過模擬分析，調(diào)整邊界條件等方法得到符合要求的印痕位置及形狀，同時(shí)得到磨削此印痕的加工參數(shù)并用于加工，加工完后與標(biāo)準(zhǔn)齒輪進(jìn)行對(duì)比得到齒面誤差。對(duì)滾試驗(yàn)后與圖紙要求的印痕和模擬仿真得到的印痕進(jìn)行比較，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整磨削參數(shù)繼續(xù)磨削，如此反復(fù)進(jìn)行此過程從而使實(shí)際的齒面和印痕越來越接近圖紙的要求并最終滿足設(shè)計(jì)要求，從而得到了此零件的加工參數(shù)，實(shí)現(xiàn)加工與檢測的協(xié)同統(tǒng)一，固化加工參數(shù)，下次再加工時(shí)可直接使用此參數(shù)。同時(shí)使用數(shù)字化檢測技術(shù)提高檢測精度和效率，通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪的檢測可以減少著色試驗(yàn)進(jìn)行的頻率，在生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定階段可以通過與標(biāo)準(zhǔn)齒輪對(duì)比，對(duì)齒輪印痕的著色試驗(yàn)進(jìn)行抽檢從而極大的提高效率。

5 結(jié)束語

錐齒輪的閉環(huán)加工系統(tǒng)還可以通過測量機(jī)對(duì)實(shí)際齒輪齒面進(jìn)行測量，將測量結(jié)果輸入KIMOS軟件，可以對(duì)實(shí)際齒輪齒面的嚙合路徑、振動(dòng)分析、齒面接觸應(yīng)力等信息進(jìn)行有效的分析，這樣可以使制造與設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合起來，使錐齒輪生產(chǎn)、檢測與反調(diào)加工的整個(gè)流程可控，形成一個(gè)完整的閉環(huán)加工系統(tǒng)。KIMOS軟件閉環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用，技術(shù)上達(dá)到國際先進(jìn)水平，實(shí)用性強(qiáng)，可以應(yīng)用到各種螺旋錐齒輪加工中。創(chuàng)新性強(qiáng)，打破了原有的螺旋錐齒輪成套配對(duì)交付的傳統(tǒng)思想。生產(chǎn)效率大幅度提升，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

參考文獻(xiàn)

[1]許洪基.齒輪手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001，1.

[2]齒輪制造手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997，12.

[3]吳序堂.齒輪嚙合理論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982，1.

作者簡介：孫浩（1985-），男，工程師，研究方向：螺旋錐齒輪數(shù)字化制造。