齿轮的CAXA线切割仿真与加工

２０１３年１０月第４１卷第２０期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＯｃｔ２０１３Ｖｏｌ４１Ｎｏ２０ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊｉｓｓｎ１００１－３８８１２０１３２００２２收稿日期：２０１２－０８－１７作者简介：张宁菊（１９６８—），女，工学硕士，副教授，研究方向为现代制造技术等。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｎｉｎｇｊｕ＠１２６ｃｏｍ。齿轮的ＣＡＸＡ线切割仿真与加工张宁菊（无锡科技职业学院，江苏无锡２１４０２８）摘要：采用ＣＡＸＡ线切割数控编程的软件系统，完成了齿轮造型、工艺及参数确定、加工轨迹生成及仿真、加工代码的生成及传输等，分析齿轮线切割加工的技巧。关键词：齿轮；线切割；ＣＡＸＡ软件；加工技巧中图分类号：ＴＧ５８０６６　　文献标识码：Ｂ　　文章编号：１００１－３８８１（２０１３）２０－０６８－３ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｆｏｒＧｅａｒｉｎＣＡＸＡＷｉｒｅＣｕｔｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍＺＨＡＮＧＮｉｎｇｊｕ（ＷｕｘｉＣｏｌｌｅｇｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＷｕｘｉＪｉａｎｇｓｕ２１４０２８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＵｓｉｎｇＣＡＸＡｗｉｒｅｃｕｔｔｉｎｇＣＮＣｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｇｅａｒｗａｓｓｈａｐｅｄ，ａｎｄｉｔｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐａｔｈｗａｓｇｅｎｅｒａｔｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄ，ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃｏｄｅｗａｓｐｒｏｄｕｃｅｄａｎｄｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｄ．Ｔｈｅｇｅａｒｃｕｔｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｇｅａｒ；Ｗｉｒｅｃｕｔｔｉｎｇ；ＣＡＸＡｓｏｆｔｗａｒｅ；Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　　随着制造业的发展，电火花线切割加工ＷＣＥＤＭ（ＷｉｒｅＣｕｔＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＤｉｓｃｈａｒｇｅＭａｃｈｉｎｉｎｇ）在制造业中的应用越来越广泛。目前国内外的线切割机床已占电加工机床的６０％以上，它是利用上下高速移动的金属导线（铜丝或钼丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电、切割成形。电火花线切割加工适用于各种冲模、粉末冶金模，各种样板、磁钢及硅钢片的冲片，可加工钼、钨、半导体或贵重金属的材料，特别适合于新产品的研制，可大大节约工装费用，缩短新产品的研制周期。对于齿轮、花键等可用公式曲线表示的零件，如用语言编写程序来计算零件轨迹，这种方法繁琐，对于形状不同的相似零件加工时要编写不同的程序。如使用ＣＡＸＡ线切割软件，它可以完成造型设计、加工代码生成、连机通讯等功能，集图纸设计和代码编程于一体，可解决常用公式曲线表示的零件加工问题，可以输出３Ｂ／４Ｂ／ＩＳＯ等各种格式的加工代码，满足国内外任意数控线切割机床对代码的要求。现以表１所示的内齿轮参数为例来说明加工过程，它具有一定的实用意义。表１　内齿轮参数压力角／（°）２０齿顶高系数０８齿数Ｚ２０齿顶隙系数ｃ０３模数ｍ／ｍｍ１５齿顶圆角半径／ｍｍ０１变位系数Ｘ０齿根圆角半径／ｍｍ０５７１　齿轮造型单击ＣＡＸＡ线切割软件主菜单【绘制】→【高级曲线】→【齿轮】，系统弹出【渐开线齿轮齿形参数】对话框（图１）；填好参数点击“下一步”，弹出图２所示对话框，填好参数单击完成，输入齿轮定位点，例：（３５，０），按回车键，完成齿轮造型；单击主菜单【文件】→【另存文件】，输入文件名ＣＬＥＸＢ，单击【保存】按钮。图１　齿形参数对话框图２　齿形预显对话框２　工艺及参数确定数控电火花线切割加工在高速走丝机床中可采用一次切割成型，在低速走丝机床上则采用粗、半精、精、超精４次切割成型，其加工电参量可参考表２，偏移量／补偿值可参考表３。一般加工时，高速走丝机床采用专用乳化液作为工作液，低速走丝机床采用离子水作为工作液。表２　电参量的确定电参量高速走丝机床（一次切割成型）低速走丝机床第一次切割第二次切割第三次切割第四次切割脉冲宽度／μｓ８４０３０２０６脉冲间隔／μｓ３０２６０２００１００３２脉冲放电电流／Ａ８５４２１脉冲电压／Ｖ８０１００８０７５７０表３　偏移量／补偿值的确定变量高速走丝机床（一次切割成型）低速走丝机床第一次切割第二次切割第三次切割第四次切割电极丝半径００６００７５００７５００７５００７５单边放电间隙００２００２５００１６００１４００１３加工预留量０００１７００３００１０补偿值００８０１１７０１２１００９９００８８　　　　　　　注：补偿量＝电极丝半径＋单边放电间隙＋加工预留量３　生成加工轨迹及仿真在ＣＡＸＡ线切割软件中，打开齿轮图形文件ＣＬＥＸＢ，单击【线切割】→【轨迹生成】，系统弹出【线切割轨迹生成参数表】对话框；填写【切割参数】选项卡、【偏移量／补偿值】选项卡，填完单击【确定】按钮，如图３所示。前面ＣＡＸＡ线切割软件绘制的齿轮为图块，要先进行块打散，否则在选择轨迹时不能被拾取。可单击ＣＡＸＡ软件主菜单【绘制】→【块操作】→【块打散】，此时系统提示拾取元素，选中齿轮，图形变成虚线，回车完成块打散。ＣＡＸＡ软件轨迹生成时可拾取轮廓、选择顺时针方向箭头作为切割方向，选择轮廓内侧箭头作为补偿方向，输入一个合适的穿丝点位置，回车。右击鼠标，使穿丝点与退出点重合。完成轨迹生成。单击ＣＡＸＡ线切割软件主菜单【线切割】→【轨迹仿真】，选择；单击齿轮轨迹，系统生成静态切割过程仿真图（如图４）；单击保存按钮保存名为ＣＬＨＥＸＢ。　图３　线切割轨迹参数对话框　　　　　　　　　　　　　　图４　静态切割过程仿真图·９６·第２０期张宁菊：齿轮的ＣＡＸＡ线切割仿真与加工　　　４　生成加工程序在ＣＡＸＡ线切割软件中打开高速走丝机床的轨迹文件ＣＬＨＥＸＢ；在无命令状态下，输入ＷＰＯＳＴ，回车，系统执行生成３Ｂ代码命令；在【生成３Ｂ加工代码】对话框中输入文件名ＣＬＨ３Ｂ，然后单击【保存】按钮；拾取齿轮轨迹，右击鼠标键，结束拾取，系统自动生成３Ｂ代码。　　　　ＳｔａｒｔＰｏｉｎｔ＝　　３５０００００，　　　００００００　；　　Ｘ，　　ＹＮ　　１：Ｂ１６５６６Ｂ　　３８６Ｂ　　１６５６６ＧＸ　　　Ｌ２；１８４３４，０３８６Ｎ　　２：Ｂ　　２７１Ｂ　　１５６Ｂ　　２７１ＧＸ　　Ｌ１；１８７０５，０５４２Ｎ　　３：Ｂ３２０Ｂ　　１６３Ｂ　　３２０ＧＸ　　Ｌ１；１９０２５，０７０５Ｎ　　４：Ｂ３２８Ｂ　　１４６Ｂ　　３２８ＧＸ　　Ｌ１；１９３５３，０８５１Ｎ　　５：Ｂ３４１Ｂ　　１３１Ｂ　　３４１ＧＸ　　Ｌ１；１９６９４，０９８２Ｎ　　６：Ｂ　　１２８０Ｂ　３１０２Ｂ　　１２６８ＧＸ　ＳＲ２；２０９６２，１２３６……Ｎ　３０１：Ｂ　１６５６５Ｂ　３８９Ｂ　　７７５ＧＹ　ＳＲ３；１８４３５，０３８６Ｎ　３０２：Ｂ　１６５６５Ｂ　３８６Ｂ　１６５６５ＧＸ　　Ｌ４；３５０００，００００Ｎ　３０３：ＤＤ５　校核代码及传输程序校核Ｂ代码：单击ＣＡＸＡ线切割软件主菜单【线切割】→【校核Ｂ代码】；在【反读３Ｂ／４Ｂ／Ｒ３Ｂ加工代码】对话框中选择３Ｂ代码文件ＣＬＨ３Ｂ，单击【打开】按钮，系统生成３Ｂ代码的反读轨迹图形，如图５所示。图５　３Ｂ代码的反读轨迹图形运用应答方式传输３Ｂ代码。单击ＣＡＸＡ线切割软件主菜单【线切割】→【代码传输】→【应答传输】，选择要传输的文件ＣＬＨ３Ｂ；单击【打开】按钮，系统提示“按Ｅｎｔｅｒ键或点鼠标键开始传输（Ｅｓｃ退出）”；操作机床处于读入状态，此时若机床发出的信号状态正常，则开始正式传输文件代码；待传输结束后，操作机床使控制器复位，并检查程序是否完全被传输。６　加工实施（１）下料。刨削六面，上下面留余量０３０ｍｍ。（２）穿丝孔的加工。以工件的两个侧面为基准面，对穿丝孔进行划线，在台钻上用２５ｍｍ的钻头钻出一个穿丝孔。（３）热处理。选择尺寸为１１０ｍｍ×５０ｍｍ×２０ｍｍ、材料为Ｃｒ１２工件进行淬火处理。（４）磨削。磨削下表面达到设计要求。（５）工件装夹定位；将工件放在工作台上，校正两个基准面，使之分别与Ｘ、Ｙ轴垂直，在校正时应保证两侧有足够的夹持余量。校正完成后，将工件夹紧、固定。（６）穿丝及调整电极丝。调整主要是以工作台为基准校正电极丝垂直度，一般采用专用校正工具法和火花校正法。（７）切割。打开脉冲电源，选择合理的电参数，开启控制器，确定运丝机构和冷却系统工作正常，操作控制器。（８）检验。用检测量具测量尺寸精度，工件的垂直度可用平板和刀口尺测量，表面粗糙度可用线切割加工表面粗糙度等级比较样板目测或手感来进行检验。７　技巧分析（１）ＣＡＸＡ线切割软件造型的齿轮为图块，要先进行块打散，否则在轨迹仿真时不能被拾取。（２）内齿轮工件线切割加工前应进行淬火处理并磨削，磨削后六面修光无毛刺；并在线切割加工前预加工出穿丝孔。（３）齿轮工件的厚度是齿轮的齿宽，加工渐开线齿形齿轮，应选择电极丝损耗小的电参数，工作液浓度稍低些，工作台进给速度应慢些。参考文献：【１】电切削工［Ｍ］．北京：中国劳动社会保障出版社，２０１０．【２】李立．数控线切割加工禁忌与技巧［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１０．·０７·机床与液压第４１卷