机械毕业设计（论文）-面向齿轮的计算机辅助设计、制造及检测【全套图纸】.doc

西北工业大学明德学院毕业设计论文本科毕业设计论文 题 目 面向齿轮的计算机辅助设计、制造及检测专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 指导教师 毕业时间 2014年6月 设计论文毕业 任务书一、题目面向齿轮的计算机辅助设计、制造及检测二、研究主要内容本题选自正在建设的实验项目CAD/CAM一体化实验。该项目的研究内容是以齿轮为实验对象，进行计算机辅助设计，在此基础上，利用数控线切割机进行计算机辅助加工，形成计算机辅助设计和数控加工的一体化实验，最后，对加工出来的齿轮进行公差组项目检测。通过毕业设计，培养在工程设计、编程、调试的能力，提高查阅资料、外文翻译的能力，以及和综合应用基础理论和专业知识的能力，进一步增强分析问题和解决问题的能力。三、主要技术指标 编制一渐开线标准直齿圆柱齿轮设计程序； 设计加工的齿轮精度等级为7级； 确定并检测齿轮三个公差组的检查组；四、进度和要求进行毕业设计开题2周 2周 (第 12 周)外文科技资料翻译1周 1周 (第 3 周)了解齿轮啮合原理，掌握直齿圆柱齿轮的廓线形成方法 1周 (第 4 周)掌握MATLAB编程语言 2周 (第 56 周)齿轮的计算机编程与设计 2周 (第 78 周)掌握线切割机床数据数据转换格式 1周 (第 9 周)将计算数据导入线切割机 1周 (第 10 周)利用电火花数控线切割机加工所设计的齿轮 1周 (第 11 周)I针对所加工的齿轮进行齿轮公差组检测 1周 (第 12 周)绘制工作图 1周 (第 13 周)撰写论文 1周 (第 14 周)修改论文 1周 (第 15 周)制作答辩电子稿，准备答辩 1周 (第 16 周)毕业答辩 1周 (第 17 周)五、主要参考书及参考资料1 孙桓，陈作模，葛文杰机械原理北京：高等教育出版社，2006,52 王玉荣，张应昌，公差与测量技术西安：陕西科学技术出版社，1990,83 DK7720电火花数控线切割机使用说明书4 张志勇主编matlab教程北京：北京航空航天大学出版社出版，20135 编委会编.齿轮便查手册.北京：机械工业出版社，2013,3学生 指导教师 系主任 摘 要齿轮机构是现代机械中最重要的传动机构，应用十分广泛。它是依靠轮齿齿廓直接接触来传递运动和动力的，具有传动比恒定，传动效率高，使用寿命长，适用范围广，承载能力高等特点，但也存在对制造和安装精度要求较高以及成本较高等缺点。本论文的研究内容为：1）根据齿轮啮合原理，掌握直齿圆柱齿轮的廓线形成方法，再利用MATLAB对齿轮进行计算机编程和设计，得到模数、压力角等为标准值的渐开线直齿圆柱齿轮的廓线数据；2）熟悉电火花数控线切割机的结构组成及工作原理，掌握悉电火花数控线切割机的基本操作，再利用电火花数控线切割机加工所设计的齿轮；3）掌握检测的基本知识，了解常用计量器具的种类及其应用，了解典型表面的检测方法及其计量器具，学会正确选择计量器具。对加工出来的齿轮进行公差组的检测。本文以齿轮为对象，完成了计算机辅助设计、计算机辅助加工以及齿轮精度检测的一体化过程，融合了本学科的知识，提升了实践能力。关键词：廓线，线切割，公差组全套图纸，加153893706ABSTRACT The gear mechanism is the most important mechanism transmission of modern mechanical,wide range of applications.It relies on direct contact with the tooth profile to transmit motion and power,with constant transmission ratio,high transmission efficiency,long service life,for a wide range,and high load carrying capacity etc,but there is manufacture and installation of high precision and high cost disadvantages.In this paper, the study says: 1)According to the principle of the gear meshing,grasp the spur gear profiles forming method,and use MATLAB to be computer programming and design gear, get modulus, pressure angle etc. mean standard value involute spur gear of profile data;2)Familiar with the structure of EDM CNC cutting machine and working principle,learned to master the basic operation of CNC EDM cutting machine, and use of EDM CNC cutting machine machining design of gear;3)Detection of basic knowledge to understand the kind commonly used measuring instruments and their applications, understand the typical surface detection methods and measuring instruments, measuring instruments to learn the correct choice. For processing out of gear for testing tolerance group. In this paper, the gear for the object to complete the computer-aided design、 computer-aided processing as well as the accuracy of detection gear for the integration process, combines the knowledge of the discipline, enhance the ability in practice.Keywords: profiling, line cutting, tolerance group目 录第一章 绪论1第二章 齿轮的计算机辅助设计22.1 齿轮机构及设计22.1.1 齿轮啮合基本定理22.1.2 齿轮渐开线的形成及特性32.1.3 渐开线标准齿轮的基本参数42.2 MATLAB的简介62.3 齿轮的MATLAB编程82.4 本章小结12第三章 电火花数控切割机简介133.1 电火花数控切割机的工作原理133.2 电火花数控切割机的分类143.3 DK7720电火花数控切割机的介绍153.3.1 DK7720电火花数控切割机的主要技术数据153.3.2 DK7720的性能特点163.3.3 DK7720的功能部件163.3.4 DK7720的功能173.4 本章小结17第四章 齿轮的数控加工184.1 齿轮的加工184.1.1 齿轮数据点的转换184.1.2 齿轮的线切割加工204.2 本章小结23第五章 齿轮的检测245.1 齿轮传动的使用要求245.2 齿轮基本参数的检测255.3 各项误差的检验及其作用255.3.1 单个齿距偏差的检测265.3.2 齿距积累总偏差的确定285.3.3 齿廓总公差的确定295.3.4 齿轮公差组295.4 齿轮的检测结果325.5 本章小结33第六章 全文总结34参考文献35致谢36毕业设计小结37附录38VI第一章 绪论信息产业的飞速发展正对全球经济的增长起着巨大的推动作用，特别是对制造业的发展产生了极大的影响，同时也使传统产业面临新的挑战。制造业的信息化，即利用信息技术改造传统产业，对国民经济的发展具有深远的战略意义。作为制造业信息化的重要内容，CAD技术的应用与开发己成为现代企业缩短产品开发周期、提高设计质量、降低产品成本，乃至提高企业技术创新能力的有效途径。目前CAD技术在各行各业已得到了广泛的应用，并带来了显著的社会效益与经济效益。CAD技术在土业生产中的整体水平已成为国家科学技术发展的重要标志之一。随着社会生产的发展和市场竞争的加剧，人们对产品的花色品种和性能的要求越来越多，中、小批量的产品生产占70%80%。为了满足不同功能和性能的要求，快速而又经济地开发出更多的变型产品，模块化和系列化的设计方法在生产中的应用日趋广泛。在当前计算机技术的普及的大环境下，CAD技术也在世界范围内得到广泛的应用，先进的工具提高了人们的工作效率和工作质量。目前，较为先进的机械CAD软件有:AutoCAD、Pro/Engineer、UG、SolidworkS等。随着面向对象技术及特征建模技术的发展，CAD/CAE/CAM技术已紧密相连，CAD已从单纯模仿二维工程图样飞跃到三维实体造型，同时，当今虚拟现实技术的发展，使CAD技术在工程设计中呈现越来越重要的地位。本课题的研究意义在于改变传统齿轮的设计方式，提高企业的经济效益及其在市场上的竞争力。齿轮以其效率高，工作耐久，维护方便，而得到广泛应用。但传统的齿轮设计是面向某一具体产品，生产上及技术上的继承性很差，且新产品设计周期长，工艺装备及生产准备工作量大，生产线也需作较大的调整。随着科学技术和国民经济的发展，对齿轮的需求量越来越大，且对质量提出了更高的要求，若仍采用传统的单一产品设计方法是远不能满足市场多样化的需求，不能适应激烈的市场竞争，也很难提高产品的综合技术经济效益及保证产品质量。第二章 齿轮的计算机辅助设计2.1 齿轮机构及设计2.1.1 齿轮啮合基本定理图2-1所示一对相互啮合传动的齿轮。两轮齿轮的齿廓在某一点C接触，设两齿廓K线速度分别为。要使这一对齿廓能够通过接触而传动，他们沿接触点的公法线方向的分速度应相等，否则两齿廓将不是彼此分离就是相互嵌入，而不能达到正常传动的目的。两齿廓接触点的相对速度只能沿两齿廓接触点处的公切线方向。 由瞬心概念可知，两啮合齿廓在接触点的公法线与两齿轮连心线的交点P既为两齿轮的相对瞬心， 图2-1 齿轮啮合图故两轮此时的传动比为 （2-1）该式表明，相互啮合传动的一对齿轮，在任一位置的传动比，都与起连心线被其啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两线段成反比。这一规律称为齿廓啮合基本定律。凡是按预定传动比规律相互啮合传动的一对齿廓称为共轭齿廓。一般来说，对于预定的传动比，只要给出一轮的齿廓曲线，就可根据齿廓啮合基本定律求出其啮合传动的另一轮上的共轭曲线。因此，能满足一定传动比规律的共轭齿廓曲线是很多的。但是在生产实践中，选择齿廓曲线时，不仅要满足传动比的要求，还要必须从设计、制造、安装和使用等多方面予以综合考虑。对于定传动比传动的齿轮来说，目前最常用的齿廓曲线是渐开线，其次是摆线和变态摆线，近年来还有圆弧齿廓和抛物线齿廓等。由于渐开线齿廓具有良好的传动性能，而且便于制造、安装、测量和互换使用，因此它的应用最为广泛。2.1.2 齿轮渐开线的形成及特性如图2-2所示，当一直线BK沿圆周做纯滚动时，直线上任意点K的轨迹AK就是该圆的渐开线。该圆称为渐开线的基圆，它的半径用表示；直线BK称为渐开线的发生线；角称为渐开线上K点的展角。根据渐开线的形成过程，可知渐开线具有下列特征：图2-2 齿轮渐开线图 1）发生线上线段长度等于基圆上被滚过的弧AB，即=AB。 2）发生线BK即为渐开线在K点的法线，又引发生线恒切于基圆，故知渐开线上任意点的法线恒与其基圆相切。3）发生线与基圆的切点B也是渐开线在K点处的曲率中心，线段就是渐开线在K点处的曲率半径。故渐开线愈接近基圆部分的曲率半径愈小，在基圆上其曲率半径为零。4）渐开线的形状取决于基圆的大小。在展角相同处，基圆半径愈大，其渐开线的曲率半径也愈大。当基圆半径为为无穷大时，其渐开线就变成一条直线，故齿条的齿廓曲线为直线。5）基圆以内无渐开线。渐开线的上述诸特征是研究渐开线齿轮啮合传动的基础。在图2-2中，设为渐开线在任意点K的向径。当次渐开线与其共轭齿廓在K点啮合时，此齿廓在该点所受的正压力的方向（即法线方向）与该点的速度方向（沿方向）之间所夹的锐角，称为渐开线在该点的压力角。由可见 （2-2）又因 （2-3）故 （2-4）由上式可知，展角是压力角的函数，称其为渐开线函数。用来表示，即 （2-5） 由式（2-1）及（2-5）可得渐开线的极坐标方程式为 （2-6）2.1.3 渐开线标准齿轮的基本参数1.齿轮各部分的名称和符号图2-3所示为一标准直齿轮的一部分。过轮齿顶端所作的圆称为齿顶圆，其半径用ra表示；过轮齿槽底所作的圆称为齿根圆，其半径用rf表示；沿任意圆周所量得的轮齿的弧线厚度成为该圆周上的齿厚，以si表示；相邻俩轮齿之间的齿槽沿任意圆周所量得的弧线宽度，称为该圆周上的齿槽宽，以ei表示；沿任意圆周所量得的相邻两齿上同侧齿廓之间的弧长称为该圆周上的齿距，以pi表示。在同一圆周上，齿距等于齿厚与齿槽宽之和，即 （2-7）为了便于计算齿轮各部分尺寸，在齿轮上选择一个圆作为尺寸计算标准，称该圆为齿轮的分度圆，称其半径、齿厚、齿槽宽和齿距分别以r、s、e和P表示。轮齿介于分度圆与齿顶圆之间的部分称为齿顶，其径向高度成为齿顶高，以表示；介于分度圆与齿根圆之间的部分成为齿根，其径向高度称为齿根高，以表示；齿顶高和齿高之和称为齿全高，以h表示。显然 （2-8）图2-3 标准圆柱齿轮的一部分2. 渐开线齿轮的基本参数（1） 齿数齿轮在整个圆周上齿轮的总数，用z表示。（2） 模数模数是齿轮的一个重要参数，用m表示，模数的定义为齿距p与的比值，即m = p/ （2-9）故齿轮的分度圆直径d可表示为d = mz （2-10）（3） 分度圆压力角（简称压力角）由式（2-2）可知，同一渐开线齿廓上个压力角不同。通常所说的齿轮压力角是指其分度圆上的压力角，以表示。根据式（2-2）有= arccos（rb/r） （2-11） （2-12）压力角是决定齿廓形状的主要参数；国家标准（GB/T 1356-1988）中规定，分度圆上的压力角为标准，=20。在一些特殊场合，也允许采用其他的值。2.2 MATLAB的简介MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C+，JAVA的支持。1、主要功能数值分析、数值和符号计算、工程与科学绘图、控制系统设计与仿真、数字图像处理、数字信号处理、通讯系统设计与仿真、财务与金融工程2、优势特点1) 高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；2) 具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化；3) 友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；4) 功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等)，为用户提供了大量方便实用的处理工具。3、编程环境MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。4、应用方面MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB函数集）扩展了MATLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。5、系统结构编辑MATLAB系统由MATLAB开发环境、MATLAB数学函数库、MATLAB语言、MATLAB图形处理系统和MATLAB应用程序接口（API）五大部分构成。1）开发环境MATLAB开发环境是一套方便用户使用的MATLAB函数和文件工具集，其中许多工具是图形化用户接口。它是一个集成的 用户工作空间，允许用户输入输出数据，并提供了M文件的集成编译和调试环境，包括MATLAB桌面、命令窗口、M文件编辑调试器、MATLAB工作空间和在线帮助文档。2）数学函数库MATLAB数学函数库包括了大量的计算算法。从基本算法如加法、正弦，到复杂算法如矩阵求逆、快速傅里叶变换等。3）语言MATLAB语言是一种高级的基于矩阵/数组的语言，它有程序流控制、函数、数据结构、输入/输出和面向对象编程等特色。用这种语言能够方便快捷建立起简单运行快的程序，也能建立复杂的程序。4）图形处理系统图形处理系统使得MATLAB能方便的图形化显示向量和矩阵，而且能对图形添加标注和打印。它包括强大的二维三维图形函数、图像处理和动画显示等函数。5）应用程序接口MATLAB应用程序接口（API）是一个使MATLAB语言能与C、Fortran等其它高级编程语言进行交互的函数库。该函数库的函数通过调用动态链接库（DLL）实现与MATLAB文件的数据交换，其主要功能包括在MATLAB中调用C和Fortran程序，以及在MATLAB与其它应用程序间建立客户、服务器关系。6、发展历程20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler为了减轻学生编程的负担，用FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。MATLAB：统一了用于一维、二维与三维数值积分的函数并提升了基本数学和内插函数的性能MATLAB Compiler：可以下载 MATLAB Compiler Runtime (MCR)，简化编译后的程序和组件的分发Image Processing Toolbox：通过亮度指标优化进行自动图像配准Statistics Toolbox：增强了使用线性、广义线性和非线性回归进行拟合、预测和绘图的界面System Identification Toolbox：识别连续时间传递函数2.3 齿轮的MATLAB编程1、齿轮MATLAB编程的程序框图如下：图2-4 程序框图 2、程序过程分析1)创建可在屏幕输入任意z和m的值的命令（如图2-5）；图2-5 输入模数齿数命令2)定义渐开线齿轮的已知参数及输入计算公式（如图2-6）；图2-6 定义已知参数及公式3）通过while循环语句结构，计算每个齿的渐开线轨迹、齿顶圆弧及反向渐开线轨迹（如图2-7、2-8）；图2-7 渐开线轨迹图2-8 齿顶圆弧及反向渐开线轨迹4） 将输出齿轮轮廓线图片保存并记录数据点如图2-9图2-9 保存图样并记录数据点主要程序见附录。 5）执行程序，得到如图2-10所示提示，输入模数m与齿数z的数值；图2-10 MATLAB输入界面回车后，即可得到下列结果：1.齿轮的轮廓曲线（如图2-11）图2-11 齿轮的齿廓图像2.齿轮轮廓的数据点（如图2-12）：图2-12 齿轮轮廓的数据点2.4 本章小结 本章主要任务是对齿轮的设计。通过对齿廓啮合基本定律的分析，得出齿轮的齿廓为渐开线，最后对齿轮的轮廓线进行MATLAB编程，导出齿轮轮廓图和数据点。第三章 电火花数控切割机简介3.1 电火花数控切割机的工作原理电火花切割时，在电极丝和工件之间进行脉冲放电。如图一电极丝接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极。当来一脉冲电源时，在电源丝和工件之间产生一次火花放电，在放电通道的中心瞬时温度可高达10000以上，高温使工件金属融化，甚至有少量气化，高温也使电极丝和工件之间的工作液部分生产气化，这些气化后的工作液和金属蒸汽瞬间迅速膨胀，并具有爆炸的特性。这种热膨胀和局部微爆炸。抛出融化和气化的金属材料而现实对工件材料的进行电蚀切割加工。通常认为电极丝与工件的放电间隙在0.01mm左右，若电脉冲电压高，放电间隙会大一些。线切割编程时，一般取放电间隙=0.01mm。图3-1线切割工作原理每来一个电脉冲时，要保证在电极丝和工件之间产生的是火花放电是火花放电而不是电弧放电，必须创造必要的条件，首先必须是两个电脉冲之间有足够的间隙时间使放电间隙中的介质消电离，即使放电通道中的带粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通道处间隙中介质的绝缘强度，以免总在同一处发生、发生放电而导致电弧放电。一般脉冲间隙应为脉冲宽度的4杯以上。为了保证火花放电时电极丝（一般用钼丝）不被烧断，必须向放电间隙注入大量工作液，以使电极丝得带充分冷却，同时电极丝必须作高速轴向运动，以避免火花放电总在电极丝的局部位置而被烧断，电极丝速度约在710mm/s左右。高速运动的电极丝，有利于不断往放电间隙中带入新的工作液，同时也有利于把电蚀产物从间隙中带出去。电花线切割加工时，为了获得比较好的表面粗糙度和好的尺寸精度，并保证钼丝不被断，应选择好相应的脉冲参数，使工件与钼丝之间的放电火花放电，而不是电弧放电。3.2 电火花数控切割机的分类电火花数控切割机的分类很多，一般按照切割机的走丝速递进行分类。电火花线切割机可分为高速往复走丝电火花线切割机（Reciprocating type High Speed Wire cut Electrical Discharge Machining俗称“线切割机床”）、低速单向走丝电火花线切割机（Low Speed one-way walk Wire cut Electrical Discharge Machining俗称“慢走丝”）和立式自旋转电火花线切割机（Vertical Wire Electrical Discharge Machining machine tool With Rotation Wire）三类。又可按工作台形式分成单立柱十字工作台型和双立柱型（俗称龙门型）。 往复走丝电火花线切割机床的走丝速度为612 m/s，是我国独创的机种。随着大锥度切割技术逐步完善，变锥度、上下异形的切割加工也取得了很大的进步。大厚度切割技术的突破，横剖面及纵剖面精度有了较大提高，加工厚度可超过1000mm以上。但由于往复走丝线切割机床不能对电极丝实施恒张力控制，故电极丝抖动大，在加工过程中易断丝。由于电级丝是往复使用，所以会造成电极丝损耗，加工精度和表面质量降低。 低速走丝线切割机电极丝以铜线作为工具电极，一般以低于0.2m/s的速度作单向运动，在铜线与铜、钢或超硬合金等被加工物材料之间施加60300V的脉冲电压，并保持550um间隙，间隙中充满脱离子水(接近蒸馏水)等绝缘介质，使电极与被加工物之间发生火花放电，并彼此被消耗、腐蚀，在工件表面上电蚀出无数的小坑，通过NC控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。目前精度可达0.001mm级，表面质量也接近磨削水平。电极丝放电后不再使用，而且采用无电阻防电解电源，一般均带有自动穿丝和恒张力装置。工作平稳、均匀、抖动小、加工精度高、表面质量好，但不宜加工大厚度工件。由于机床结构精密，技术含量高，机床价格高，因此使用成本也高。立式自旋转电火花线切割机（卧式自旋转电火花线切割机）。立式回转电火花线切割机的特点与传统的高速走丝和低速走丝电火花线切割加工均有不同，首先是电极丝的运动方式比传统两种的电火花线切割加工多了一个电极丝的回转运动；其次，电极丝走丝速度介于高速走丝和低速走丝直接，速度为12m/s。由于加工过程中电极丝增加了旋转运动，所以立式回旋电火花线切割机与其他类型线切割机相比，最大的区别在于走丝系统。立式回转电火花线切割机的走丝系统由走丝端和放丝端两套结构完全相同的两端做为走丝结构，实现了电极丝的高速旋转运动和低速走丝的复合运动。两套主轴头之间的区域为有效加工区域。除走丝系统外，机床其他组成部分与高速走丝线切割机相同。 与单向低速走丝电火花线切割机床相比，往复高速走丝电火花线切割机床在平均生产率、切割精度及表面粗糙度等关键技术指标上还存在较大差距。针对这些差距，本世纪初，国内有数家高速往复走丝电火花线切割机生产企业实现了在高速走丝机上的多次切割加工（该类机床被俗称为“中走丝” Medium Speed Wire cut Electrical Discharge Machining）。所谓“中走丝”并非指走丝速度介于高速与低速之间，而是复合走丝线切割机床，其走丝原理是在粗加工时采用812m/s高速走丝，精加工时采用13m/s低速走丝，这样工作相对平稳、抖动小，并通过多次切割减少材料变形及钼丝损耗带来的误差，使加工质量也相对提高，加工质量可介于高速走丝机与低速走丝机之间。因而可以说，用户所说的“中走丝”，实际上是往复走丝电火花线切割机借鉴了一些低速走丝机的加工工艺技术，并实现了无条纹切割和多次切割。3.3 DK7720电火花数控切割机的介绍3.3.1 DK7720电火花数控切割机的主要技术数据数控电火花线切割机型号DK7720的含义如下：D : 机床类别代号（电加工机床）K : 机床特性代号（数控）7 : 组别代号（电火花加工机床）7 : 型别代号（线切割机床）20 : 基本参数代号（工作台横向行程200mm）DK7720线切割机床的主要参数：（1）工作行程：X轴200mm Y轴250mm Z轴 100mm（2）最大切削厚度：180mm（3）工件最大重量：100kg（4）试件加工尺寸精度：0.015mm（5）精加工表面粗糙度：Ra1.252.5um（6）使用线电极：0.080.18mm（7）使用冷却液：皂化溶解油1：1520（体积比）或线切割专用液二工作环境及安装：（1）工作环境温度: 535 0 C（2）工作环境湿度: 85（250 C）（3）电网要求: 三相380V/220V10 501HZ（4）机床耗电: 约0.6kw（5）机床外型尺寸: 12009001500mm（6）机床重量: 900Kg3.3.2 DK7720的性能特点高精度：精度保持性高，机床精度可维持十年不变。高性能：高效率低丝耗，可实现大电流快速无条纹切割，连续加工不断丝，保证真圆度过及直角位。高可靠性：性能稳定，平均无故障率可达99%以上。3.3.3 DK7720的功能部件滚动部件：采用国家定点厂生产的高精密滚珠丝杆，高刚性滚动导轨，采用进口NSK品牌的精度轴承，采用大力矩五相十拍步进电机驱动，储丝筒经过全息动平衡检验，导轮组件整体结构设计，从而保证了机床的高速化，高精度化运行。数控系统：采用智能化PC数控系统,高品质PC机，HL软件控制，AUTOP软件编程，抗于扰能力强，自动化程度高，性能稳定可靠。高频电源：采用高性能全数字脉冲电源（主振电路高速数字振荡，大功率VMOS场效应管作功效），频率可调，具有性能稳定，输出功率大，切割速度快，表面光洁度高，电极丝损耗水小等特点。电气元件：机床及控制柜的关键电气元器件均采用优质进口件（如集成块，晶体管，功率管，整流桥，继电器等），以确保质量。网络接口：配有ACD数据接口，可进行RS232或RS485串口传输，使机床具有网络连接功能，可实现远程传输。3.3.4 DK7720的功能三维四轴联动，编控一体化，DXF图形文件直接读进编程，加工图形实时跟踪，工作轮廓三维造型，多种加工状态显示。具有上下异形，等锥，变锥切割，分时切割，停电记忆，短路回退，断丝保护，靠边定位，模拟校验，自动停机，自动找中心，任意角度旋转，快速回零检查，特殊图形自动编程等二十多种功能。3.4 本章小结 本章的主要任务是完成对线切割机床的了解，为齿轮加工做准备。首先介绍了线切割的原理，其次是线切割机床的基本参数、机械部分和电气部分。第四章 齿轮的数控加工4.1 齿轮的加工4.1.1 齿轮数据点的转换DXF格式简介AutoCAD(Drawing Interchange Format或者Drawing Exchange Format) 绘图交换文件。DXF 是Autodesk公司开发的用于AutoCAD与其它软件之间进行CAD数据交换的CAD数据文件格式 ,是 Autodesk AutoCAD 程序使用的基于矢量的 ASCII 格式。AutoCAD 可以提供非常详细的完全可以缩放的图表。 AutoCAD的DWG文件格式是二进制的，并且没有公开，所以只适合在AutoCAD软件之间复制图形。为了与其他软件共享图形数据，AutoCAD提供了DXF（Drawing Interchange Format）文件格式，此格式现已被广泛使用，成为事实上的标准。通过DXF文件格式，可以使用高级语言开发程序读取AutoCAD图形文件，也可以创建DXF文件供AutoCAD打开。DXF一般情况下是文本文件，可以使用文本编辑器（如Windows记事本、写字板）来查看、编辑其内容。DXF文件是由很多的“代码”和“值”组成的“数据对”构造而成，这里的代码称为“组码”（group code），指定其后的值的类型和用途。每个组码和值必须为单独的一行的。DXF文件被组织成为多个“段”（section），每个段以组码“0”和字符串“SECTION”开头，紧接着是组码“2”和表示段名的字符串（如HEADER）。段的中间，可以使用组码和值定义段中的元素。段的结尾使用组码“0”和字符串“ENDSEC”来定义。将第二章中得到的数据转化为DXF格式得到图4-1图4-1 DXF文件的截图4.1.2 齿轮的线切割加工1.导入图片生成加工轨迹DK7720机床自带AutoCut功能，可直接调用生成的DXF格式的图片生成加工轨迹，图4-2，进入虚拟卡试走刀即完成了加工前的准备工作，图4-3。图4-2 设置参数图4-3 试走刀2.对齿轮进行加工在加工界面设置加工参数（图4-4、4-5），然后进行加工，如图4-6。图4-4 设置加工参数图4-5 加工界面图4-6 加工过程3.加工电参数的选择正确选择脉冲电源电参数，可以提高线切割加工的加工工艺指标和加工的稳定性。脉冲电源的电参数主要包括：空载电压，脉冲宽度，脉冲间隔，短路电流峰值等。利用脉冲电源进行切割加工时，其电参数对加工工艺指标的影响有 如下的一般规律：切割速度随空载电压、短路峰值电流、脉冲宽度、脉冲重复的增大而提高。也就是说，切割速度虽加工的平均电流增加而增大。加工表面粗糙度随空载电压、短路峰值电流、脉冲宽度的减少而提高。放电间隙随空载电压的提高而增大。加工稳定时的平均电流约为间隙短路电流值的百分之七十五到百分之八十左右。平均加工电流一定得情况下，脉冲宽度的增加有利于提高加工稳定性和切割效率，但表面粗糙度随之下降。4.齿轮的介绍如下图4-7为加工出来的齿轮图4-7 齿轮零件该齿轮为外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮，具有角速比不变的优点他的齿形的接触点上的正压力方向始终与渐开线的基圆相切。这样可以保证啮合时传动比的恒定，因此经常被用在齿轮变速箱上，用来精确传动。4.2 本章小结本章先介绍了HF线切割数控加工系统，然后从数据点的转换开始对加工的整个过程进行了详细的介绍，最后对加工的齿轮进行了简要的分析。第五章 齿轮的检测5.1 齿轮传动的使用要求对齿轮传动使用性能一般有四个方面的要求：1.传递运动的准确性传递运动的准确性是指齿轮在传动过程中准确地传递角位移，即要求齿轮在一转范围内，最大转角误差不能超过允许范围。2.传动的平稳性传动的平稳性是指传动平稳，没有冲击，振动和噪声要小，即要求齿轮转动时瞬时速比变化不大，因为瞬时速比的突然变化，将会引起冲击，产生噪声和振动（特别在高速运转过程中）。3.齿面载荷分布的均匀性齿面载荷分布的均匀性时指齿轮啮合齿面接触良好，即要求齿面接触痕的分布位置趋近齿面中部，其大小达到规定的百分比，以免引起接触应力增大，造成齿面磨损加剧，影响齿轮的使用寿命。4.齿轮副的侧隙齿轮副的侧隙是指齿轮副中非工作齿面的间隙。实际的齿轮副是在单啮状态下工作，在其工作齿面间需要油膜，以便保证正常的润滑;在其非工作齿面需要适当的侧隙，以便补偿齿轮传动受力后的弹性变形、齿轮和箱体温差的热膨胀、和齿轮加工误差、齿轮副安装误差。不同用途和不同工作条件下的齿轮传动，对上述四个方面的使用要求应该有所侧重。例如对于传递角位移的 齿轮传动（读数装置、分度机构），应侧重传递运动的准确性，只有当其反转时的回差有严格要求时，才对齿轮副侧隙加以严格控制；对于传递动力的齿轮传动（汽车、拖拉机等的变速器），应侧重要求传动的平稳性，而齿面载荷分布的均匀性要有一定的要求；对于低速重载齿轮传动（起重机、轧钢机等），应侧重要求齿面载荷分布的均匀性；对于高速重载的齿轮传动（汽轮机的减速器等），传递运动的准确性、传动的平稳性及齿面载荷分布的均匀性都应该要求很高，特别是瞬时速比的变化要小，以减小振动和噪声。5.2 齿轮基本参数的检测用万能测齿仪（图5-1）测量齿轮的公法线长度、齿顶圆直径和齿根圆直径。图5-1万能测齿仪齿轮的齿厚用齿厚游标卡尺（图5-2）检测。图5-2 齿厚游标卡尺5.3 各项误差的检验及其作用5.3.1 单个齿距偏差的检测齿距偏差的检验包括测量其实际值（角度值）或者沿齿轮圆周上同侧齿面间距离作比较测量（图5-3）。基圆齿距偏差是沿基圆切平面上测量，因而与齿轮轴线无关。端面基圆齿距（）端面基圆齿距偏差（）齿距积累（，如图k=3）齿距积累偏差(,如图k=3)图 5-3 齿距，齿距偏差1.用齿距比较仪（两个触头）检测单个齿距两个测头的位置，应当相对于齿轮轴线的相同半径上，并在同一横截面内，测头移动的方向要与测量圆相切。因为很难得到半径距离的精确数值，所以齿距比较仪很少用于检测端面齿距的真实的数值，这种仪器最适合的用途是确定齿距偏差。一些齿距比较仪装备了导向滑轨，使测头容易达到固定的径向深度，一般在轮齿中部附近（图5-4），被检的齿轮慢慢地 。绕着轴心连续地或间歇地转动，而导向滑轨上的测头在测量部位来回移动。图5-4 使用齿距测量仪测量齿距偏差2.用角度转位法（一个触头）检测单个齿距检测过程及分度转位器的使用，其精确度必须和齿轮直径相协调，如图5-5所示。对每个齿面，测量头在预先设定要检测的部位上径向来回移动，就可测得偏离理论位置的位置偏差，相对于所选定的 基准齿面或零齿面，这个测得的数据代表相关齿面的位置偏差，这样记录的数据曲线应显示出齿轮在圆周上的齿距积累偏差。第N个齿面的位置偏差减去第N-1个的，就是每个单个齿距偏差，负值要表示出来。图5-5 用角度转位法检验齿距5.3.2 齿距积累总偏差的确定当齿轮的齿数很多用比较仪作单个齿距校检法测量时，由于很多个测量的不正确性叠加起来而形成很大的误差，每次测量中不正确性的来源之一，是很难保证后触头和前一次测量时前触头占的位置完全重合。如果用跨齿距进行检验，则上述的不正确性可以减少，为此建议当齿轮超过60个齿时，最好改用跨齿距测量，图5-6表示跨齿距数为4的测量原理，即齿距号为1至4.下一个要检测的扇面区包含齿距号5至8此时位于右侧的后触头将于4号齿面接触，此接触点应为上次测量时位于左侧的前触头所占的位置。图5-6 跨齿距测量原理在选择跨齿数（每跨齿距数）S时，必须符合以下两点：1、每跨的弦长应该适合所用的齿距比较仪的量程；2、测得的点数应足够用来绘制出一条可接受的累积偏差曲线。图5-7中所提供的公式和曲线可指导选择合适的齿距数。如果可能，z/S应取整数，但是如z/S不是整数时，跨齿距偏差测量的跨齿数应取大于z/S的整数，此时当测量到最后一个跨齿距时，其中包含的一部分齿距是在第一个跨齿距测量时已经包含了的。图5-7 跨齿距测量时每跨齿距数的选择如果在较少的齿距数上的齿距积累偏差过大时，在实际工作中将产生很大的加速度力，这在高速齿轮传动中更应重视，因为可能产生很大的动载荷，因而有必要规定较少齿距范围内的积累公差。5.3.3 齿廓总公差的确定按定义齿廓偏差是在端平面上垂直于齿廓的偏差值，然而，偏差也可以在齿面的法向测量，然后把测得的数值除以，经这样的换算后再与公差值比较。齿廓图包括齿廓迹线，它是由吃轮廓线检验设备在纸上或其他适当的介质上画出来的齿廓偏差曲线，齿廓迹线如偏离了直线，其偏离量即表示与被检齿轮的基圆所展成的渐开线齿廓偏差。为了齿轮质量分等，只须检验齿廓总偏差即可。5.3.4 齿轮公差组为了解释齿轮加工误差的上述不同特性，需要通过对齿轮加工误差的有关几何参数（项目）的测量，才能反映出来。例如，径向误差主要是由几何偏心所以引起，但偏心度不可能从齿轮上测得，常通过对齿轮“齿圈径向跳动量”误差项目的测量来反映。为了评定齿轮传动的使用性能的好坏，也要通过对齿轮加工误差有关项目的测量去体现。例如，齿轮传动平稳的使用性好坏，应根据瞬时速比的变化去评定，但它只有在一堆齿轮运转过程中，才能反映出来，这样也难以测量。所以对于单个齿轮可用单啮仪测量它的“切向齿综合误差”误差项目去体现。齿轮加工误差的项目很多，新国标对齿轮和齿轮副共规定了22项误差，见表5-1，表中列出了16项齿轮加工误差及其公差或极限偏差（名称和代号），以及6项齿轮副安装误差及其公差或极限偏差（名称和代号）。按照齿轮加工误差的频率特性和它们对齿轮传动使用性能的主要影响，将各项齿轮加工误差（及相应的公差）划分为三组，见表5-2。第I公差组-主要控制齿轮在一转内回转角的全部误差，它主要影响传递运动的准确性。第II公差组-主要控制齿轮在一周节角范围内的转角误差，它主要影响传递运动的平稳性、噪声和振动。第III公差组-主要控制齿轮的接触精度，它影响齿轮受载后齿面载荷分布的均匀性。齿轮副侧隙主要由fa及Es决定，但它还受fpb、F、fx、fy等的影响。表5-1 误差、公差或极限偏差的名称和代号序号齿轮或齿轮副误差名称误差代号公差或极限偏差代号12345678910111213141516齿轮切向综合误差一齿切向综合误差径向综合误差一齿径向综合误差齿距累积误差K个齿距累积误差齿圈径向跳动公法线长度变动齿形误差齿距偏差基节偏差齿向误差接触线误差轴向齿距偏差螺旋线波度误差齿厚偏差公法线平均长度偏差FifiFi”fi”FPFPKFrFWfffPtfPbFFbFpxffEsEWmFifiFi”fi”FPFPKFrFWFfFPtFPbFFbFpxFfESs、ESi、TSEWms、EWmi、TWm171819202122齿轮副齿轮副的切向综合误差齿轮副的一齿切合综合误差齿轮副的接触斑点齿轮副的侧隙圆周侧隙法向侧隙齿轮副的中心距偏差轴线的平行度误差x方向轴线的平行度误差y方向轴线的平行度误差FicficjtjnfafxfyFicficjtmax、jtminjnmax、jnminfafxfy表5-2 齿轮公差组公差组误差、公差与极限偏差误差特性对使用性的主要影响IFi(Fi)、Fp(Fp)、Fpk(FPK)、F”(Fi”)、Fr(Fr)、Fw(Fw)以齿轮转一圈为周期的误差（长周期误差）传递运动的准确性IIfi(fi)、ff(ff)、fpt(fpt)、fpb(fpb)、fi”(fi”)、ff(ff)在齿轮一周内，多次周期的重复出现的误差（短周期误差） 传动的平稳性、噪声及振动IIIF(F)、Fpx(Fpx)、Fb(Fb)齿向线的误差（非周期性的误差）齿面载荷分布的均匀性说明：在第I公差组中规定了6个检验组。其中Fi和Fp都是综合精度指标，能较全面地反映齿轮一转中的转角误差，所以在一个检验组中只需要选用其中一项就可以了。在第II公差组中规定了7个检验组。fi较全面地反映了齿轮一齿距角范围的转角误差，故只用此一项指标作为一个检验组。在第III公差组中规定了4个检验组。F适用于直齿轮，窄斜齿轮可用F或Fb，对宽斜齿轮，同时接触的在两对以上，所以必须加检Fpx项目。5.4 齿轮的检测结果基本参数的测量结果(如表5-3)：表5-3 基本参数测量结果齿轮公法线长度的测量（单位：mm）第一次测量第二次测量第三次测量平均长度38.2638.2238.2438.24齿顶圆直径的测量第一次测量第二次测量第三次测量平均长度105.20105.00105.24105.15齿根圆直径的测量第一次测量第二次测量第三次测量平均长度74.6074.5274.5674.58齿厚的测量第一次测量第二次测量第三次测量平均长度7.847.887.827.855.5 本章小结 本章先对影响的齿轮传动的多个因素有所认识，在分别介绍了齿轮检测的各个项目是如何确定的和检测仪器，最后是齿轮的检测结果。41第六章 全文总结本次毕业设计的研究内容基本完成。本次毕业设计完成了齿轮设计、制造和测量一系列的过程，对齿轮的加工有了深刻的认识。使用MATLAB对齿轮进行计算机辅助设计不仅齿轮的基本参数和廓线有了更深的了解而且对MATLAB的使用更加熟练。实际操作进行齿轮的加工能够发现齿轮加工中影响齿轮精度的各个环节,比如加工过程中的走丝速度、电流和电压等这需要在以后的加工中不断研究逐步提高。利用计算机辅助设计、数控机床加工虽然会提高齿轮的成本但是在一些特种齿轮的加工上能发挥它精度和表面光洁度高、可加工高硬度齿轮的优点，可以作为一个齿轮加工的一个方法不断的发展。参考文献1陈国聪，杜静.机械CAD/CAE应用技术基础.北京:机械工业出版社.2002.2曾芬芳.计算机辅助产品造型技术基础.北京:北京学苑出版社，1994