周永情，靳雷

(河南质量工程职业学院机电系，河南平顶山467000)

齿轮泵主要用于输送不含固体颗粒的液体，应用范围非常广泛，可作润滑油泵、重油泵、液压泵和输液泵等。其关键部件为两个相互啮合的齿轮，依靠两个齿轮的啮合和分开实现吸油和压油，齿轮加工质量的好坏直接关系着齿轮泵的性能。随着计算机技术越来越多地应用到机械制造行业，CAD/CAM技术成为机械制造行业关键技术之一。作者利用CAXA系列软件中的CAXA电子图版和CAXA制造工程师无缝连接的特性，完成了齿轮从绘制到生成数控加工程序的整个过程，提高了齿轮轮廓的绘制精度和加工质量，避免了交互建模中复杂的布尔运算，减轻了设计人员的工作强度，特别适合中小企业单件小批量的生产加工。

1 齿轮泵齿轮主要参数的确定

以直齿圆柱中低压齿轮泵的齿轮为例，介绍其加工过程。综合考虑现初步确定加工齿轮为齿数z=20、模数m=3、齿宽定为b=25 mm、压力角α=20°的标准渐开线齿轮，电机转速为2 000～2 500 r/min，工作压力p=10 MPa。以上参数可能不符合齿轮泵设计中流量、排量和模数的相关关系，需要验证。代入不修正的标准直齿圆柱齿轮的齿轮泵的理论排量:

式中:m为齿轮模数;

z为齿轮齿数;

α为齿轮压力角。

理论流量:

式中:n为泵转速(r/min)。

实际流量:

式中:ηv为泵的容积效率，取为0．75。

计算所得数据符合齿轮泵设计中流量、排量和模数的相关关系，因此确定以上参数为此次加工的齿轮参数。

2 齿轮泵齿轮外形轮廓的绘制

对于渐开线齿轮外形轮廓的绘制，传统的方法是依据渐开线的坐标方程，先绘制出渐开线齿轮的一个齿形，然后阵列出其他齿形。这样做必然引起误差，并且效率不高。作者主要利用CAXA电子图版的参数化绘制渐开线齿轮模块，快速准确地绘制渐开线齿轮外形轮廓。

启动CAXA电子图版，选择参数化绘制渐开线齿轮模块，弹出参数化绘制对话框，在相应的的位置输入齿数、模数、压力角等相关参数，然后输入齿轮顶部位置过渡圆的半径值、齿轮根部位置过渡圆半径值和需要画的齿数，点击预览，查看绘制的图形，没有问题，点确定，把齿轮图形中心放置在坐标原点处，便于下一步自动编程。最后生成图形如图1所示，保存为DWG格式就完成了全部绘制。

图1 渐开线齿轮外形轮廓

3 齿轮泵齿轮加工轨迹仿真与自动编程

一般情况下，要想自动获得齿轮加工轨迹和G代码程序，就必须对其进行三维造型，这种方法对于3轴以上的数控铣削的自动编程是必须的，但对于3轴以下的数控铣削自动编程就显得比较麻烦，影响到编程效率。作者利用CAXA制造工程师，能实现与CAXA电子图版的对接，不用三维造型，利用CAXA电子图版生成的齿轮的二维轮廓图，就能自动生成加工轨迹和G代码程序。

3．1 齿轮加工刀具轨迹的生成

依据渐开线齿轮二维图形的相关尺寸，对于粗加工，选择直径为3 mm的高速钢平底立铣刀做为加工刀具，主轴转速为800 r/min，切削进给率为150 mm/min，吃刀量为2 mm，应用CAXA制造工程师的区域式粗加工模块，定义毛坯尺寸，选择区域式粗加工加工方法，在弹出的对话框中设置主轴转速、切削进给率、吃刀量、安全高度等相关参数，选择好刀具，根据提示拾取，右键确定，系统自动生成加工轨迹，如图2所示。

对于精加工，选择直径为2 mm的高速钢平底立铣刀做为加工刀具，主轴转速为1 500 r/min，切削进给率为100 mm/min，吃刀量为1 mm。应用CAXA制造工程师的平面轮廓精加工模块，设置相关参数，拾取加工轮廓和加工方向，生成加工轨迹，如图3所示。

图2 粗加工刀具轨迹

图3 精加工刀具轨迹

3．2 齿轮加工动态仿真和G代码的生成

依次拾取粗加工刀具轨迹和精加工刀具轨迹，点击右键，选择实体仿真指令，弹出轨迹动态仿真界面，对显示参数进行必要设置，点开始键，开始轨迹动态仿真，结果如图4、5所示。

图4 粗加工动态仿真

图5 精加工动态仿真

单击“应用-后置处理-生成G代码”指令，在弹出的“选择后置文件”对话框中指定生成NC代码文件名及其存储路径，按“确定”退出。分别拾取粗加工轨迹与精加工轨迹，按右键确定，生成加工G代码，经简单修改后如所示。

O0001

N10G90G54G00Z100．000

N11S600M03

N12X29．500Y-28．472Z100．000

……………

N9467G00Z100．000

N9468M05

N9469M30

4 齿轮泵齿轮实际加工仿真

自动编程生成的G代码，只是对加工轨迹的再现。通过轨迹动态仿真，说明加工运动轨迹不存在问题，不能说明生成的加工程序就能直接用于实际加工。为了检验生成的加工程序、选择的刀具和设置的加工参数是否符合实际加工的需要，作者利用宇龙数控仿真系统，模拟实际加工过程，对其进行检验。

首先，在宇龙数控仿真系统中按照自动编程中已经设计好的加工工艺，设置相同的毛坯，选择相同的刀具、夹具，选择与现有数控设备相同的加工系统和机床;然后依据自动编程选择的z0平面完成对刀，导入数控程序进行加工;最后观察刀具走刀路线是否符合要求，测量加工好的工件与设计尺寸是否一致。如果符合要求，就可以导入数控设备进行实际加工，如不符合要求，再修改程序和相关参数，直至符合要求。实际加工仿真结果如图6所示。

图6 实际加工仿真

5 结束语

利用CAXA系列软件完成了齿轮泵齿轮从二维图形绘制到程序生成的整个过程，并对生成的轨迹进行了动态仿真;然后用宇龙数控仿真软件模拟了实际加工过程，检验了生成的数控程序在相应的数控设备中进行加工的正确性。此方法特别适合齿轮加工的单件小批量生产，在某市一小型加工企业应用，取得了不错效果。

【1】张卫青，郭晓东，张明德，等．摆线齿锥齿轮铣齿机的运动及加工仿真研究［J］．制造技术与机床，2011(9):109-112．

【2】贺鹏，刘光磊．面齿轮数值仿真［J］．科学技术与工程，2007，7(12):2956-2958．

【3】杨玉芳，林大钧，付掌印．齿轮加工仿真技术［J］．东华大学学报:自然科学版，2005(4):89-91．

【4】任继文，郭厚焜．基于AutoCAD的齿轮加工仿真［J］．现代制造工程，2004(6):51-52，65．

【5】顾颂虞，．基于CAXA制造工程师2008的叶轮仿真与加工［J］．苏州大学学报:工科版，2010(6):68-71．

【6】李存鹏，．基于CAXA与VERICUT的虚拟数控仿真加工的研究［J］．CAD/CAM与制造业信息化，2011(2):93-95．

【7】杜家熙，郑素真．基于CAXA制造工程师的齿轮造型与加工仿真［J］．工具技术，2011，45(9):35-37．