基于虛擬制造技術(shù)的滾齒加工研究

郭旭亮

摘要 ：虛擬制造技術(shù)為機(jī)械企業(yè)發(fā)展注入了新活力，但總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)的虛擬制造技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家還存在著較大差距，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)該明確輪齒加工過(guò)程中存在的細(xì)節(jié)問(wèn)題，綜合利用模擬制造技術(shù)，快速更改制程信息，滿足市場(chǎng)多樣化要求，保證我國(guó)機(jī)械行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。基于此，本文將主要論述基于虛擬制造技術(shù)的滾齒加工研究。

關(guān)鍵詞：? 虛擬制造技術(shù)、滾齒加工、研究

引言：我國(guó)制造業(yè)蓬勃發(fā)展，一方面對(duì)于滾齒的性能規(guī)格提出了更高的要求，另一方面機(jī)械產(chǎn)品的生命周期不斷縮短。因此，機(jī)械制造企業(yè)為了迎合市場(chǎng)的多樣化需求，靈活地組織生產(chǎn)，應(yīng)該綜合利用計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，智能制造系統(tǒng)，保證滾齒加工智能化、集成化發(fā)展，提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

一、虛擬制造技術(shù)的滾齒加工的概述

虛擬加工本質(zhì)上是與以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用滾齒數(shù)學(xué)模型，來(lái)模擬滾齒在工作中的各種狀態(tài)，并引入數(shù)據(jù)軌跡與應(yīng)力計(jì)算來(lái)模仿滾齒的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于滾石零件的仿真模擬，企業(yè)要明確虛擬制造技術(shù)在零件生產(chǎn)之間的重要性，增強(qiáng)自身的科技競(jìng)爭(zhēng)力，不斷突破虛擬制造技術(shù)過(guò)程中存在的問(wèn)題，同時(shí)也要和政府積極聯(lián)系，爭(zhēng)取優(yōu)惠政策。保證虛擬制造技術(shù)研發(fā)順利進(jìn)行。及時(shí)消除滾齒生產(chǎn)過(guò)程中存在的隱患，快速更改制程信息，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)虛擬制造技術(shù)內(nèi)置檢驗(yàn)系統(tǒng)，可以有效降低次品率。

二、虛擬制造技術(shù)的滾齒加工研究方法

（一）實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)

虛擬制造技術(shù)是多個(gè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的整合，設(shè)計(jì)人員要綜合MDT系統(tǒng)進(jìn)行二次研發(fā)，充分利用虛擬制造技術(shù)內(nèi)部的開(kāi)放式體系，對(duì)滾齒結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，建立于第三方廠家之間的聯(lián)系。充分利用人機(jī)互交模型，以對(duì)話框的形式進(jìn)行管理。

例如，對(duì)話框是一種簡(jiǎn)單人機(jī)交換界面，它通過(guò)彈出式菜單方式進(jìn)行作業(yè)，在滾齒模擬過(guò)程中，可以臨時(shí)占據(jù)一塊區(qū)域，工作人員可以進(jìn)行數(shù)據(jù)更改。對(duì)話框的控制語(yǔ)言DCL是純文本文件，就如同編寫(xiě)源程序一樣，DCL文件的后綴名也是.dcl，一個(gè)DCL可以包括一個(gè)或者多個(gè)對(duì)話框，所以設(shè)計(jì)人員在對(duì)對(duì)話框進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確把握對(duì)話框的定義概念及其所需要實(shí)現(xiàn)的功能，這是對(duì)話框作用正常發(fā)揮的保障。而且設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行對(duì)話框設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)當(dāng)對(duì)對(duì)原型、局部?jī)煞N不同的組裝方式進(jìn)行區(qū)分，即在引用原型時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)保證用戶可以改變對(duì)話框的基承屬性并且實(shí)時(shí)加入新的屬性。但對(duì)于局部組裝時(shí)，用戶則無(wú)法改變對(duì)話框的既有屬性。同時(shí)設(shè)計(jì)人員也要綜合CAE模擬檢測(cè)，滾齒進(jìn)行應(yīng)力分析。保證在質(zhì)量的情況下，進(jìn)行下一步的虛擬制造技術(shù)制造工作。引入大數(shù)據(jù)計(jì)算，不斷優(yōu)化線路，有效降低能源損耗，綜合進(jìn)行模擬計(jì)算，去除和優(yōu)化非重點(diǎn)的環(huán)節(jié)，最大程度上提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

（二）優(yōu)化虛擬制造系統(tǒng)

虛擬制造技術(shù)以機(jī)床運(yùn)動(dòng)模型，機(jī)床控制模型為主。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬出滾齒的結(jié)構(gòu)模型，綜合利用符號(hào)、矩陣等數(shù)學(xué)方法，描述滾齒的基礎(chǔ)特征，運(yùn)動(dòng)約束等。并在實(shí)際情況下進(jìn)對(duì)滾齒進(jìn)行幾何誤差分析、主軸動(dòng)態(tài)分析、熱誤差分析，持續(xù)分析虛擬制造技術(shù)中產(chǎn)生的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，調(diào)整后續(xù)的切削、拋光工藝。在進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要綜合考慮滾齒的尺寸、形狀、厚度之間的耦合關(guān)系，借助計(jì)算機(jī)平臺(tái)完成動(dòng)態(tài)的設(shè)計(jì)，綜合考慮材料的性能與應(yīng)力程度。簡(jiǎn)化工作流程，調(diào)取設(shè)計(jì)模型，建立以功能、外形、尺寸為首前期管理模式，合理控制模腔個(gè)數(shù)。合理的工件設(shè)置分型面，綜合利用冷卻系統(tǒng)與鑄件系統(tǒng)，完成整體水平上的模具設(shè)計(jì)。

例如，在虛擬制造技術(shù)中，可引入模塊化的設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊之間的功能相對(duì)獨(dú)立，主控菜單下分別設(shè)有造型模塊、加工模塊和檢測(cè)模塊。造型模塊主要包括了對(duì)于滾齒主體造型的設(shè)計(jì)和布爾運(yùn)算，加工模塊作為虛擬實(shí)驗(yàn)中的核心，主要包含了滾齒相對(duì)位置調(diào)整，仿真加工實(shí)驗(yàn)。就仿真加工實(shí)驗(yàn)來(lái)講，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)保證該模塊包括位置調(diào)整、仿真加工兩個(gè)子功能模塊，其中位置調(diào)整模塊應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)的功能就是保證滾刀加工齒輪前的道具的對(duì)刀運(yùn)動(dòng)，而仿真加工模塊實(shí)現(xiàn)滾到對(duì)齒輪毛胚的加工過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)齒輪的三維實(shí)體造型。其次，檢測(cè)模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)滾齒質(zhì)量的管理，檢測(cè)項(xiàng)目主要可以分為測(cè)距和測(cè)角，設(shè)計(jì)人員在對(duì)該模塊功能進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)保證輸入檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，這樣才能夠保證檢測(cè)質(zhì)量，確保虛擬制造技術(shù)的滾齒加工效率。以集成的管理方式實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的仿真模擬，確保滾齒可以滿足市場(chǎng)的多樣化需求。

（三）強(qiáng)化參數(shù)管理

虛擬制造過(guò)程中，需要統(tǒng)籌管理多個(gè)細(xì)節(jié)問(wèn)題，綜合虛擬傳感器，虛擬單元，虛擬生產(chǎn)線，建立全域式的數(shù)據(jù)可控中心，優(yōu)化虛擬設(shè)備之間的重組關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)于滾齒的動(dòng)畫(huà)模擬與仿真裝配，參考車(chē)床生產(chǎn)過(guò)程中的一系列問(wèn)題，加強(qiáng)仿真實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性和可靠性。進(jìn)行底層的智能編寫(xiě)，將數(shù)值均計(jì)算與邏輯判斷融合到一起，實(shí)現(xiàn)快速調(diào)用管理，保證內(nèi)部的虛擬平臺(tái)可以生成圖形編輯、修改，建立文檔等基礎(chǔ)功能，通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算邏輯關(guān)系，字符串運(yùn)算、注冊(cè)表關(guān)系調(diào)用命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)滾齒實(shí)體的管理。

例如，制程人員要將參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，不斷修訂滾齒零件的幾何模型，綜合拓?fù)浼s束和工程約束，綜合考量運(yùn)動(dòng)副的實(shí)際特點(diǎn)。初始設(shè)計(jì)過(guò)程中要綜合考慮滾齒的受力情況，輸入新參數(shù)時(shí)也必須與原有約束關(guān)系保持一致。保證參數(shù)在約束范圍內(nèi)，形成統(tǒng)一的的特征造型，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)修改零件尺寸的目的。

（四）綜合考量滾齒的作業(yè)環(huán)境

滾齒主要應(yīng)用在減速機(jī)中，直接影響著減速機(jī)的使用質(zhì)量和使用效率。滾齒加工作為整體工作中的核心，在傳統(tǒng)加工過(guò)程中，一般采用滾齒磨齒的方法相互嚙合，容易產(chǎn)生磨損，最終影響了成尺精度。因此，為了提高滾齒的加工質(zhì)量，應(yīng)該綜合利用虛擬制造技術(shù)進(jìn)行前期的參數(shù)耦合，明確影響滾齒精度的各種因素，強(qiáng)化前期的參數(shù)調(diào)整。根據(jù)不同的工作場(chǎng)景，制定不同的加工粗糙度要求，從而提高滾齒的工作效率，

例如，在一般情況下，滾齒的齒形是漸開(kāi)線型齒輪，漸開(kāi)線型齒輪具有良好的傳動(dòng)效率，整體傳動(dòng)效率可以達(dá)到90%，但漸開(kāi)線齒輪存在著一定的齒相誤差。設(shè)計(jì)人員需要強(qiáng)化前期的虛擬設(shè)計(jì)，在具體條件下進(jìn)行仿真模擬，把齒相誤差控制在合理范圍內(nèi)，最大程度上降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本。

總結(jié)：滾齒作為機(jī)械加工中的重要零件，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該引入虛擬制造技術(shù)，滿足市場(chǎng)的多樣化需求，綜合利用數(shù)據(jù)算法得到最優(yōu)參數(shù)組合。綜合考慮機(jī)械壽命與滾齒機(jī)床精度之間的關(guān)系，保證我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。

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