一、引言

　　減速器是應用于原動機和工作機之間的獨立傳動裝置，具有結構緊湊、傳動效率較高、傳遞運動準確可靠、使用維護方便和可成批生產等特點。

　　傳統(tǒng)的減速器手工設計通常采用二維工程圖表示三維實體模型的做法。這種做法不僅不能以三維實體模型直觀逼真地顯現(xiàn)出減速器的結構特征，而且對于一個視圖上某一尺寸的修改，不能自動反映在其他對應視圖上。同時，用這種方法生成的模型幾何數(shù)據(jù)不能直接用于計算機數(shù)控加工(CNC)、模具設計、有限元分析和機構運動分析中。并且要做大量分析與計算，因而費工費時，設計效率低。

　　Pro/ENGINEER作為參數(shù)化CAD/CAM軟件系統(tǒng)的代表，實現(xiàn)了產品零件從概念設計到制造全過程的一體化，提供了以參數(shù)化特征實體造型為基礎，部件間的關聯(lián)設計、共享數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)知識等技術，是集產品設計、分析和制造一體化的CAD/CAE/CAM軟件平臺。它使產品在CAD/CAE/CAM各單元系統(tǒng)之間實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動傳遞與無縫轉換和集成，在CAE/CAM系統(tǒng)順利接受CAD系統(tǒng)建立的三維模型，基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫基礎上同步更新。同時，它保證產品、模具設計、產品及模具的數(shù)控加工的刀具軌跡及NC加工代碼數(shù)據(jù)自動更新，避免了重復產品設計建模和NC數(shù)控編程的工作，實現(xiàn)了CAD/CAE/CAM數(shù)據(jù)的全相關性設計。

　　隨著社會以及工業(yè)技術的不斷發(fā)展，當前數(shù)控加工機床不斷普及、數(shù)控加工技術日益成熟，現(xiàn)有標準減速器也可以充分利用CAD/CAM軟件進行幾何造型建模，利用上述數(shù)控設備加工，這對現(xiàn)有標準減速器生產質量和效率的提高，有很大的現(xiàn)實意義。

　　二、直齒圓柱齒輪三維實體模型創(chuàng)建

　　1.技術要求及軟件選用

　　以一級圓柱齒輪減速器作為研究對象，通過運動分析、力學分析等，計算得出的結構性能參數(shù)列入表中，其結構簡圖如圖1所示。

　　該減速器主要由主動齒輪軸系、從動齒輪軸系、機座及其附件等組成。

　　減速器實體造型建模設計，選用具有實體特征造型、參數(shù)化和單一數(shù)據(jù)庫功能的Pro/ENGINEER Wildfire3.0軟件作為設計平臺。

　　2.減速器零件造型設計

　　一般將減速器的零件分為五類，如圖2所示。

　　在進行零件造型設計時，可按零件的不同類型進行分類設計。三維建模是數(shù)控加工的基礎，三維實體模型包括非常豐富的設計內容。在創(chuàng)建三維模型之前，首先進行零件模型結構分析，其次策劃在Pro/ENGINEER系統(tǒng)中進行零件建模時應用特征的規(guī)劃，確定建模方法，最后再進行具體的零件造型設計。在創(chuàng)建模型過程中，要靈活應用模型編輯和修改工具，不斷完善設計內容。雖然圓柱齒輪減速器零件較多，但多為回轉類零件(軸和齒輪)，建模方法比較簡單。利用旋轉(Revolve)建模法，根據(jù)需要作必要的拉伸(Extrude)、剪切(Cut)或孔(Hole)的處理，就可以得到所需的零件三維模型。

　　3.減速器裝配設計

　　零件裝配設計就是依照一定的順序把滿足特定關系的元件裝配成組件的過程。減速器的裝配設計先實現(xiàn)高、低速軸部件的裝配，然后再進行總裝配。箱座部件、總裝配結果如圖

　　3、圖4所示。

　　三、Pro/ENGINEER的數(shù)控加工編程

　　1.數(shù)控加工編程功能簡介

　　在產品的數(shù)控加工編程方面，Pro/ENGINEER軟件提供了功能強大的數(shù)控編程模塊Pro/NC。該CAM模塊和CAD模塊集成在一起，具有強大的數(shù)控加工編程和后置處理功能。其CAM模塊可分別對各種加工機床的各種加工方式進行數(shù)控加工編程。能產生生產過程規(guī)劃，提供參數(shù)化的刀位軌跡生成，并計算加工時間。所具有的數(shù)控車削、銑削和線切割加工編程功能，支持車削中心、5軸銑削中心和4軸線切割數(shù)控加工，具備完整關聯(lián)性，對任何設計更改，能自動生成加工程序和資料。利用CAM模塊生成的刀具軌跡文件稱為CLData(Cutter Location Data)，通過NcCheck進行仿真加工檢測切削狀況，提供的Vericut模擬功能可以模擬材料的去除過程，為用戶進行切削過程快速校驗和刀具軌跡優(yōu)化設計提

　　供指導，以預測誤差和干涉過切。產生的CL刀位文件經Ncpost或Gpost后置處理產生NC代碼。其提供的后置處理程序能滿足如Fanuc、Heidenhain、Simense、Mitsubishi、Mazak、Agie和Charmilles等數(shù)控系統(tǒng)。用戶可以通過修改Option File文件(機床配置文件)和FIL File文件(數(shù)控機床系統(tǒng)接口文件)，產生適合自己數(shù)控機床系統(tǒng)的后置處理程序。

　　2.數(shù)控加工編程流程

　　數(shù)控編程是指根據(jù)被加工零件的技術要求、幾何形狀、尺寸及工藝要求來確定加工方法和加工路線，進行工藝參數(shù)、切削參數(shù)(主軸轉速、刀具進給量、切削深度等)及輔助功能(主

　　軸正反轉、冷卻液開關等)的設置，通過數(shù)值計算獲得實際加工時的刀具軌跡，然后按數(shù)控機床所采用的代碼及程序格式，輸出工件的數(shù)控加工程序的過程。數(shù)控加工編程的功能模塊一般包括圖形幾何造型、刀具軌跡設計、刀具軌跡編輯、加工仿真、后置處理及全數(shù)據(jù)關聯(lián)參數(shù)化驅動修改等功能模塊。利用Pro/NC進行數(shù)控程序的編程流程與實際加工的邏輯思維是相似的，圖5為利用Pro/ENGINEER進行數(shù)控編程的流程圖。

　　利用Pro/NC模塊進行數(shù)控編程時，要求遵循一定的邏輯步驟來設計加工所需的刀具軌跡。其過程是：首先設計加工所需的制造模型(產品與毛坯);然后建立包含加工機床、刀具、夾具和加工坐標系等內容的制造工程數(shù)據(jù)庫(加工環(huán)境設置)，其定義可在刀具軌跡設計規(guī)劃之前完成，也可在進行刀具軌跡設計的同時進行;選擇被加工的幾何對象(點、輪廓、曲面或實體)和加工方式，如體積銑削、曲面銑削等，根據(jù)具體的加工方式確立合適的切削工藝參數(shù)，如步距、深度和主軸轉速等制造參數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)加工對象和加工方式及切削工藝參數(shù)進行數(shù)值計算生成需要的刀具軌跡;為了提高刀具軌跡的設計質量，通過仿真加工Vericut功能檢測刀位軌跡不合理之處;通過后置處理程序對CLData文件經Gpost或Nepost后置處理，生成相應數(shù)控機床系統(tǒng)NC加工程序代碼。

　　3.數(shù)控加工編程實例

　　這里利用Pro/ENGINEER對箱座進行數(shù)控編程與仿真加工，當箱座模型更改時，相應的數(shù)控加工程序數(shù)據(jù)、刀具軌跡和NC代碼都隨之更新。實現(xiàn)了產品設計與制造數(shù)據(jù)的全相關設計制造一體化。圖6、圖7、圖8為減速器箱座數(shù)控加工的編程實例。

　　四、結束語

　　本文以圓柱齒輪減速器為對象，基于具有實體特征造型、參數(shù)化和單一數(shù)據(jù)庫功能的Pro/ENGINEER軟件平臺實現(xiàn)了減速器快速、準確的建模和裝配設計。三維實體模型直觀、逼真地顯現(xiàn)了減速器各零件的詳細結構和形狀，便于進行干涉檢查，有效縮短了產品的設計時間，提高了設計效率。文中介紹了基于Pro/ENGINEER軟件平臺箱體的數(shù)控加工方法和過程，演示了刀具軌跡路徑，形象地模擬出了現(xiàn)實加工過程，展示了NC加工效果。

　　以上工作不僅為圓柱齒輪減速器數(shù)控加工自動編程提供了參考模型，而且為其進行參數(shù)

　　化設計奠定了基礎。現(xiàn)有標準減速器亦可以充分利用CAD/CAM軟件進行幾何實體造型建模，以便利用數(shù)控現(xiàn)代制造技術進行自動化加工生產，這對現(xiàn)有標準減速器生產質量和加工效率的提高也有著很重要的現(xiàn)實意義。