CN104793561A - 一种求解插齿机切削面积的计算方法 - Google Patents

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李欢
刘璐
胡天明
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Abstract

一种求解插齿机切削面积的计算方法，包括以下步骤：一、以第一颜色绘制原始毛坯工件图形，统计第一颜色的原始点数以及每点代表的实际面积值；二、以第二颜色绘制插齿过程中每一状态下刀具图形，第二颜色的刀具图形不断覆盖第一颜色的工件图形，统计每一次覆盖状态下剩余工件图形颜色的点数；三、根据工件图形第一颜色的原始点数，减去毎次刀具绘制后剩余工件图形颜色的点数，乘以每点代表的齿轮实际面积值，即可计算得到插齿加工每冲程实际切削面积值。本发明提供的一种求解插齿机切削面积的计算方法，通过采用以上的步骤，能够快速计算插齿加工每冲程实际切削面积值，适用于插齿机床工艺参数的评估与优化，计算精度高、直观易懂、使用简便。

Description

一种求解插齿机切削面积的计算方法
技术领域
本发明涉及插齿齿轮加工领域，特别是一种求解插齿机切削面积的计算方法。
背景技术
目前各手册上所使用的插齿切削面积计算公式主要针对传统切削方法——直线法，对常用的螺旋切削法并不完全适用，且各手册上仅给出了最大切削面积和平均切削面积的近似计算公式，计算复杂，同时也不能反映出每刀切削面积的变化，这对计算机床切削力、切削功率、刀具寿命等都有很大的影响。
由于插齿刀和齿轮形状复杂，齿形为渐开线或其它曲线，加工时刀具与齿轮有共轭啮合运动，导致每冲程下工件与刀具相交曲线不同，每刀切削面积也不同，通过人工难以准确计算。目前，也并没有专门关于插齿机切削面积的计算方法，在插齿机的设计、评估以及工艺参数选择上依旧采用经验设计法进行，对最终结果的合理性并没有一个科学的判断依据。
因此，要提升插齿机加工效率、优化加工工艺参数、增强刀具寿命，必须寻找一种较好的切削面积计算方法或手段。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种求解插齿机切削面积的计算方法，能够克服现有的插齿切削面积公式不准确、适用性不强、理论计算复杂的问题，简化插齿机切削面积的计算。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种求解插齿机切削面积的计算方法，包括以下步骤：
一、以第一颜色绘制原始毛坯工件图形，统计第一颜色的原始点数以及每点代表的实际面积值；
二、以第二颜色绘制插齿过程中每一状态下刀具图形，第二颜色的刀具图形不断覆盖第一颜色的工件图形，统计每一次覆盖状态下剩余工件图形颜色的点数；
三、根据工件图形第一颜色的原始点数，减去毎次刀具绘制后剩余工件图形颜色的点数，乘以每点代表的齿轮实际面积值，即可计算得到插齿加工每冲程实际切削面积值。
一种求解插齿机切削面积的计算方法，包括以下步骤：
一、确定插齿加工参数、加工状态以及面积计算精度；
二、以第一颜色在图纸上绘制原始毛坯工件图形，确定图中第一颜色的原始点数，并计算每点代表的实际面积值；
三、根据插齿加工状态变化，用第二颜色绘制第1个、第2个、第3个…第i个…第j个刀具图形，统计每次绘制刀具图形后相应地图纸上第一颜色剩余的点数n1、n2、n3、n4…ni…nj，图纸上工件图形的第一颜色逐渐形成齿轮图形；
四、根据原始毛坯工件图形面积A0，初始工件图形第一颜色的原始点数N0，每次刀具绘图后剩余工件图形颜色的点数n1、n2、n3、n4…ni…nj，计算得到插齿加工每冲程实际切削面积Ai。
所述的面积为横截面积。
插齿加工参数包括工件齿数、工件模数、分度圆压力角、刀具齿数、变位系数等基本参数和加工循环次数、工进量、径向进给速度、工作台圆周进给速度。
面积计算精度包括绘图比例选择和\或分辨率选择。
绘图比例选择控制工件和刀具的绘图尺寸和实际尺寸间的比例，绘图比例越大，面积计算精度越高。
分辨率选择是将图纸按照长宽方向划分为a×b个点阵，每个点代表的面积为图纸实际面积的1/（a×b），划分点数越多，面积计算精度越高。
加工状态包括插齿过程中刀具与工件每冲程切削所处的位置与角度相位关系，每一冲程对应一种状态关系。
每点代表的实际面积值是指统计图纸中与第一颜色完全相同点的个数N0，通过与实际原始毛坯A0进行比较，单位点表示的齿轮实际面积为A0/ N0。
每绘制一次刀具图形，统计图纸中与第一颜色的点数会有一定减少，减少量为对应的插齿切削面积，则插齿过程中毎刀切削面积为：Ai= (ni-1- ni)× A0/ N0。
本发明提供的一种求解插齿机切削面积的计算方法，通过采用以上的步骤，能够快速计算插齿加工每冲程实际切削面积值，适用于插齿机床工艺参数的评估与优化，计算精度高、 直观易懂、使用简便。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的流程示意图。
图2为原始毛坯工件图形示意图。
图3为插齿过程中每一状态下刀具图形加工工件图形的示意图。
图4为加工完成后工件图形的示意图。
图5为刀具图形加工工件图形的示意图，图中显示了部分的刀具图形的加工轨迹。
图6为加工完成后工件图形的示意图，图中显示了全部的刀具图形加工轨迹。
具体实施方式
实施例1:
如图1~6中，一种求解插齿机切削面积的计算方法，包括以下步骤：
一、以第一颜色绘制原始毛坯工件图形，统计第一颜色的原始点数以及每点代表的实际面积值；
二、以第二颜色绘制插齿过程中每一状态下刀具图形，第二颜色的刀具图形不断覆盖第一颜色的工件图形，统计每一次覆盖状态下剩余工件图形颜色的点数；
三、根据工件图形第一颜色的原始点数，减去毎次刀具绘制后剩余工件图形颜色的点数，乘以每点代表的齿轮实际面积值，即可计算得到插齿加工每冲程实际切削面积值。
实施例2:
一种求解插齿机切削面积的计算方法，包括以下步骤：
一、确定插齿加工参数、加工状态以及面积计算精度；
二、以第一颜色在图纸上绘制原始毛坯工件图形，确定图中第一颜色的原始点数，并计算每点代表的实际面积值；
三、根据插齿加工状态变化，用第二颜色绘制第1个、第2个、第3个…第i个…第j个刀具图形，统计每次绘制刀具图形后相应地图纸上第一颜色剩余的点数n1、n2、n3、n4…ni…nj，图纸上工件图形的第一颜色逐渐形成齿轮图形；
四、根据原始毛坯工件图形面积A0，初始工件图形第一颜色的原始点数N0，每次刀具绘图后剩余工件图形颜色的点数n1、n2、n3、n4…ni…nj，计算得到插齿加工每冲程实际切削面积Ai。
所述的面积为横截面积。
插齿加工参数包括工件齿数、工件模数、分度圆压力角、刀具齿数、变位系数等基本参数和加工循环次数、工进量、径向进给速度、工作台圆周进给速度。
面积计算精度包括绘图比例选择和\或分辨率选择。
绘图比例选择控制工件和刀具的绘图尺寸和实际尺寸间的比例，绘图比例越大，面积计算精度越高。
分辨率选择是将图纸按照长宽方向划分为a×b个点阵，每个点代表的面积为图纸实际面积的1/（a×b），划分点数越多，面积计算精度越高。
加工状态包括插齿过程中刀具与工件每冲程切削所处的位置与角度相位关系，每一冲程对应一种状态关系。
每点代表的实际面积值是指统计图纸中与第一颜色完全相同点的个数N0，通过与实际原始毛坯A0进行比较，单位点表示的齿轮实际面积为A0/ N0。
每绘制一次刀具图形，统计图纸中与第一颜色的点数会有一定减少，减少量为对应的插齿切削面积，则插齿过程中毎刀切削面积为：Ai= (ni-1- ni)× A0/ N0。
实施例3：
    步骤101，首先要确定插齿切削面积的计算精度，有两种方式：一是放大绘制比例，即在图纸上的绘图尺寸为工件实际尺寸的若干倍，比例越大，则绘图图形越大；二是对图纸进行网格划分，网格可采用三角形、矩形、多边形等，也可采用点来进行划分，将整个图纸幅面划分为长宽方向为a×b个点或图形组成，本例采用点划分，其他图形划分方式也在保护中，即点的实际形状可以是三角形、矩形或其他的多边形
，划分点数越多越密集，每点代表的实际面积越精确。精度确定后即可确定图纸大小，并取图纸颜色为R1
    步骤101中，对插齿状态进行分析，即按照插齿加工参数计算每一冲程加工时刀具与工件之间的位置关系，设定图纸坐标，并按照图纸要求计算每冲程刀具与工件在图纸坐标中的位置。在绘制过程中，工件固定，刀具做同时绕工件旋转和绕自身轴线旋转运动。
    步骤101中，按工件齿数Z，模数M可计算出齿坯面积为A0=π×(M×(Z+2)/2)2。
步骤102，按照图纸坐标用第一颜色R2绘制原始工件毛坯工件图形，如图2中所示。
步骤103，按照图纸网格划分情况统计颜色为R2总点数N0，则每点代表的齿轮面积为A0/ N0。
    步骤104，按照插齿状态中每冲程刀具与工件之间的位置关系，用第二颜色R3绘制刀具图形，每一个冲程对应一个刀具位置，如图3、5中所示。
步骤104中，第二颜色R3与第一颜色R2的颜色不同，以便区分和选取，因后绘制的刀具图形会覆盖先绘制的刀具图形和工件图形，最后导致绘制工件图形的第一颜色R2的点数会越来越少，并在完成所有冲程后，第一颜色R2所留下的图形为成形的齿轮工件。
    步骤105，统计图纸中颜色为R2的总点数ni。
    步骤106，计算每冲程刀具的切削面积值，Ai= (ni-1- ni) × A0/ N0。
    步骤106结束后，若工件未加工完，可继续进行下一冲程的刀具图形绘制，循环进行，直至完成齿轮加工。
    步骤107,结束面积计算。
以上所述方法采用图纸进行绘图计算，同时也可采用计算机、工控设备等方式绘图，以其屏幕像素点代表齿轮面积的计算也在本专利保护之列。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种求解插齿机切削面积的计算方法，其特征是包括以下步骤：
一、以第一颜色绘制原始毛坯工件图形，统计第一颜色的原始点数以及每点代表的实际面积值；
二、以第二颜色绘制插齿过程中每一状态下刀具图形，第二颜色的刀具图形不断覆盖第一颜色的工件图形，统计每一次覆盖状态下剩余工件图形颜色的点数；
三、根据工件图形第一颜色的原始点数，减去毎次刀具绘制后剩余工件图形颜色的点数，乘以每点代表的齿轮实际面积值，即可计算得到插齿加工每冲程实际切削面积值。
2.一种求解插齿机切削面积的计算方法，其特征是包括以下步骤：
一、确定插齿加工参数、加工状态以及面积计算精度；
二、以第一颜色在图纸上绘制原始毛坯工件图形，确定图中第一颜色的原始点数，并计算每点代表的实际面积值；
三、根据插齿加工状态变化，用第二颜色绘制第1个、第2个、第3个…第i个…第j个刀具图形，统计每次绘制刀具图形后相应地图纸上第一颜色剩余的点数n1、n2、n3、n4…ni…nj，图纸上工件图形的第一颜色逐渐形成齿轮图形；
四、根据原始毛坯工件图形面积A0，初始工件图形第一颜色的原始点数N0，每次刀具绘图后剩余工件图形颜色的点数n1、n2、n3、n4…ni…nj，计算得到插齿加工每冲程实际切削面积Ai。
3.根据权利要求1或2所述的一种求解插齿机切削面积的计算方法，其特征是：所述的面积为横截面积。
4.根据权利要求2所述的一种求解插齿机切削面积的计算方法，其特征是：插齿加工参数包括工件齿数、工件模数、分度圆压力角、刀具齿数、变位系数等基本参数和加工循环次数、工进量、径向进给速度、工作台圆周进给速度。
5.根据权利要求2所述的一种求解插齿机切削面积的计算方法，其特征是：面积计算精度包括绘图比例选择和\或分辨率选择。
6.根据权利要求5所述的一种求解插齿机切削面积的计算方法，其特征是：绘图比例选择控制工件和刀具的绘图尺寸和实际尺寸间的比例，绘图比例越大，面积计算精度越高。
7.根据权利要求5所述的一种求解插齿机切削面积的计算方法，其特征是：分辨率选择是将图纸按照长宽方向划分为a×b个点阵，每个点代表的面积为图纸实际面积的1/（a×b），划分点数越多，面积计算精度越高。
8.根据权利要求2所述的一种求解插齿机切削面积的计算方法，其特征是：加工状态包括插齿过程中刀具与工件每冲程切削所处的位置与角度相位关系，每一冲程对应一种状态关系。
9.根据权利要求1或2所述的一种求解插齿机切削面积的计算方法，其特征是：每点代表的实际面积值是指统计图纸中与第一颜色完全相同点的个数N0，通过与实际原始毛坯A0进行比较，单位点表示的齿轮实际面积为A0/ N0。
10.根据权利要求1或2所述的一种求解插齿机切削面积的计算方法，其特征是：每绘制一次刀具图形，统计图纸中与第一颜色的点数会有一定减少，减少量为对应的插齿切削面积，则插齿过程中毎刀切削面积为：Ai= (ni-1- ni)× A0/ N0。
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