CN110110420A - 一种弧面蜗杆齿面加工建模方法、装置及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种弧面蜗杆齿面加工建模方法，包括：根据弧面蜗杆设计参数，模拟弧面蜗杆的车削运动和车刀与弧面蜗杆的相对位置，建立弧面蜗杆坯三维模型；根据车刀的几何参数，建立车刀几何模型，并结合弧面蜗杆坯三维模型及车刀几何模型建立弧面蜗杆车削三维模型；根据弧面蜗杆加工工艺参数，模拟车刀与弧面蜗杆的车削运动，分段建立刀刃轨迹曲面三维模型；通过对弧面蜗杆坯三维模型进行运算，减去刀刃轨迹曲面三维模型，建立弧面蜗杆齿廓三维模型，并调整弧面蜗杆齿廓三维模型，完成弧面蜗杆三维模型的构建，基于本发明，能够为机床在加工弧面蜗杆时提供高精度的模型及坐标参数，有效的解决了弧面蜗杆建模困难等问题。

Description

一种弧面蜗杆齿面加工建模方法、装置及设备
技术领域
本发明涉及蜗杆加工建模领域，特别涉及一种弧面蜗杆齿面加工建模方法、装置及设备。
背景技术
随着数控加工齿轮技术的发展，现在对于具有复杂齿面的弧面蜗杆加工也逐步得到实现，但数控技术加工弧面蜗杆，首先要输入符合数控加工要求的高精度坐标参数。目前对于一些具有复杂齿面的弧面蜗杆，要得到齿面的坐标参数，主要手段是通过计算机进行复杂的共轭方程求解或者离散法求交再曲面拟合的繁琐运算来获得的，耗费时间太长，且得到的齿面精度较低，不能很好的反应复杂共轭齿面间的啮合质量。因此，为获得符合数控加工要求的高精度坐标参数而建立弧面蜗杆的三维实体模型变得越来越有必要。为较快获得高精度弧面蜗杆的三维实体，高效正确的弧面蜗杆建模方法是基础。
发明内容
本发明公开了一种弧面蜗杆齿面加工建模方法、装置及设备，根据弧面蜗杆、车刀设计参数及模拟车削运动，建立弧面蜗杆三维模型，为数控加工提供高精度的模型及坐标参数。
本发明第一实施例提供了一种弧面蜗杆齿面加工建模方法，包括：
根据弧面蜗杆设计参数，模拟弧面蜗杆的车削运动和车刀与弧面蜗杆的相对位置，建立弧面蜗杆坯三维模型；
根据车刀的几何参数，建立车刀几何模型，并结合所述弧面蜗杆坯三维模型及所述车刀几何模型建立弧面蜗杆车削三维模型；
根据弧面蜗杆加工工艺参数，模拟所述车刀与弧面蜗杆的车削运动，分段建立刀刃轨迹曲面三维模型；
通过对所述弧面蜗杆坯三维模型进行运算，减去所述刀刃轨迹曲面三维模型，建立弧面蜗杆齿廓三维模型，并调整所述弧面蜗杆齿廓三维模型，完成弧面蜗杆三维模型的构建，为机床在加工弧面蜗杆时提供高精度的模型及坐标参数。
优选地，所述根据弧面蜗杆加工工艺参数，模拟所述车刀与弧面蜗杆的车削运动，建立刀刃轨迹曲面三维模型，具体为：
所述车刀设有第一刀刃、第二刀刃，所述第一刀刃上设有第一个端点和第二个端点，分段生成第一刀刃轨迹螺旋线和第二刀刃轨迹螺旋线，所述第二刀刃上设有第一个端点和第二个端点，分段生成第三刀刃轨迹螺旋线和第四刀刃轨迹螺旋线；
将所述第一刀刃上的第一个端点及第二个端点生成的第一条及第二条刀刃轨迹螺旋线构成第一刃轨轨迹曲面，将所述第二刀刃上设有第一个端点和第二个端点生成的第三条及第四条刀刃轨迹螺旋线构成第二刃轨轨迹曲面，将所述第一刀刃上的第一条刀刃轨迹螺旋线和所述第二刀刃上的第三条刀刃轨迹螺旋线构成横刃轨迹曲面，根据所述第一刃轨轨迹曲面、第二刃轨轨迹曲面及横刃轨迹曲面构成刀刃轨迹曲面三维模型。
优选地，所述第一刀刃轨迹螺旋线、所述第二刀刃轨迹螺旋线、所述第三刀刃轨迹螺旋线及所述第四刀刃轨迹螺旋线分成7段生成。
优选地，所述第一刀刃轨迹螺旋线、所述第二刀刃轨迹螺旋线、所述第三刀刃轨迹螺旋线及所述第四刀刃轨迹螺旋线的螺距和半径均为非线性变化。
优选地，所述车刀做圆弧运动。
优选地，所述通过对所述弧面蜗杆坯三维模型进行运算，减去所述刀刃轨迹曲面三维模型，建立弧面蜗杆齿廓三维模型，并调整所述弧面蜗杆齿廓三维模型，完成弧面蜗杆三维模型的构建之后，还包括弧面蜗杆工作后角的测量，具体为：
根据弧面蜗杆的设计参数，建立圆柱三维模型，对所述弧面蜗杆三维模型及车刀进行运算，减去所述圆柱三维模型，进而获得所述第一刀刃后刀面及所述第二刀刃后刀面与所述弧面蜗杆的齿面的夹角，即获得弧面蜗杆工作后角。
本发明第二实施例提供了一种弧面蜗杆齿面加工建模方法装置，包括：
弧面蜗杆坯建模单元，用于根据弧面蜗杆设计参数，模拟弧面蜗杆的车削运动和车刀与弧面蜗杆的相对位置，建立弧面蜗杆坯三维模型；
弧面蜗杆车削建模单元，用于根据车刀的几何参数，建立车刀几何模型，并结合所述弧面蜗杆坯三维模型及所述车刀几何模型建立弧面蜗杆车削三维模型；
刀刃轨迹曲面三维建模单元，用于根据弧面蜗杆加工工艺参数，模拟所述车刀与弧面蜗杆的车削运动，分段建立刀刃轨迹曲面三维模型；
弧面蜗杆齿廓三维建模单元，用于通过对所述弧面蜗杆坯三维模型进行运算，减去所述刀刃轨迹曲面三维模型，完成弧面蜗杆三维模型的构建。
优选地，所述弧面蜗杆齿廓三维模型单元，还包括求差模块，用于将所述弧面蜗杆坯三维模型依次减去多段刀刃刃轨迹曲面实体模型。
本发明第三实施例提供了一种弧面蜗杆齿面加工建模设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置由所述处理执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任意一种弧面蜗杆齿面加工建模方法。
基于本发明公开了一种弧面蜗杆齿面加工建模方法、装置及设备，根据弧面蜗杆、车刀设计参数及模拟车削运动，建立弧面蜗杆坯三维模型及车刀三维模型，根据车刀端点，分段构成轨迹螺旋线，进而构成轨迹曲面三维模型，通过对弧面蜗杆坯进行运算，即对弧面蜗杆减去轨迹曲面三维模型，进而获得弧面蜗杆齿廓三维模型，为数控加工提供高精度的模型及坐标参数。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种弧面蜗杆齿面加工建模方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的弧面蜗杆加工三维模型示意图；
图3是本发明实施例提供的弧面蜗杆加工三维模型的主视图；
图4是本发明实施例提供的弧面蜗杆加工三维模型的左视图；
图5是本发明实施例提供的弧面蜗杆加工三维模型的俯视图；
图6是本发明实施例提供的弧面蜗杆车削刀刃轨迹三维模型示意图；
图7是本发明实施例提供的弧面蜗杆齿廓三维模型示意图；
图8是本发明实施例提供的弧面蜗杆齿廓三维模型的剖面仰视图；
图9是本发明实施例提供的弧面蜗杆三维模型示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
本发明公开了一种弧面蜗杆齿面加工建模方法、装置及设备，根据弧面蜗杆、车刀设计参数及模拟车削运动，建立弧面蜗杆三维模型，为数控加工提供高精度的模型及坐标参数。
请参阅图1，本发明第一实施例提供了一种弧面蜗杆齿面加工建模方法，包括：
S101，根据弧面蜗杆设计参数，模拟弧面蜗杆的车削运动和车刀与弧面蜗杆的相对位置，建立弧面蜗杆坯三维模型；
S102，根据车刀的几何参数，建立车刀几何模型，并结合所述弧面蜗杆坯三维模型及所述车刀几何模型建立弧面蜗杆车削三维模型；
请参阅图2至图5，图2是弧面蜗杆的车削三维模型，图中x，y，z为坐标轴，1为弧面蜗杆的坯料，2为对弧面蜗杆的坯料进行加工的车刀，n1为车刀加工时转动速度(r/min)，n为加工时坯料转动速度(r/min)。n1/n＝z/z1。Z为蜗轮齿数(个)，z1弧面蜗杆齿数(个)，图3为弧面蜗杆车削三维模型主视图，图3中，1为弧面蜗杆的坯料，2为对弧面蜗杆的坯料进行加工的车刀，L为弧面蜗杆齿廓区长度(mm)。Rf2为蜗轮齿根圆半径(mm)，L1为车刀转动中心距坯料转动中心距离(mm)。图4为弧面蜗杆车削三维模型的左视图，1为弧面蜗杆的坯料，2为对弧面蜗杆的坯料进行加工的车刀，图5为弧面蜗杆车削三维模型的俯视图，1为弧面蜗杆的坯料，2为对弧面蜗杆的坯料进行加工的车刀。
S103，根据弧面蜗杆加工工艺参数，模拟所述车刀与弧面蜗杆的车削运动，分段建立刀刃轨迹曲面三维模型；
请参阅图6，所述车刀设有第一刀6、第二刀刃4，所述第一刀刃6上设有第一个端点和第二个端点，分段生成第一刀刃轨迹螺旋线和第二刀刃轨迹螺旋线，所述第二刀刃4上设有第一个端点和第二个端点，分段生成第三刀刃轨迹螺旋线和第四刀刃轨迹螺旋线；
将所述第一刀刃6上的第一个端点及第二个端点生成的第一条及第二条刀刃轨迹螺旋线构成第一刃轨轨迹曲面，将所述第二刀刃4上设有第一个端点和第二个端点生成的第三条及第四条刀刃轨迹螺旋线构成第二刃轨轨迹曲面，将所述第一刀刃6上的第一条刀刃轨迹螺旋线和所述第二刀刃4上的第三条刀刃轨迹螺旋线构成横刃轨迹曲面，根据所述第一刃轨轨迹曲面、第二刃轨轨迹曲面及横刃轨迹曲面构成刀刃轨迹曲面三维模型3。需要说明的是，所述第一刀刃6的第一个端点与所述第二刀刃4的第一个端点构成横刃5。
S104，通过对所述弧面蜗杆坯三维模型进行运算，减去所述刀刃轨迹曲面三维模型，如图7所示，建立弧面蜗杆齿廓三维模型7，并调整所述弧面蜗杆齿廓三维模型7，完成弧面蜗杆三维模型的构建7，为机床在加工弧面蜗杆时提供高精度的模型及坐标参数。
在本实施例中，所述第一刀刃轨迹螺旋线、所述第二刀刃轨迹螺旋线、所述第三刀刃轨迹螺旋线及所述第四刀刃轨迹螺旋线分成7段生成。需要说明的是，根据第一刀刃及第二刀刃上的端点生成轨迹螺旋线为分段生成的，这里优选地分为7段生成，也可以是6段、8段等，在这里不做具体限定，请继续参阅图7，其中，各段螺距Pa等于蜗轮蜗杆啮合时相对应蜗轮周节在蜗杆轴线上的投影长度。
在本实施例中，所述第一刀刃轨迹螺旋线、所述第二刀刃轨迹螺旋线、所述第三刀刃轨迹螺旋线及所述第四刀刃轨迹螺旋线的螺距Pa和半径均为非线性变化，需要说明的是，各段螺旋线半径等于相对应刀刃端点到蜗杆轴线的距离。
在本实施例中，所述车刀做圆弧运动。需要说明的是，请继续参阅图3，在进行车削加工时，所述车刀1会进行如图3所示的圆周运动。
在本实施例中，所述通过对所述弧面蜗杆坯三维模型进行运算，减去所述刀刃轨迹曲面三维模型，建立弧面蜗杆齿廓三维模型，并调整所述弧面蜗杆齿廓三维模型，完成弧面蜗杆三维模型的构建之后，还包括弧面蜗杆工作后角的测量，具体为：
请参阅图7，根据弧面蜗杆的设计参数，建立圆柱三维模型，对所述弧面蜗杆三维模型及车刀进行运算，减去所述圆柱三维模型，进而获得所述第一刀刃后刀面及所述第二刀刃后刀面与所述弧面蜗杆的齿面的夹角，即获得弧面蜗杆工作后角如图8所示。其中，αoe1为左工作后角(°)，αoe2为右工作后角(°)，10为左后刀面，11为右后刀面，12为左齿廓面，13为右齿廓面。需要说明的是，圆柱的轴向是y坐标方向，圆柱的半径优选地为34mm，根据实际情况也可以是其他对应齿面高度的数值，如35、37等，这里不做具体地限定，还需说明的是所述圆柱的高应大于弧面蜗杆坯直径。
请参阅图9，对弧面蜗杆齿廓三维模型进行完善，增加传动段8和支撑段9，获得蜗杆三维模型。
本发明第二实施例提供了一种弧面蜗杆齿面加工建模方法装置，包括：
弧面蜗杆坯建模单元，用于根据弧面蜗杆设计参数，模拟弧面蜗杆的车削运动和车刀与弧面蜗杆的相对位置，建立弧面蜗杆坯三维模型；
弧面蜗杆车削建模单元，用于根据车刀的几何参数，建立车刀几何模型，并结合所述弧面蜗杆坯三维模型及所述车刀几何模型建立弧面蜗杆车削三维模型；
刀刃轨迹曲面三维建模单元，用于根据弧面蜗杆加工工艺参数，模拟所述车刀与弧面蜗杆的车削运动，分段建立刀刃轨迹曲面三维模型；
弧面蜗杆齿廓三维建模单元，用于通过对所述弧面蜗杆坯三维模型进行运算，减去所述刀刃轨迹曲面三维模型，完成弧面蜗杆三维模型的构建。
优选地，所述弧面蜗杆齿廓三维模型单元，还包括求差模块，用于将所述弧面蜗杆坯三维模型依次减去多段刀刃刃轨迹曲面实体模型。
本发明第三实施例提供了一种弧面蜗杆齿面加工建模设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置由所述处理执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任意一种弧面蜗杆齿面加工建模方法。
基于本发明公开了一种弧面蜗杆齿面加工建模方法、装置及设备，根据弧面蜗杆、车刀设计参数及模拟车削运动，建立弧面蜗杆坯三维模型及车刀三维模型，根据车刀端点，分段构成轨迹螺旋线，进而构成轨迹曲面三维模型，通过对弧面蜗杆坯进行运算，即对弧面蜗杆减去轨迹曲面三维模型，进而获得弧面蜗杆齿廓三维模型，为数控加工提供高精度的模型及坐标参数。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种弧面蜗杆齿面加工建模方法，其特征在于，包括：
根据弧面蜗杆设计参数，模拟弧面蜗杆的车削运动和车刀与弧面蜗杆的相对位置，建立弧面蜗杆坯三维模型；
根据车刀的几何参数，建立车刀几何模型，并结合所述弧面蜗杆坯三维模型及所述车刀几何模型建立弧面蜗杆车削三维模型；
根据弧面蜗杆加工工艺参数，模拟所述车刀与弧面蜗杆的车削运动，分段建立刀刃轨迹曲面三维模型；
通过对所述弧面蜗杆坯三维模型进行运算，减去所述刀刃轨迹曲面三维模型，建立弧面蜗杆齿廓三维模型，并调整所述弧面蜗杆齿廓三维模型，完成弧面蜗杆三维模型的构建，为机床在加工弧面蜗杆时提供高精度的模型及坐标参数。
2.根据权利要求1所述的一种弧面蜗杆齿面加工建模方法，其特征在于，所述根据弧面蜗杆加工工艺参数，模拟所述车刀与弧面蜗杆的车削运动，建立刀刃轨迹曲面三维模型，具体为：
所述车刀设有第一刀刃、第二刀刃，所述第一刀刃上设有第一个端点和第二个端点，分段生成第一刀刃轨迹螺旋线和第二刀刃轨迹螺旋线，所述第二刀刃上设有第一个端点和第二个端点，分段生成第三刀刃轨迹螺旋线和第四刀刃轨迹螺旋线；
将所述第一刀刃上的第一个端点及第二个端点生成的第一条及第二条刀刃轨迹螺旋线构成第一刃轨轨迹曲面，将所述第二刀刃上设有第一个端点和第二个端点生成的第三条及第四条刀刃轨迹螺旋线构成第二刃轨轨迹曲面，将所述第一刀刃上的第一条刀刃轨迹螺旋线和所述第二刀刃上的第三条刀刃轨迹螺旋线构成横刃轨迹曲面，根据所述第一刃轨轨迹曲面、第二刃轨轨迹曲面及横刃轨迹曲面构成刀刃轨迹曲面三维模型。
3.根据权利要求2所述的一种弧面蜗杆车削齿面虚拟加工方法，其特征在于，所述第一刀刃轨迹螺旋线、所述第二刀刃轨迹螺旋线、所述第三刀刃轨迹螺旋线及所述第四刀刃轨迹螺旋线分成7段生成。
4.根据权利要求2所述的一种弧面蜗杆齿面加工建模方法，其特征在于，所述第一刀刃轨迹螺旋线、所述第二刀刃轨迹螺旋线、所述第三刀刃轨迹螺旋线及所述第四刀刃轨迹螺旋线的螺距和半径均为非线性变化。
5.根据权利要求1所述的一种弧面蜗杆齿面加工建模方法，其特征在于，所述车刀做圆弧运动。
6.根据权利要求2所述的一种弧面蜗杆齿面加工建模方法，其特征在于，所述通过对所述弧面蜗杆坯三维模型进行运算，减去所述刀刃轨迹曲面三维模型，建立弧面蜗杆齿廓三维模型，并调整所述弧面蜗杆齿廓三维模型，完成弧面蜗杆三维模型的构建之后，还包括弧面蜗杆工作后角的测量，具体为：
根据弧面蜗杆的设计参数，建立圆柱三维模型，对所述弧面蜗杆三维模型及车刀进行运算，减去所述圆柱三维模型，进而获得所述第一刀刃后刀面及所述第二刀刃后刀面与所述弧面蜗杆的齿面的夹角，即获得弧面蜗杆工作后角。
7.一种弧面蜗杆齿面加工建模方法装置，其特征在于，包括：
弧面蜗杆坯建模单元，用于根据弧面蜗杆设计参数，模拟弧面蜗杆的车削运动和车刀与弧面蜗杆的相对位置，建立弧面蜗杆坯三维模型；
弧面蜗杆车削建模单元，用于根据车刀的几何参数，建立车刀几何模型，并结合所述弧面蜗杆坯三维模型及所述车刀几何模型建立弧面蜗杆车削三维模型；
刀刃轨迹曲面三维建模单元，用于根据弧面蜗杆加工工艺参数，模拟所述车刀与弧面蜗杆的车削运动，分段建立刀刃轨迹曲面三维模型；
弧面蜗杆齿廓三维建模单元，用于通过对所述弧面蜗杆坯三维模型进行运算，减去所述刀刃轨迹曲面三维模型，完成弧面蜗杆三维模型的构建。
8.根据权利要求7所述的一种弧面蜗杆齿面加工建模装置，其特征在于，所述弧面蜗杆齿廓三维模型单元，还包括求差模块，用于将所述弧面蜗杆坯三维模型依次减去多段刀刃刃轨迹曲面实体模型。
9.一种弧面蜗杆齿面加工建模设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置由所述处理执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任意一种弧面蜗杆齿面加工建模方法。
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