專利名稱：一種基于齒輪加工仿真模型的齒輪加工表面形貌分析方法
技術領域：
本發(fā)明屬于齒輪加工表面形貌分析技術領域，涉及一種基于齒輪加工仿真模型的齒輪加工表面形貌分析方法。
背景技術：
齒輪的表面質量對齒輪的傳動性能，如承載能力、傳動噪聲具有顯著影響。表面質量可分為表面完整性和表面形貌兩方面，國際生產(chǎn)工程科學院(CIRP)對表面質量問題進行了大量的研究，成立了專門的研究工作組，并定期召開國際會議討論能夠定性定量預測金屬切削加工性能的仿真模型。而關于磨削加工表面形貌建模問題，目前的研究多采用基于加工過程中物理作用變化的運動學模型，具體方法是首先得到砂輪表面形貌模型，然后基于磨粒與工件表面的相互作用計算切屑厚度和工件表面粗糙度或者橫截面的形貌，最終可得到工件表面粗糙度、磨削力、磨削熱等參數(shù)。這些研究存在的問題是:1)沒有直接針對齒輪磨削過程，其加工對象多為平面或圓柱面，砂輪形狀簡單，砂輪與工件間的運動學關系也較單一。而齒輪磨削加工中砂輪形狀和加工運動機理相比都要復雜得多。2)大多數(shù)的運動學模型都僅僅集中于理想的磨削過程的模擬，忽略了磨削過程中不可避免的動力學因素的影響，如磨削過程中床身振動、變形，砂輪振動，轉軸扭轉波動及同步運動誤差等。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的問題在于提供一種基于齒輪加工仿真模型的齒輪加工表面形貌分析方法，可用于定量評價運動軸動態(tài)誤差對齒輪磨削表面質量的影響，以及齒輪加工精度與表面波紋度、粗糙度的誤差溯源。本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn):一種基于齒輪加工仿真模型的齒輪加工表面形貌分析方法，包括以下步驟:建立齒輪加工仿真模型，然后將齒輪加工過程中磨削軸的運動信息輸入齒輪加工仿真模型，得到磨削加工后齒輪精度曲線、表面微觀形貌；所述的齒輪加工仿真模型為:齒輪理論表面Σ 2 Cu, θ , Φ￥, φ8, Ψ)用以下方程表示:
權利要求
1.一種基于齒輪加工仿真模型的齒輪加工表面形貌分析方法，其特征在于，包括以下步驟: 建立齒輪加工仿真模型，然后將齒輪加工過程中磨削軸的運動信息輸入齒輪加工仿真模型，得到磨削加工后齒輪精度曲線、表面微觀形貌； 所述的齒輪加工仿真模型為: 齒輪理論表面Σ 2 Cu, θ , Φ￥, φ8, ψ)用以下方程表示:
2.如權利要求1所述的基于齒輪加工仿真模型的齒輪加工表面形貌分析方法，其特征在于，所述的
3.如權利要求1所述的基于齒輪加工仿真模型的齒輪加工表面形貌分析方法，其特征在于，所述的齒輪加工仿真模型的建立為: 建立笛卡爾坐標系，包括Sm、Sn兩個固定坐標系，Sw、Sg兩個分別與蝸桿砂輪和加工齒輪固連的移動坐標系，以及表示蝸桿沿齒輪軸線方向的進給運動Ψ的附加坐標系sf，其中，Sm、Sn坐標系的原心Om、On的垂直距離為蝸桿和齒輪的中心距E，E=rw+rg, rw, rg分別為蝸桿和齒輪節(jié)圓半徑； 用齊次坐標表不蝸桿表面Σ 上一點的位置向量為:
4.如權利要求1所述的基于齒輪加工仿真模型的齒輪加工表面形貌分析方法，其特征在于，所述的齒輪加工過程中磨削軸的運動信息獲取為: 通過三通接口獲取數(shù)控磨齒機位置信息，讀取編碼器、光柵尺輸出的信號，經(jīng)過轉換即可獲得數(shù)控磨齒機各軸的位移，微分后則可獲得各軸的速度，從而得到各軸的速度波動信息及同步運動誤差。
5.如權利要求4所述的基于齒輪加工仿真模型的齒輪加工表面形貌分析方法，其特征在于，將測量信息B軸的轉速nB、Z軸進給速度Vf、Y軸進給速度Vfsh代入公式(12)、( 13)計算得到C軸的理論轉速，與C軸的實際測量轉速比較即可得到C軸的同步運動誤差； 所述的公式(12)、(13)分別為:
6.如權利要求1所述的基于齒輪加工仿真模型的齒輪加工表面形貌分析方法，其特征在于，齒輪表面上的測量點是由測量平面或圓柱面與齒輪表面相交的交點，其坐標獲得為: 由方程組(11)可得到齒輪表面，而得到一組排列規(guī)則的網(wǎng)格點的幾何條件表示為公式(15)； 同時滿足方程組(11)、(15)可確定齒輪表面上，位于軸向距離為H的截面上，中心半徑為R2的點的坐標；如果R2保持不變而H變化，則解方程可得到半徑R2處的齒向線；如果H不變而R2變化，則可得到距離為H的截面上的齒廓線；如果賦予H和R2 —系列等間距的值，則生成一個規(guī)則的矩形網(wǎng)格點。
7.如權利要求1所述的基于齒輪加工仿真模型的齒輪加工表面形貌分析方法，其特征在于，齒輪理論表面Σ21—點的坐標為(x2，y2，H)，齒輪磨削表面Σ/上同一網(wǎng)格點的坐標為(x*2，/2，H);用這兩點之間的距離在法向的投影e(H，R2)來表示實際磨削齒面與理論齒面在該網(wǎng)格點處的誤差。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于齒輪加工仿真模型的齒輪加工表面形貌分析方法，其特點是基于齒輪磨削加工原理建立仿真模型，在此基礎上推導得到加工齒輪表面形貌仿真的一般流程，將通過仿真或者從齒輪磨削加工過程中機床內置傳感器采集到的運動軸動態(tài)信息代入仿真模型，獲得模擬的齒輪磨削加工表面形貌。該方法可用于齒輪磨削加工表面質量預測，進一步地可用于定量評價運動軸動態(tài)誤差對齒輪磨削表面質量的影響，以及齒輪加工精度與表面波紋度、粗糙度的誤差溯源，為提高齒輪磨削加工表面質量與磨齒機故障診斷效率提供了理論依據(jù)和實施方法。
文檔編號G01B21/20GK103105152SQ20131000908
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月10日 優(yōu)先權日2013年1月10日
發(fā)明者王琇峰, 劉堯, 林京, 龍興元 申請人:西安交通大學