專利名稱：一種基于等切削面積的插齒加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于齒輪加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于等切削面積的插齒加工方法。
背景技術(shù)：
目前，齒輪是機械制造業(yè)中的關(guān)鍵傳動零部件，其中又以圓柱齒輪應(yīng)用最為廣泛。 插齒是圓柱齒輪加工的主要方式之一。插齒加工時，插齒刀和工件軸線平行，插齒刀與工件以固定的滾比做展成運動，同時插齒刀做往復(fù)切削運動，從而在工件上加工出與插齒刀齒形共軛的齒槽。常規(guī)的插齒加工中，插齒刀與工件各自以恒定轉(zhuǎn)速做展成運動，致使齒槽的加工過程中，單位時間內(nèi)插齒切削面積隨齒槽的加工位置變化而不斷變化，導(dǎo)致切削力周期性波動。在一個切齒周期中，插齒機只有很短的時段可工作在額定負荷，大部分時段的工作負荷遠低于額定值。這種常規(guī)的插齒加工方式不能充分利用插齒機負荷能力，加工效率低下。 此外，切削力的周期性波動還可能激發(fā)插齒機多頻段振動,對工件加工質(zhì)量和插齒機產(chǎn)生不良效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種基于等切削面積的插齒加工方法，該方法不改變插齒機主體結(jié)構(gòu)，只需在插齒機數(shù)控系統(tǒng)中添加相應(yīng)數(shù)控代碼即可充分利用插齒機的負荷能力，提高圓柱齒輪加工效率，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種基于等切削面積的插齒加工方法，其特征是對齒輪的插齒加工為等切削力加工。本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案所述等切削力加工是通過等切削面積加工實現(xiàn)的。該基于等切削面積的插齒加工方法，包括以下步驟A :設(shè)定初始參數(shù)，建立插齒刀齒廓數(shù)學(xué)模型，并計算被加工的兩個齒的數(shù)學(xué)模型；B :計算常規(guī)方法中插齒刀加工軌跡，并提取加工軌跡離散數(shù)據(jù)點。C :編制計算機輔助設(shè)計軟件二次開發(fā)程序，對常規(guī)加工方法加工過程進行重構(gòu)， 并模擬加工過程中的布爾運算，進而求得所需時刻的切削面積，繪制常規(guī)加工方法中切削面積變化規(guī)律。D :對C步驟中的上述切削面積變化規(guī)律曲線進行自適應(yīng)分析。E :將D步驟中的分析結(jié)果轉(zhuǎn)換為刀具轉(zhuǎn)速變化規(guī)律。F :所得刀具轉(zhuǎn)速變化規(guī)律即為實現(xiàn)等切削力自適應(yīng)進給時對應(yīng)的刀具轉(zhuǎn)速變化規(guī)律。
G :結(jié)合機床數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度，從刀具轉(zhuǎn)速變化規(guī)律曲線中選取若干關(guān)鍵轉(zhuǎn)速點，并根據(jù)機床沖程時間確定每個轉(zhuǎn)速持續(xù)的時間，使數(shù)控程序重復(fù)執(zhí)行所要求的轉(zhuǎn)速，同時需要構(gòu)建測試系統(tǒng)實時測量主軸切削力，對所選轉(zhuǎn)速點進行適當調(diào)整。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是本發(fā)明采用了以上技術(shù)方案后，利用自適應(yīng)的方法將等速加工改為等切削力加工，無需改變機床主體結(jié)構(gòu)，只需添加相應(yīng)數(shù)控代碼即可使用。采用該方法可在粗加工階段充分利用機床主驅(qū)動力，減緩機床不平穩(wěn)振動，縮短加工時間，降低加工成本，提高加工效率。


圖I采用傳統(tǒng)方法插齒加工時第η次的切削面積示意圖；圖2采用傳統(tǒng)方法插齒加工時第η+1次的切削面積示意圖；圖3采用本發(fā)明的方法插齒加工第η次的切削面積示意圖；圖4采用本發(fā)明的方法插齒加工第η+1次的切削面積示意圖；圖5本發(fā)明方法的流程圖；圖6齒輪副坐標系示意圖；圖7插齒刀齒廓曲線圖；圖8插齒加工過程中各軸運動關(guān)系示意圖；圖9漸開線齒廓齒輪齒槽形成過程示意圖；圖10模擬布爾運算求解切削面積過程示意圖；圖11常規(guī)基于等切削面積的插齒加工方法的切削面積柱狀圖；圖12常規(guī)基于等切削面積的插齒加工方法的切削面積變化規(guī)律曲線；圖13疊加后的總切削面積變化規(guī)律曲線；圖14經(jīng)過等切削力自適應(yīng)分析后的切削面積變化規(guī)律；圖15滿足等切削力自適應(yīng)進給的刀具轉(zhuǎn)速變化規(guī)律；
具體實施例方式為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下請參閱圖I至圖15，一種基于等切削面積的插齒加工方法，等切削力自適應(yīng)的算法框圖如圖2所示。圖2中A為切削面積，A111為最大切削面積，X為根據(jù)機床負載能力確定的切削面積波動系數(shù)。為便于說明，建立如圖3所示的齒輪副坐標系。其中，(0-χ, y)為慣性坐標系； (O1-X1, Y1)為刀具坐標系,與插齒刀固聯(lián)；(O2-X2, y2)為輪還坐標系,與被加工齒輪固聯(lián)；α 為分度圓壓力角；α k為任意圓壓力角；i為齒輪副傳動比；ral為插齒刀齒頂圓半徑；ra2為被加工齒輪齒頂圓半徑；rb2為被加工齒輪基圓半徑為刀具齒數(shù)YL2為被加工齒輪齒數(shù)； Φ為刀具齒頂圓弧對應(yīng)圓心角為刀具轉(zhuǎn)速；n2為被加工齒輪轉(zhuǎn)速。(I)建立插齒刀齒廓數(shù)學(xué)模型根據(jù)齒輪嚙合理論對插齒刀齒廓曲線進行數(shù)學(xué)建模，齒廓曲線由兩段漸開線，兩段外擺線，一段圓弧組成，如圖4所示。刀具坐標系下的漸開線方程如下
權(quán)利要求
1.一種基于等切削面積的插齒加工方法，其特征是對齒輪的插齒加工為等切削力加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于等切削面積的插齒加工方法，其特征是所述等切削力加工是通過等切削面積加工實現(xiàn)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于等切削面積的插齒加工方法，包括以下步驟A :設(shè)定初始參數(shù)，建立插齒刀齒廓數(shù)學(xué)模型，并計算被加工的兩個齒的數(shù)學(xué)模型；B :計算常規(guī)方法中插齒刀加工軌跡，并提取加工軌跡離散數(shù)據(jù)點。C :編制計算機輔助設(shè)計軟件二次開發(fā)程序，對常規(guī)加工方法加工過程進行重構(gòu)，并模擬加工過程中的布爾運算，進而求得所需時刻的切削面積，繪制常規(guī)加工方法中切削面積變化規(guī)律。D :對C步驟中的上述切削面積變化規(guī)律曲線進行自適應(yīng)分析。E :將D步驟中的分析結(jié)果轉(zhuǎn)換為刀具轉(zhuǎn)速變化規(guī)律。F :所得刀具轉(zhuǎn)速變化規(guī)律即為實現(xiàn)等切削力自適應(yīng)進給時對應(yīng)的刀具轉(zhuǎn)速變化規(guī)律。 G :結(jié)合機床數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度，從刀具轉(zhuǎn)速變化規(guī)律曲線中選取若干關(guān)鍵轉(zhuǎn)速點， 并根據(jù)機床沖程時間確定每個轉(zhuǎn)速持續(xù)的時間，使數(shù)控程序重復(fù)執(zhí)行所要求的轉(zhuǎn)速，同時需要構(gòu)建測試系統(tǒng)實時測量主軸切削力，對所選轉(zhuǎn)速點進行適當調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于等切削面積的插齒加工方法，(0-x，y)為慣性坐標系；(O1-X1, Y1)為刀具坐標系,與插齒刀固聯(lián)；(O2-X2, y2)為輪還坐標系,與被加工齒輪固聯(lián)；a為分度圓壓力角；a k為任意圓壓力角；i為齒輪副傳動比；ral為插齒刀齒頂圓半徑； ra2為被加工齒輪齒頂圓半徑；rb2為被加工齒輪基圓半徑為刀具齒數(shù)YL2為被加工齒輪齒數(shù)；0為刀具齒頂圓弧對應(yīng)圓心角；&為刀具轉(zhuǎn)速；n2為被加工齒輪轉(zhuǎn)速；其中A步驟中，建立插齒刀齒廓的數(shù)學(xué)模型為刀具坐標系的漸開線方程如下
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于等切削面積的插齒加工方法，B步驟中所述計算常規(guī)方法中插齒刀加工軌跡中，定義刀具軸Z1軸以角速度W1進行旋轉(zhuǎn)，工作臺Z2以角速度 2進行旋轉(zhuǎn)，加工過程時刻指標如下式所示。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于等切削面積的插齒加工方法，所述C步驟是通過以下方法完成的選定一個刀齒，首先將該刀齒加工軌跡中的每一條齒廓曲線分別離散為若干個點，然后調(diào)用前述離散數(shù)據(jù)點，對加工軌跡進行重構(gòu)，進而通過模擬布爾運算過程，求得當前插齒刀插削的切削面積；將上述過程重復(fù)求解，求得所有切削面積；并對所得切削面積變化規(guī)律曲線進行擬合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于等切削面積的插齒加工方法，將C步驟所得的常規(guī)加工方法中切削面積變化規(guī)律從初始時刻到每一次插削時的總切削面積的變化規(guī)律，轉(zhuǎn)換完成后將規(guī)律曲線進行擬合，并利用下式進行分析，其中，設(shè)Am為最大切削面積， ajn+ajn—1+…+anT+an+1為規(guī)律曲線的擬合方程，B1,…an為擬合方程中變量的系數(shù)
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于等切削面積的插齒加工方法，其特征是對齒輪的插齒加工為是通過等切削面積插齒來實現(xiàn)等切削力加工。優(yōu)點是本發(fā)明無需改變機床主體結(jié)構(gòu)，只需添加相應(yīng)數(shù)控代碼即可使用。采用該方法可在粗加工階段充分利用機床主驅(qū)動力，減緩機床不平穩(wěn)振動，縮短加工時間，降低加工成本，提高加工效率。
文檔編號G06F17/50GK102581384SQ20121007245
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者于冰, 劉德全, 劉福聰, 張連洪, 柴寶連, 王威, 胡光曦 申請人:天津第一機床總廠