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专利号: 2018113297762
申请人: 重庆理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种成型法摆线齿锥齿轮的磨齿万法,其特征在于包括如下步骤:

步骤一,建立摆线齿锥齿轮加工坐标系组;摇台坐标系∑s={Os,is,js,ks},Os摇台中心,isOsjs为摇台平面,ks为摇台轴线指向摇台内部;刀盘坐标系∑c={Oc,ic,jc,kc},Oc为刀盘中心,icOcjc为刀顶平面上,jc为刀盘中心指向刀刃上的切齿参考点方向,kc为刀盘轴线背离刀顶平面;齿轮坐标系∑g={Og,ig,jg,kg},Og为齿轮轴错交点位置,坐标轴方向与摇台坐标系相同;

步骤二,确定产形面方程,在摇台坐标系下的产形面V是两个参数的函数,记作V=V(θ,bt),θ为摆线齿锥齿轮加工时刀盘自转角度,bt为刀刃点在切矢tc上的长度,如将其变换到齿轮坐标系中则表示齿轮齿面Vw=Vw(θ,bt);

步骤三,确定磨齿用的砂轮参数,根据步骤二得到的产形面方程计算砂轮工作面压力角和砂轮参考点半径;砂轮工作面压力角的计算公式为: λ1为产形面上θ参数曲线上的一点对于曲线的曲率,其值为曲面V沿dθ方向的值;砂轮参考点半径的计算公式为: kv为产形面齿线曲率,步骤四,干涉分析及修正计算,对步骤三得到的砂轮参数进行干涉分析并在存在干涉情况时进行砂轮结构的修改以避免干涉;

步骤五,磨齿刀位计算,先建立数控磨齿机坐标系∑m={Om,im,jm,km},其与初始状态的齿轮坐标系重合;设根据步骤二计算得到在该坐标系中砂轮位置径矢为Vgc,法矢为kg;由于kg的方向不一定与数控磨齿机坐标轴km方向一致,需将Vgc和kg一起首先绕齿轮轴线kw旋转角度μ,再绕jm旋转角度υ,可使kg与km重合,而变换后砂轮与齿轮的相对位置并未发生改变;

两转角计算公式为:

φ为齿轮轴线与砂轮的轴线的夹角,γ为齿轮加工时的机床安装根锥角;

变换后的砂轮位置径矢和法矢分别为:

V1gc=M(jm,υ)M(kw,μ)Vgc,

km=M(jm,υ)M(kw,μ)kg,

则成型法摆线齿锥齿轮磨齿的数控加工刀位为:

X,Y,Z分别为磨齿过程中全数控螺旋锥齿轮磨齿机三个线性轴的坐标,A为工件主轴坐标,B为工件主轴摆动轴坐标;用以上计算的加工刀位控制数控锥齿轮磨齿机运动可完成成型法摆线齿锥齿轮齿面的磨削加工。

2.根据权利要求1所述的摆线齿锥齿轮的磨齿方法,其特征在于:所述步骤二中产形面方程为:V=M(ks,q0)Rmc,式中,M(ks,q0)表示绕km轴旋转角度q0的旋转矩阵,q0为确定切齿位置的总转角,Rmc为经过刀盘自转和摇台旋转变换后摇台坐标系下刀刃上任意一点的径矢,Rmc=Rsc+Vs,Vs为摇台中心到刀盘中心的径向矢量,Vs=S[cos(θs),-sin(θs),0],S为摇台中心到刀盘中心的长度(径向刀位),θs为刀盘自转时完成连续分齿运动虚拟产形轮对应的转角,Rsc为经过刀盘自转和虚拟产形轮旋转变换后摇台坐标系下刀刃上任意一点的径矢,Rsc=M(ks,θs)·M(k′c,θ)·R′c,M(ks,θs)为绕ks轴旋转角度θs的旋转矩阵,M(k′c,θ)为绕k′c轴旋转角度θ的旋转矩阵,θ为刀盘自转角度,R′c为刀刃点径矢在摇台坐标系中的表达方程,R′c=M(js,J)M(is,I)Rc,M(js,J)为绕js轴旋转角度J的旋转矩阵,J为刀倾方向角,M(is,I)为绕is轴旋转角度I的旋转矩阵,I为刀倾角,Rc为刀刃上任一点在刀盘坐标系中的位置径矢,Rc=Ro·jc+bt·tc,Ro为刀盘半径,bt为刀刃点在切矢tc上的长度,切矢 为刀刃压力角,k′c=M(js,J)M(is,I)kc为刀盘轴线在摇台坐标系中的表达式。

3.根据权利要求1或2所述的摆线齿锥齿轮的磨齿方法,其特征在于:所述步骤三中的λ1计算过程为:将产形面上的一点的主法线方向和其沿θ参数曲线的曲率kv所对应的指向曲率圆中心的矢量分别记作kn和kv,则当砂轮的单位法矢ng和产形面单位法矢nv重合时,砂轮工作面压力角 等于kv方向和kn方向的夹角,记产形面的两个主曲率λ1和λ2通过方程式求解得到,所述方程式为

(EG-F2)λ2-(LG-2MF+NE)λ+(LN-M2)=0,

|λ1|>|λ2|,λ2是产形面沿微分dbt方向的法曲率,其值为0,λ1为产形面V沿dθ方向的法曲率值。

4.根据权利要求1或2所述的成型法摆线齿锥齿轮的磨齿方法,其特征在于:所述步骤四中的干涉分析包括如下步骤:a砂轮工作面干涉分析,

首先建立砂轮工作面的矢量方程Vg=Vg(α,b′t),α为砂轮母线相位角,b′t为锥面上点沿母线至刀砂轮顶部的距离参数,然后根据产形面方程计算得到产形面的两个主曲率,根据砂轮工作面方程计算得到砂轮的两个主曲率,由两者主曲率可构建曲率椭圆,以磨削齿轮凹面为例,理论上当砂轮曲率椭圆包含产形面曲率椭圆时,可知砂轮与产形面在相切接触点无干涉;若砂轮母线不经过修形两曲面均为直纹面时,磨削时两者沿一条直线相切,因此磨削摆线齿锥齿轮的整个产形面时两者的干涉判断条件可以简化:当砂轮的最大曲率大于产形面最大曲率时无干涉,当砂轮的最大曲率小于或等于产形面最大曲率时存在干涉,即磨削过程中砂轮朝自身轴线方向的弯曲程度比产形面更大,可始终保持两者之间只存在直线的线接触;

b砂轮非工作面干涉分析,当砂轮加工成型法摆线齿锥齿轮齿面的一端时,在与轴线垂直的砂轮截面内,砂轮非工作面和齿轮另一齿面的另一端的距离ρ有最小值;控制bt值在刀刃长度范围内就可以计算ρ的具体值,当计算在刀刃长度范围内ρ>0时,砂轮非工作面与另一齿面无干涉,当计算在刀刃长度范围内ρ≤0时,砂轮非工作面与另一齿面产生干涉,同理计算砂轮加工齿面其他位置时,砂轮非工作面与另一齿面的干涉情况;

c根据步骤a和b的干涉分析对砂轮结构进行调整。

5.根据权利要求4所述的摆线齿锥齿轮的磨齿方法,其特征在于:所述砂轮工作面方程为:Vg=Vgc+Vgro,式中,Vg为磨齿时机床坐标系下砂轮工作面上任意一点的径矢,Vgc为砂轮顶端中点的径矢,Vgro为砂轮磨齿时的接触线绕自身轴线旋转所产生曲面上任意一点的径矢,Vgr为磨齿时砂轮与齿面接触线上的切矢,kg为砂轮的轴线矢量,t′c为砂轮母线的切矢,nv为产形面单位法矢,Δ值是为了避免干涉选取的砂轮半径缩减量,其根据干涉分析结果进行调整,M(kg,α)为磨齿时接触线上的切矢绕自身轴线旋转的矩阵, 为将工作面上法矢旋转至指向中心方向的旋转矩阵。

6.根据权利要求4所述的摆线齿锥齿轮的磨齿万法,其特征在于:当砂轮加工齿向一端时,在砂轮另一端与轴线垂直的截面内砂轮非工作面和另一齿面的距离ρ的计算公式为ρ=n′g1·(Vw0-V′g1),V′g1、n′g1为砂轮非工作面上距离另一齿面距离最小位置(位于砂轮顶部)的径矢和法矢V′g1=Vg1(β,0),n′g1=ng1(β,0),Vw0为另一齿面与砂轮非工作面最容易发生干涉位置的径矢,位于齿面两端的齿根部位Vw0=Vw(θ0,bt0),其中θ0,bt0为另一齿面位于两端齿根部位的曲面参数,β为砂轮当前接触线到砂轮与产形面最接近点的转角其中Vg、Vgc为当前砂轮位置下的工作面径矢和砂轮顶端中

点的径矢。