[发明专利]一种减少螺纹铣削加工干涉的方法

权利要求书

1.一种减少螺纹铣削加工干涉的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）利用螺纹和铣刀基本参数建立理论螺纹牙型和实际螺纹牙型的数学模型；

步骤2）通过对理论螺纹牙型和实际螺纹牙型进行比较，建立螺纹铣削加工中干涉值的计算模型；

步骤3）利用最大干涉值建立螺纹铣刀牙型动态调整的迭代算法，优化螺纹铣刀牙型的六个特征点；

步骤4）利用优化后的六个特征点生成理想的螺纹铣刀牙型。

2.根据权利要求1所述的一种减少螺纹铣削加工干涉的方法，其特征在于，所述步骤1中，利用螺纹和铣刀基本参数建立理论螺纹牙型和实际螺纹牙型的数学模型，包括以下内容：

1）公称螺纹牙型数学模型建立，主要包括以下步骤；

根据螺纹大径D和螺纹螺距P，计算螺纹小径D₁、螺纹中径D₂；

计算螺纹牙型六个特征点坐标P_tj=(P_tjr,P_tjz)：

P_t1=(P_t1r,P_t1z)=(D₁/2,0)，

P_t2=(P_t2r,P_t2z)=(D₁/2,(P/2+△r₁tan(α₁))cot(α₂)/(cot(α₁)+cot(α₂))-△r₁)，

P_t3=(P_t3r,P_t3z)=(D/2,(P/2+△r₂tan(α₁))cot(α₂)/(cot(α₁)+cot(α₂))+△r₂)，

P_t4=(P_t4r,P_t4z)=(D/2,P/2+ P/2·sin(α₁)(cos(α₂)sec(α₁+α₂)-△r₂tan(α₂)，

P_t5=(P_t5r,P_t5z)=(D₁/2,(P/2+△r₁tan(α₂))cot(α₁)+Pcot(α₂))/(cot(α₁)+cot(α₂))+△r₂)，

P_t6=(P_t6r,P_t6z)=(D₁/2,P)，

其中，P_tj为螺纹牙型上第j点，j=1,2,3,4,5,6，P_tjr为螺纹牙型第j点的径向坐标，P_tjz为螺纹牙型第j点的轴向坐标，△r₁=(D₂-D₁)/2，△r₂=(D-D₂)/2，α₁、α₂为螺纹牙侧角；

构建公称螺纹牙型NTP的数学模型：

NTP(z)=( r(z), z)（2）

其中，r(z)为螺纹牙型的径向坐标，z为螺纹牙型的轴向坐标，z取值范围为0<z<P，r(z)与z的函数关系为：

（3）

2）螺纹铣刀牙型数学模型建立，主要包括以下步骤：

根据螺纹铣刀大径D_m和螺纹螺距P，计算螺纹铣刀小径D_m1、螺纹铣刀中径D_m2；

计算螺纹铣刀牙型六个特征点坐标P_mj=(P_mjr,P_mjz)：

P_m1=(P_m1r,P_m1z)=( D_m1,0)，

P_m2=(P_m2r,P_m2z)=( D_m1/2,(P/2+△r_m1tan(α₁))cot(α₂)/(cot(α₁)+cot(α₂))-△r_m1)，

P_m3=(P_m3r,P_m3z)=( D_m/2,(P/2+△r₂tan(α₁))cot(α₂)/(cot(α₁)+cot(α₂))+△r_m2)，

P_m4=(P_m4r,P_m4z)=( D_m/2,P/2+ P/2·sin(α₁)(cos(α₂)sec(α₁+α₂)-△r_m2tan(α₂)，

P_m5=(P_m5r,P_m5z)=(D_m1/2,(P/2+△r_m1tan(α₂))cot(α₁)+Pcot(α₂))/(cot(α₁)+cot(α₂))+△r_m2),

P_m6=(P_m6r,P_m6z)=( D_m1/2,P)，

其中，P_mj为螺纹铣刀牙型上第j点，j=1,2,3,4,5,6；P_mjr为螺纹铣刀牙型第j点的径向坐标，P_mjz为螺纹铣刀牙型第j点的轴向坐标，△r_m1=(D_m2-D_m1)/2，△r_m2=(D_m-D_m2)/2，α₁、α₂为螺纹牙侧角；

构建出螺纹铣刀牙型MP的数学模型：

MP(z_m)=(r_m(z_m), z_m)（5）

其中，r_m(z_m)为螺纹铣刀牙型的径向坐标，z_m为螺纹铣刀牙型的轴向坐标，z_m取值范围为0<z_m<P，r_m(z_m)与z_m的函数关系为：

（6）

3）实际螺纹牙型数学模型建立，主要包括以下步骤：

计算螺纹铣刀加工轨迹半径R_mc：

R_mc= (D₂-D_m)/2 （7）

根据主轴转速S、进给速度V_f，计算铣刀自转角速度ω，铣刀公转角速度ψ：

ω= π·S/30 （8）

ψ=m_m ·V_f / S·ω/ (2π·) （9）

其中，q=P/2π；

利用所得到的参数，建立螺纹铣刀加工轨迹MC：

MC(t)=( R_mc·cos(ψ·t), R_mc·sin(ψ·t), t_d·p·ψ·t) （10）

再由螺纹铣刀加工轨迹MC得到螺纹铣刀包络面ME

ME(t, θ, z_m)=MC(t)+ (R_mc·cos(ψ·t)+r_m(z_m)·cos(θ),r_m(z_m)·sin(θ),z_m)（11）

其中，铣刀自转角度θ(t, z_m)= -arcsin(R_mc·sin(ψ·t)/MP_r(z_m))，t为公转时间，t取值范围是0<t<L/V_f，L为螺纹加工长度，z_m取值范围为0<z_m<P，螺纹旋向t_d（右旋t_d=1，左旋t_d=-1）；

然后利用螺纹铣刀包络面ME进行正平面投影可以建立螺纹铣刀包络轨迹MET数学模型：

MET( t, z_m)=(R_mc·cos(ψ·t)+r_m(z_m), t_d·q·ψ·t +z_m)（12）

其中，z_m的取值范围是0<z_m<P；

最后通过螺纹铣刀包络轨迹MET构建出实际螺纹牙型GTP数学模型：

GTP(z_m)=(r_g(z_m), z_m)（13）

其中，r_g(z_m)为螺纹铣刀牙型的径向坐标，z_m为螺纹铣刀牙型的轴向坐标，z_m取值范围为0<z_m<2，r_g(z_m)与z_m的函数关系为：

（14）

其中，$\[ t=\arcsin (P\&sdot;t_d\&sdot;\stackrel{\&bull;}{r_m})\&sol;\mathrm{\&psi;} \]$。