[发明专利]一种渐开面包络环面蜗杆的高效精密数控车削方法

说明书

本发明提出了一种渐开面包络环面蜗杆的高效精密数控车削方法，首先基于齿轮啮合原理求解渐开面包络环面蜗杆啮合方程；计算接触点和接触线，建立齿轮坐标系与蜗杆坐标系之间的坐标变换矩阵，获得由离散接触线构成的蜗杆齿面；然后采用非均匀有理B样条曲线对接触线进行参数化拟合，得到均匀的接触线及其离散点坐标；其次对渐开面包络环面蜗杆齿面进行参数化拟合重构和网格化均匀离散；最后根据均匀离散网格点构造环面螺旋线并转化为极坐标形式，将极坐标离散点沿车削XZ平面上投影法矢量方向偏置车刀刀尖圆弧半径获得极坐标刀位点，编写渐开面包络环面蜗杆数控车削代码生成程序，生成蜗杆数控车削代码。本发明可提高TI蜗杆加工精度和效率。

技术领域

本发明属于齿轮加工技术领域，特别是一种渐开面包络环面蜗杆的高效精密数控车削方法。

背景技术

渐开面包络环面蜗杆传动是由渐开线斜齿轮和其包络的环面蜗杆即TI蜗杆组成的传动副。这种传动为线接触，多齿对同时啮合，承载能力大，润滑条件好，且渐开线斜齿轮易于精密制造，可广泛应用于工程机械、冶金、矿山机械以及新能源等行业。但由于TI蜗杆齿面形状复杂，轴截面齿形为一条不规则曲线，加工制造困难。

国内外学者针对TI蜗杆传动啮合理论和加工工艺进行了相关研究，段德荣，谢佩娟.渐开线齿轮包络环面蜗杆传动设计与制造[J].冶金设备，1988(5):42-46提出了在滚齿机上依据展成原理加工环面蜗杆的方法，该方法需要定制刀具。李海涛，张宾，施焕儒，等人.环面蜗杆螺旋面的铣削方法[P],2011.12.21,ZLCN101837484提出了一种环面蜗杆铣削加工方法，但铣削效率低。孙月海，卢华武，杨文彦，等人.硬齿面TI蜗杆副的研制与试验研究[J].机械工程学报,2011,47(9):182-186提出了TI蜗杆磨削加工方法和精修磨法，并进行了相关工艺装备的研究，但专用工艺和装备成本高昂等限制了TI蜗杆传动副的推广应用。李海涛，张宾，施焕儒，等人.环面蜗杆螺旋面的车削方法[P]，2011.11.09ZLCN101774029B提出了一种使用带C轴车床的环面蜗杆车削方法，但作为环面蜗杆螺旋面的粗加工方法，精度不高。董新会，段晓宾，王军强，等人.一种数控车床加工环面蜗杆螺旋面的方法[P]，2018.08.13ZLCN106270812B，方法中刀位点的计算方式没有依据理论啮合计算，存在理论误差，蜗杆齿面精度同样受影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种渐开面包络环面蜗杆的高效精密数控车削方法，以提高TI蜗杆加工效率和车削精度，降低制造成本。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种渐开面包络环面蜗杆的高效精密数控车削方法，包括以下步骤：

步骤1、基于齿轮啮合原理求解渐开面包络环面蜗杆啮合方程；根据渐开面包络环面蜗杆啮合方程，计算接触点和接触线，建立齿轮坐标系与蜗杆坐标系之间的坐标变换矩阵，将离散接触线变换到蜗杆坐标系下，获得由离散接触线构成的蜗杆齿面；

步骤2、采用非均匀有理B样条曲线对接触线进行参数化拟合，根据均匀离散的参数计算得到均匀的接触线离散点坐标；

步骤3、通过非均匀有理B样条曲面拟合方法对渐开面包络环面蜗杆齿面进行参数化拟合重构；根据重构的渐开面包络环面蜗杆齿面参数化模型，对蜗杆齿面进行网格化均匀离散；

步骤4、根据均匀离散网格点构造环面螺旋线并转化为极坐标形式，将极坐标离散点沿车削XZ平面上投影法矢量方向偏置车刀刀尖圆弧半径获得极坐标刀位点，基于锥螺纹数控车削指令和极坐标离散刀位点，编写渐开面包络环面蜗杆数控车削代码生成程序，实现渐开面包络环面蜗杆数控车削代码自动生成。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：