[发明专利]金刚滚轮及蜗杆砂轮的设计方法

说明书

本申请涉及面齿轮磨削加工领域，尤其涉及一种金刚滚轮及蜗杆砂轮的设计方法，包括：步骤一、通过插齿刀齿面方程得出蜗杆砂轮齿面方程；步骤二、由步骤一的蜗杆砂轮齿面方程得出蜗杆砂轮轴截面齿廓并以蜗杆砂轮轴截面齿廓作为金刚滚轮齿廓；步骤三、建立金刚滚轮包络蜗杆砂轮的坐标系，得出金刚滚轮包络出的蜗杆砂轮。本申请采用新的齿形式金刚滚轮齿廓来加工蜗杆砂轮，通过对加工蜗杆砂轮的齿形式金刚滚轮齿廓进行合理设计，使得加工出的蜗杆砂轮齿面精度更高，从而保证了蜗杆砂轮磨削出的面齿轮具有较高的精度。

【技术领域】

本申请涉及面齿轮磨削加工领域，尤其涉及一种金刚滚轮及蜗杆砂轮的设计方法。

【背景技术】

面齿轮传动具有结构紧凑、安装调试方便、传动比与重合度大的优点。目前主要通过蜗杆砂轮磨削的方式来实现面齿轮的高精高效加工，而蜗杆砂轮又主要通过锥面金刚滚轮或者齿形式金刚滚轮加工得到。锥面金刚滚轮加工蜗杆砂轮主要包括以下三个步骤：

1)根据蜗杆砂轮的齿面表达式，计算在蜗杆砂轮齿面上的一系列分布规律的齿面离散点；

2)在锥面金刚滚轮轴截面内选一点(对应锥面金刚滚轮齿面上的一条线)，使得该点与蜗杆砂轮齿面上的每一点相切。从而计算出锥面金刚滚轮在加工蜗杆砂轮齿面时的各刀位点。

3)根据2)的原理，建立实际加工的机床坐标系，计算加工的各个时刻机床各个轴的位置，生成NC代码。

上述三个步骤中，步骤1)2)主要包括以下四个步骤：

a)建立插齿刀包络蜗杆砂轮的坐标系，通过坐标变换和啮合原理，由插齿刀齿面方程r_s(u_s,u_z)及齿面法向量n_s(u_s,u_z)推导蜗杆砂轮齿面方程r_ws(u_s,φ_s)及齿面法向量n_ws(u_s,φ_s)。

b)通过离散蜗杆砂轮齿面方程r_ws(u_s,φ_s)和齿面法向量n_ws(u_s,φ_s)的参数u_s,φ_s，求得蜗杆砂轮一系列的齿面点以及齿面点所对应的法向量。

c)锥面金刚滚轮的齿面方程以及齿面法向量可以分别表示为：r_c(u_x,θ_s)和n_c(u_x,θ_s)。在锥面金刚滚轮轴截面齿廓上选取一点r_c^*(u_x^*，θ_s^*)，该点对应的齿面法向量为n_c^*(u_x^*，θ_s^*)。使该点与蜗杆砂轮齿面上某一点相切，从而加工出这一点，循环往复直至加工完整个蜗杆砂轮齿面。

锥面金刚滚轮加工蜗杆砂轮主要存在以下问题：

采用锥面金刚滚轮加工蜗杆砂轮时，需要规划大量的加工路径去加工一个高精度的蜗杆砂轮，加工效率低。

步骤a)中，通过插齿刀包络方法计算出的蜗杆砂轮齿面可能会出现奇异点，无法求解刀具在奇异点处的刀位点与刀轴矢量。

采用锥面金刚滚轮加工高精度的蜗杆砂轮对机床的控制精度以及机床各轴的行程要求非常高。

齿形式金刚滚轮加工蜗杆砂轮主要包括以下两个步骤：

4)定义齿形式金刚滚轮的齿廓并建立齿形式金刚滚轮加工蜗杆砂轮的模型；