圆柱齿轮插齿加工切削力预测的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108681631A(43)申请公布日2018.10.19(21)申请号201810433979.X(22)申请日2018.05.08(71)申请人武汉理工大学地址430070湖北省武汉市洪山区珞狮路122号(72)发明人韩星会王利波华林(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司42102代理人朱宏伟(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)B23F1/04(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图6页(54)发明名称圆柱齿轮插齿加工切削力预测的方法(57)摘要本发明涉及一种圆柱齿轮插齿加工切削力预测的方法，包括以下步骤：计算圆柱齿轮与插齿刀加工时的接触区域圆环的面积，并在圆环中均匀分布足够多的数据点；根据圆柱齿轮与插齿刀加工时的位置关系求解出坐标变换矩阵；将坐标变换后的点进行判别，以插齿刀轮齿实体位置的极径与极角的大小为判据，筛选出工件在插齿刀内的点；在插齿刀的齿顶圆和渐开线上等距离分布足够多的数据点；插齿刀每一步切削时，将插齿刀与工件接触的点进行判别，以插齿刀齿廓上分布的等距离点到工件中心的距离为判据，筛选出插齿刀与工件接触的点；基于单位切削力的公式可求出切削力的大小。本发明能够准确预测圆柱齿轮插齿加工切削力，具有计算精度高、计算效率高等优点。CN108681631ACN108681631A权利要求书1/3页1.一种圆柱齿轮插齿加工切削力预测的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、计算圆柱齿轮与插齿刀加工时的接触区域圆环的面积，并在圆环中均匀分布足够多的数据点，根据圆柱齿轮与插齿刀加工时的位置关系求解出坐标变换矩阵，将圆环内的点经过坐标变换矩阵变换为插齿刀坐标系中的点；步骤二、插齿刀每进行一步切削时，将坐标变换后的点进行判别，以插齿刀轮齿实体位置的极径与极角大小为判据，筛选出工件在插齿刀内的点，点的数量即为切屑面积的大小a；步骤三、在插齿刀的齿顶圆和左、右渐开线上等距离分布数据点；步骤四、插齿刀每进行一步切削时，将插齿刀与工件接触的点进行判别，以插齿刀齿廓上分布的等距离点到工件中心的距离为判据，筛选出插齿刀与工件接触的点，点的数量即为接触长度的大小b；步骤五，基于单位切削力公式：切削方向Ft＝Ktca+Kteb，径向方向Ff＝Kfca+Kfeb，轴向方向Fr＝Krca+Kreb，计算圆柱齿轮插齿加工切削力的大小，其中Ktc、Kfc、Krc为切削系数，Kte、Kfe、Kre为边缘系数。2.根据权利要求1所述的圆柱齿轮插齿加工切削力预测的方法，其特征在于，步骤一中所述圆柱齿轮与插齿刀加工时的接触区域圆环的表达式为：其中，x1、y1分别表示齿顶圆的横、纵坐标，x2、y2分别表示齿根圆的横、纵坐标；x表示变化角，r1、r2分别表示工件齿顶圆、齿根圆的半径。3.根据权利要求2所述的圆柱齿轮插齿加工切削力预测的方法，其特征在于，在公式(1)、公式(2)接触区域内分布数据点的坐标方程式为：其中，r表示极径，i表示第i条等距圆环，通过公式(3)在每条等距曲线上均匀取j个点得到点集Nij(xij,yij)。4.根据权利要求1所述的圆柱齿轮插齿加工切削力预测的方法，其特征在于，步骤一中圆柱齿轮固定在坐标系O0-x0y0z0上，坐标系O1-x1y1z1与插齿刀中心固定，其x轴通过插齿刀分度圆与圆柱齿轮节曲线的切点，指向节曲线在该点的法线反方向，坐标系Os-xsyszs固定在插齿刀上，相对于坐标系O1-x1y1z1转过的角度为θ，插齿刀中间坐标系O1-x1y1z1到圆柱齿轮坐标系O0-x0y0z0下的坐标变换矩阵为M01，插齿刀固连坐标系Os-xsyszs到中间坐标系O1-x1y1z1的坐标变换矩阵为M1s，圆柱齿轮坐标系O0-x0y0z0到插齿刀坐标系Os-xsyszs的坐标变换矩阵为：Mn＝(M01M1s)′＝[(2ty-nx-ny)*cosθ+(2tx+nx+ny)*sinθ+xn1+yn1+1]′(4)其中nx,ny为圆柱齿轮节曲线单位法向量的分量，tx,ty为圆柱齿轮节曲线单位切向量的分量，xn1,yn1为坐标系O1-x1y1z1任一一点的坐标。2CN108681631A权利要求书2/3页5.根据权利要求4所述的圆柱齿轮插齿加工切削力预测的方法，其特征在于，步骤二中将圆柱齿轮上的等距曲线上的点Nij(xij,yij)通过所述坐标变换矩阵Mn转化成插齿刀坐标系下的点N'ij(xsij,ysij)，并求出N'ij(xsij,ysij)点在插齿刀坐标系下的极角与极径6.根据权利要求5所述的圆柱齿轮插齿加工切削力预测的方法，其特征在于，所述步骤二中的判据为：pij≤r(6)其中，sita表示插齿刀每个齿对应的圆心角，ct2表示齿顶圆上渐开线