CN108389252B - 插齿加工渐开线齿轮齿廓表面的三维建模方法 - Google Patents

插齿加工渐开线齿轮齿廓表面的三维建模方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种插齿加工渐开线齿轮齿廓表面的三维建模方法，包括:根据刀具与齿轮的参数，模拟所述刀具一次径向进给的加工运动，建立插齿加工的三维模型；根据插齿加工的三维模型，模拟插齿加工的周向直线进给和周向转动进给，建立一个加工全齿廓的三维模型；根据一个加工全齿廓的三维模型，在工件上沿圆周方向重复构建加工全齿廓的三维模型直至加工完成，获得加工齿轮的三维模型。本发明通过模拟加工方式来建立加工齿轮的三维模型，能够非常直观反映加工成形的齿轮实际的表面状况，因此研究人员能够通过三维模型极其方便的研究齿轮表面的特征与特性，且具有直观性好、效率高和精度高的优点。

Description

插齿加工渐开线齿轮齿廓表面的三维建模方法
技术领域
本发明涉及信息技术领域，具体而言，涉及一种插齿加工渐开线齿轮齿廓表面的三维建模方法。
背景技术
研究齿轮齿廓表面形态等，通常采用二维作图法或者二维建模法，例如绘制插刀残余轨迹构建的渐开线加工齿廓二维图，采用样条曲线通过插刀残余轨迹交点连接构建理论渐开线齿廓。然而这类方法样条曲线生成具有不确定性，效率低，精度差，得不到成形表面三维形状，直观性差，也导致无法对齿轮表面做进一步研究。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种插齿加工渐开线齿轮齿廓表面的三维建模方法，以改善现有技术中难以在模型中呈现齿轮的三维形状，进而导致难以进行齿轮表面的微观研究的问题。
本发明较佳实施例提供：
插齿加工渐开线齿轮齿廓表面的三维建模方法，包括:
根据刀具与齿轮的参数，模拟所述刀具一次径向进给的加工运动，建立插齿加工的三维模型；
根据插齿加工的三维模型，模拟插齿加工的周向直线进给和周向转动进给，建立一个加工全齿廓的三维模型；
根据一个加工全齿廓的三维模型，在工件上沿圆周方向重复构建加工全齿廓的三维模型直至加工完成，获得加工齿轮的三维模型。
进一步的，所述建立一个加工全齿廓的三维模型，具体包括：
根据插齿加工的三维模型，模拟插齿加工的周向直线进给和周向转动进给，所述刀具向正方向周向直线进给且周向转动进给若干次；
根据插齿加工的三维模型，模拟插齿加工的周向直线进给和周向转动进给，所述刀具向反方向周向直线进给且周向转动进给若干次。
进一步的，所述刀具从齿廓居中位置向正方向进给或者向反方向进给。
进一步的，所述建立一个加工全齿廓的三维模型步骤之后，还包括：
根据一个加工全齿廓的三维模型，建立理论齿廓曲面。
进一步的，所述建立理论齿廓曲面，具体包括：
根据一个加工全齿廓的三维模型上，在垂直齿轮轴线的平面上构建刀纹坐标点的齿廓曲线；
根据齿廓曲线，建立理论齿廓曲面。
进一步的，根据所述一个加工全齿廓的三维模型与所述理论轮廓曲面，获取齿的表面粗糙度。
进一步的，所述建立插齿加工的三维模型的步骤之前，还包括：
根据刀具与齿轮的参数，建立插齿加工的二维模型。
本发明的有益效果是：
通过模拟加工方式来建立加工齿轮的三维模型，能够非常直观反映加工成形的齿轮实际的表面状况，因此研究人员能够通过三维模型极其方便的研究齿轮表面的特征与特性，且具有直观性好、效率高和精度高的优点。进一步的，三维建模方法通过在周向直线进给与周向转动进给两个维度上模拟加工进给运动，以最接近实际加工方式进行模拟，并建立一个加工全齿轮的三维模型，能够直观、真实反映齿轮实际的表面状况。并在圆周上重复构建加工全齿廓的三维模型直至加工完成，获取完整的加工齿轮的三维模型，在三维模型中直观、精确的呈现齿轮齿廓，便于通过三维模型研究齿轮齿廓。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为实施例中建立插齿加工的二维模型示意图。
图2是图1所示二维模型中I处的局部放大示意图。
图3为实施例中建立插齿加工的三维模型的示意图。
图4为实施例中建立一个加工全齿廓的三维模型的示意图。
图5是图4所示三维模型中V处的局部放大示意图。
图6为实施例中建立理论齿廓曲面的示意图。
图标：1-齿轮坯；2-插刀；3-齿前侧面；4-齿根面；5-刀纹；6-齿后侧面；7-全齿廓；8-理论齿廓曲面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
插齿加工渐开线齿轮齿廓表面的三维建模方法，包括:
S1，根据刀具与齿轮的参数，模拟所述刀具一次径向进给的加工运动，建立插齿加工的三维模型；
S2，根据插齿加工的三维模型，模拟插齿加工的周向直线进给和周向转动进给，建立一个加工全齿廓7的三维模型；
S3，根据一个加工全齿廓7的三维模型，在工件上沿圆周方向重复构建加工全齿廓7的三维模型直至加工完成，获得加工齿轮的三维模型。
优选的，应用UG软件，建立各类的三维模型。当然可以理解，其它能够实现运动仿真与运动轨迹模拟的三维软件也能够使用。其中，刀具指用于加工齿轮的刀具，例如，插刀2。
通过模拟加工方式来建立加工齿轮的三维模型，能够非常直观反映加工成形的齿轮实际的表面状况，因此研究人员能够通过三维模型极其方便的研究齿轮表面的特征与特性，且具有直观性好、效率高和精度高的优点。进一步的，三维建模方法通过在周向直线进给与周向转动进给两个维度上模拟加工进给运动，以最接近实际加工方式进行模拟，并建立一个加工全齿轮的三维模型，能够直观、真实反映齿轮实际的表面状况。并在圆周上重复构建加工全齿廓7的三维模型直至加工完成，获取完整的加工齿轮的三维模型，在三维模型中直观、精确的呈现齿轮齿廓，便于通过三维模型研究齿轮齿廓。
步骤S1之前，还包括根据刀具与齿轮的参数，建立插齿加工的二维模型。
参见图1和图2所示，具体的，根据齿轮和插刀2的参数。例如，先根据齿轮的分度圆直径d、齿顶圆直径da、齿根圆直径df绘制齿轮盘。然后根据进给量与齿的参数等，模拟插齿加工运动，在二维软件中建立插齿加工二维模型。二维软件优选AUTO CAD，当然可以理解的，也可以是其它能够清楚呈现二维模型的制图工具。
插齿加工二维模型中能够表示出进给后插刀2顶刃、进给后插刀2前侧刃、进给前插刀2前侧刃、进给后插刀2后侧刃、进给前插刀2后侧刃、进给前插刀2顶刃。还能够表示出全齿高h、齿顶高ha、周向进给量fz。通过二维模型能够反馈出一些重要信息，有助于三维模型的建立，以及可以作为三维模型建立后的验证。
步骤S1中，具体包括：
参见图3所示，应用UG软件，在软件中建立三维坐标系(xc,yc,zc)，根据二维模型提供的齿轮盘信息，以一定比例建立齿轮坯1。再次根据二维模型提供的参数，以同样比例建立插刀2，完成插齿加工三维模型的建立。其中，一定比例根据需求等而定，例如100:1。在此定下建模比例，则后续三维模型的建立都应该保持相同比例进行模型建立。
步骤S2中，具体包括：
S21，根据插齿加工的三维模型与全齿廓7的，模拟插齿加工的周向直线进给和周向转动进给，所述刀具向正方向周向直线进给且周向转动进给若干次；
参见图4和图5所示，例如，在图3的基础上，模拟插齿加工的周向直线进给和周向转动进给，应用软件中的“求差”命令来体现插刀2切削加工，插刀2从x＝0的位置向x正方向周向进给n/2次，周向直径进给量为fz(mm/次)，插刀2从x＝0的位置顺时针转n/2次，周向转动进给量为fw(°/次)，其中n为完成全齿加工所需的进给次数。
S22，根据插齿加工的三维模型与全齿廓7的，模拟插齿加工的周向直线进给和周向转动进给，所述刀具向反方向周向直线进给且周向转动进给若干次。
例如，以同样的方法，在图3的基础上，模拟插齿加工的周向直线进给和周向转动进给，应用软件中的“求差”命令来体现插刀2切削加工，插刀2从x＝0的位置向x反方向周向进给n/2次，周向直径进给量为fz(mm/次)，插刀2从x＝0的位置逆时针转n/2次，周向转动进给量为fw(°/次)，其中n为完成全齿加工所需的进给次数。
一个加工全齿廓7的三维模型中能够表示出齿前侧面3、齿表面的刀纹5、齿根面4、齿后侧面6等信息。其中，全齿廓7的表面不同位置的刀纹5可能不同，全齿廓7的三维模型都能够清楚、直观呈现出来。
在步骤S3中，具体包括：
在图4的基础上，根据齿的参数等，应用软件的“变换”与“复制”命令将加工齿廓转动复制z次，转动角为360/z(°)，获得加工完成的加工齿轮的三维模型。基于一个加工全齿廓7的三维模型通过转动与复制，重复构建，加速加工齿轮的三维模型的建立。
在步骤S2或者步骤S3之后，还包括：
根据一个加工全齿廓7的三维模型，建立理论齿廓曲面8。
具体包括：根据一个加工全齿廓7的三维模型上，在垂直齿轮轴线的平面上构建刀纹5坐标点的齿廓曲线；根据齿廓曲线，建立理论齿廓曲面8。
参见图5所示，在图4基础上，应用软件中的“样条”命令，在y＝0的平面上，根据各个刀纹5坐标点构件理论齿廓曲线。再基于理论齿轮曲线，应用“拉伸”功能，建立理论轮廓曲面。理论轮廓曲面与全齿廓7的三维模型，能够获取齿轮表面的加工粗糙度，便于齿轮表面状态的分析与研究。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.插齿加工渐开线齿轮齿廓表面的三维建模方法，其特征在于，包括:
根据刀具与齿轮的参数，建立插齿加工的二维模型，根据二维模型提供的参数模拟所述刀具一次径向进给的加工运动，建立插齿加工的三维模型；
根据插齿加工的三维模型，模拟插齿加工的周向直线进给和周向转动进给，建立一个加工全齿廓的三维模型；
所述模拟插齿加工的周向直线进给和周向转动进给，包括如下步骤：(1)所述刀具向正方向周向直线进给且周向转动进给至少一次；应用软件中的求差命令来体现插刀切削加工，插刀从x＝0的位置向x正方向周向进给n/2次，周向直径进给量为fz，插刀从x＝0的位置顺时针转n/2次，周向转动进给量为fw，其中n为完成全齿加工所需的进给次数；(2)所述刀具向反方向周向直线进给且周向转动进给至少一次；应用软件中的求差命令来体现插刀切削加工，插刀从x＝0的位置向x反方向周向进给n/2次，周向直径进给量为fz，插刀从x＝0的位置逆时针转n/2次，周向转动进给量为fw，其中n为完成全齿加工所需的进给次数；
根据一个加工全齿廓的三维模型，在工件上沿圆周方向重复构建加工全齿廓的三维模型直至加工完成，获得加工齿轮的三维模型。
2.根据权利要求1所述的插齿加工渐开线齿轮齿廓表面的三维建模方法，其特征在于，所述刀具从齿廓居中位置向正方向进给或者向反方向进给。
3.根据权利要求2所述的插齿加工渐开线齿轮齿廓表面的三维建模方法，其特征在于，建立一个加工全齿廓的三维模型步骤之后，还包括：
根据一个加工全齿廓的三维模型，建立理论齿廓曲面，建立所述理论齿廓曲面，具体包括：
根据一个加工全齿廓的三维模型上，在垂直齿轮轴线的平面上构建刀纹坐标点的齿廓曲线；
根据齿廓曲线，建立理论齿廓曲面。
4.根据权利要求3所述的插齿加工渐开线齿轮齿廓表面的三维建模方法，其特征在于，根据所述一个加工全齿廓的三维模型与所述理论齿廓曲面，获取齿廓的表面粗糙度。
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