CN108595760A - 滚齿加工齿面三维建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了滚齿加工齿面三维建模方法，包括：建立滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型，并建立齿轮坯三维模型；将所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型与所述齿轮坯三维模型设于加工的初始位置，建立单齿加工三维模型；应用所述单齿加工三维模型，通过所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型对所述齿轮坯三维模型进行布尔运算，获得全齿廓三维模型；应用所述全齿廓三维模型，在所述齿轮坯三维模型上重复构建全齿廓，获得滚齿加工齿轮三维模型。本发明通过建立滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型，并通过滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型来模拟加工齿轮坯三维模型，使得模型的建立更佳简单且更符合实际加工情况，能够直观、真实反映齿轮实际的表面状况。

Description

滚齿加工齿面三维建模方法

技术领域

本发明涉及信息技术领域，具体而言，涉及一种滚齿加工齿面三维建模方法。

背景技术

研究齿轮齿廓表面形态等，常见的方法有实验法，利用表面粗糙度仪可以测量滚齿加工表面粗糙度，但是实验成本高，并难于反映表面粗糙度与进给量、铣刀参数、齿轮参数等主要影响因素之间的直接关系。不能获得齿面三维形状。三坐标测量法可以测量滚齿加工表面三维坐标，构建加工表面三维模型，但是实验成本高，效率低，难于反映表面粗糙度与进给量、铣刀参数、齿轮参数等主要影响因素之间的直接关系。

发明内容

本发明提供了一种滚齿加工齿面三维建模方法，旨在改善难以呈现齿轮表面形态，进而导致滚齿加工齿面的表面研究困难的问题。

本发明是这样实现的：

滚齿加工齿面三维建模方法，包括：

根据齿轮和滚齿工艺参数，模拟滚刀加工单个齿的运动，建立滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型，并建立齿轮坯三维模型；将所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型与所述齿轮坯三维模型设于加工的初始位置，建立单齿加工三维模型；

应用所述单齿加工三维模型，通过所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型对所述齿轮坯三维模型进行布尔运算，获得全齿廓三维模型；

应用所述全齿廓三维模型，在所述齿轮坯三维模型上重复构建全齿廓，获得滚齿加工齿轮三维模型。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述建立单齿加工三维模型包括：所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型在所述齿轮坯三维模型上径向进给与垂直进给。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，变换所述单齿加工三维模型的观察视角，其中观察视角至少包括主视图、俯视图、左视图。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述获得滚齿加工齿轮三维模型，具体包括：

基于所述单齿加工三维模型，将所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型沿X轴正反方向进给加工，且应用“求差”命令在所述齿轮坯三维模型上减去多余坯料；其中，所述单齿加工三维模型的坐标系为Y轴沿齿轮的轴线方向，X轴与Z轴沿齿轮的径向；

将所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型与所述齿轮坯三维模型复位至加工的初始位置，将所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型沿Y轴方向移动多次，且每移动一次在进行加工和复位操作后才进行下一次移动加工模拟，直至完成垂直进给加工模拟。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型沿X轴正反方向进给加工时，所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型每正向进给一次，相应所述齿轮坯三维模型顺时针转动一次；反之，所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型每反向进给一次，相应所述齿轮坯三维模型逆时针转动一次。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，基于所述全齿廓三维模型，获取齿表面粗糙度。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述获取齿表面粗糙度，具体包括：

绘制垂直进给方向上理想齿廓线，获取齿侧轴向表面粗糙度；

绘制Y为0平面上的理想轮廓线，获取齿侧周向表面粗糙度。

本发明的有益效果是：本发明通过建立滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型，并通过滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型来模拟加工齿轮坯三维模型，使得模型的建立更佳简单且更符合实际加工情况，能够直观、真实反映齿轮实际的表面状况，具有直观性好、效率高和精度高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式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是本发明实施例，单齿加工三维模型在第一视角下的结构示意图；

图2是本发明实施例，单齿加工三维模型在第二视角下的结构示意图；

图3是本发明实施例，单齿加工三维模型在第三视角下的结构示意图；

图4是本发明实施例，单齿加工三维模型在第四视角下的结构示意图；

图5是本发明实施例，全齿廓三维模型的结构示意图；

图6是图5所示全齿廓三维模型中A处的放大图；

图7是图6所示全齿廓三维模型的A处的放大图的俯视图；

图8是图7中B处的放大图；

图9是图5所示全齿廓三维模型的主视图；

图10是图9所示全齿廓三维模型中C处的放大图。

图标：1-滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型；2-齿轮坯三维模型；3-齿侧区；4-齿根区；5-齿底区；6-第一线；7-第二线；8-理想轮廓线；9-实际齿轮廓线；10-Y为0平面上的理想轮廓线。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式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方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

滚齿加工齿面三维建模方法，包括：

S1，建立单齿加工三维模型：

根据齿轮和滚齿工艺参数，模拟滚刀加工单个齿的运动，建立滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型1，并建立齿轮坯三维模型2；将所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型1与所述齿轮坯三维模型2设于加工的初始位置，建立单齿加工三维模型。其中模型构建采用三维绘制软件，优选的，三维绘制软件为UG。

具体的，建立坐标系，所述单齿加工三维模型的坐标系为Y轴沿齿轮的轴线方向，X轴与Z轴沿齿轮的径向。所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型1在所述齿轮坯三维模型2上径向进给与垂直进给。且径向进给Fz(mm/次)次数为一次，取垂直进给量为fy/2(mm/次)。变换所述单齿加工三维模型的观察视角，其中观察视角至少包括主视图、俯视图、左视图，不同观察视角能够显示不同模型参数。其中，fx表示周向直线进给量(mm/次)、fω表示周向转动进给量(°/次)，fz为径向进给量(mm/次)，P表示齿轮周节(mm)，da表示齿轮齿顶圆直径(mm)，H表示齿轮厚度(mm)，ω表示滚刀螺旋角(°)，逆时针为正。n表示滚刀转速(r/mi n)，de表示滚刀直径(mm)，fy表示垂直进给量(mm/次)。

S2，建立全齿廓三维模型：

应用所述单齿加工三维模型，通过所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型1对所述齿轮坯三维模型2进行布尔运算，获得全齿廓三维模型。

具体包括：

基于所述单齿加工三维模型，将所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型1沿X轴正反方向进给加工，且应用“求差”命令在所述齿轮坯三维模型2上减去多余坯料。

具体的，所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型1沿X轴正反方向各移动z2/2次，移动距离fx(mm/次)。所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型1每正向进给一次，相应所述齿轮坯三维模型2顺时针转动一次，转动角度为fω(°/次)；反之，所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型1每反向进给一次，相应所述齿轮坯三维模型2逆时针转动一次，转动角度为fω(°/次)。

将所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型1与所述齿轮坯三维模型2复位至加工的初始位置，将所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型1沿Y轴方向移动多次，移动距离为fy(mm/次)，且每移动一次在进行加工和复位操作后才进行下一次移动加工模拟，直至完成垂直进给加工模拟。

S3，建立滚齿加工齿轮三维模型

应用所述全齿廓三维模型，在所述齿轮坯三维模型2上重复构建全齿廓，获得滚齿加工齿轮三维模型。具体的，应用软件中的“布尔运算”、“变换”、“复制”命令将全齿廓三维模型转动Z次，转动角为360/z(°)，Z为加工齿数(个)。

此外，还包括：基于所述全齿廓三维模型，获取齿表面粗糙度。其中，所述全齿廓三维模型中呈现出齿表面的形态。全齿廓可分为齿根区4、齿底区5和齿侧区3，所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型1中位于滚刀中心线之前的部分称为前区，而位于滚刀中心线之后的部分称为后区。模拟加工后在齿表面上留下加工痕迹，其中，第一线6表示垂直进给fy后所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型1后区与z＝da/2平面交线，第二线7表示垂直进给fy后所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型1前区与z＝da/2平面交线。

绘制垂直进给方向上理想齿廓线，第一线6、第二线7与理想轮廓线8围成余高区，通过测量余高区的高度，获取齿侧轴向表面粗糙度；

绘制Y为0平面上的理想轮廓线10，即周向进给fx接近于0时的齿廓，通过该理想轮廓线10与实际齿轮廓线9之间的距离，获取齿侧周向表面粗糙度。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，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 (7)

1.滚齿加工齿面三维建模方法，其特征在于，包括：

根据齿轮和滚齿工艺参数，模拟滚刀加工单个齿的运动，建立滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型，并建立齿轮坯三维模型；将所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型与所述齿轮坯三维模型设于加工的初始位置，建立单齿加工三维模型；

应用所述单齿加工三维模型，通过所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型对所述齿轮坯三维模型进行布尔运算，获得全齿廓三维模型；

应用所述全齿廓三维模型，在所述齿轮坯三维模型上重复构建全齿廓，获得滚齿加工齿轮三维模型。

2.根据权利要求1所述的滚齿加工齿面三维建模方法，其特征在于，所述建立单齿加工三维模型包括：所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型在所述齿轮坯三维模型上径向进给与垂直进给。

3.根据权利要求2所述的滚齿加工齿面三维建模方法，其特征在于，变换所述单齿加工三维模型的观察视角，其中观察视角至少包括主视图、俯视图、左视图。

4.根据权利要求3所述的滚齿加工齿面三维建模方法，其特征在于，所述获得滚齿加工齿轮三维模型，具体包括：

基于所述单齿加工三维模型，将所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型沿X轴正反方向进给加工，且应用“求差”命令在所述齿轮坯三维模型上减去多余坯料；其中，所述单齿加工三维模型的坐标系为Y轴沿齿轮的轴线方向，X轴与Z轴沿齿轮的径向；

将所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型与所述齿轮坯三维模型复位至加工的初始位置，将所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型沿Y轴方向移动多次，且每移动一次则进行复位操作后才进行下一次移动加工模拟，直至完成垂直进给加工模拟。

5.根据权利要求4所述的滚齿加工齿面三维建模方法，其特征在于，所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型沿X轴正反方向进给加工时，所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型每正向进给一次，相应所述齿轮坯三维模型顺时针转动一次；反之，所述滚刀的齿刀刃轨迹曲面三维模型每反向进给一次，相应所述齿轮坯三维模型逆时针转动一次。

6.根据权利要求5所述的滚齿加工齿面三维建模方法，其特征在于，基于所述全齿廓三维模型，获取齿表面粗糙度。

7.根据权利要求6所述的滚齿加工齿面三维建模方法，其特征在于，所述获取齿表面粗糙度，具体包括：

绘制垂直进给方向上理想齿廓线，获取齿侧轴向表面粗糙度；

绘制Y为0平面上的理想轮廓线，获取齿侧周向表面粗糙度。