CN109740269B

CN109740269B - 一种渐开线蜗杆车削加工齿面三维建模方法

Info

Publication number: CN109740269B
Application number: CN201910015089.1A
Authority: CN
Inventors: 刘金武; 张梁; 易子超; 张义
Original assignee: Xiamen University of Technology
Current assignee: Xiamen University of Technology
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2022-12-13
Anticipated expiration: 2039-01-08
Also published as: CN109740269A

Abstract

本发明公开一种渐开线蜗杆车削加工齿面三维建模方法，根据渐开线蜗杆设计参数和加工工艺参数，采用UG软件，模拟车削加工运动，先建立渐开线蜗杆加工三维模型，然后建立刀刃轨迹曲面三维模型，最后通过“布尔运算”→“求差”等命令建立渐开线蜗杆齿廓三维模型，在机械设计与制造工艺领域中应用，本发明直观反映渐开线蜗杆车削加工齿廓表面形状，同时获得车刀工作后角值，具有直观性好、效率高和精度高等优点。

Description

一种渐开线蜗杆车削加工齿面三维建模方法

技术领域

本发明公开一种渐开线蜗杆车削加工齿面三维建模方法，按国际专利分类表(IPC)划分属于渐开线蜗杆车削加工技术领域。

背景技术

目前，渐开线蜗杆车削加工研究分析一般采用数学建模法，根据渐开线蜗杆设计参数和车削加工工艺参数，建立车刀工作后角数学计算模型，计算车削渐开线蜗杆时的工作后角，反映渐开线蜗杆参数和加工工艺参数与工作后角之间的关系，对研究渐开线蜗杆车削加工时的刀具磨损和表面质量等技术问题具有重要作用，但是该法建模效率低，直观性差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种渐开线蜗杆车削加工齿面三维建模方法，具有直观性好，效率高和精度高等优点。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种渐开线蜗杆车削加工齿面三维建模方法，包括如下步骤：

S1、建立渐开线蜗杆加工三维模型

根据渐开线蜗杆设计参数，利用UG软件，先建立渐开线蜗杆齿廓区坯料三维模型；

再根据车刀几何参数，利用UG软件，建立车刀车刀几何模型；

最后模拟车削过程，装配上述两模型建立渐开线蜗杆加工三维模型；

S2、建立渐开线蜗杆车削刀刃轨迹三维模型

根据车削工艺理论，模拟刀刃与坯料的相对运动，建立刀刃轨迹曲面三维模型；

S3、建立渐开线蜗杆齿廓三维模型

根据刀刃轨迹曲面模型，和坯料模型，利用软件的布尔运算，建立渐开线蜗杆齿廓三维模型，步骤如下：

1)根据刀刃轨迹曲面模型，利用UG软件“片体加厚”命令，将刀刃轨迹曲面模型片体模型变成实体模型；

2)将实体模型在x轴正向复制生成第二个实体模型，两者之间距离为Pa(mm)；

3)根据实体模型，利用UG软件布尔运算“求差”命令，将坯料依次减去第一个和第二个实体模型，获得渐开线蜗杆齿廓三维模型。

进一步，S4、渐开线蜗杆加工车刀工作后角测量，步骤如下：

在渐开线蜗杆齿廓三维模型基础上，利用UG软件“求差”命令，获得z＝34mm剖面模型，称为工作后角测量模型；

在工作后角测量模型上利用UG软件“标注”命令，自动测量并标注αoe1和αoe2，αoe1为左工作后角(°)，αoe2为右工作后角(°)。

S1步骤中，建立渐开线蜗杆加工三维模型中是在UG软件x,y,z坐标系下完成，车刀加工时移动速度为V(mm/r)，加工时坯料转动速度为n(r/min)，车刀安装高度为C(mm)。

S2步骤中，建立刀刃轨迹曲面三维模型步骤如下：

1)采用UG软件的“螺旋线”命令，分别生成车刀的右刀刃两个端点，左刀刃两个端点共计4个端点的轨迹螺旋线；

2)根据右刀刃的2根端点螺旋线，采用UG软件的“直纹面”命令，构建右刀刃轨迹曲面；根据左刀刃的2根端点螺旋线，采用UG软件的“直纹面”命令，构建左刀刃轨迹曲面；根据右刀刃靠近横刃的端点螺旋线和左刀刃靠近横刃的端点螺旋线，采用UG软件的“直纹面”命令，构建横刃轨迹曲面；

3)根据左刀刃轨迹曲面、右刀刃轨迹曲面和横刃轨迹曲面，采用UG软件的“缝合”命令，构建渐开线蜗杆车削刀刃轨迹三维模型。

本发明采用UG三维建模方法建立渐开线蜗杆齿面三维模型，在机械设计与制造工艺领域中应用，本发明直观反映渐开线蜗杆车削加工齿廓表面形状，同时获得车刀工作后角值(°)，具有直观性好、效率高和精度高等优点。

附图说明

图1是本发明实施例渐开线蜗杆加工齿廓表面三维建模技术流程图。

图2是本发明实施例渐开线蜗杆加工三维模型。

图3是渐开线蜗杆加工三维模型主视图。

图4是渐开线蜗杆加工三维模型左视图。

图5是渐开线蜗杆车削刀刃轨迹三维模型。

图6是渐开线蜗杆齿廓三维模型。

图7是工作后角测量模型。

图8是渐开线蜗杆加工齿廓表面三维建模方案与结果图表。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例：本发明一种渐开线蜗杆车削加工齿面三维建模方法，采用三维建模方法，技术流程图如图1所示，根据渐开线蜗杆设计参数和加工工艺参数，采用UG软件，模拟车削加工运动，先建立渐开线蜗杆加工三维模型，然后建立刀刃轨迹曲面三维模型，最后通过“布尔运算”→“求差”等命令建立渐开线蜗杆齿廓三维模型，还提出了确定车刀工作后角测量的方法。

一种渐开线蜗杆车削加工齿面三维建模方法，具体步骤如下：

1、建立渐开线蜗杆加工三维模型

根据渐开线蜗杆设计参数，利用UG软件，采用100:1的比例，先建立渐开线蜗杆齿廓区坯料三维模型1，再根据车刀几何参数，利用UG软件，采用100:1的比例，建立车刀车刀几何模型2，最后模拟车削过程，装配模型1和模型2建立渐开线蜗杆加工三维模型如图2所示；

图2为渐开线蜗杆加工三维模型，图2中,x,y,z为坐标轴，1为渐开线蜗杆齿廓区坯料，2为车刀，V为车刀加工时移动速度(mm/r)，n为加工时坯料转动速度(r/min)；

将图2利用软件命令转换成为主视图获得图3，图3为渐开线蜗杆加工三维模型主视图，图3中，水平坐标轴为x轴，垂直坐标轴为z轴，图3中，1为坯料，2为车刀，L为渐开线蜗杆齿廓区长度(mm)。V和n同前。

利用软件命令将图2转换成为左视图，获得图4，图4为渐开线蜗杆加工三维模型左视图。图4中，1为坯料，2为车刀，n同前，C为车刀安装高度(mm)，

2、建立渐开线蜗杆车削刀刃轨迹三维模型

在图2基础上，根据车削工艺理论，模拟刀刃与坯料的相对运动，建立刀刃轨迹曲面三维模型，步骤如下：

1)采用UG软件的“螺旋线”命令，分别生成右刀刃4两个端点，左刀刃6两个端点共计4个端点的轨迹螺旋线；

2)根据右刀刃4的2根端点螺旋线，采用UG软件的“直纹面”命令，构建右刀刃轨迹曲面；根据左刀刃6的2根端点螺旋线，采用UG软件的“直纹面”命令，构建左刀刃轨迹曲面；根据右刀刃靠近横刃5的端点螺旋线和左刀刃靠近横刃5的端点螺旋线，采用UG软件的“直纹面”命令，构建横刃轨迹曲面；

3)根据左刀刃轨迹曲面、右刀刃轨迹曲面和横刃轨迹曲面，采用UG软件的“缝合”命令，构建渐开线蜗杆车削刀刃轨迹三维模型如图5所示；

图5为渐开线蜗杆车削刀刃轨迹三维模型，图5中，x,y,z为坐标轴，1为坯料，2为车刀，3为刀刃轨迹曲面，4为右刀刃，5为横刃，6为左刀刃；

3、建立渐开线蜗杆齿廓三维模型

在图5基础上，根据刀刃轨迹曲面模型3，和坯料模型1，利用软件的布尔运算，建立渐开线蜗杆齿廓三维模型，步骤如下：

1)根据刀刃轨迹曲面模型3，利用软件“片体加厚”命令，将刀刃轨迹曲面模型3片体模型变成实体模型3；

2)将实体模型3在x轴正向复制生成第二个实体模型3，两者之间距离为Pa(mm)；

3)根据实体模型3，利用软件布尔运算“求差”命令，将坯料1依次减去第一个和第二个实体模型3，获得渐开线蜗杆齿廓三维模型，如图6所示；

图6中，x,y,z为坐标轴，Pa为螺距(mm)，7为渐开线蜗杆齿廓；

4、渐开线蜗杆加工车刀工作后角测量

在图6基础上，利用软件“求差”等命令，获得z＝34mm剖面模型，称为工作后角测量模型如图7所示；

在图7上利用软件“标注”命令，自动测量并标注αoe1和αoe2；

图7中，αoe1为左工作后角(°)，αoe2为右工作后角(°)，10为左后刀面，11为右后刀面，12为左齿廓面，13为右齿廓面。

本发明创新点如下：

1、提出了一种建立渐开线蜗杆车削加工齿廓表面三维模型的方法。根据渐开线蜗杆设计参数和加工工艺参数，采用UG软件，模拟车削加工运动，先建立渐开线蜗杆加工三维模型，然后建立刀刃轨迹曲面三维模型，最后通过“布尔运算”→“求差”等命令建立渐开线蜗杆齿廓三维模型。

2、提出了确定车刀工作后角的方法。在渐开线蜗杆齿廓三维模型基础上，利用UG软件建立z＝34mm位置的渐开线蜗杆截面，用“标注”命令测量截面上车刀与渐开线蜗杆齿面的夹角(°)。

图8是渐开线蜗杆加工齿廓表面三维建模方案与结果图表，图表中参数1-17为蜗轮渐开线蜗杆参数，由设计给出；参数18-20为渐开线蜗杆加工工艺参数，由工艺设计给出，参数21-22为本技术案例结果。

本发明具有如下优点：采用UG三维建模方法建立渐开线蜗杆齿面三维模型，直观反映渐开线蜗杆车削加工齿廓表面形状，同时获得车刀工作后角值(°)，直观性好，效率高和精度高。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims

1.一种渐开线蜗杆车削加工齿面三维建模方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、建立渐开线蜗杆加工三维模型

再根据车刀几何参数，利用UG软件，建立车刀几何模型；

S2、建立渐开线蜗杆车削刀刃轨迹三维模型

根据车削工艺理论，模拟刀刃与渐开线蜗杆齿廓区坯料三维模型的相对运动，建立渐开线蜗杆车削刀刃轨迹三维模型,步骤如下：

3)根据左刀刃轨迹曲面、右刀刃轨迹曲面和横刃轨迹曲面，采用UG软件的“缝合”命令，构建渐开线蜗杆车削刀刃轨迹三维模型；

S3、建立渐开线蜗杆齿廓三维模型

根据渐开线蜗杆车削刀刃轨迹三维模型，和渐开线蜗杆齿廓区坯料三维模型，利用UG软件的布尔运算，建立渐开线蜗杆齿廓三维模型，步骤如下：

1)根据渐开线蜗杆车削刀刃轨迹三维模型，利用UG软件“片体加厚”命令，将渐开线蜗杆车削刀刃轨迹三维模型变成第一个实体模型；

2)将第一个实体模型在x轴正向复制生成第二个实体模型，两者之间距离为Pa,单位mm；

3)利用UG软件布尔运算“求差”命令，将渐开线蜗杆齿廓区坯料三维模型依次减去第一个实体模型和第二个实体模型，获得渐开线蜗杆齿廓三维模型。

2.根据权利要求1所述的一种渐开线蜗杆车削加工齿面三维建模方法，其特征在于：S4、渐开线蜗杆加工车刀工作后角测量，步骤如下

在渐开线蜗杆齿廓三维模型基础上，利用UG软件“求差”命令，获得z＝34mm剖面模型，称为工作后角测量模型，z指z坐标轴；

在工作后角测量模型上利用UG软件“标注”命令，自动测量并标注αoe1和αoe2，αoe1为左工作后角，αoe2为右工作后角，单位为°。

3.根据权利要求1所述的一种渐开线蜗杆车削加工齿面三维建模方法，其特征在于：S1步骤中，建立渐开线蜗杆加工三维模型是在UG软件x,y,z坐标系下完成，车刀加工时移动速度为V，单位mm/r，加工时坯料转动速度为n，单位r/min，车刀安装高度为C，单位mm。