CN110021066A - 一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法，包括：获取延伸渐开线蜗轮滚齿的设计参数，并模拟蜗轮滚齿的加工运动和滚刀与蜗轮坯的相对位置建立蜗轮坯三维模型；根据延伸渐开线的蜗轮滚刀的几何参数，建立蜗轮滚刀的刀刃轨迹三维模型，结合蜗轮坯三维模型及刀刃轨迹三维模型建立延伸渐开线蜗轮加工三维模型；对蜗轮坯三维模型进行布尔运算，将蜗轮坯三维模型减去刀刃轨迹三维模型，获得三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型；将三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型转动z次，每次转动角为360/z(°)，获得全齿延伸渐开线蜗轮三维模型。基于本发明，有效的解决了建模困难、效率低等问题，且能直观反映出齿廓表面的粗糙度。
Description
技术领域
本发明涉及建模领域，特别涉及一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法、装置及设备。
背景技术
随着数控加工齿轮技术的发展，现在对于具有复杂齿面的齿轮加工也逐步得到实现，但数控技术加工齿轮，首先要输入符合数控加工要求的高精度坐标参数。目前对于一些具有复杂齿面的齿轮，要得到齿面的坐标参数，主要手段是通过计算机进行复杂的共轭方程求解或者离散法求交再曲面弥合的繁琐运算来获得的，耗费时间太长，且得到的齿面精度较低，不能很好的反应复杂共轭齿面间的啮合质量。因此，为获得符合数控加工要求的高精度坐标参数而建立齿轮的三维实体模型变得越来越有必要。为较快获得高精度齿轮的三维实体，高效正确的齿轮建模方法是基础。
通过实验法，利用表面粗糙度仪可以测量蜗轮齿面表面粗糙度，但是实验成本高，并难于反映表面粗糙度与加工参数、滚刀参数、蜗轮参数等主要影响因素之间的直接关系，并不能获得齿面三维形状。
通过三坐标测量法，可以测量蜗轮齿面三维坐标，构建齿面三维模型，但是实验成本高，效率低，难于反映表面粗糙度与加工参数、滚刀参数、蜗轮参数等主要影响因素之间的直接关系。
发明内容
本发明公开了一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法，根据延伸渐开线蜗轮及滚刀的参数建立蜗轮坯及滚刀的三维模型，模拟其加工运动生成全齿延伸渐开线蜗轮三维模型，在生成三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型时测量其齿廓的粗糙度，有效的解决了建模困难、效率低等问题，且可以直观的反映蜗轮坯及蜗轮滚刀与表面粗糙度的关系。
本发明第一实施例提供了一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法，包括：
获取延伸渐开线蜗轮滚齿的设计参数，并模拟所述蜗轮滚齿的加工运动和滚刀与蜗轮坯的相对位置建立蜗轮坯三维模型；
根据延伸渐开线的蜗轮滚刀的几何参数，建立蜗轮滚刀的刀刃轨迹三维模型，结合所述蜗轮坯三维模型及所述刀刃轨迹三维模型建立延伸渐开线蜗轮加工三维模型；
对所述蜗轮坯三维模型进行布尔运算，将所述蜗轮坯三维模型减去所述刀刃轨迹三维模型，获得三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型；
将所述三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型转动z次，每次转动角为360/z(°)，获得全齿延伸渐开线蜗轮三维模型。
优选地，对所述蜗轮坯三维模型进行布尔运算，将所述蜗轮坯三维模型减去所述刀刃轨迹三维模型，获得三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型,具体为：
在所述蜗轮坯三维模型内建立三维坐标系，所述蜗轮滚刀上的滚刀齿的个数为Z3,所述刀刃轨迹三维模型沿所述蜗轮坯上X轴的正方向移动Z3/2次，同时所述蜗轮坯三维模型沿正方向旋转，求减获得第一个三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型，将所述刀刃轨迹三维模型及所述第一个三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型退回初始位置；
所述刀刃轨迹三维模型沿所述第一个三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型上X轴的负方向移动Z3/2次，同时所述第一个三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型沿负方向旋转，求减获得第二个三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型；将所述刀刃轨迹三维模型及所述第二个三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型退回初始位置，获得三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型。
优选地，将所述三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型转动z次，每次转动角为360/z(°)，获得全齿延伸渐开线蜗轮三维模型，具体为：
将所述三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型进行布尔运算和变换等操作，使三齿槽之中间齿槽三维模型转动z次，获得全齿延伸渐开线蜗轮三维模型，其中，z为全齿延伸渐开线蜗轮三维模型的齿数。
优选地，所述所述涡轮柸三维模型沿顺时针旋转为正方向，所述蜗轮坯三维模型沿逆时针旋转为负方向。
优选地，所述刀刃轨迹三维模型沿X轴正方向移动为正方向，所述刀刃轨迹三维模型沿X轴负方向移动为负方向。
优选地，还包括：获取三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型的实际齿廓线并绘制y＝0理想齿廓线，测量所述理想齿廓线和所述实际齿廓线间的最大距离，即得到蜗轮滚齿表面上的粗糙度。
优选地，所述刀刃轨迹三维模型靠在所述涡轮胚三维模型，沿径向指向所述蜗轮坯三维模型的圆心。
本发明第二实施例提供了一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模装置，包括：
蜗轮坯三维建模模块，用于获取延伸渐开线蜗轮滚齿的设计参数，并模拟所述蜗轮滚齿的加工运动和滚刀与蜗轮坯的相对位置建立蜗轮坯三维模型；
蜗轮加工三维建模模块，根据延伸渐开线的蜗轮滚刀的几何参数，建立蜗轮滚刀的刀刃轨迹三维模型，结合所述涡轮胚三维模型及所述刀刃轨迹三维模型建立延伸渐开线蜗轮加工三维模型；
三齿槽延伸渐开线蜗轮三维建模模块，对所述蜗轮坯三维模型进行布尔运算，将所述蜗轮坯三维模型减去所述刀刃轨迹三维模型，获得三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型；
全齿延伸渐开线蜗轮三维建模模块，将所述三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型转动z次，每次转动角为360/z(°)，获得全齿延伸渐开线蜗轮三维模型。
优选地，所述三齿槽延伸渐开线蜗轮三维建模模块还包括：求差单元，用于将所述涡轮胚三维模型减去所述刀刃轨迹三维模型。
本发明第三实施例提供了一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置由所述处理执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法。
基于本发明公开了一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法，根据延伸渐开线蜗轮及滚刀的参数建立蜗轮坯及滚刀的三维模型，模拟其加工运动生成全齿延伸渐开线蜗轮三维模型，在生成三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型时测量其齿廓的粗糙度，有效的解决了建模困难、效率低等问题，且可以直观的反映蜗轮坯及蜗轮滚刀与表面粗糙度的关系。
附图说明
图1是本发明实施例一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法流程示意图。
图2是本发明实施例的一种延伸渐开线蜗轮加工三维模型示意图；
图3是本发明实施例的一种延伸渐开线蜗轮加工三维模型主视图；
图4是本发明实施例的一种延伸渐开线蜗轮加工三维模型俯视图；
图5是本发明实施例的一种延伸渐开线蜗轮加工三维模型左视图；
图6是本发明实施例的一种三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型示意图；
图7是本发明实施例的一种全齿延伸渐开线蜗轮三维模型示意图；
图8是本发明实施例的一种三齿槽延伸渐开线蜗轮齿廓放大示意图；
图9是本发明实施例的一种三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型正视图；
图10是本发明实施例一种三齿槽延伸渐开线蜗轮齿廓线示意图。
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。
请参阅图1及图2，本发明第一实施例提供了一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法，包括：
S101，获取延伸渐开线蜗轮滚齿的设计参数，并模拟所述蜗轮滚齿的加工运动和滚刀与蜗轮坯的相对位置建立蜗轮坯三维模型2；
S102，根据延伸渐开线的蜗轮滚刀的几何参数，建立蜗轮滚刀的刀刃轨迹三维模型1，结合所述蜗轮坯三维模型及所述刀刃轨迹三维模型建立延伸渐开线蜗轮加工三维模型；
请参阅图1至图5，图3为所述蜗齿加工三维模型的主视图，其中，x、y、z为坐标轴，fx表示蜗轮滚刀1的周向进给量，往X轴正方向移动为正，往X轴负方向移动为负，fω表示蜗轮坯2周向转动进给量，蜗轮坯2顺时针旋转为正，逆时针旋转为负，fz为径向进给量，Pa表示蜗轮周节，da2表示蜗轮齿顶圆直径；图4为所述蜗齿加工三维模型的俯视图，H表示蜗轮坯2的厚度，β2表示延伸渐开线蜗轮螺旋角，顺时针为正，是右螺旋。图5表示蜗齿加工三维模型的左视图，n表示蜗轮滚刀1的转速，de表示蜗轮滚刀1的外径。
S103，对所述蜗轮坯三维模型进行布尔运算，将所述蜗轮坯三维模型减去所述刀刃轨迹三维模型，获得三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型；
所述步骤S103具体为：
在所述蜗轮坯三维模型2内建立三维坐标系，其中，所述蜗轮滚刀1上的滚刀齿的个数为Z3,所述刀刃轨迹三维模型1沿所述蜗轮坯2上X轴的正方向移动Z3/2次，同时所述蜗轮坯三维模型2沿正方向旋转，获得第一个三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型，将所述刀刃轨迹三维模型及所述第一个三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型退回初始位置；
所述刀刃轨迹三维模型沿所述第一个三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型上X轴的负方向移动Z3/2次，同时所述第一个三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型沿负方向旋转，获得第二个三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型；将所述刀刃轨迹三维模型及所述第二个三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型退回初始位置，获得三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型，如图6所示。
S104，将所述三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型转动z次，每次转动角为360/z(°)，获得全齿延伸渐开线蜗轮三维模型。
所述步骤S104，具体为：
将所述三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型2进行布尔运算和变换等操作，使三齿槽之中间齿槽三维模型转动z次，获得全齿延伸渐开线蜗轮三维模型如图7所示，其中，z为全齿延伸渐开线蜗轮三维模型的齿数。
优选地，所述所述涡轮胚三维模型沿顺时针旋转为正方向，所述蜗轮坯三维模型沿逆时针旋转为负方向。
优选地，所述刀刃轨迹三维模型沿X轴正方向移动为正方向，所述刀刃轨迹三维模型沿X轴负方向移动为负方向。
优选地，还包括：获取三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型的实际齿廓线并绘制y＝0理想齿廓线，测量所述理想齿廓线和所述实际齿廓线间的最大距离，即得到蜗轮滚齿表面上的粗糙度。
请继续参阅图6，截取图中B处，并所述三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型的齿槽放大，获得图8，其中，3表示齿侧区，4表示齿根区，5表示齿底区，该三区构成了一个齿隙的全部齿廓，6表示刀纹。
请参阅图9，图9为三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型的正视图，图10是在图9的基础上放大，直线C为y＝0平面上理想齿廓线，直线D为y＝0平面上的实际齿廓线，测量所述直线C和所述直线D中的最大距离，即为蜗轮滚齿的粗糙度。
优选地，所述刀刃轨迹三维模型靠在所述涡轮胚三维模型，沿径向指向所述蜗轮坯三维模型的圆心。
本发明第二实施例提供了一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模装置，包括：
蜗轮坯三维建模模块，用于获取延伸渐开线蜗轮滚齿的设计参数，并模拟所述蜗轮滚齿的加工运动和滚刀与蜗轮坯的相对位置建立蜗轮坯三维模型；
蜗轮加工三维建模模块，根据延伸渐开线的蜗轮滚刀的几何参数，建立蜗轮滚刀的刀刃轨迹三维模型，结合所述涡轮胚三维模型及所述刀刃轨迹三维模型建立延伸渐开线蜗轮加工三维模型；
三齿槽延伸渐开线蜗轮三维建模模块，对所述蜗轮坯三维模型进行布尔运算，将所述蜗轮坯三维模型减去所述刀刃轨迹三维模型，获得三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型；
全齿延伸渐开线蜗轮三维建模模块，将所述三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型转动z次，每次转动角为360/z(°)，获得全齿延伸渐开线蜗轮三维模型。
优选地，所述三齿槽延伸渐开线蜗轮三维建模模块还包括：求差单元，用于将所述涡轮胚三维模型减去所述刀刃轨迹三维模型。
本发明第三实施例提供了一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置由所述处理执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法。
基于本发明公开了一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法，根据延伸渐开线蜗轮及滚刀的参数建立蜗轮坯及滚刀的三维模型，模拟其加工运动生成全齿延伸渐开线蜗轮三维模型，在生成三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型时测量其齿廓的粗糙度，有效的解决了建模困难、效率低等问题，且可以直观的反映蜗轮坯及蜗轮滚刀与表面粗糙度的关系。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法，其特征在于，包括：
获取延伸渐开线蜗轮滚齿的设计参数，并模拟所述蜗轮滚齿的加工运动和滚刀与蜗轮坯的相对位置建立蜗轮坯三维模型；
根据延伸渐开线的蜗轮滚刀的几何参数，建立蜗轮滚刀的刀刃轨迹三维模型，结合所述蜗轮坯三维模型及所述刀刃轨迹三维模型建立延伸渐开线蜗轮加工三维模型；
对所述蜗轮坯三维模型进行布尔运算，将所述蜗轮坯三维模型减去所述刀刃轨迹三维模型，获得三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型；
将所述三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型转动z次，每次转动角为360/z(°)，获得全齿延伸渐开线蜗轮三维模型。
2.根据权利要求所述的一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法，其特征在于，对所述蜗轮坯三维模型进行布尔运算，将所述蜗轮坯三维模型减去所述刀刃轨迹三维模型，获得三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型,具体为：
在所述蜗轮坯三维模型内建立三维坐标系，所述蜗轮滚刀上的滚刀齿的个数为Z3,所述刀刃轨迹三维模型沿所述蜗轮坯上X轴的正方向移动Z3/2次，同时所述蜗轮坯三维模型沿正方向旋转，求减获得第一个三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型，将所述刀刃轨迹三维模型及所述第一个三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型退回初始位置；
所述刀刃轨迹三维模型沿所述第一个三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型上X轴的负方向移动Z3/2次，同时所述第一个三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型沿负方向旋转，求减获得第二个三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型；将所述刀刃轨迹三维模型及所述第二个三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型退回初始位置，获得三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型。
3.根据权利要求2所述的一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法，其特征在于，将所述三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型转动z次，每次转动角为360/z(°)，获得全齿延伸渐开线蜗轮三维模型，具体为：
将所述三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型进行布尔运算和变换等操作，使三齿槽之中间齿槽三维模型转动z次，获得全齿延伸渐开线蜗轮三维模型，其中，z为全齿延伸渐开线蜗轮三维模型的齿数。
4.根据权利要求2所述的一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法，其特征在于，所述涡轮胚三维模型沿顺时针旋转为正方向，所述蜗轮坯三维模型沿逆时针旋转为负方向。
5.根据权利要求2所述的一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法，其特征在于，所述刀刃轨迹三维模型沿X轴正方向移动为正方向，所述刀刃轨迹三维模型沿X轴负方向移动为负方向。
6.根据权利要求1所述的一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法，其特征在于，还包括：获取三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型的实际齿廓线并绘制y＝0理想齿廓线，测量所述理想齿廓线和所述实际齿廓线间的最大距离，即得到蜗轮滚齿表面上的粗糙度。
7.根据权利要求1所述的一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法，其特征在于，所述刀刃轨迹三维模型靠在所述涡轮胚三维模型，沿径向指向所述蜗轮坯三维模型的圆心。
8.一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模装置，其特征在于，包括：
蜗轮坯三维建模模块，用于获取延伸渐开线蜗轮滚齿的设计参数，并模拟所述蜗轮滚齿的加工运动和滚刀与蜗轮坯的相对位置建立蜗轮坯三维模型；
蜗轮加工三维建模模块，根据延伸渐开线的蜗轮滚刀的几何参数，建立蜗轮滚刀的刀刃轨迹三维模型，结合所述涡轮胚三维模型及所述刀刃轨迹三维模型建立延伸渐开线蜗轮加工三维模型；
三齿槽延伸渐开线蜗轮三维建模模块，对所述蜗轮坯三维模型进行布尔运算，将所述蜗轮坯三维模型减去所述刀刃轨迹三维模型，获得三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型；
全齿延伸渐开线蜗轮三维建模模块，将所述三齿槽延伸渐开线蜗轮三维模型转动z次，每次转动角为360/z(°)，获得全齿延伸渐开线蜗轮三维模型。
9.根据权利要求8所述的一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模装置，其特征在于，所述三齿槽延伸渐开线蜗轮三维建模模块还包括：求差单元，用于将所述涡轮胚三维模型减去所述刀刃轨迹三维模型。
10.一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置由所述处理执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任意一项所述的一种延伸渐开线蜗轮滚齿三维建模方法。
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