CN112008506A - 外轮廓约束的球型旋转锉刃磨加工方法和刃槽磨削方法 - Google Patents

外轮廓约束的球型旋转锉刃磨加工方法和刃槽磨削方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出外轮廓约束的球型旋转锉刃磨加工方法和刃槽磨削方法。该方法根据球型旋转锉外轮廓球面刃线轨迹和砂轮形状，在磨削旋转锉一条刃槽时，砂轮的直刀面磨削至刃槽的前刀面，砂轮的斜刀面磨削至刃槽的背刀面，从而实现一次进刀完成刃槽的磨削，且刃槽前后刀面刃线与旋转锉外轮廓球面刃线轨迹相吻合。

Description

外轮廓约束的球型旋转锉刃磨加工方法和刃槽磨削方法
技术领域
本发明属机械刀具磨削加工领域，尤其涉及一种外轮廓约束的球型旋转锉刃磨加工方法和刃槽磨削方法。
背景技术
目前球型旋转锉的加工，主要是将球型旋转锉的齿底构成的内轮廓面建模为椭球型，希望砂轮按照齿底曲线轨迹进行磨削加工，而旋转锉外轮廓刃线则构成球面。但是，这样加工出来的旋转锉刃线外轮廓能够构成所需要的球面形状，还取决于碟型砂轮角度、旋转锉刃槽数量、内轮廓椭球参数以及齿底曲线轨迹。只有这4项参数满足一定条件，才有可能正好在旋转锉外轮廓上构成一个球面。
发明内容
本发明公开外轮廓约束的球型旋转锉刃磨加工方法和刃槽磨削方法。该方法根据球型旋转锉外轮廓球面上的刃线轨迹和碟型砂轮角度，计算出砂轮姿态与磨削轨迹，使得旋转锉外轮廓为设定的球型。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种外轮廓约束的球型旋转锉刃磨加工方法，砂轮直刀面、斜刀面和圆周线同时直接磨削磨削刃槽前刀面刃线轨迹Pi、刃槽背刀面刃线轨迹Hi点和刃槽轨迹Ui点，具体步骤如下：
第1步：旋转锉某一螺旋刃槽U，左侧螺旋刃线Q的轨迹点为Q1、Q2、…、Qi、…、Qn-1、Qn，右侧螺旋刃线P的轨迹点为P1、P2、…、Pi、…、Pn-1、Pn。Q和U之间的面为背刀面，P和U之间的面为前刀面；
第2步：取刃线P上的某一轨迹点Pi，根据旋转锉球心Po、Pi及其相邻点Pi-1作平面M1；
第3步：过直线PoPi作垂直于平面M1的平面M2；
第4步：求平面M2与刃线Q的交点Hi；
第5步：在PoPi上取一点Ui，满足条件∠HiUiPi为砂轮角度T；
第6步：在PoUiPi的延长线上取一点Ci，满足条件线段UiCi等于砂轮半径；
第7步：令砂轮直端面与M1平面重合，砂轮直端面圆心位于Ci，当前砂轮姿态与位置即为磨削刃槽U的背刀面HiUi和前刀面UiPi的姿态位置。
进一步的，根据所述同时磨削HiUiPi的方法，从刃槽起点开始，直至刃槽终点，对刃槽上的轨迹点、刃槽背刀面刃线上的轨迹点和刃槽前刀面刃线上的轨迹点进行磨削，其步骤如下：
第1步：取i＝2；
第2步：按照权利1所述方法，计算出H2、U2和C2点的坐标；
第3步：取i＝i+1，如果i<n，转第2步；如果i≥n，结束。
进一步的，如下步骤：
第1步：球型旋转锉有m条刃槽；
第2步：取j＝1；
第3步：按照权利2所述方法，对第j条刃槽进行磨削加工；
第4步：取j＝j+1，如果j≤m，转第3步；如果j>m，结束。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明公开一种外轮廓约束的球型旋转锉刃槽一次磨削成型加工方法。该方法根据球型旋转锉外轮廓球面上的刃线轨迹和碟型砂轮角度，计算出砂轮姿态与磨削轨迹，使得旋转锉外轮廓为设定的球型。
附图说明
图1：(a)为球型旋转锉正面图，(b)为球型旋转锉侧面图；
图2：(a)为球型旋转锉球面刃线轨迹正面图，(b)为球型旋转锉球面刃线轨迹侧面图；
图3：球型旋转锉球面相邻两条刃线轨迹，左边的轨迹点为Q1～Qn，右边的轨迹点为P1～Pn；
图4：取轨迹P上的一点Pi，计算砂轮位置和姿态；
图5：旋转锉球面与XOZ平面相交的半圆画出轨迹点S1,S2,…,Sn；
图6：轨迹点P1,P2,…,Pi,…,Pn；
图7：一条刃槽的一系列HiUiPiCi点；
图8：球型旋转锉模型和其中一条刃槽的HiUiPiCi系列点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
一种外形刃线轮廓为球型的旋转锉，如图1所示。如果以旋转锉齿底轮廓为椭球建模，让碟型砂轮沿齿底轮廓线轨迹进行磨削加工，而在外形上得到如图1所示的外轮廓刃线为球面的的旋转锉，则需要选取不同碟型砂轮角度、旋转锉刃线数量、内轮廓椭球参数以及齿底曲线轨迹，进行反复多次试验，才能得到近似球面的旋转锉外轮廓。
本发明提出一种外轮廓约束的球型旋转锉刃磨加工方法，可以根据球型旋转锉球面刃线轨迹和碟型砂轮角度，计算出碟型砂轮磨削加工旋转锉刃槽的姿态和位置。
首先，球型旋转锉球面表面刃线轨迹如图2所示。任取相邻的两条刃线轨迹，如图3所示。左侧的刃线轨迹点为Q1～Qn，右侧的刃线轨迹点为P1～Pn。
如图4所示，为了计算磨削轨迹P上的一点Pi时的砂轮位置和姿态，取轨迹P上的Pi点和Pi-1点，根据Pi、Pi-1点和旋转锉球心Po点作平面M1，经PoPi直线作平面M2，令M2⊥M1，平面M2与轨迹Q交于Hi点，在PoPi线段上寻找一点Ui，令角度∠HiUiPi等于碟型砂轮角度θ，沿UiPi方向作延长线到Ci点，令线段UiCi等于砂轮半径r，碟型砂轮直刀面与在平面M1内，砂轮圆心位于Ci点，即为砂轮磨削Pi点时的姿态和位置，此时，碟型砂轮斜刀面正好磨削Q轨迹线的Hi点。
按上述方式，从P2点开始，沿着P3,P4,…,Pn轨迹磨削，即可完成对刃线Q和刃线P之间的刃槽的磨削。
下面分步骤说明本方法：
方法1、一种外轮廓约束的球型旋转锉刃磨加工方法，其特征在于砂轮直刀面、斜刀面和圆周线同时直接磨削磨削刃槽前刀面刃线轨迹Pi、刃槽背刀面刃线轨迹Hi点和刃槽轨迹Ui点，具体步骤如下：
第1步：旋转锉某一螺旋刃槽U，左侧螺旋刃线Q的轨迹点为Q1、Q2、…、Qi、…、Qn-1、Qn，右侧螺旋刃线P的轨迹点为P1、P2、…、Pi、…、Pn-1、Pn。Q和U之间的面为背刀面，P和U之间的面为前刀面；
第2步：取刃线P上的某一轨迹点Pi，根据旋转锉球心Po、Pi及其相邻点Pi-1作平面M1；
第3步：过直线PoPi作垂直于平面M1的平面M2；
第4步：求平面M2与刃线Q的交点Hi；
第5步：在PoPi上取一点Ui，满足条件∠HiUiPi为砂轮角度T；
第6步：在PoUiPi的延长线上取一点Ci，满足条件线段UiCi等于砂轮半径；
第7步：令砂轮直端面与M1平面重合，砂轮直端面圆心位于Ci，当前砂轮姿态与位置即为磨削刃槽U的背刀面HiUi和前刀面UiPi的姿态位置。
方法2、根据方法1所述一种外轮廓约束的球型旋转锉刃磨加工方法，一种磨削一条刃槽的方法，其特征在于利用方法1所述同时磨削HiUiPi的方法，从刃槽起点开始，直至刃槽终点，对刃槽上的轨迹点、刃槽背刀面刃线上的轨迹点和刃槽前刀面刃线上的轨迹点进行磨削，其步骤如下：
第1步：取i＝2；
第2步：按照方法1所述方法，计算出H2、U2和C2点的坐标；
第3步：取i＝i+1，如果i<n，转第2步；如果i≥n，结束。
方法3、根据方法1所述一种外轮廓约束的球型旋转锉刃磨加工方法和方法2所述一种磨削一条刃槽的方法，一种磨削球型旋转锉全部刃槽的方法，其特征在于如下步骤：
第1步：球型旋转锉有m条刃槽；
第2步：取j＝1；
第3步：按照方法2所述方法，对第j条刃槽进行磨削加工；
第4步：取j＝j+1，如果j≤m，转第3步；如果j>m，结束。
具体示例：
首先，在旋转锉球面与XOZ平面相交的半圆画出轨迹点S1,S2,…,Sn，如图5所示。
然后，将轨迹点S1,S2,…,Si,…,Sn，绕X轴旋转不同的角度，得到轨迹点P1,P2,…,Pi,…,Pn，如图6所示。
对一个10条刃线的球型旋转锉，将轨迹点P1,P2,…,Pn绕X轴旋转π/5，得到Q1,Q2,…,Qn。如图3所示。
将轨迹点P1,P2,…,Pn绕X轴旋转2π/5,3π/5,…,9π/5，得到球型旋转锉的10条刃线轨迹，如图2所示。
采用方法1，计算出HiUiPiCi点，如图4所示。
采用方法2，计算出一条刃槽的一系列HiUiPiCi点，如图7所示。
采用方法3，计算出每一条刃槽的HiUiPiCi系列点，最后形成如图8所示的球型旋转锉。为清晰起见，图8画出了本方法加工出的球型旋转锉模型，画出了其中一条刃槽的HiUiPiCi系列点。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (3)

1.一种外轮廓约束的球型旋转锉刃磨加工方法，其特征在于，砂轮直刀面、斜刀面和圆周线同时直接磨削磨削刃槽前刀面刃线轨迹Pi、刃槽背刀面刃线轨迹Hi点和刃槽轨迹Ui点，具体步骤如下：
第1步：旋转锉某一螺旋刃槽U，左侧螺旋刃线Q的轨迹点为Q1、Q2、…、Qi、…、Qn-1、Qn，右侧螺旋刃线P的轨迹点为P1、P2、…、Pi、…、Pn-1、Pn。Q和U之间的面为背刀面，P和U之间的面为前刀面；
第2步：取刃线P上的某一轨迹点Pi，根据旋转锉球心Po、Pi及其相邻点Pi-1作平面M1；
第3步：过直线PoPi作垂直于平面M1的平面M2；
第4步：求平面M2与刃线Q的交点Hi；
第5步：在PoPi上取一点Ui，满足条件∠HiUiPi为砂轮角度T；
第6步：在PoUiPi的延长线上取一点Ci，满足条件线段UiCi等于砂轮半径；
第7步：令砂轮直端面与M1平面重合，砂轮直端面圆心位于Ci，当前砂轮姿态与位置即为磨削刃槽U的背刀面HiUi和前刀面UiPi的姿态位置。
2.一种基于权利要求1所述方法的一种磨削一条刃槽的方法，其特征在于，根据所述同时磨削HiUiPi的方法，从刃槽起点开始，直至刃槽终点，对刃槽上的轨迹点、刃槽背刀面刃线上的轨迹点和刃槽前刀面刃线上的轨迹点进行磨削，其步骤如下：
第1步：取i＝2；
第2步：按照权利1所述方法，计算出H2、U2和C2点的坐标；
第3步：取i＝i+1，如果i<n，转第2步；如果i≥n，结束。
3.一种基于权利要求2所述方法的一种磨削球型旋转锉全部刃槽的方法，其特征在于，如下步骤：
第1步：球型旋转锉有m条刃槽；
第2步：取j＝1；
第3步：按照权利2所述方法，对第j条刃槽进行磨削加工；
第4步：取j＝j+1，如果j≤m，转第3步；如果j>m，结束。
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