CN113127986A - 一种刀具误差对加工齿轮齿廓影响分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种刀具误差对加工齿轮齿廓影响分析方法，通过将滚刀制造误差叠加到滚刀模型上，齿廓误差叠加到滚刀齿廓，齿距误差叠加到滚刀齿距，螺旋线误差叠加到滚刀螺旋线，从而建立带有滚刀误差的滚刀模型；继而，将滚刀安装误差通过加工代码进行设置，最后通过仿真，将得到误差下齿轮端面齿廓与理想齿轮齿廓对比，对滚刀误差对齿轮齿廓的影响进一步分析。本发明直观的展示刀具误差的设置分析，相比数字化建模仿真中诶差分析，此方法不用考虑过多的数学方程，分析流程简易，直观的了解滚齿加工过程中刀具误差对被加工齿轮齿廓的影响。

Description

一种刀具误差对加工齿轮齿廓影响分析方法
技术领域
本发明涉及齿轮加工误差分析技术领域，具体涉及一种齿轮齿廓分析方法，特别是基于滚刀误差对齿轮齿廓误差研究影响方法。
背景技术
数控滚齿机是通过滚刀来加工外齿轮，在所有齿轮加工中占比45％-50％。然而滚齿加工基本一般作为齿轮加工中的第一道工序，随着工业化的发展，对齿轮的制造质量要求越来越高。滚齿加工基于展成法，又名为范成法加工原里。其本质上是一对交错轴齿轮副相互啮合原理，这对啮合齿轮传动副中，一个齿轮齿数很少，只有一个齿(单头滚刀)或者几个齿(多头滚刀)，螺旋角很大就演变成了一个蜗杆，滚刀将蜗杆开槽铲背，在进行前刀面刃磨和后刀面铲磨进行精加工形成滚刀切削刃。在齿轮啮合过程中，滚刀与齿轮按照一定传动比强制啮合，形成齿轮齿廓(加工斜齿轮时工件需要附加一个差动回转运动，与滚刀轴向运动复合加工出螺旋齿槽)形成全齿宽。
刀具作为直接切削工件的关键部件，其本身的制造误差与其安装误差直接影响被加工齿轮精度，以往的研究通常仅仅考虑刀具制造误差或者安装误差的定性或定量分析，未考虑刀具制造误差及安装误差之间的耦合作用下低被加工齿轮精度影响，本发明不仅对刀具制造误差及安装误差定性及定量分析，还能得到两者之间耦合作用下对被加工齿轮精度影响，优势之处在于，不用建立复杂的滚刀与工件的啮合方程式，分析方法流程操作简单，误差分析结果直观，可以直观分析误差在整个加工过程中对被加工齿轮齿廓的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种刀具误差对加工齿轮齿廓误差影响分析方法。该方法建立理想滚刀模型与带误差的滚刀模型，理想加工过程中的NC代码与滚刀在安装过程中产生误差下的NC程序，可对两者误差进行定量及定性分析，也可以进行两者误差之间耦合作用下对被加工齿轮的齿廓精度影响。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
步骤一首先进行理想刀具的三维建模，根据滚齿机床的结构，在加工仿真软件中建立机床模型结构树以及滚齿加工模型。
步骤二通过数学软件软件建模，得到被加工齿轮的齿廓模型，以及编写滚齿加工刀具路径参数化NC程序程序。
步骤三，将主要的滚刀制造误差项，齿距齿廓及螺旋线误差叠加在滚刀模型上，建立带有滚刀误差模型，进行滚刀制造误差对被加工齿轮齿廓误差的定量分析。
步骤四，基于步骤一与步骤二，将滚刀安装误差通过加工NC程序进行设置，进行滚刀安装误差的定量分析。
步骤五，基于步骤三和步骤四，可进行在滚刀制造误差与滚刀安装误差之间耦合作用下对被加工齿轮精度影响分析，基于步骤二可进行不同工艺参数下刀具误差对被加工齿轮齿廓影响分析。
所述步骤一中，通过三维软件建立滚刀三维模型，并保存为STL格式。然后通过加工仿真软件建立滚齿加工模型，其主要分为三个部分，第一部分，建立滚齿机床结构树；第二部分，建立刀具库，将之前建立好的滚刀模型导入刀具库中；第三部分编写滚齿加工NC程序。
所述步骤二中，通过数学软件软件，基于滚齿加工原理，编写滚齿加工刀具路径程序及齿轮齿廓数字化模型，输出点位数据及点位数据法向矢量，保存为TXT格式，导入加工仿真软件的设计部分，对后面误差下被加工齿轮齿廓与理想齿廓进行比较，得到齿廓误差值。
所述步骤三中，通过三维软件将不同滚刀制造误差分别建立滚刀模型，并依据步骤一导出STL格式，继而将滚刀模型导入到刀具库中，其中滚刀制造误差主要考虑滚刀齿距误差、滚刀齿廓误差及滚刀螺旋线误差。
所述步骤四中，分析滚刀安装误差主要考虑滚刀安装角误差Δδ、滚刀窜刀误差Δb 以及滚刀径向跳动误差Δr。
具体实施方式为：
滚刀安装角δ1＝δ+Δδ，其中δ1为带误差的安装角，δ为理论安装角。通过在滚齿加工NC程序中对A轴的旋转角度进行修改，将安装角误差进行叠加。
滚刀轴向窜动Δb，通过改变NC代码中Y轴移动Δb距离，此时加工程序就是带有轴向窜动误差下的代码。
滚刀径向跳动Δr，通过改变滚刀的安装点位置，在刀具库中通过将安装点径向移动Δr距离。
所述步骤五，基于步骤三和步骤四，可进行在滚刀制造误差与滚刀安装误差之间耦合作用下对被加工齿轮精度影响分析，基于步骤二可进行不同工艺参数下刀具误差对被加工齿轮齿廓影响分析。
本发明的有益效果：在以往误差分析方法中由于滚齿加工原理复杂，滚刀与齿轮的啮合方程常有包络法与运动法，其中包络法计算量极大，运动法计算过程繁琐，本发明无需考虑滚齿加工过程中复杂的数学方程，相比以往的数字化建模仿真，流程简单，数学方程少及计算量少，能直观的展示刀具误差对被加工齿轮齿廓影响。
附图说明
图1为本发明的滚齿刀具误差对加工齿轮齿廓影响分析流程图；
图2为本发明的滚齿刀具制造误差分析图；
图3为本发明的滚齿刀具安装误差分析图；
图4为本发明的在软件中建立的滚齿机床结构树图；
图5为为本发明的单个齿轮齿廓在数学软件中模型图；
图6为本发明的加工仿真图；
图中：1为齿轮；2为刀具。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明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的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1至图6，图1为本发明滚齿吊具误差对齿轮齿廓影响分析方法流程图，图2与图3分别是刀具制造误差与安装误差设置分析图。
步骤一、首先通过三维软件建立滚刀模型，并导出为STL格式文件。再通过加工仿真软件建立滚齿机床结构树，不涉及机床结构模型，仅导入滚刀与毛坯模型(图4)。
步骤二、通过数学软件软件，基于滚齿加工原理，编写滚齿加工刀具路径程序及齿轮齿廓数学模型(图4)，输出点位数据及点位数据法向矢量，保存为TXT格式，导入加工仿真设计部分，对后面误差下被加工齿轮齿廓与理想齿廓进行比较，得到齿廓误差值。
步骤三，建立带有滚刀制造误差模型，进行滚刀制造误差对被加工齿轮齿廓误差的定量分析。
主要分析滚刀齿距、齿廓及螺旋线误差，分别建立三种不同误差下滚刀模型(图2)，基于步骤一，将带有滚刀误差的三维模型导入Vericut刀具库中，基于步骤二得到的理想齿廓进行比较，得到滚刀制造误差对被加工齿轮齿廓影响。
步骤四，分析滚刀安装误差主要考虑滚刀安装角误差Δδ、滚刀窜刀误差Δb以及滚刀径向跳动误差Δr。具体实施为(图3)：
滚刀安装角δ1＝δ+Δδ，其中δ1为带误差的安装角，δ为理论安装角。通过在滚齿加工NC程序中对A轴的旋转角度进行修改，将安装角误差进行叠加。
滚刀轴向窜动Δb，通过改变NC代码中Y轴移动Δb距离，此时加工程序就是带有轴向窜动误差下的代码。
滚刀径向跳动Δr，通过改变滚刀的安装点位置，在刀具库中通过将安装点径向移动Δr距离。
步骤五，基于步骤三和步骤四，可进行在滚刀制造误差与滚刀安装误差之间耦合作用下对被加工齿轮精度影响分析，基于步骤二可进行不同工艺参数下刀具误差对被加工齿轮齿廓影响分析。
如图6所示，为刀具2对齿轮1加工的示意图。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明新型精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种刀具误差对加工齿轮齿廓影响分析方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤一：首先进行理想刀具的三维建模，根据滚齿机床的结构，在加工仿真软件中建立机床模型结构树以及滚齿加工模型；
步骤二：通过数学软件建模，得到被加工齿轮的齿廓模型，以及编写滚齿加工刀具路径参数化NC程序程序；
步骤三：将主要的滚刀制造误差项，齿距齿廓及螺旋线误差叠加在滚刀模型上，建立带有滚刀误差模型，进行滚刀制造误差对被加工齿轮齿廓误差的定量分析；
步骤四：基于所述步骤一与所述步骤二，将滚刀安装误差通过加工NC程序进行设置，进行滚刀安装误差的定量分析；
步骤五：基于所述步骤三和所述步骤四，可进行在滚刀制造误差与滚刀安装误差之间耦合作用下对被加工齿轮精度影响分析，基于所述步骤二可进行不同工艺参数下刀具误差对被加工齿轮齿廓影响分析。
2.根据权利要求1所述的其特征在于，所述步骤一中，通过三维软件建立滚刀三维模型，并保存为STL格式；然后通过加工仿真软件建立滚齿加工模型，其主要分为三个部分，第一部分，建立滚齿机床结构树；第二部分，建立刀具库，将之前建立好的滚刀模型导入刀具库中；第三部分编写滚齿加工NC程序。
3.根据权利要求1所述的其特征在于，所述步骤二中，通过数学软件，基于滚齿加工原理，编写滚齿加工刀具路径程序及齿轮齿廓数字化模型，输出点位数据及点位数据法向矢量，保存为TXT格式，导入加工仿真设计部分，对后面误差下被加工齿轮齿廓与理想齿廓进行比较，得到齿廓误差值。
4.根据权利要求1所述的其特征在于，所述步骤三中，通过三维软件将不同滚刀制造误差分别建立滚刀模型，并依据步骤一导出STL格式，继而将滚刀模型导入到刀具库中，其中滚刀制造误差主要考虑滚刀齿距误差、滚刀齿廓误差及滚刀螺旋线误差。
5.根据权利要求1所述的其特征在于，所述步骤四中，分析滚刀安装误差主要考虑滚刀安装角误差Δδ、滚刀窜刀误差Δb以及滚刀径向跳动误差Δr；具体步骤为：
Ⅰ、滚刀安装角δ1＝δ+Δδ，其中δ1为带误差的安装角，δ为理论安装角。通过在滚齿加工NC程序中对A轴的旋转角度进行修改，将安装角误差进行叠加。
Ⅱ、滚刀轴向窜动Δb，通过改变NC代码中Y轴移动Δb距离，此时加工程序就是带有轴向窜动误差下的代码。
Ⅲ、滚刀径向跳动Δr，通过改变滚刀的安装点位置，在刀具库中通过将安装点径向移动Δr距离。
6.根据权利要求1所述的一种滚齿滚齿刀具误差对加工齿轮齿廓误差影响分析方法，其特征在于：所述步骤五中，基于所述步骤三和所述步骤四，可进行在滚刀制造误差与滚刀安装误差之间耦合作用下对被加工齿轮精度影响分析，基于所述步骤二可进行不同工艺参数下刀具误差对被加工齿轮齿廓影响分析。
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