CN115034021B - 一种基于产形轮的齿轮加工机床设计方法、装置及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于产形轮的齿轮加工机床设计方法、装置及介质，所述方法包括以下步骤：计算被加工齿轮所对应的空间产形轮的数学表达；定义机床坐标系，根据空间产形轮的数学表达和机床坐标系确定机床中联动关系；根据加工需求和机床中联动关系确定机床基础布置形式；根据加工过程的展开以及机床中联动关系确定最终联动关系；根据拟定加工参数、机床基础布置形式和最终联动关系确定极限位置参数和机床原理方案；根据极限位置参数和机床原理方案进行齿轮加工机床模拟设计；本发明能够对齿轮加工机床进行创新型的设计，所设计机床可开发高性能齿轮，同时还兼顾多种类型齿轮的开发，不仅能够加工高性能齿轮，同时又提升了机床的通用性。

Description

一种基于产形轮的齿轮加工机床设计方法、装置及介质

技术领域

本发明涉及齿轮加工技术领域，具体的，本发明应用于齿轮加工机床的布置设计领域，特别是涉及一种基于产形轮的齿轮加工机床设计方法、装置及介质。

背景技术

在机械制造领域中，齿轮作为现代传动设计中的重要组成部分，齿轮是一种在各种传动机构中最被广泛应用的零件，尤其是在汽车、船舶和航空航天等领域中；对应的，齿轮在各项传动设计中担负着传递动力、改变运动速度和运动方向的重要任务，且齿轮还具有功率范围大、传动效率高以及使用寿命长等优秀的功能。

目前，对于齿轮的加工方式主要有两种，一种为采用专用齿轮加工机床进行加工，另一种为把齿面作为自由曲面进行加工，下面对这两种方式进行逐一分析：

第一方面，对于采用专用齿轮加工机床进行加工的齿轮加工方式，其通常由机床运动和刀具廓形所形成的产形轮决定其加工齿轮的类型和性能等指标，其加工过程不是以齿轮传动的实际性能需求为根据的，故这种加工方式所加工齿轮的性能只能根据加工条件进行优化选择，不能根据使用性能需求进行多样化设计，局限性较大，且制造出的齿轮并不一定能够发挥齿轮本身的最佳性能。

第二方面，对于把齿面作为自由曲面进行加工的齿轮加工方式，虽然可以根据齿轮的实际性能需求对齿轮进行加工，但其加工精度和加工效率、其可接受误差和其加工误差之间都存在原理性矛盾，这导致该方式无法真正实际的面向工程的批量生产需求。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中的上述问题，提供一种基于产形轮的齿轮加工机床设计方法、装置及介质，进而解决现有技术中齿轮加工方式局限性大以及无法面对批量生产需求的问题。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

一方面，本发明提供一种基于产形轮的齿轮加工机床设计方法，包括以下步骤：

计算被加工齿轮所对应的空间产形轮的数学表达；

定义机床坐标系，根据所述空间产形轮的数学表达和所述机床坐标系确定机床中联动关系；

根据加工需求和所述机床中联动关系确定机床基础布置形式；

根据加工过程的展开以及所述机床中联动关系确定最终联动关系；

根据拟定加工参数、所述机床基础布置形式和所述最终联动关系确定极限位置参数和机床原理方案；

根据所述极限位置参数和所述机床原理方案进行齿轮加工机床模拟设计。

作为一种改进的方案，所述计算被加工齿轮所对应的空间产形轮的数学表达，包括：

根据所述被加工齿轮的类型以及结构特点，确定所述被加工齿轮所对应的空间产形轮形式；

基于所述空间产形轮形式以及所述被加工齿轮的零件特点，建立与所述被加工齿轮相关联的零件坐标系；

在所述零件坐标系中，基于齿轮啮合原理以及所述被加工齿轮所对应的齿面方程和所述空间产形轮形式，计算所述被加工齿轮所对应的空间产形轮在所述零件坐标系中的所述数学表达。

作为一种改进的方案，所述定义机床坐标系，包括：

根据所述被加工齿轮的加工方式和加工条件，确定所述被加工齿轮在机床中的空间摆放方式；

根据所述被加工齿轮的装夹方式、装夹位置以及所述空间摆放方式，确定机床各运动轴间的初始空间位置关系以及机床各运动轴与所述零件坐标系之间的对应关系；

根据所述初始空间位置关系以及所述对应关系定义所述机床坐标系。

作为一种改进的方案，所述根据所述空间产形轮的数学表达和所述机床坐标系确定机床中联动关系，包括：

根据所述数学表达，并基于采用刀具轮廓和机床运动包络形成空间产形轮的方法，定义机床中刀具运动轨迹、刀具轮廓以及所述刀具运动轨迹与所述刀具轮廓间的相互关系；

在所述机床坐标系中，根据所述刀具运动轨迹、所述刀具轮廓以及所述相互关系确定机床各运动轴的联动关系，设定所述机床各运动轴的联动关系为所述机床中联动关系。

作为一种改进的方案，所述根据加工需求和所述机床中联动关系确定机床基础布置形式，包括：

根据所述加工需求确定所述被加工齿轮的切削位置；

根据所述机床中联动关系确定机床各运动轴的进阶空间位置关系；

根据所述切削位置和所述进阶空间位置关系确定所述机床基础布置形式。

作为一种改进的方案，所述根据加工过程的展开以及所述机床中联动关系确定最终联动关系，包括：

基于所述机床中联动关系，将齿轮的所述加工过程中的展成运动与该齿轮对应的产形轮所形成的机床运动进行耦合，得到机床加工运动进阶联动关系；设定所述机床加工运动进阶联动关系为所述最终联动关系。

作为一种改进的方案，所述拟定加工参数包括：被加工齿轮类型、尺寸范围、切削区域、安装位置、拟定加工方式和刀具形式；

所述根据拟定加工参数、所述机床基础布置形式和所述最终联动关系确定极限位置参数和机床原理方案，包括：

基于所述最终联动关系，令所述被加工齿轮类型、所述尺寸范围、所述切削区域和所述安装位置为输入条件，分别计算机床各运动轴的理论极限位置以及行程范围；设定计算出的机床各运动轴的所述理论极限位置以及所述行程范围为所述极限位置参数；

根据所述拟定加工方式和所述刀具形式，确定切削参数；根据所述切削参数设定机床构成部件的结构空间尺寸；根据机床各运动轴的所述行程范围以及所述机床基础布置形式中机床各运动轴的所述进阶空间位置关系，确定机床完善布置形式以及机床几何尺寸；整合所述机床完善布置形式以及所述机床几何尺寸作为所述机床原理方案。

作为一种改进的方案，所述根据所述极限位置参数和所述机床原理方案进行齿轮加工机床模拟设计，包括：

采用机械结构设计程序对所述机床原理方案进行模拟布置，得到模拟方案；

根据所述极限位置参数对所述模拟方案的切削加工可行性进行核验；

当通过核验时，令所述机床原理方案作为合理化设计方案。

另一方面，本发明还提供一种基于产形轮的齿轮加工机床设计装置，包括：

数学表达计算单元，用于计算被加工齿轮所对应的空间产形轮的数学表达；

关系转换处理单元，用于定义机床坐标系，并根据所述空间产形轮的数学表达和所述机床坐标系确定机床中联动关系；

布置形式分析单元，用于根据加工需求和所述机床中联动关系确定机床基础布置形式；

运动耦合处理单元，用于根据加工过程的展开以及所述机床中联动关系确定最终联动关系；

机床方案设计单元，用于根据拟定加工参数、所述机床基础布置形式和所述最终联动关系确定极限位置参数和机床原理方案；

机床方案模拟单元，用于根据所述极限位置参数和所述机床原理方案进行齿轮加工机床模拟设计。

另一方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述基于产形轮的齿轮加工机床设计方法的步骤。

本发明技术方案的有益效果是：

1、本发明所述的基于产形轮的齿轮加工机床设计方法，可以实现基于空间产形轮的相关原理对齿轮加工机床进行了创新型的设计，所设计的机床可以开发高性能齿轮，同时还能兼顾多种类型齿轮的开发，既能满足高性能齿轮的加工需求，又能够面对实际工程中的批量生产需求，不仅能够使加工机床加工高性能齿轮，同时又提升了齿轮加工机床的通用性，为实现从齿轮设计到加工制造的正向设计奠定了基础，同时为齿轮的下一代加工装备设计奠定了理论基础，具有极高的应用价值和前瞻性，弥补了现有技术的不足。

2、本发明所述的基于产形轮的齿轮加工机床设计装置，可以通过数学表达计算单元、关系转换处理单元、布置形式分析单元、运动耦合处理单元、机床方案设计单元和机床方案模拟单元的相互配合，进而实现基于空间产形轮的相关原理对齿轮加工机床进行了创新型的设计，所设计的机床可以开发高性能齿轮，同时还能兼顾多种类型齿轮的开发，既能满足高性能齿轮的加工需求，又能够面对实际工程中的批量生产需求，不仅能够使加工机床加工高性能齿轮，同时又提升了齿轮加工机床的通用性，为实现从齿轮设计到加工制造的正向设计奠定了基础，同时为齿轮的下一代加工装备设计奠定了理论基础，具有极高的应用价值和前瞻性，弥补了现有技术的不足。

3、本发明所述的计算机可读存储介质，可以实现引导数学表达计算单元、关系转换处理单元、布置形式分析单元、运动耦合处理单元、机床方案设计单元和机床方案模拟单元进行配合，进而实现基于空间产形轮的相关原理对齿轮加工机床进行了创新型的设计，所设计的机床可以开发高性能齿轮，同时还能兼顾多种类型齿轮的开发，既能满足高性能齿轮的加工需求，又能够面对实际工程中的批量生产需求，不仅能够使加工机床加工高性能齿轮，同时又提升了齿轮加工机床的通用性，且本发明所述的计算机可读存储介质还有效提高所述基于产形轮的齿轮加工机床设计方法的可操作性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1是本发明实施例1所述基于产形轮的齿轮加工机床设计方法的流程图；

图2是本发明实施例1所述基于产形轮的齿轮加工机床设计方法中步骤S100的具体流程示意图；

图3是本发明实施例2所述基于产形轮的齿轮加工机床设计方法中被加工齿轮的零件坐标系的示意图；

图4是本发明实施例2所述基于产形轮的齿轮加工机床设计方法中被加工齿轮的空间产形轮示意图；

图5是本发明实施例2所述基于产形轮的齿轮加工机床设计方法中机床坐标系的示意图；

图6是本发明实施例2所述基于产形轮的齿轮加工机床设计方法中产形轮齿面及其密切抛物面的示意图；

图7是本发明实施例2所述基于产形轮的齿轮加工机床设计方法中产形轮齿面坐标系与机床坐标系的关系示意图；

图8是本发明实施例2所述基于产形轮的齿轮加工机床设计方法中机床各轴的布置位置示意图；

图9是本发明实施例2所述基于产形轮的齿轮加工机床设计方法中机床基础布置形式示意图；

图10是本发明实施例3所述基于产形轮的齿轮加工机床设计装置的架构图；

图11是本发明实施例3所述基于产形轮的齿轮加工机床设计装置中数学表达计算单元的具体架构图；

图12是本发明实施例3所述基于产形轮的齿轮加工机床设计装置中关系转换处理单元的具体架构图；

图13是本发明实施例3所述基于产形轮的齿轮加工机床设计装置中机床方案设计单元的具体架构图；

附图中的标记说明如下：

1、空间产形轮；2、被加工齿轮；3、刀具廓形方向；4、刀具廓形；5、产形轮齿面；6、齿面切平面；7、刀具轨迹；8、刀具轨迹方向；9、由刀具廓形与机床运动形成的密切面；

10、刀具工作平面；11、X轴方向；12、Y轴方向；13、C轴方向；14、Z轴方向；15、B轴方向；16、工件轴；17、刀具轴；18、Y轴；19、X轴；20、Z轴；21、B轴；22、C轴；23、S轴；

710、数学表达计算单元；

711、形式确定单元；712、零件坐标建立单元；713、数学表达汇总单元；

720、关系转换处理单元；

721、摆放方式确定单元；722、空间关系确定单元；723、机床坐标建立单元；724、刀具数据分析单元；725、联动关系转换单元；

730、布置形式分析单元；

740、运动耦合处理单元；

750、机床方案设计单元；

751、极限参数分析单元；752、原理方案分析单元；

760、机床方案模拟单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

在本发明的描述中，需要说明的是，本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本文的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“初始”、“进阶”、“完善”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本文的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明中，主要从齿轮的加工原理出发，通过改变加工齿轮产形轮的产生流程，从而提供了从齿面设计到加工制造的正向实现方法，为后续齿轮装备以及高性能齿轮装备的开发，提供了新的方法和途径。

实施例1

本实施例提供一种基于产形轮的齿轮加工机床设计方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：

S100、计算被加工齿轮2所对应的空间产形轮1的数学表达；

具体的，现有技术中，传统齿轮加工过程中的产形轮，是由机床运动和刀具轮廓所自然形成的，且在实际加工过程中，产形轮通过与被加工齿轮2的啮合完成齿轮的加工；在本发明的创新特点中，令产形轮由被加工齿轮2计算所得，进而满足被加工齿轮2的加工需求，而确定被加工齿轮2所对应的空间产形轮1的数学表达是实现本发明中令产形轮由被加工齿轮2计算所得的基础；

本步骤具体包括：首先根据拟定的所有被加工齿轮2的类型以及结构特点等要素，在所有可能的理论范围内确定不同加工类型齿轮所分别对应的空间产形轮形式；同时，以上述得到的空间产形轮形式作为数据基础，再根据不同类型的被加工零件的特点，建立与零件相关联的零件坐标系；在所得的零件坐标系中，以不同类型的被加工零件的齿面方程和不同类型的被加工零件所对应的空间产形轮形式为数据基础，以齿轮啮合原理为理论依据，计算对应的空间产形轮1在零件坐标系中的数学表达。

S200、定义机床坐标系，根据所述空间产形轮1的数学表达和所述机床坐标系确定机床中联动关系；

本步骤中，定义机床坐标系的步骤具体包括：首先根据被加工零件的加工方式以及加工条件等，确定被加工齿轮2在机床中需拟定的空间摆放方式；其中，加工方式包括但不限于铣和磨，加工条件包括但不限于有无冷却要求等；在所得的空间摆放方式基础之上，根据被加工齿轮2的类型和拟定的装夹方式和装夹位置，初步确定机床各运动轴间的初始空间位置关系以及机床各运动轴与步骤S100中已定义的零件坐标系之间的对应关系，进而根据所得的机床运动轴的初始空间位置关系以及所述对应关系，定义所述机床坐标系。

本步骤中，根据所述空间产形轮1的数学表达和所述机床坐标系确定机床中联动关系的步骤具体包括：在定义机床坐标系后，根据采用刀具轮廓和机床运动包络形成空间产形轮1的方法，且基于所述空间产形轮1的数学表达，定义用于机床的刀具运动轨迹、刀具轮廓以及刀具运动轨迹与刀具轮廓间的相互关系；在所述机床坐标系中，根据定义所得的所述刀具运动轨迹、所述刀具轮廓以及所述刀具运动轨迹与刀具轮廓间的相互关系确定机床各运动轴的联动关系，并设定该机床各运动轴间的联动关系为所述机床中联动关系；本步骤实质上属于空间产形轮1由所述数学表达向所述刀具轮廓、机床运动及机床运动联动关系的转换。

S300、根据加工需求和所述机床中联动关系确定机床基础布置形式；

具体的，加工需求为拟定的被加工齿轮2的需求以及实际切削过程的需求，其中，拟定的被加工齿轮2的需求包括但不限于：齿轮类型和轮齿结构特点等；拟定的实际切削过程的需求包括但不限于：冷却条件和排屑方式等；

本步骤具体包括：根据所述被加工齿轮2的需求以及所述实际切削过程的需求确定被加工齿轮2的切削位置；根据所述机床中联动关系进一步确定机床各运动轴的进阶空间位置关系；根据所述被加工齿轮2的切削位置和所述机床各运动轴的进阶空间位置关系确定所述机床基础布置形式。

S400、根据加工过程的展开以及所述机床中联动关系确定最终联动关系；

具体的，由展成法加工齿轮原理可以得知，齿轮加工的过程，在实际上是被加工齿轮2与该被加工齿轮2的产形轮的共轭啮合过程；而本发明中，所设计的机床进行齿轮加工时，被加工齿轮2的产形轮是由机床运动和刀具廓形4共同包络成形的，故产形轮和被加工齿轮2之间的展成运动，在原理上可认为是相互独立的；故产形轮和被加工齿轮2之间的展成运动是可以分解到机床的各运动轴进行叠加处理；

基于上述原理下，本步骤具体包括：基于机床中联动关系，将齿轮的加工过程中的展成运动与该齿轮对应的产形轮所形成的机床运动进行耦合，得到机床加工运动进阶联动关系；相较于前述的机床中联动关系，该机床加工运动进阶联动关系为最终的更加完善的机床加工运动联动关系；设定该机床加工运动进阶联动关系为所述最终联动关系；且在本步骤中，需要注意的是，在进行耦合时，注意展成运动与产形轮形成运动之间的起始位置问题（理论上为啮合相位问题）；

具体的，在本实施例1的加工过程中，产形轮采用了刀具廓形4与机床运动合成的实现方法，这为开发下一代高性能齿轮提供了理论基础和具体实现方法，具有前瞻性和应用价值，解决了后顾之忧。

S500、根据拟定加工参数、所述机床基础布置形式和所述最终联动关系确定极限位置参数和机床原理方案；

具体的，对于拟定的加工参数，包括但不限于：被加工齿轮类型、尺寸范围、切削区域、安装位置、拟定加工方式和刀具形式；具体的，拟定的加工方式包括但不限于铣和磨，刀具形式包括但不限于指形刀具和盘形刀具；

本步骤具体包括：基于所述最终联动关系，令所述被加工齿轮类型、所述尺寸范围、所述切削区域和所述安装位置为输入条件，分别计算机床各运动轴的理论极限位置以及行程范围；设定计算出的机床各运动轴的所述理论极限位置以及所述行程范围为所述极限位置参数；根据所述拟定的加工方式和刀具形式，确定切削参数；其中，切削参数包括但不限于切削功率和切削速度等；以切削参数为依据，设定机床构成部件的结构空间尺寸，在本实施方式中，机床构成部件指机床的主要构成部件；最终，根据机床基础布置形式中所得到的所述机床各运动轴的空间位置和所述行程范围，确定机床完善布置形式以及机床几何尺寸；整合所述机床完善布置形式以及所述机床几何尺寸为所述机床原理方案。

S600、根据所述极限位置参数和所述机床原理方案进行齿轮加工机床模拟设计。

本步骤具体包括：采用机械结构设计程序对所述机床原理方案进行模拟布置，得到模拟方案；根据所述极限位置参数对所述模拟方案的切削加工可行性进行核验；当通过核验时，令所述机床原理方案作为合理化设计方案。

实施例2

本实施例基于与实施例1中所述的一种基于产形轮的齿轮加工机床设计方法相同的发明构思，进而提供一种基于产形轮的齿轮加工机床设计方法，应用于以直齿锥齿轮和螺旋锥齿轮等锥齿轮类（节锥角小等于90°）齿轮作为被加工齿轮2的齿轮加工机床设计；对应的，通过本实施例2对于实施例1中的方法进一步完善，进而使本方法所设计的机床的齿轮加工范围由单一类型扩展到4类以上，这4类齿轮包括圆柱齿轮、直齿锥齿轮、螺旋锥齿轮和面齿轮，极大的降低了加工机床的局限性，提高了通用性；

本实施例2中的齿轮加工机床设计方法相较于实施例1中的齿轮加工机床设计方法，在步骤S100~步骤S600的具体实施方式中，根据所应用的被加工齿轮2，具有进一步的实施步骤；

如图1~图9所示，本实施例2中所述的基于产形轮的齿轮加工机床设计方法主要包括以下步骤：

S100、计算被加工齿轮2所对应的空间产形轮1的数学表达；

本步骤具体包括：

S101、首先根据拟定的所有被加工齿轮2的类型以及结构特点等要素，在所有可能的理论范围内确定不同加工类型齿轮所分别对应的空间产形轮形式；作为本发明的一种实施方式，在本实施例2中，拟定的所述被加工齿轮类型为节锥角小于90°的锥齿轮，该锥齿轮包括但不限于：直齿锥齿轮和螺旋锥齿轮等。虽然被加工齿轮2的类型不同，但基于齿轮啮合原理可以得知，无论何种类型的锥齿轮，在理论上其均存在轴线相交，且其轴交角为Σ（Σ＞γ）的共轭齿面，其中，γ为被加工齿轮2的节锥角。进一步根据产形轮的定义可知，由共轭齿面所形成的轮齿是被加工齿轮2的一个空间产形轮1，故通过对该产形轮进行分析可知，其实除轮齿曲面特征外，产形轮与被加工齿轮2之间所关联的其他几何要素均为相同，那么因此，定义与被加工齿轮2的轴线相交，且轴交角为Σ的共轭齿面（含过渡曲面）为机床展成加工中的空间产形轮1，到此对于空间产形轮1的形式进行了确定。

S102、以上述得到的空间产形轮形式作为数据基础，再根据不同类型的被加工零件的特点，建立与零件相关联的零件坐标系；作为本发明的一种实施方式，在本实施例2中，以被加工齿轮2的节锥顶点为原点，以回转轴线为Z轴20，且设置Z轴20轴线方向为由大端指向小端，进而定义笛卡尔直角坐标系o-xyz（即对应被加工齿轮2的零件坐标系），如图3所示。

S103、在所得的零件坐标系中，以不同类型的被加工零件的齿面方程和不同类型的被加工零件所对应的空间产形轮形式为数据基础，以齿轮啮合原理为理论依据，计算对应的空间产形轮1在零件坐标系中的数学表达；作为本发明的一种实施方式，在本实施例2中，定义被加工齿轮2齿面任一点M到坐标原点的距离为r，若齿面参数用u、θ表示，如图3中所示，则对于被加工齿轮2的齿面可表达为：

在此基础之上，进一步根据空间曲面性质可知，被加工齿轮2齿面的法线向量可表达为：

进一步的，基于上述步骤得到的数据基础，根据上文所定义的产形轮类型，那么本方法中机床所采用的产形轮与被加工锥齿轮之间的关系示于图4；若被加工锥齿轮的节锥角为γ，则产形轮与被加工锥齿轮之间的传动比为：

那么根据上文所得到的被加工齿轮2的齿面数学表达，当空间产形轮1在被加工齿轮2的转角φ与其啮合时，空间产形轮1的齿面点坐标满足如下关系：

进一步的，故把被加工齿轮2转角φ作为自变量，遍历查看被加工齿轮2的每个齿距角，则根据上述齿面点坐标所满足的公式关系，以及该被加工齿轮2每个齿距角，即可得到该齿轮产形轮的所有齿面点数据；进而在被加工齿轮2的零件坐标系内，其空间产形轮1的齿面方程可采用以下数学方式进行表达：

S200、定义机床坐标系，根据所述空间产形轮1的数学表达和所述机床坐标系确定机床中联动关系；

本步骤S200中，定义机床坐标系的步骤具体包括：

S201、首先根据被加工零件的加工方式以及加工条件等，确定被加工齿轮2在机床中需拟定的空间摆放方式；其中，加工方式包括但不限于铣和磨，加工条件包括但不限于有无冷却要求等；在所得的空间摆放方式基础之上，根据被加工齿轮2的类型和拟定的装夹方式和装夹位置，初步确定机床各运动轴间的初始空间位置关系以及机床各运动轴与步骤S100中已定义的零件坐标系之间的对应关系，进而根据所得的机床运动轴的初始空间位置关系以及所述对应关系，定义所述机床坐标系；

作为本发明的一种实施方式，在本实施例2中，步骤S201具体包括：

S211、定义机床的运动轴，由于考虑加工中排屑和冷却的便利性以及装夹所采用的端面定位和径向夹紧的方式，故定义机床的直线运动轴与被加工零件的X、Y和Z轴20重合，各轴名称与零件坐标系定义相同，且设定Y轴18正方向为重力方向；定义机床的回转轴方向为绕机床直线轴的回转方向，且各个运动轴位置根据后续步骤的计算以及布置方案确定，各个运动轴的名称分别匹配为A、B和C。

S221、进一步定义机床的原点，由于考虑不同被加工零件的节锥顶点变动的特点，故把坐标原点沿Z轴20负方向移动，至机床坐标系可包容被加工齿轮2安装距离以及夹具空间的距离a时，将前述沿Z轴20负方向移动后的坐标原点定义为机床原点。

S231、进一步根据步骤S211和S221所得到的数据以及图3的零件坐标系定义机床坐标系，即参照零件坐标系，所定义的机床坐标系O-XYZ如图5所示。

本步骤S200中，根据所述空间产形轮1的数学表达和所述机床坐标系确定机床中联动关系的步骤具体包括：

S202、在定义机床坐标系后，根据采用刀具轮廓和机床运动包络形成空间产形轮1的方法，且基于所述空间产形轮1的数学表达，定义用于机床的刀具运动轨迹、刀具轮廓以及刀具运动轨迹与刀具轮廓间的相互关系；

作为本发明的一种实施方式，在本实施例2中，步骤S202具体包括：

S212、基于所述空间产形轮1的数学表达，定义空间产形轮1的齿面参考点，即在产形轮工作齿面上，定义齿宽中点为参考点M，进一步定义过该M点与节锥平行的交线为刀具轨迹方向8，定义过M点与刀具轨迹方向8垂直的交线为刀具廓形方向3，如图6所示。

S222、定义空间产形轮1的齿面局部坐标系，即在参考点切平面内，以所述M点为原点，如图6所示，建立局部坐标系M-xyz。

S232、在步骤S212和步骤S222的基础之上，定义空间产形轮二阶曲面，具体的，根据空间曲面的特性，在齿面局部坐标系内，产形轮以所述M点为参考点的二阶曲面/密切抛物面为：

上式中，k_x、k_y为产形轮齿面5在x方向和y方向的法曲率；

为产形轮齿面5在x方向的短程挠率。

S242、根据上述步骤的基础，定义刀具廓形4及其轨迹，即在产形轮齿面局部坐标系内，根据二次曲面的特性，以能处于有效齿面范围，且通过刀具廓形曲线和轨迹曲线能够扫描或包络该二次曲面为目标，分别定义刀具廓形曲线和轨迹曲线，具体如图6所示。

S203、在所述机床坐标系中，根据定义所得的所述刀具运动轨迹、所述刀具轮廓以及所述刀具运动轨迹与刀具轮廓间的相互关系确定机床各运动轴的联动关系，并设定该机床各运动轴的联动关系为所述机床中联动关系；本步骤实质上属于空间产形轮1由所述数学表达向所述刀具轮廓、机床运动及机床运动联动关系的转换；

作为本发明的一种实施方式，在本实施例2中，步骤S203具体包括：定义机床联动轴，在定义的机床联动轴基础上，确定机床各运动轴的联动关系；对应的，产形轮齿面局部坐标系与机床坐标系的关系如图7所示，进而由产形轮齿面参考点M的几何特性参数，建立两个坐标系之间的转换关系；在机床坐标系中，通过对刀具轨迹曲线的分析，同时基于刀具廓形4与刀具轨迹7之间的空间关系，则分析得到刀具轨迹7可由X轴19、Y轴18、Z轴20及B轴21、C轴22的联动产生；故由上文分析结果可确定，机床的联动轴应包括：X轴19、Y轴18、Z轴20、B轴21和C轴22，且可通过前述两个坐标系之间的转换关系中，根据该转换关系的等号左边的产形轮齿面局部坐标系进行相关转换，进而获得等号右边的机床坐标系中各运动轴之间的联动关系。

S300、根据加工需求和所述机床中联动关系确定机床基础布置形式；

本步骤具体包括：

S301、根据所述被加工齿轮2的需求以及所述实际切削过程的需求确定被加工齿轮2的切削位置；根据所述机床中联动关系进一步确定机床各运动轴的进阶空间位置关系；根据所述被加工齿轮2的切削位置和所述机床各运动轴的进阶空间位置关系确定所述机床基础布置形式；

作为本发明的一种实施方式，在本实施例2中，步骤S301具体包括：

首先定义机床坐标系O-XYZ的XOZ面为刀具工作平面10，在此刀具工作平面10上，定义机床各运动轴的位置关系；具体的，定义刀具可沿Z轴方向14移动，且可以绕垂线（B轴21）回转；进一步的，定义零件除绕自身轴线（C轴22）回转外，沿X轴19可做前后平移以及沿Y轴18可做上下平移；对应的，上文定义的机床各运动轴的关系如图8所示。根据上述定义，进行机床基本布置图的绘制，绘制所得的机床基本布置图如图9所示。

S400、根据加工过程的展开以及所述机床中联动关系确定最终联动关系；

本步骤具体包括：

S401、基于机床中联动关系，将齿轮的加工过程中的展成运动与该齿轮对应的产形轮所形成的机床运动进行耦合，得到机床加工运动进阶联动关系；设定该机床加工运动进阶联动关系为所述最终联动关系；且在本步骤中，需要注意的是，在进行耦合时，注意展成运动与产形轮形成运动之间的起始位置问题（理论上为啮合相位问题）。

作为本发明的一种实施方式，在本实施例2中，步骤S401具体包括：

基于展成加工原理进行分析可以得知，本方法中，齿轮最终的加工位置就是产形轮与被加工齿轮2的啮合位置；那么因此，采用展成法加工齿轮时，加工过程必然会伴随产形轮与被加工齿轮2之间的拟合运动；进一步，通过本方法所定义的空间产形轮类型可得出，加工过程的展成运动包括被加工齿轮2绕自身轴线转动以及产形轮在机床坐标系内绕平行于X轴19的某一确定的产形轮自身轴线的转动；通过上述分析可以得出，产形轮绕自身轴线的转动可采用Y轴18和Z轴20的插补实现，那么在进一步完善机床运动轴之间的联动关系时，需要把实现加工过程展成的C轴22转动位置、Y轴18Z轴20插补位置采用叠加的方式增加到机床运动轴的联动关系中，进而完成对于机床各运动轴联动关系的进一步完善，得到机床中各运动轴之间的最终联动关系。

S500、根据拟定加工参数、所述机床基础布置形式和所述最终联动关系确定极限位置参数和机床原理方案；

本步骤具体包括：

S501、基于所述最终联动关系，令所述被加工齿轮类型、所述尺寸范围、所述切削区域和所述安装位置为输入条件，分别计算机床各运动轴的理论极限位置以及行程范围；设定计算出的机床各运动轴的所述理论极限位置以及所述行程范围为所述极限位置参数；

作为本发明的一种实施方式，在本实施例2中，步骤S501具体包括：

首先进一步确定机床坐标系，先定义工件主轴端面与其轴线的交点为机床原点，各坐标轴方向及含义按照步骤S500之前所得到的相关数据基础确定，之后确定各轴的极限位置；作为本发明的一种实施方式，在本实施例2中，因为C轴22除参加插补运动外，还需完成加工所需的分齿运动，因此，设定C轴22的极限范围为0~360°；而B轴21的极限范围需要根据被加工齿轮2的锥角范围以及得到的刀具廓形4与刀具轨迹7之间的关系进行设定，作为本发明的一种实施方式，若被加工齿轮2的锥角范围为0~90°，刀具廓形4与刀具轨迹7之间夹角为90°，则设定B轴21的极限范围为0~90°；之后，根据加工过程中所需插补以及刀具轨迹7插补合成的极限位置，来设定Y轴18的极限位置；对于X轴19和Z轴20的极限范围，需确定零件装夹时夹具在其轴线方向的高度范围以及B轴21到加工位置的距离范围，最后根据刀具轨迹7及插补运动的极限范围，进一步计算确定X轴19和Z轴20的极限位置。

S502、根据所述拟定的加工方式和刀具形式，确定切削参数；其中，切削参数包括但不限于切削功率和切削速度等；以切削参数为依据，设定机床构成部件的结构空间尺寸；最终，根据机床基础布置形式中所得到的所述机床各运动轴的空间位置和所述行程范围，确定机床完善布置形式以及机床几何尺寸；整合所述机床完善布置形式以及所述机床的基本几何尺寸为所述机床原理方案。

作为本发明的一种实施方式，在本实施例2中，步骤S502具体包括：

根据拟定的切削方式——铣、磨，计算完成切削过程的极限切削参数，其中，极限切削参数例如：切削最大功率、最高转速和最大扭矩等；在以切削基本参数为依据，设定机床主要构成部件的结构空间尺寸时，是根据加工过程中的空间几何数据以及对应的联动关系，以极限切削参数为输入条件，进而计算出机床上各轴所需极限转速、扭矩、速度和力等载荷参数；之后根据上述计算所得到的载荷参数，同时兼顾上文得到的机床空间布置的位置关系，对机床中主要的各大部件的基本几何尺寸进行预估计算设计。

S600、根据所述极限位置参数和所述机床原理方案进行齿轮加工机床模拟设计。

本步骤具体包括：

S601、采用机械结构设计程序对所述机床原理方案进行模拟布置，得到模拟方案；根据所述极限位置参数对所述模拟方案的切削加工可行性进行核验；当通过核验时，令所述机床原理方案作为合理化设计方案；

作为本发明的一种实施方式，在本实施例2中，步骤S601具体包括：

基于上文各个步骤所得到的数据基础上，采用包括但不限于例如CAD软件的机械结构设计软件，对机床方案进行数字化模拟设计；在设计完成后，需要采用加工极限尺寸零件模拟的方法，对模拟的机床布置进行检查，具体检查机床布置是否存在几何干涉等问题；如果不存在相关问题，说明机床布置方案合理。

实施例3

本实施例提供一种基于产形轮的齿轮加工机床设计装置，如图10~图13所示，包括：数学表达计算单元710、关系转换处理单元720、布置形式分析单元730、运动耦合处理单元740、机床方案设计单元750和机床方案模拟单元760；

数学表达计算单元710，用于计算被加工齿轮2所对应的空间产形轮1的数学表达；具体的，如图11所示，数学表达计算单元710还包括：形式确定单元711、零件坐标建立单元712以及数学表达汇总单元713；

形式确定单元711，用于根据所述被加工齿轮2的类型以及结构特点，确定所述被加工齿轮2所对应的空间产形轮形式；

零件坐标建立单元712，用于根据所述空间产形轮形式以及所述被加工齿轮2的零件特点，建立与所述被加工齿轮2相关联的零件坐标系；

数学表达汇总单元713，用于在所述零件坐标系中，基于齿轮啮合原理以及所述被加工齿轮2所对应的齿面方程和所述空间产形轮形式，计算所述被加工齿轮2所对应的空间产形轮1在所述零件坐标系中的所述数学表达。

关系转换处理单元720，用于定义机床坐标系，并根据所述空间产形轮1的数学表达和所述机床坐标系确定机床中联动关系；具体的，如图12所示，所述关系转换处理720单元还包括：摆放方式确定单元721、空间关系确定单元722、机床坐标建立单元723、刀具数据分析单元724和联动关系转换单元725；

摆放方式确定单元721，用于根据所述被加工齿轮2的加工方式和加工条件，确定所述被加工齿轮2在机床中的空间摆放方式；

空间关系确定单元722，用途根据所述被加工齿轮2的装夹方式、装夹位置以及所述空间摆放方式，确定机床各运动轴间的初始空间位置关系以及机床各运动轴与所述零件坐标系之间的对应关系；

机床坐标建立单元723，用于根据所述初始空间位置关系以及所述对应关系定义所述机床坐标系。

刀具数据分析单元724，用于根据所述数学表达，并基于采用刀具轮廓和机床运动包络形成空间产形轮1的方法，定义机床中刀具运动轨迹、刀具轮廓以及所述刀具运动轨迹与所述刀具轮廓间的相互关系；

联动关系转换单元725，用于在所述机床坐标系中，根据所述刀具运动轨迹、所述刀具轮廓以及所述相互关系确定机床各运动轴的联动关系，设定所述机床各运动轴的联动关系为所述机床中联动关系。

布置形式分析单元730，用于根据加工需求和所述机床中联动关系确定机床基础布置形式；

具体的，布置形式分析单元730根据所述加工需求确定所述被加工齿轮2的切削位置；布置形式分析单元730根据所述机床中联动关系确定机床各运动轴的进阶空间位置关系；布置形式分析单元730根据所述切削位置和所述进阶空间位置关系确定所述机床基础布置形式。

运动耦合处理单元740，用于根据加工过程的展开以及所述机床中联动关系确定最终联动关系；

具体的，运动耦合处理单元740基于所述机床中联动关系，将齿轮的所述加工过程中的展成运动与该齿轮对应的产形轮所形成的机床运动进行耦合，得到机床加工运动进阶联动关系；运动耦合处理单元740设定所述机床加工运动进阶联动关系为所述最终联动关系。

机床方案设计单元750，用于根据拟定加工参数、所述机床基础布置形式和所述最终联动关系确定极限位置参数和机床原理方案；具体的，如图13所示，所述机床方案设计单元750还包括：极限参数分析单元751和原理方案分析单元752；

具体的，所述拟定加工参数包括：被加工齿轮类型、尺寸范围、切削区域、安装位置、拟定加工方式和刀具形式；

极限参数分析单元751，用于根据所述最终联动关系，令所述被加工齿轮类型、所述尺寸范围、所述切削区域和所述安装位置为输入条件，分别计算机床各运动轴的理论极限位置以及行程范围；设定计算出的机床各运动轴的所述理论极限位置以及所述行程范围为所述极限位置参数；

原理方案分析单元752，用于根据所述拟定加工方式和所述刀具形式，确定切削参数；根据所述切削参数设定机床构成部件的结构空间尺寸；根据机床各运动轴的所述行程范围以及所述机床基础布置形式中机床各运动轴的所述进阶空间位置关系，确定机床完善布置形式以及机床几何尺寸；整合所述机床完善布置形式以及所述机床几何尺寸作为所述机床原理方案。

机床方案模拟单元760，用于根据所述极限位置参数和所述机床原理方案进行齿轮加工机床模拟设计。

具体的，机床方案模拟单元760采用机械结构设计程序对所述机床原理方案进行模拟布置，得到模拟方案；机床方案模拟单元760根据所述极限位置参数对所述模拟方案的切削加工可行性进行核验；当通过核验时，机床方案模拟单元760令所述机床原理方案作为合理化设计方案。

实施例4

本实施例提供一种计算机可读存储介质，包括：

所述存储介质用于储存将上述实施例1/实施例2所述的基于产形轮的齿轮加工机床设计方法实现所用的计算机软件指令，其包含用于执行上述为所述基于产形轮的齿轮加工机床设计方法所设置的程序；具体的，该可执行程序可以内置在实施例3所述的基于产形轮的齿轮加工机床设计装置中，这样，基于产形轮的齿轮加工机床设计装置就可以通过执行内置的可执行程序实现所述实施例1/实施例2所述的基于产形轮的齿轮加工机床设计方法。

此外，本实施例具有的计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读存储介质的任意组合，其中，可读存储介质包括电、光、电磁、红外线或半导体的系统、装置或器件，或者以上任意组合。

区别于现有技术，采用本申请一种基于产形轮的齿轮加工机床设计方法、装置及介质可以基于空间产形轮的相关原理对齿轮加工机床进行了创新型的设计，所设计的机床可以开发高性能齿轮，同时还能兼顾多种类型齿轮的开发，既能满足高性能齿轮的加工需求，又能够面对实际工程中的批量生产需求，不仅能够使加工机床加工高性能齿轮，同时又提升了齿轮加工机床的通用性，为实现从齿轮设计到加工制造的正向设计奠定了基础，同时为齿轮的下一代加工装备设计奠定了理论基础，具有极高的应用价值和前瞻性，弥补了现有技术的不足。

应理解，在本文的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本文实施例的实施过程构成任何限定。

还应理解，在本文实施例中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本文的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本文所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本文实施例方案的目的。

另外，在本文各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本文的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本文各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于产形轮的齿轮加工机床设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算被加工齿轮所对应的空间产形轮的数学表达；

定义机床坐标系，根据所述空间产形轮的数学表达和所述机床坐标系确定机床中联动关系；

根据加工需求和所述机床中联动关系确定机床基础布置形式；

根据加工过程的展开以及所述机床中联动关系确定最终联动关系；

根据拟定加工参数、所述机床基础布置形式和所述最终联动关系确定极限位置参数和机床原理方案；

根据所述极限位置参数和所述机床原理方案进行齿轮加工机床模拟设计；

所述计算被加工齿轮所对应的空间产形轮的数学表达，包括：根据所述被加工齿轮的类型以及结构特点，确定所述被加工齿轮所对应的空间产形轮形式；基于所述空间产形轮形式以及所述被加工齿轮的零件特点，建立与所述被加工齿轮相关联的零件坐标系；在所述零件坐标系中，基于齿轮啮合原理以及所述被加工齿轮所对应的齿面方程和所述空间产形轮形式，计算所述被加工齿轮所对应的空间产形轮在所述零件坐标系中的所述数学表达；

所述根据所述空间产形轮的数学表达和所述机床坐标系确定机床中联动关系，包括：根据所述数学表达，并基于采用刀具轮廓和机床运动包络形成空间产形轮的方法，定义机床中刀具运动轨迹、刀具轮廓以及所述刀具运动轨迹与所述刀具轮廓间的相互关系；在所述机床坐标系中，根据所述刀具运动轨迹、所述刀具轮廓以及所述相互关系确定机床各运动轴的联动关系，设定所述机床各运动轴的联动关系为所述机床中联动关系；

所述根据加工过程的展开以及所述机床中联动关系确定最终联动关系，包括：基于所述机床中联动关系，将齿轮的所述加工过程中的展成运动与该齿轮对应的产形轮所形成的机床运动进行耦合，得到机床加工运动进阶联动关系；设定所述机床加工运动进阶联动关系为所述最终联动关系。

2.根据权利要求1所述的一种基于产形轮的齿轮加工机床设计方法，其特征在于：

所述定义机床坐标系，包括：

根据所述被加工齿轮的加工方式和加工条件，确定所述被加工齿轮在机床中的空间摆放方式；

根据所述被加工齿轮的装夹方式、装夹位置以及所述空间摆放方式，确定机床各运动轴间的初始空间位置关系以及机床各运动轴与所述零件坐标系之间的对应关系；

根据所述初始空间位置关系以及所述对应关系定义所述机床坐标系。

3.根据权利要求1所述的一种基于产形轮的齿轮加工机床设计方法，其特征在于：

所述根据加工需求和所述机床中联动关系确定机床基础布置形式，包括：

根据所述加工需求确定所述被加工齿轮的切削位置；

根据所述机床中联动关系确定机床各运动轴的进阶空间位置关系；

根据所述切削位置和所述进阶空间位置关系确定所述机床基础布置形式。

4.根据权利要求3所述的一种基于产形轮的齿轮加工机床设计方法，其特征在于：

所述拟定加工参数包括：被加工齿轮类型、尺寸范围、切削区域、安装位置、拟定加工方式和刀具形式；

所述根据拟定加工参数、所述机床基础布置形式和所述最终联动关系确定极限位置参数和机床原理方案，包括：

基于所述最终联动关系，令所述被加工齿轮类型、所述尺寸范围、所述切削区域和所述安装位置为输入条件，分别计算机床各运动轴的理论极限位置以及行程范围；设定计算出的机床各运动轴的所述理论极限位置以及所述行程范围为所述极限位置参数；

根据所述拟定加工方式和所述刀具形式，确定切削参数；根据所述切削参数设定机床构成部件的结构空间尺寸；根据机床各运动轴的所述行程范围以及所述机床基础布置形式中机床各运动轴的所述进阶空间位置关系，确定机床完善布置形式以及机床几何尺寸；整合所述机床完善布置形式以及所述机床几何尺寸作为所述机床原理方案。

5.根据权利要求4所述的一种基于产形轮的齿轮加工机床设计方法，其特征在于：

所述根据所述极限位置参数和所述机床原理方案进行齿轮加工机床模拟设计，包括：

采用机械结构设计程序对所述机床原理方案进行模拟布置，得到模拟方案；

根据所述极限位置参数对所述模拟方案的切削加工可行性进行核验；

当通过核验时，令所述机床原理方案作为合理化设计方案。

6.一种基于产形轮的齿轮加工机床设计装置，其特征在于，包括：

数学表达计算单元，用于计算被加工齿轮所对应的空间产形轮的数学表达；所述数学表达计算单元根据所述被加工齿轮的类型以及结构特点，确定所述被加工齿轮所对应的空间产形轮形式；所述数学表达计算单元基于所述空间产形轮形式以及所述被加工齿轮的零件特点，建立与所述被加工齿轮相关联的零件坐标系；所述数学表达计算单元在所述零件坐标系中，基于齿轮啮合原理以及所述被加工齿轮所对应的齿面方程和所述空间产形轮形式，所述数学表达计算单元计算所述被加工齿轮所对应的空间产形轮在所述零件坐标系中的所述数学表达；

关系转换处理单元，用于定义机床坐标系，并根据所述空间产形轮的数学表达和所述机床坐标系确定机床中联动关系；所述关系转换处理单元根据所述数学表达，并基于采用刀具轮廓和机床运动包络形成空间产形轮的方法，定义机床中刀具运动轨迹、刀具轮廓以及所述刀具运动轨迹与所述刀具轮廓间的相互关系；所述关系转换处理单元在所述机床坐标系中，根据所述刀具运动轨迹、所述刀具轮廓以及所述相互关系确定机床各运动轴的联动关系，所述关系转换处理单元设定所述机床各运动轴的联动关系为所述机床中联动关系；

布置形式分析单元，用于根据加工需求和所述机床中联动关系确定机床基础布置形式；

运动耦合处理单元，用于根据加工过程的展开以及所述机床中联动关系确定最终联动关系；所述运动耦合处理单元基于所述机床中联动关系，将齿轮的所述加工过程中的展成运动与该齿轮对应的产形轮所形成的机床运动进行耦合，得到机床加工运动进阶联动关系；所述运动耦合处理单元设定所述机床加工运动进阶联动关系为所述最终联动关系；

机床方案设计单元，用于根据拟定加工参数、所述机床基础布置形式和所述最终联动关系确定极限位置参数和机床原理方案；

机床方案模拟单元，用于根据所述极限位置参数和所述机床原理方案进行齿轮加工机床模拟设计。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1～5中任一项所述基于产形轮的齿轮加工机床设计方法的步骤。

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