CN1233547A - 一种非圆齿轮的自动控制制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种计算机智能控制的线切割加工非圆齿轮的方法,该方法采用首先在计算机内设计出非圆齿轮图案程序,再将该程序转换成数控机床能接受的控制电信号,控制机床采用线切割方式切割出需要的非圆齿轮。本发明广泛用于非圆齿轮的切割加工,尤其是小批量生产的特殊情况。
Description
本发明涉及一种采用计算机控制的非圆齿轮制造方法。
以往非圆齿轮(例如椭圆形、偏心形等齿轮)的制造，由于其不规则边缘形状，给正常加工制造造成很大困难。为解决这个问题，传统的方法是利用数控插齿机和数控滚齿机加工的，由于受机床加工精度和刀具精度限制，其最高加工精度偏低(最高六级精度)，因此高精度非圆齿轮(六级精度以上)一直难以加工。另外，当加工少批量非标准模数的非圆齿轮时，由于刀具制造困难，或成本高且生产周期长，因此不适宜少批量加工。可参考文献：李福生等，《非圆齿轮》。机械工业出版社。1975年
本发明的目的是提供一种能自动按预设图形的指令进行柔性加工的非圆齿轮制造方法：
(1)启动计算机，装载绘图软件(22)和线切割自动编程软件(23)和计算非圆齿轮外形曲线的程序(24)入计算机存储器内，输入非圆齿轮的特征方程(25)。
(2)启动绘图软件(22)和计算非圆齿轮外形曲线程序(24)，以CPU(5)为核心，使绘图软件(25)和计算非圆齿轮外形曲线程序(24)配合工作，绘制出非圆齿轮外形曲线绘图文件(6)，并存入计算机存储器内；
(3)启动线切割自动编程软件(23)，把绘图文件(6)转换成机床加工指令；
(4)机床根据计算机传入的加工指令加工出非圆齿轮外形曲线，从而完成非圆齿轮的加工。
步骤(1)中，装载绘图软件(如AutoCAD)和线切割自动编程软件(如AutoPV4.1)入计算存储器中，以此为计算非圆齿轮外形曲线程序的开发平台，输入非圆齿轮的特征方程(如节曲线方程和齿数)，确定待加工的非圆齿轮的具体外形，方程可为极坐标方程R=f(t)或y=f(x)形式，齿数必须为整数。步骤(2)中，启动绘图软件和计算圆齿轮外形曲线程序，使它们互相配合，根据特征方程和特征数据，完成非圆齿轮外形曲线的计算并且把外形曲线绘制到绘图软件上的一个绘图文件。步骤(3)中，线切割自动编程软件提取由绘图文件存储的直线和圆弧数据，根据编程软件本身提供的自动转换功能，把绘图文件存储的直线和圆弧全部转换或线割加工指令(如3B、4B、LRB等格式指令)输出，步骤(4)中，线切割机床控制台根据计算机传入的指令，控制切割机床的加工电极——金属丝，按照绘图文件所描绘的非圆齿轮外形曲线边运动边加工，从而完成非圆齿轮的外形轮廓加工。
本发明可以这样完善，步骤(2)中采用如下具体步骤实现：
(7)根据〔节曲线特征方程R=f(t)〕(25)齿数Z，控制CPU(5)计算出非圆齿轮的模数和节曲线上Z个分度点坐标并存入存储器内；
(8)从存储器内取出第n个分度点坐标(n初值为1)，利用计算非圆齿轮外形曲线程序(24)中的算法即X=X1±S*COS(a0)*COS(Ba0)计算出准确落在通过Y=Y1±S*COS(a0)*Sin(Ba0) 第n个分度点的齿廓上的根据精度需要确定的所有拟合点坐标；
(9)判断Z个齿廓曲线上的拟合点是否已全部计算完，如未计算完，则取下一个分度点坐标，重复(8)；如已计算完，则执行下一步；
(10)从存储器中取出各个齿廓的拟合点，以某种曲线拟合法拟合出非圆齿轮外形曲线，并以绘图文件形式存储器；步骤(5)中，CPU按照节曲线方程和齿数计算出节曲线的Z个分度点坐标和模数值，模数值可为标准模数和非标准模数，非标准模数不需圆整为标准模数。如通过本方法，用绘图式编程绘出M=1.637的非圆齿轮外形曲线，由线切割直接。例如当M=1.637时不要圆整为1.70或1.50，因此，能轻易加工非标准模数非圆齿轮，省却了传统加工时制造非标刀具的麻烦。
步骤(8)中，CPU根据公式①X=X1±S*COS(a0)*COS(B-a0)或②X=X1S*COS(a0)*COS(a0+B)①Y=Y1±S*COS(a0)*Sin(B-a0)或②Y=Y1S*COS(a0)*Sin(a0+B)计算每一段齿廓上的拟合点，当坐标如图所示时，计算右齿廓采用①公式，计算左齿廓采用②公式
计算节曲线上方的点取公式上方符号计算。
计算节曲线下方的点取公式下方符号计算。
其中(X1,Y1)为节曲线上一点的坐标，而S为点(X1,Y1)到该段齿廓曲线通过的分度点的弧长(在节曲线上的距离，弧距)，a0为节曲线上通过该分度点的切线与x轴正向的夹角，常取20°或自已根据需要设定；B为节曲线上通过点(X1,Y1)的切线与X轴正向的夹角。当坐标系设定变化时，上述公式表达式应根据情况适当变动，计算原理上是一样的，齿廓上的拟合点数由齿轮的制造精度决定，当制造精度要求时，拟合点数较多，制造精度较低时拟合点较少则可。
步骤(9)中，CPU循环计数出共Z个齿廓拟合点。
步骤(10)中，根据步骤(8)中计算出齿廓曲线的拟合点，拟合出每一段齿廓曲线，拟合方法可为B样条曲线拟合法，通过三点作圆弧曲线拟合法等拟合法均可；拟合齿顶曲线可用直线代替，或用其它曲线代替，齿底曲线可用圆弧拟合法，即过相邻齿廓的底点作一半圆代替齿底曲线，或作一小过渡圆弧，作一段直线再作一小段圆弧把相邻齿廓底点相连，其它拟合法只要不影响齿轮啮合均可。
齿廓曲线，齿底曲线和齿顶曲线的拟合顺序，可在步骤(8)中进行或统一在步骤(10)进行，顺序可变，并不影响最后结果。绘出Z个齿廓的曲线，齿顶曲线和齿底曲线后，可用复制方法得完整的非圆齿轮外形曲线。
把非圆齿轮外形曲线拟合出后，以绘图文件存储，如用DWG或DXF等格式存储。
本发明由于采用预先在计算机内预置加工齿轮之目的图案；再将该图案程序转换成数控机床能够接受的电子信号，控制机床直接按预置图案，采取描绘切割方式切割加工非圆齿轮；所以与数控插齿机和数控滚齿机相比，显著地提高加工的精度，对非标准模数齿轮的加工效果尤其显著，其表现在适应性强；批量加工速度快，成本低。
图1，本发明方法的总体方框图。
图2，本发明的一种具体方法方框图。
图3，本发明的一种具体方法方框图。
实施例1：
见图1、图2、图3；步骤(1)包括步骤(11)、(12)；步骤(2)是CPU(5)与应用程序之间互相配合生成非圆齿轮外形曲线绘图文件；步骤(3)是把齿轮外形曲线转换成加工指令输出；步骤(4)是线切割机床根据加工指令加工出非圆齿轮；步骤(5)是CPU运算；步骤(6)包括步骤(7)、(8)、(9)、(10)；步骤(7)是计算非圆齿轮模数M和Z个分度点坐标；步骤(8)包括步骤(13)、(14)、(15)、(16)、(17)、(18)、(19)、(20)、(21)；步骤(9)判断Z个齿廓拟合点是否已计算完；步骤(10)是绘制出非圆齿轮外形曲线绘图文件。
步骤(1)启动计算机装载绘图软件AUTOCAD和线切割自动编程软件如AUTOPV4.1，然后进行步骤(12)输入齿轮节曲线方程R=f(t)，输入齿轮齿数Z，输入齿廓拟合点数Shu，在绘图软件环境下启动软件和计算非圆齿轮外形曲线程序，步骤(7)计算出非圆齿轮模数M和节曲线上的Z个分度点坐标，步骤图(13)取出第Number个分度点坐标Pto(Number=1)，以初始点Pt1=Pto，步骤(14)计算节曲线上下一个点Pt1坐标Pt1(X1,Y1)，根据Pt1(X1,Y1)，步骤(15)计算出节曲线上的点Pt1至Pt0的弧距S(在节曲线上度量)，计算出Pt1在世曲线上的切线角度或弧度值B，根据Pt1(X1,Y1),S、B、a0(a0=20°或自定)，由公式：如：X=X1±S*COS(a0).COS(Ba0)Y=Y1±S*COS(a0)*COS(Ba0)计算出与点Pt1对应，准确落在齿廓曲线上的一个拟合点Pt(X1,Y1)，为判断Pt(X1,Y1)是否属于第n个齿廓拟合点，步骤(17)计算Pt(X1,Y1)与节曲线距离d；当Pt(X1,Y1)位于节曲线上部件取KK=1.0，位于节曲线下部时取KK=1.0～1.2(具体值可根据需要自定)，由步骤(18)判断d与(KK*n)/Shu*m值的大小，其中n=1～Shu，表示第n个拟合点，当d＜((KK*n)/Shu)*m时，循环执行步骤(14)，当d＞((KK*n)/Shu)*m时执行步骤(19)把点Pt(X,Y)存储。为判断Pt(X,Y)是否在需要使用的那一段齿廓曲线上，执行步骤(20)判断d＞KK*m，当d＜KK*m时Pt(X,Y)位于需要的齿廓曲线内，循环执行步骤(14)，计算第n+1个齿轮拟合点；d＞KK*m,Pt(X,Y)位于需要的齿廓曲线外，已把其Shu个曲线拟合点，计算完执行步骤(21)，存储起齿廓曲线的端点(底点和顶点)。为判断是否把共Z个齿廓拟合点均已计算完，执行步骤(9)判断number分度点的齿廓拟合点，执行步骤(13)；当number＞Z时，已把共Z个齿廓拟合点计算完，执行步骤(10)拟合出所有齿廓曲线、齿底曲线和齿顶曲线，把整个非圆齿轮外形绘画出来，执行步骤(3)，启动线切割自动编程软件，把非圆齿轮外形曲线绘图文件转换或线切割加工指令输出，步骤(4)根据步骤(3)输出的加工指令，由控制台控制线切割机床的加工电极金属丝与工件之间形成两极，通过放电切割出非圆齿轮。
Claims (3)
1．一种非圆齿轮的自动控制制造方法，其特征在于采用以下步骤：
(1)启动计算机，装载绘图软件(22)和线切割自动编程软件(23)和计算非圆齿轮外形曲线的程序(24)入计算机存储器内，输入非圆齿轮的特征方程(25)；
(2)启动绘图软件(22)和计算非圆齿轮外形曲线程序(24)，以CPU(5)为核心，使绘图软件(25)和计算非圆齿轮外形曲线程序(24)配合工作，绘制出非圆齿轮外形曲线绘图文件(6)，并存入计算机存储器内；
(3)启动线切割自动编程软件(23)，把绘图文件(6)转换成机床加工指令；
(4)机床根据计算机传入的加工指令加工出非圆齿轮外形曲线，从而完成非圆齿轮的加工。
2．根据权利要求(1)所述的自动控制方法，其特征在于步骤(2)中采用如下具体步骤实现：
(7)根据〔节曲线特征方程R=f(t)〕(25)，齿数Z，控制CPU(5)计算出非圆齿轮的模数和节曲线上Z个分度点坐标并存入存储器内；
(8)从存储器内取出第n个分度点坐标(n初值为1)，利用计算非圆齿轮外形曲线程序(24)中的算法即X=X1±S*COS(a0)*COS(Ba0)计算出准确落在通过Y=Y1±S*COS(a0)*Sin(Ba0)第n个分度点的齿廓上的根据精度需要确定的所有拟合点坐标；
(9)判断Z个齿廓曲线上的拟合点是否已全部计算完，如未计算完，则取下一个分度点坐标，重复(8)；如已计算完，则执行下一步；
(10)从存储器中取出各个齿廓的拟合点，以所需曲线拟合法拟合出非圆齿轮外形曲线，并以绘图文件形式存储器。
3．根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于：齿轮的切割加工是采用线切割机床上的金属丝与齿轮之间放电切割完成的。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 98113182 CN1233547A (zh) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 一种非圆齿轮的自动控制制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN 98113182 CN1233547A (zh) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 一种非圆齿轮的自动控制制造方法 |
Publications (1)
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| CN1233547A true CN1233547A (zh) | 1999-11-03 |
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ID=5222942
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|---|---|
| CN (1) | CN1233547A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100498810C (zh) * | 2002-08-21 | 2009-06-10 | 斯戴勒斯机械公司 | 解释设计数据并使该数据和制造信息相关联的方法以及实现该方法的软件和系统 |
| CN113761683A (zh) * | 2021-09-06 | 2021-12-07 | 温州理工学院 | 一种改进的心形非圆齿轮节曲线的设计方法 |
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1998
- 1998-04-24 CN CN 98113182 patent/CN1233547A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN100498810C (zh) * | 2002-08-21 | 2009-06-10 | 斯戴勒斯机械公司 | 解释设计数据并使该数据和制造信息相关联的方法以及实现该方法的软件和系统 |
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