1.一種基于實體接觸分析的螺旋錐齒輪齒頂倒棱方法,其特征在于它包括以下步驟:
1)、齒輪實體建模型:
①、以x為齒輪軸向,y為齒輪徑向,在齒輪的軸截面上投影四邊形ABCD,然后在面錐AB和根錐DC上選定E和F,并保證AE/EB=DF/FC;
②、線段EF繞齒輪軸線旋轉可得一個圓錐,以該圓錐與單個齒相交獲得的封閉空間曲線作為單個放樣截面;每個放樣截面由齒頂曲線、凸面曲線、凹面曲線和齒根曲線組成,其中齒頂曲線和齒根曲線為圓弧線,已知首尾邊界點坐標后可確定形狀;凸面曲線與凹面曲線可分為共軛齒線部分和齒根過渡曲線部分,在EF上規劃均勻的離散點,經旋轉投影計算可得到凸面曲線與凹面曲線的離散點陣,再經樣條曲線擬合可得單個放樣截面;
③、沿齒長方向規劃均勻分布的放樣截面,計算離散點陣,擬合得到全部放樣截面;
④、由放樣操作得到單個齒實體模型并在齒頂添加倒棱特征,
⑤、以單個齒為基礎進行旋轉陣列并創建齒輪基座部分,得,齒頂帶棱的齒輪實體模型;
2)、倒棱加工參數計算:
加工刀具采用錐形砂輪,可加工軟齒面或硬齒面。加工參數計算的方法為:砂輪軸線始終位于齒輪軸截面上,砂輪錐頂點G初始位置與齒輪面錐上點E重合,砂輪沿垂直于面錐方向做切入運動,直至與齒輪發生接觸,記錄切入量,齒輪任意一個旋轉角度β都對應一個切入量λ,采用迭代算法獲得最大切入量λmax和對應的齒輪旋轉角度βmax,就得到單個位置的一對加工參數(λmax,βmax)。在面錐AB上均勻布置多個的離散點,計算各個位置的加工參數(λmax,βmax),整理可得砂輪錐頂點平移與齒輪旋轉的空間相對運動關系,據此進行倒棱加工;具體為:
①、創建一個僅包含兩個帶棱齒的實體模型,;分別將兩個齒命名為齒1和齒2,軸截面上E點旋轉投影于齒1和齒2為E1和E2,E3為E1和E2之間的齒輪旋轉角度等分點。將砂輪平移到初始位置,旋轉齒輪,使得E3和砂輪錐頂點G重合;
②、砂輪沿垂直于面錐方向切入,先以固定步長λc逐步切入,直至與齒1或齒2發生接觸,然后回縮λc/2,設步長當前值為λ′=λc/4,判定是否發生接觸,若發生接觸,回縮λ′,若未發生接觸,切入λ′,將步長當前值減半,即λ′=λ′/2,再判定是否發生接觸并移動砂輪,重復該過程直至發生接觸且步長當前值λ′小于收斂判定值λg;
③、首次切入運動完成后,若砂輪與齒輪1相接觸,記當前齒輪轉角為β1,設齒輪旋轉固定步長為βc,收斂判定值βg,采用與第2步相同的方法旋轉齒輪直至砂輪與齒2發生接觸且步長當前值β′≤βg,記此時齒輪轉角為β2,令β3=(β1-β2)/2,將齒輪旋轉β3,這時砂輪處于齒1和齒2的中間,砂輪又獲得進一步切入的空間。若砂輪與齒輪2相接觸,方法同上,旋轉方法相反;
④、重復第②步和第③步,直至切入距離的增量小于收斂值λgmax,記當前的切入距離為λmax,齒輪轉角為βmax。創建僅包含兩個齒不帶棱的實體模型,與砂輪在當前位置做單步倒棱仿真,即以齒輪為被剪切對象,砂輪為剪切工具,進行布爾減運算;
其中:λc=1mm,λg=0.001mm,βc=0.1rad,βg=0.001rad,λgmax=0.001mm;
3)、倒棱仿真加工:
在面錐上均勻布置的多個離散點,依據上述方法計算加工參數(λmax,βmax),計算后整理數據得到砂輪錐頂點平移與齒輪旋轉的空間相對運動關系,在計算機上依據空間相對運動關系完成倒棱仿真加工,完成了倒棱加工后,旋轉齒輪進行分度,依次加工各個位置的齒頂棱線;
4)、砂輪錐角優化:
倒棱仿真驗證加工完成后,計算加工模型中倒棱單齒的體積,記為vs,再計算理論單齒模型的體積,記為vt,兩體積之差為ev=|vs-vt|,ev越小,代表倒棱效果越好;砂輪錐角α取值范圍設為45°-75°,每隔5°進行一次仿真加工并計算對應ev,取其中ev最小對應的砂輪錐角作為實際倒棱的砂輪錐角;
5)、倒棱加工數控代碼輸出:
加工時錐形砂輪安裝于通用五軸加工中心的主軸上,可沿X、Y、Z軸做平移運動,齒輪可繞旋轉軸A旋轉,另一個旋轉軸B用于調整砂輪相對于齒輪的位置關系;加工前通過砂輪平移,使砂輪軸線處于齒輪的軸截面內,旋轉B軸使砂輪軸線垂直于齒輪面錐方向;加工時依據實體接觸分析獲得的砂輪與齒輪空間運動關系,在機床上使砂輪平移和齒輪旋轉實現聯動,以完成兩側齒頂同時倒棱加工;確定五軸加工中心結構形式后,依據X、Y、Z、A、B各軸的運動關系,輸出倒棱加工數控代碼。