[发明专利]一种降低理论渐变螺距螺旋杆工艺难度的方法

说明书

本发明涉及一种螺旋传动的设计方法，目的是采用该方法加工的螺旋杆能够高度等效替代原理论渐变螺旋杆，以有效保证传动精度、大幅度降低工艺难度和加工成本。技术方案是：一种降低理论渐变螺距螺旋杆工艺难度的方法，包括以下步骤：第1步，设计得到理论螺旋杆的螺旋线的空间参数方程；第2步，等间距采集足够多的2n个样点；第3步，依据细分逆向工程规则不断分解重构，得若干集顶点数据；第4步，计算对应的总逼近偏差Eⁿ，然后判断；第5步，计算出矩阵Q中的相应的最大值占对应总和的比值η_Q；第6步，取足够数量的数据点进行二次逆向分解重构；第7步，重新分别计算数组B的总逼近偏差E_B；判断后获得最佳重构方案点；第8步，用获得的数据编写加工程序。

技术领域

本发明涉及到数控加工领域及各种通过螺旋传动的机构设计，特别针对拟通过变导程螺杆来实现特殊目标轨迹运动的结构设计，是一种能大幅降低理论渐变螺距螺旋杆工艺难度的方法。

背景技术

螺旋传动机构现今被广泛应用于航天船舶、纺织设备、资源开采设备、医疗器械。受限于制造加工水平，早期应用的螺旋传动机构都是采用的等螺距螺旋杆。变螺距螺旋传动机构理论上是可以通过设计螺旋杆的螺距分布来实现各种要求的输出运动特性。我国正处于工业转型期，随着自动化设备向高速化、精密化发展，这给螺旋传动机构提出了更高的要求。现存公开的国内外有关变螺距螺杆设计及加工方法研究的报告很少见，也仅有德国、日本和美国的等为数不多的机构学者开展了这方面的研究工作。尤其应用在高速轴或者需要实现特殊运动规律的变螺距螺旋机构的设计、加工仍有诸多的问题。

通过理论目标运动规律设计得到的渐变螺距螺旋杆,通常在数控车床车削渐变螺距螺纹时，需要不断地调整刀具；一方面是难以实现，另一方面增加了工艺难度及加工成本，因而也是没有必要的。目前比较常用的方法是将待加工的变螺距螺旋杆等分成n段，取每一段的平均值作为该段的螺距进行加工。通过这种简化方法实际加工出来的螺旋杆在低速或者精度要求不高的设备上尚可应用，但在精度要求很高的精密仪器或者应用在高速、特高速的设备上时，其精度往往达不到要求。

发明内容

为了克服背景技术的不足，本发明提供了一种降低理论渐变螺距螺旋杆工艺难度的方法，采用该方法加工的螺旋杆能够高度等效替代原理论渐变螺旋杆，以在有效保证传动精度的前提下，大幅度降低工艺难度和加工成本。

本发明提供的技术方案是：

一种降低理论渐变螺距螺旋杆工艺难度的方法，依次包括以下步骤：

第1步，通过需要达到的目标运动规律设计得到理论螺旋杆的螺旋线的空间参数方程，如下式：

式中：R为螺旋杆半径，为螺旋杆转动角，为轴向位移关于的函数；

螺旋杆的轴线与坐标系中的Z轴共轴；

令螺旋杆螺距关于转角的函数关系为根据变螺距行程计算公式可知即是相应螺旋杆转角处对应的螺距大小。

第2步，对螺旋杆轴向位移曲线，等间距采集足够多的2n个样点，记为顶点集其中n必须满足:n＝2ⁱ或3·2^i-1，i为整数；其中的坐标向量为

第3步，应用三次B样条细分逆向工程原理，将第k+1层密集的顶点集依据其细分逆向工程规则不断分解重构至下一层稀疏的顶点集即得若干集顶点数据；递推规则为：c^k＝P^k+1c^k+1；

其中P^k+1为第k+1顶点集向第k层顶点集的分解重构矩阵，具体表达如下：

进一步可以很容易得到重构后的第k层相邻顶点构成的线段的坐标方程：