[发明专利]基于万能运动参数驱动的螺旋锥齿轮仿真加工建模方法

说明书

本发明公开了一种基于万能运动参数驱动的螺旋锥齿轮仿真加工建模方法，属于齿轮传动技术领域，包括：(1)基于万能运动设计理念，引入万能运动参数，该参数可以实现以往任何工艺和机床加工参数的统一通用转换，来建立齿面的通用数学模型；(2)利用齿面通用数学模型，进行齿面离散化逐点求解，得到离散化的齿面点数据；(3)将离散化的齿面点数据进行拟合和拼接，得到齿面模型；(4)对齿面模型进行参数化表达，为齿面的精确曲面造型设计、齿面几何性能分析及优化提供相应的数据模型和实体模型。本发明结合UMC设计理念，提出了基于万能运动参数的统一通用建模方法，并进一步考虑通用模型的实用性，给出了精确的齿面拟合和参数化方法。

技术领域

本发明属于齿轮传动技术领域，具体涉及一种基于万能运动参数驱动的螺旋锥齿轮仿真加工建模方法。

背景技术

螺旋锥齿轮因其重叠系数大、承载能力强、传动比高、传动平稳、噪声小等优点广泛应用于汽车、航空、矿山等机械传动领域。螺旋锥齿轮分为两种，一种是弧齿锥齿轮，其大轮轴线和小轮轴线相交；另一种是准双曲面螺旋锥齿轮，其大轮轴线和小轮轴线有一定偏置距，具体又可分为美国Gleason收缩齿和欧洲Klingelnberg等高齿。

由于齿面几何形状的复杂性和特殊性，螺旋锥齿轮不存在统一标准的齿面参数化表达，而且，螺旋锥齿轮的设计和加工都是一对正确啮合传动的齿轮副即大轮和小轮作为主要对象进行研究的。众所周知，螺旋锥齿轮的齿制、加工方法、加工机床、加工工艺都各有不同。对一般的切削加工，采用端面铣削工艺加工Gleason收缩齿，采用端面滚切工艺加工Klingelnberg等高齿，另外，还存在磨齿、研齿等基本加工工艺，对于每一种齿制，加工方法又十分复杂。一直以来，齿面建模都局限于某一类齿制、某一种加工方法和某一类加工机床的单独加工过程仿真模拟，任何加工方法和加工工艺的改变，都需要重新模拟复杂加工过程进行建模，如此建模，计算过程复杂，建模效率低，通用性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种计算过程简单、建模效率高、通用性强的基于万能运动参数驱动的螺旋锥齿轮仿真加工建模方法。

本发明提供的这种基于万能运动参数驱动的螺旋锥齿轮仿真加工建模方法，包括以下步骤：

(1)基于万能运动设计理念，引入万能运动参数，该参数可以实现以往任何工艺和机床加工参数的统一通用转换，来建立齿面的通用数学模型；

(2)利用齿面通用数学模型，进行齿面离散化逐点求解，得到离散化的齿面点数据；

(3)将离散化的齿面点数据进行拟合和拼接，得到齿面模型；

(4)对齿面模型进行参数化表达，为齿面的精确曲面造型设计、齿面几何性能分析及优化提供相应的数据模型和实体模型。

优选的，所述步骤(1)中，具体步骤为：

1.1)基于万能运动设计理念(universal motion concept，UMC)，将螺旋锥齿轮的基本设计参数转换为万能运动参数，即：

ξ(φ)＝(R_a(φ),S_r(φ),E_M(φ),X_D(φ),X_B(φ),γ_m(φ),σ(φ),ζ(φ))∈R⁸(1)

φ表示基本摇台角；ξ表示基本设计参数；R_a表示滚比；S_r表示径向刀位；E_M表示垂直轮位；X_D表示水平轮位；X_B表示床位；γ_m表示根锥安装角；σ表示刀倾角；ζ表示刀转角；

1.2)利用万能运动参数求解得到从齿坯到刀盘整个机床运动链中的坐标转换关系M_bc，即：