[發明專利]基于形位幾何的螺桿銑刀設計方法

有效

• 申請號: 201510263784.1
• 申請日: 2015-05-21
• 公開（公告）號: CN104841995B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 唐倩;劉宗敏;江振偉;張元勛;馮琪翔;嚴迪
• 申請（專利權）人: 重慶德衡科技有限公司;重慶大學
• 主分類號: B23C5/02
• 分類號: B23C5/02
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司11129
• 代理人: 謝殿武

技術領域

本發明涉及銑刀設計領域，尤其涉及一種基于形位幾何的螺桿銑刀設計方法。

背景技術

具有復雜螺旋曲面的螺桿被越來越廣泛的應用于氣體壓縮機、液壓泵、擠壓機等應用領域，伴隨著螺旋型面的日益復雜，對其加工刀具的設計要求也隨之變高，從而促進著螺桿加工技術的不斷發展。目前針對螺桿的加工方式主要有銑削加工、滾削加工和磨削加工，但均是采用通過滿足刀具和工件相對運動時的共軛包絡關系而求解出刀具齒形的方法。該方法是以齒輪嚙合原理為核心，在求解螺桿齒形曲線連續且一階倒數也連續時具有較高的精確性，但對于大多數由兩條或兩條以上不同類型曲線組合而成的螺桿端面齒形，利用齒輪嚙合原理求解得到的刀具齒形曲線在螺桿曲線連接處容易出現波動，影響求解的刀具齒形精度，且求解過程較為繁瑣。

因此，需要一種基于形位幾何的螺桿銑刀設計方法，該方法能夠避免采用嚙合原理設計螺桿銑刀時，求解過程復雜，精度較低等問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種基于形位幾何的螺桿銑刀設計方法，該方法能夠避免采用嚙合原理設計螺桿銑刀時，求解過程復雜，精度較低等問題；

本發明的基于形位幾何的螺桿銑刀設計方法，包括以下步驟：根據所需加工的螺桿的幾何參數，得到螺桿端面上不同離散點對應的螺旋線方程；對每一螺旋線求解其到銑刀軸線的距離并獲得每一螺旋線到銑刀軸線距離最短點的位置坐標；根據每一螺旋線到銑刀軸線距離最短點的位置坐標得到銑刀的齒形曲線。

進一步，所述螺桿的幾何參數包括頂圓直徑、根圓直徑、節圓直徑和導程；

進一步，所述螺桿端面上離散點A(x_tA,y_tA,z_tA)對應的螺旋線方程為：

其中，p為螺旋參數，θ為螺旋角；

進一步，所述螺桿端面上離散點A(x_tA,y_tA,z_tA)對應的螺旋線到銑刀軸線的距離R(θ)為：其中θ∈[0,θ₀]，(x_tA,y_tA)∈E，E為端面螺桿曲線所組成的離散點區域。

本發明的有益效果是：在常見的、采用嚙合原理的方法進行齒形的求解過程中，由于需要對系列離散點進行樣條擬合并求解其一階導數，導致求解過程復雜，且當一階倒數不連續時易造成不連續點處的刀具齒形產生波動、影響求解精度。而運用形位幾何的方法對刀具齒形進行求解，在采用形位幾何的過程中，只需要對組成螺旋面的各螺旋線上每點求解其到銑刀軸線的距離、并判斷出距離最短點的位置坐標即可得到刀具的齒形曲線，且求解出的刀具齒形精度主要取決于螺桿端面離散點的密集程度，該方法有效降低了求解的復雜程度，加快了銑刀齒形的求解。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述：

圖1為本發明的流程圖；

圖2為銑刀與螺桿瞬時靜態位置圖；

圖3為螺旋線A上各點距刀軸半徑隨螺旋角變化示意圖；

圖4為螺桿銑刀廓形圖。

具體實施方式

圖1為本發明的結構示意圖；基于形位幾何的螺桿銑刀設計方法，包括以下步驟：根據所需加工的螺桿的幾何參數，得到螺桿端面上不同離散點對應的螺旋線方程；對每一螺旋線求解其到銑刀軸線的距離并獲得每一螺旋線到銑刀軸線距離最短點的位置坐標；根據每一螺旋線到銑刀軸線距離最短點的位置坐標得到銑刀的齒形曲線，運用形位幾何的方法對刀具齒形進行求解，在采用形位幾何的過程中，只需要對組成螺旋面的各螺旋線上每點求解其到銑刀軸線的距離、并判斷出距離最短點的位置坐標即可得到刀具的齒形曲線，此處螺桿銑刀與螺桿之間的位置關系為銑刀在加工螺桿過程中的瞬時位置。且求解出的刀具齒形精度主要取決于螺桿端面離散點的密集程度，該方法有效降低了求解的復雜程度，加快了銑刀齒形的求解。

本實施例中，所述螺桿的幾何參數包括頂圓直徑、根圓直徑、節圓直徑和導程，本實施例中，螺桿幾何參數如下表所示：

本實施例中，取初始時刻螺桿坐標系和機床坐標系重合時進行刀具廓形研究，此時刀具和螺桿的幾何位置關系如圖2所示，刀具坐標系和螺桿坐標系平行。在螺桿端面上任取一離散點A，其坐標為A(x_tA,y_tA,z_tA)，其形成的螺旋線方程為