[發明專利]金剛滾輪及蝸桿砂輪的設計方法

有效

• 申請號: 202010519002.7
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111967096B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 周元生;唐進元;石賢林;張無忌
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 中山市捷凱專利商標代理事務所(特殊普通合伙) 44327
• 代理人: 楊連華;石仁

本申請涉及面齒輪磨削加工領域，尤其涉及一種金剛滾輪及蝸桿砂輪的設計方法，包括：步驟一、通過插齒刀齒面方程得出蝸桿砂輪齒面方程；步驟二、由步驟一的蝸桿砂輪齒面方程得出蝸桿砂輪軸截面齒廓并以蝸桿砂輪軸截面齒廓作為金剛滾輪齒廓；步驟三、建立金剛滾輪包絡蝸桿砂輪的坐標系，得出金剛滾輪包絡出的蝸桿砂輪。本申請采用新的齒形式金剛滾輪齒廓來加工蝸桿砂輪，通過對加工蝸桿砂輪的齒形式金剛滾輪齒廓進行合理設計，使得加工出的蝸桿砂輪齒面精度更高，從而保證了蝸桿砂輪磨削出的面齒輪具有較高的精度。

【技術領域】

本申請涉及面齒輪磨削加工領域，尤其涉及一種金剛滾輪及蝸桿砂輪的設計方法。

【背景技術】

面齒輪傳動具有結構緊湊、安裝調試方便、傳動比與重合度大的優點。目前主要通過蝸桿砂輪磨削的方式來實現面齒輪的高精高效加工，而蝸桿砂輪又主要通過錐面金剛滾輪或者齒形式金剛滾輪加工得到。錐面金剛滾輪加工蝸桿砂輪主要包括以下三個步驟：

1)根據蝸桿砂輪的齒面表達式，計算在蝸桿砂輪齒面上的一系列分布規律的齒面離散點；

2)在錐面金剛滾輪軸截面內選一點(對應錐面金剛滾輪齒面上的一條線)，使得該點與蝸桿砂輪齒面上的每一點相切。從而計算出錐面金剛滾輪在加工蝸桿砂輪齒面時的各刀位點。

3)根據2)的原理，建立實際加工的機床坐標系，計算加工的各個時刻機床各個軸的位置，生成NC代碼。

上述三個步驟中，步驟1)2)主要包括以下四個步驟：

a)建立插齒刀包絡蝸桿砂輪的坐標系，通過坐標變換和嚙合原理，由插齒刀齒面方程r_s(u_s,u_z)及齒面法向量n_s(u_s,u_z)推導蝸桿砂輪齒面方程r_ws(u_s,φ_s)及齒面法向量n_ws(u_s,φ_s)。

b)通過離散蝸桿砂輪齒面方程r_ws(u_s,φ_s)和齒面法向量n_ws(u_s,φ_s)的參數u_s,φ_s，求得蝸桿砂輪一系列的齒面點以及齒面點所對應的法向量。

c)錐面金剛滾輪的齒面方程以及齒面法向量可以分別表示為：r_c(u_x,θ_s)和n_c(u_x,θ_s)。在錐面金剛滾輪軸截面齒廓上選取一點r_c^*(u_x^*，θ_s^*)，該點對應的齒面法向量為n_c^*(u_x^*，θ_s^*)。使該點與蝸桿砂輪齒面上某一點相切，從而加工出這一點，循環往復直至加工完整個蝸桿砂輪齒面。

錐面金剛滾輪加工蝸桿砂輪主要存在以下問題：

采用錐面金剛滾輪加工蝸桿砂輪時，需要規劃大量的加工路徑去加工一個高精度的蝸桿砂輪，加工效率低。

步驟a)中，通過插齒刀包絡方法計算出的蝸桿砂輪齒面可能會出現奇異點，無法求解刀具在奇異點處的刀位點與刀軸矢量。

采用錐面金剛滾輪加工高精度的蝸桿砂輪對機床的控制精度以及機床各軸的行程要求非常高。

齒形式金剛滾輪加工蝸桿砂輪主要包括以下兩個步驟：

4)定義齒形式金剛滾輪的齒廓并建立齒形式金剛滾輪加工蝸桿砂輪的模型；