螺杆磨削刀具的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种螺杆磨削刀具的设计方法，包括以下步骤：a.对被加工螺杆端面的齿形曲线进行离散化得到多个离散点；b.根据步骤a中得到的所有的离散点，得到所述螺杆的螺旋面的参数方程；c.根据所述螺杆的加工参数，确定所述磨削刀具的切削面；d.根据所述切削面和所述螺杆的螺旋面的参数方程，得到所述切削面与所述螺旋面的截交线l以及所述刀具的回转轴与切削面的交点；根据所述截交线l和交点的最小距离得到该切削面所对应的刀具回转圆半径；e.通过多个切削面所对应的刀具回转圆半径拟合出所述刀具的廓形；f.对得到的所述刀具的廓形进行干涉检查，该设计方法适用于任意有固定啮合线的包络问题的求解，其求解过程简单，且精度较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及螺杆磨削加工领域，尤其涉及一种螺杆磨削刀具的设计方法。
技术介绍
螺杆是压缩机等设备中的关键零件，其加工质量直接决定了设备运行的可靠性、效率以及噪声水平，目前，螺杆的加工主要有铣削加工、滚削加工和磨削加工。其中，磨削加工由于具有高的加工精度、良好的稳定性以及较好的加工效率而成为目前螺杆转子加工主要方式。在螺杆的磨削加工中，根据转子型线精确的设计计算刀具刃形的是实现螺杆转子高精度磨削的关键技术之一。因此，需要一种求解过程简单且精度较高的螺杆磨削刀具的设计方法，利用该方法加工出的螺杆，其精度较高且稳定性好。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种求解过程简单且精度较高的螺杆磨削刀具的设计方法，利用该方法加工出的螺杆，其精度较高且稳定性好。研究螺杆成型刀具加工过程发现，刀具与螺杆在相互包络运动中形成一条稳定的接触线C，如图1所示，该接触线C随着刀具和螺杆的相互包络，沿着螺杆轴向移动。接触线C相对于与螺杆固定的动坐标系(Orxryrzr)来说做螺旋轴向运动，相对于与刀具固定的动坐标系(Ocxcyczc)来说，则是绕着刀具的回转轴做圆周运动，相对于机床坐标系(Oxyz)来说，则是一条形状不变沿着机床进给方向运动的空间曲线。对于螺杆端面齿形曲线上任意点(xt,yt)，其绕螺杆的回转轴做螺旋运动形成一条与动坐标系(Orxryrzr)固定的空间螺旋线，同理，由齿形曲线上所有的点所形成的螺旋线的集合即为螺杆的螺旋面。由于刀具与螺杆在运动过程中相互包络而生成螺杆齿面，因此，对于刀具任意回转半径Ri，在螺杆齿面上必定存在一点，使得螺杆与刀具相互包络过程中，刀具回转半径R所在圆与螺杆齿面在该点相切。此处，如果刀具回转半径R所在圆与螺杆齿面相交或者相离，则在螺杆实际加工过程中势必导致螺杆的过切或者未切，这都是不满足螺杆加工条件,因此，存在唯一的刀具回转半径R与θ，θ为行成曲线的扭转参数，即形成曲线绕回转轴线的转角，使得在机床坐标系(Oxyz)上成立，M点即为螺杆与刀具包络运动中的接触点，对应螺杆齿形上不同的点及其对应的刀具的半径R所在圆切点共同构成了一条连续的空间曲线，该曲线即为螺杆与刀具的啮合线C。为了避免在求螺杆成型刀具过程中的坐标转换，使计算过程更加直观，本专利技术在机床坐标系下研究螺杆刀具接触线形状与位置的关系，结合空间解析几何知识，计算螺杆成型刀具廓形，同时，该计算方法适用于任意有固定啮合线的包络问题的求解。如图2所示，在机床坐标系Oxyz下，刀具进刀方向沿z轴正向。刀具回转轴的中心在yOz面上，且与z轴的距离为T，刀具回转轴与z轴夹角为ω。刀具回转圆所在切削平面S与工件相交生成一条在S平面上的截交线l。由于螺杆齿面是由螺杆端面齿形上一系列离散点绕螺杆轴心做螺旋运动生成，因此，截交线l实质上是螺杆端面离散点齿形所生成的螺旋线h与切屑平面S的交点的集合。接触线C为刀具与工件的包络运动所形成的一条稳定的空间曲线。根据图2中几何关系可以得到，刀具回转轴中心点坐标在机床坐标系下表示为(0,T,z0)。对于螺杆齿形，其形成的螺旋面在机床坐标系下表示为：为了求得不同zc处刀具所在圆半径R，求在机床坐标系中过点K且垂直于刀具回转轴的切削平面方程，其中，Q(0，y0，z0+zc/cosω),法向量n(1，0，cotω),因此，该切削平面的方程为：x=-cotω(z-z0-zccosω)]]>式中，z0为刀具中心与螺杆坐标系原点的距离，zc为切屑平面S相对刀具对称中心线l1的偏移量。将式(1.2)代人式(1.1)，即可求得螺杆螺旋面与曲面S的交点所生成的截交线l的方程为：根据几何关系(如图3)，可以知道平面S与刀具回转轴交点坐标为(zcsinω，T，zccosω+z0)。结合刀具与螺杆在加工过程中的运动关系，可知交点与曲线l的最小距离ls即为螺杆刀具在该面上的回转圆半径R。即：Ri＝min(ls)(1.4)ls=(zcsinω-x)2+(T-y)2+(zccosω-z)2---(1.5)]]>式中，式中，x,y,z为截交线l上的点；按照上述方法，通过改变zc的值，即不同的切削平面，可以求得对应zc处刀具回转圆半径，进而得到刀具廓形。求解出刀具廓形后，进行数值模拟切削干涉检查，数值模拟的方法是使用以上求解的刀具廓形反过来求解所加工工件的端面齿形，将其与理论工件廓形比较即可判断以上方法求解的刀具廓形的精度，并可以适当调节安装角度，最终得到最优的刀具廓形。已知砂轮轴截面上的一点M(0，yc0，zc0)，将其绕砂轮轴线旋转角到点将砂轮廓形上的点转换到工件坐标系中，由图2可知，其转换公式为：xryrzr=cosω0sinω010-sinω0cosωxcyczc+0T0---(2.1);]]>将N点带入2.1式得：将转换到工件廓形上的点沿螺旋面转换到工件端面，其转换公式为：xtytzt=cosθsinθ0-sinθcosθ0000xryrzr---(2.3)]]>其中，将2.2式带入2.3式得到点N经螺旋变换后在端面的坐标：其中，按照上述方法将砂轮轴截面上所有点绕其轴线转动，每转很小的Δθ都可以得到砂轮廓形在螺旋端面上对应廓形，因此在端面上便可以得到一系列的廓形曲线，再进行数值模拟包络计算得到刀具实际加工出的螺杆端面齿形。将所得的齿形与理论工件齿形比较，通过调整加工参数(安装角、中心距)可得到最优加工参数和最理想的刀具廓形。图6、7分别是安装参数优化前与优化后的磨削装配干涉检查图，对比可以发现安装参数优化后的磨削装配图的干涉面积更小，因此刀具廓形也更理想。本专利技术的有益效果是：本专利技术的螺杆磨削刀具的设计方法，在机床坐标系下研究螺杆刀具接触线形状与位置的关系，结合空间解析几何知识，计算螺杆成型刀具廓形，同时，该设计方法适用于任意有固定啮合线的包络问题的求解，因此，本方法求解过程简单，且精度较高。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术的螺杆与刀具接触性的空间位置示意图；图2为本专利技术的刀具切削平面与工件的空间位置关系示意图；图3为本专利技术的刀具切削平面的投影与工件的空间位置关系示意图。图4为本实施例中求解出的螺旋曲面的示意图；图5为本实施例中求解出的刀具廓形示意图；图6为本专利技术磨削干涉检查图；图7为本专利技术优化后的磨削干涉检查图；图8为本专利技术的设计流程图。具体实施方式图8为本专利技术的设计流程图；如图所示，已知螺杆端面的齿形曲线由圆弧线、长幅摆线、短幅摆线、渐开线组成。取渐开线的方程为例进行计算，工件参数为：T＝125,ω＝38.5117°，z0＝0，zcmax＝16.28。该渐开线的方程为：将连续的曲线离散化，可得到一系列曲线上点在螺杆坐标系下的坐标值如下：将上述点带入式(1.1)，可得到多条螺旋曲线，多条螺旋曲线便得到了如图4所示的螺旋曲面图形：取zc＝12.43190302，带入式(1.2)得到切削平面方程，再将螺杆齿形所有的离散点依次带入方程组(1.3)，其中ω＝38.5117°Ri＝96.3620281，可解得一系列的值，将求得的值依次带入式(1.5)并求其最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺杆磨削刀具的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：a.对被加工螺杆端面的齿形曲线进行离散化得到多个离散点(xt,yt)；b.根据步骤a中得到的所有的离散点(xt,yt)，得到所述螺杆的螺旋面的参数方程；c.根据所述螺杆的加工参数，确定所述磨削刀具的切削面；d.根据所述切削面和所述螺杆的螺旋面的参数方程，得到所述切削面与所述螺旋面的截交线l以及所述刀具的回转轴与切削面的交点；根据所述截交线l和交点的最小距离得到该切削面所对应的刀具回转圆半径；e.通过多个切削面所对应的刀具回转圆半径拟合出所述刀具的廓形；f.对得到的所述刀具的廓形进行干涉检查。

【技术特征摘要】
1.一种螺杆磨削刀具的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：a.对被加工螺杆端面的齿形曲线进行离散化得到多个离散点(xt,yt)；b.根据步骤a中得到的所有的离散点(xt,yt)，得到所述螺杆的螺旋面的参数方程；c.根据所述螺杆的加工参数，确定所述磨削刀具的切削面；d.根据所述切削面和所述螺杆的螺旋面的参数方程，得到所述切削面与所述螺旋面的截交线l以及所述刀具的回转轴与切削面的交点；根据所述截交线l和交点的最小距离得到该切削面所对应的刀具回转圆半径；e.通过多个切削面所对应的刀具回转圆半径拟合出所述刀具的廓形；f.对得到的所述刀具的廓形进行干涉检查。2.根据权利要求1所述的螺杆磨削刀具的设计方法，其特征在于，所述步骤b中，所述螺旋面的参数方程在机床坐标系下表示为：其中，z0为所述刀具中心与螺杆坐标系原点的距离；S为导程，上面的符号表示左旋螺杆面的符号表示右旋螺杆。3.根据权利要求1所述的螺杆磨削刀具的设计方法，其特征在于，所述步骤c中，所述加工参数包括刀具的安装角ω，所述切削面的方程为：其中，z0为所述刀具中心与螺杆坐标系原点的距离，zc为切屑面相对刀具对称中心线的偏移量，ω为刀具...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐倩，邓峰，刘宗敏，刘志涛，张元勋，宋军，
申请(专利权)人：台州市德嘉机电科技有限公司，重庆大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33