[发明专利]一种基于尼曼蜗轮数学模型的高效侧刃精铣加工方法

说明书

本发明公开了一种基于尼曼蜗轮数学模型的高效侧刃精铣加工方法，包括以下步骤：（1）求解蜗杆齿面某接触点最大法曲率；（2）求解蜗杆与蜗轮两共轭齿面在某接触点沿接触线法向的诱导法曲率；（3）求解蜗轮齿面某接触点的最大法曲率与最小法曲率半径；（4）求解蜗轮齿面最小法曲率半径；（5）刀轨走刀步长的确定；（6）相邻刀轨行间距的确定；（7）求解端铣刀的刀轴矢量；（8）求解端铣刀的刀位点；（9）干涉检查及处理。本发明所提出的尼曼蜗轮高效侧刃精铣加工方法，有效的避免了点铣加工的周期长、成本高的问题。由于侧面铣削加工采用刀具侧面切削，在相等残留高度的前提下可有效减少走刀次数，从而提高了加工效率。

技术领域

本发明属于CAM技术领域，具体涉及一种基于尼曼蜗轮数学模型的高效侧刃精铣加工方法。

背景技术

随着计算机和控制技术的进步，数字化制造技术得到了快速发展，制造业的生产方式、产业结构等也发生了深刻变革，现代制造业面貌焕然一新。尼曼蜗杆副传动具有传动精度高、传动效率高、使用寿命长等优点，目前在冶金、矿山、环保等行业得到广泛应用。尼曼蜗杆副由德国尼曼教授发明(又称为ZC1蜗杆传动)，是一种两次包络的圆柱蜗杆传动，蜗杆齿面由圆弧面砂轮包络而成，呈圆弧形凹面形状。蜗轮齿面由蜗杆包络而成，是一种复杂的空间曲面，通过凹凸齿廓啮合，综合曲率半径大。

目前，针对小型尼曼蜗杆副，蜗轮常采用范成法加工，在单品种大批量生产中具有较高的经济效益。但因市场对中大型尼曼蜗杆副具有多规格、小批量、高精度的要求，即五轴数控加工是制造中大型尼曼蜗轮的最佳途径。由于尼曼蜗轮齿面的复杂特性，目前在生产实践中，齿面精加工多采用球形刀点铣加工，但这种加工方法存在加工周期长、成本高等问题。针对点铣存在的问题，又试用商业软件进行侧刃精铣刀轨研究，发现在软件中生成的侧刃精铣刀轨有局限性，如存在欠加工和刀具摆角范围过大的问题，导致被加工的表面质量低甚至不符合实际加工环境。

发明内容

要解决的技术问题

针对上述问题，本技术方案在尼曼蜗杆副数学模型的基础上，对蜗轮齿面侧刃精铣算法进行研究，并开发出一种采用端铣刀精加工蜗轮齿面的方法，以提高尼曼蜗轮的加工效率。

技术方案

一种基于尼曼蜗轮数学模型的高效侧刃精铣加工方法，包括以下步骤：

步骤1：求解蜗杆齿面某接触点最大法曲率；

步骤2：求解蜗杆与蜗轮两共轭齿面在某接触点沿接触线法向的诱导法曲率；

步骤3：求解蜗轮齿面某接触点的最大法曲率与最小法曲率半径；

步骤4：求解蜗轮齿面最小法曲率半径；

步骤5：确定刀轨走刀步长；

步骤6：确定相邻刀轨间距；

步骤7：获得蜗轮齿面的刀触点和法向量及合理划分刀具切削刃；

步骤8：求解端铣刀的刀轴矢量；

步骤9：求解端铣刀的刀位点；

步骤10：干涉检查及处理后生成刀位文件；操作完成。

进一步的，所述的步骤1中求解最大法曲率是基于齿轮啮合与微积分几何原理，在三维软件中建立尼曼蜗杆副的数学模型，通过基本量的计算公式可分别求出曲面第一和第二基本量；接着将计算出的基本量带入微积分求极法的公式中求解出该点主曲率的最大值和最小值，经数值比较后，获得蜗杆曲面在该点的最大法曲率k_gn；设k_gn沿着主方向

进一步的，所述的步骤2中求解诱导法曲率是先通过下列公式算出蜗杆齿面上的点沿蜗杆与蜗轮啮合时的相对速度方向的法曲率和短程挠率，公式如下：