[发明专利]一种变传动比齿条插齿力的预测方法

说明书

本发明公开了一种变传动比齿条插齿力的预测方法，包括以下步骤：S1、建立刀具轮齿模型并离散化，同时在工件坐标系中建立被加工齿条模型；S2、计算齿条离散点到插齿刀中心的极角和极径；S3、筛选出该离散点为被切除点，所有筛选离散点的数量即为切削面积的大小a；S4、判断所有插齿刀离散点与被加工齿条被加工面的垂直位置关系；S5、在被加工齿条被加工表面上同一位置，筛选出该离散点，所有筛选离散点的数量即为切触长度的大小b；S6、将切削面积a和切触长度b代入金属切削力模型，完成变传动比齿条插齿加工各向插齿力的预测计算。本发明提出了一种新的切削面积和切触长度的精确计算方法，实现了对变传动比齿条插齿力进行准确预测。

技术领域

本发明属于插齿加工工艺技术领域，具体涉及一种变传动比齿条插齿力的预测方法。

背景技术

变传动比齿条作为机械式变传动比转向器的实现行驶过程中平衡转向轻便性和转向灵敏性的关键零部件，研究变传动比齿条的插齿加工过程中切削力的变化对于控制插齿加工过程稳定性，提高加工精度具有重要意义。由于需要实现变化的传动比，变传动比齿条在沿长度方向上具有复杂的变化的非标准齿形，导致变传动比齿条插齿加工过程中切削不均匀，容易产生切削振动，对加工成型的齿面精度有很大影响，且现有的关于插齿力预测的研究主要集中在标准圆柱齿轮，切削过程较为均匀稳定，而关于切削不均匀的变传动比齿条的插齿加工过程插齿力的预测相对较少，加上每一步切削时切削面积和切触长度均不同，导致变传动比齿条插齿加工过程中插齿力预测难度较大，因此，基于变传动比齿条插齿加工过程中刀具和工件的运动关系，提出一种新的精确高效地算法对切削面积和切触长度进行计算，进而实现插齿力的预测具有重要意义。目前还没有关于基于插齿加工过程的变传动比齿条的插齿力预测的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变传动比齿条插齿力的预测方法，它基于变传动比齿条的实际插齿加工过程，建立与之对应的刀具的包络模型，通过建立变传动比齿条的插齿加工精确数学模型，提出了一种新的切削面积和切触长度的精确计算算法，并在此基础上实现对插齿力进行准确预测，具有计算精度高、效率高等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种变传动比齿条插齿力的预测方法，包括以下步骤：

S1、根据插齿刀参数在插齿刀坐标系中建立刀具轮齿模型并按一定精度离散化，同时在工件坐标系中建立被加工齿条模型并按一定精度离散化，插齿刀坐标系为插齿刀具随动坐标系，工件坐标系为被加工齿条随动坐标系；

S2、固定插齿刀坐标系，令工件坐标系绕着插齿刀坐标系转动的同时沿着切线方向平移运动，将所有被加工齿条离散点坐标变换至插齿刀坐标系中，计算所有被加工齿条离散点到插齿刀中心的极角和极径；

S3、在同一极角位置，若被加工齿条离散点极径小于插齿刀齿廓上对应点极径，则筛选出该离散点为被切除点，在一次切削冲程下，所有筛选离散点的数量即为切削面积的大小a；

S4、固定工件坐标系，令插齿刀坐标系自转的同时沿着被加工齿条长度方向平移运动，将所有插齿刀离散点坐标变换至工件坐标系中，判断所有插齿刀离散点与被加工齿条被加工面的垂直位置关系；

S5、在被加工齿条被加工表面上同一位置，若插齿刀离散点位于被加工齿条被加工面的内侧，则筛选出该离散点为插齿刀与被加工齿条的切削接触点，在一次切削冲程下，所有筛选离散点的数量即为切触长度的大小b；

S6、将切削面积a和切触长度b代入以下模型：切削方向F_t＝aK_tc+bK_te，进给方向F_f＝aK_fc+bK_fe，径向方向F_r＝aK_rc+bK_re中，完成变传动比齿条插齿加工各向插齿力的预测计算。