[发明专利]一种滚齿加工过程中刀具工作角度的求解方法

权利要求书

1.一种滚齿加工过程中刀具工作角度求解方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)创建滚齿加工坐标系；

(2)滚刀刀齿几何建模，得到切削刃函数表达式及任一点的切向量；

(3)滚刀标注角度建模，得到切削刃上任意一点的后角α_o与顶刃后角α_po、顶刃前角γ_p之间的关系；根据滚刀标注后角求得切削刃上任一点后刀面法向量；

(4)滚齿加工过程中刀具参考平面法向量求解，根据切削刃上一点的合成切削速度，得到切削刃上任意一点刀具参考平面的法向量；

(5)滚齿加工过程中刀具工作角度求解，得到工作正交前角γ_wo、工作正交后角α_wo、工作法前角γ_wo和工作法后角α_wo；

所述步骤(1)中创建滚齿加工坐标系的具体过程是：

设置5个坐标系：滚刀参考坐标系O3、滚刀安装坐标系O4、滚刀坐标系O5、工件坐标系O1和机床固定参考坐标系O2，机床固定坐标系原点O2固定与工件初始位置上表面，z2轴与工件轴线重合，工件坐标系O1相对于O2做螺旋向上即绕z2轴做旋转并沿z2轴向上运动，初始时刻O1与O2重合，滚刀参考坐标系O3原点与机床固定参考坐标系原点O2位于同一平面内，x3，z3分别于x2，z2平行，O3与O2之间的距离为安装中心距a；滚刀参考坐标系O3绕y3轴旋转γ后获得滚刀安装坐标系O4，γ为安装角；滚刀安装坐标系O4绕x4轴旋转φ₁后获得滚刀坐标系O5；

使用运动函数矩阵描述滚切所需各个运动：滚刀回转运动、工作台回转运动、滚刀轴向进给运动、滚刀径向进给运动以及滚刀切向进给运动；根据齐次坐标变换原理求得各坐标系之间的变换矩阵为：

M₅₁＝M₅₄M₄₃M₃₂M₂₁；

滚刀坐标系O₅到工件坐标系O₁的变换矩阵为：

滚刀坐标系O₅中任意一点P在工件坐标系O₁中的坐标用向量表示为：

M₅₄中φ₁为O₅与O₄之间点的夹角，其表达式为：

φ₁＝ω₁t，

ω₁为滚刀切削的角速度，t为时间；

安装角γ的表达式为：

γ＝β±λ，

β为齿轮螺旋角，λ为滚刀螺旋升角，滚刀与工件旋向相同时上式取“-”，相反时取“+”；

v_f为滚刀进给速度；

φ₁为O₂与O₁之间点的夹角，其表达式为：

φ₂＝ω₂t，

ω₂为工件旋转的角速度，其表达式为：

Z₀为滚刀头数，Z₁为工件齿数，m_n为法面模数，上式中滚刀与工件旋向相同时上式取“-”，相反时取“+”。

2.如权利要求1所述的滚齿加工过程中刀具工作角度求解方法，其特征是，所述步骤(2)中切削刃任一点的切向量为：

y′₅为滚刀坐标系O5的偏置坐标系O5’中切削刃上一点纵坐标值，x′₅为滚刀坐标系O5的偏置坐标系O5’中切削刃上一点横坐标值。

3.如权利要求1所述的滚齿加工过程中刀具工作角度求解方法，其特征是，所述步骤(3)中切削刃上任意一点的后角α_o与顶刃后角α_po、顶刃前角γ_p之间的关系为：

tanα_o＝tanα_posinαcosγ_p，

α是滚刀齿形角。