[发明专利]一种滚齿加工过程中刀具工作角度的求解方法

说明书

一种滚齿加工过程中刀具工作角度求解方法，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。本发明在加工生产中对工作角度进行求解可以对切削参数等进行优化从而减缓滚刀的磨损速度，提高刀具寿命。

技术领域

本发明涉及一种用于滚齿加工过程中对刀具工作角度进行求解的方法，属于滚齿加工技术领域。

背景技术

滚齿是加工齿轮的一种重要方式。由于滚齿加工过程中运动复杂，因此其工作角度的变化较车削、铣削等也复杂的多。工作角度的变化会对实际加工中滚刀所受载荷和磨损状态产生重要的影响。

目前，针对滚齿加工过程中刀具工作角度求解的研究较少，因为滚齿过程复杂的运动，大多数研究停留在静止状态下刀具标注角度的计算。Radzevich在其论文《Investigation of the Tooth Geometry of a Hob for Machining of Involute Gears(in the Tool-in-Use Reference System)》中给出了滚刀加工过程工作角度的求解方法，该方法将滚刀基本蜗杆曲面的法向量视为合成切削速度向量从而给出工作角度的求解方法，但是由于工件的旋转运动，滚刀基本蜗杆曲面的法向量并不是刀齿真正的合成切削速度向量。

发明内容

本发明针对现有滚齿加工过程中刀具工作角度的求解方法存在的不足，提供一种过程简单、求解快捷的滚齿加工过程中刀具工作角度的求解方法。

本发明的滚齿加工过程中刀具工作角度的求解方法，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；根据滚刀标注角度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。

其中，滚齿加工坐标系的创建采用齐次坐标变换法，滚刀刀齿几何建模、滚刀标注角度建模、刀具参考平面法向量求解和工作角度求解采用微分几何方法。

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于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；