[发明专利]一种螺旋锥齿轮齿廓弧面倒棱控制方法

权利要求书

1.一种螺旋锥齿轮齿廓弧面倒棱控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据螺旋锥齿轮结构与切齿方法，计算获得小轮大端和小端的齿廓曲线方程：获得小轮大端和小端的齿廓曲线方程，首先需要计算出齿轮的齿顶棱线方程，再根据螺旋锥齿轮的结构以及机床的坐标关系计算出齿轮大、小两端的齿廓曲线方程；

步骤2：仿真并提取数据点：根据步骤1获得的齿廓曲线方程在Matlab中仿真出三维曲线图，并提取若干数据点；

步骤3：结合改进的NURBS曲线插补算法：

插补过程中，给出NURBS曲线的任一节点参数u∈[u_i,u_i+1]，将曲线表示为矩阵形式，经计算第i个NURBS曲线为：

其中：

公式(1)中所有系数均由初始给定的权重因子、控制顶点和节点矢量确定的，因此只需在已知当前插补点位置的情况下选取，提高插补效率；

对轨迹空间中的进给步长进行参数点密化处理，使得转化为一维参数空间的节点矢量增量Δu_i，由公式u_i+1＝u_i+Δu_i即可求出下一个插补点的参数坐标；

根据四阶龙格—库塔算法，计算出节点矢量增量为：

将计算得出的u_i+1带入NURBS曲线插补方程(1)中，即可得到下一个插补点的位置参数：p_i+1＝p(u_i+1)；

NURBS曲线插补的自适应控制，通过调节插补速度来减小插补步长，从而减小弦高误差；在每一个插补周期内，弦高误差为：

其中：ρ_i:曲率半径，Δl_i:插补进给步长，Δl_i＝v_iT，且T为插补周期，v_i为速度，δ_i为弦高误差；

因此可近似得出进给速度v_i和弦高误差δ_i关系：

由机床最大弦高误差δ_max选定一个最大允许的弦高误差值

最后得到加速度误差为：

根据弦高误差和加速度误差公式使得刀具倒棱是更加的平稳且精确；

最后结合获得的螺旋锥齿轮齿廓线上的数据点以及改进的NURBS曲线插补算法，使得倒圆角刀具获得一个精确的完整的齿廓弧面倒棱轨迹；

步骤4：将以上全部控制流程集成到以C#为开发基础的软件中：

在VS2015软件中打开Visual C#模板下的Windows窗体应用程序，编写控制程序，用户在登陆界面输入登录名和登录密码，进入到功能界面，功能界面中包括机床各轴状态检测、机床管理、工件管理、刀具管理、数据库管理、插补运动、NURBS曲线以及调用Matlab绘图这些功能；

步骤5：固高运控卡控制机床完成对齿轮齿廓的弧面倒棱：

操作者向计算机上的软件中，输入需要的各项参数后，调用固高运动控制卡中的动态链接库，向机床发送高速脉冲指令，以达到控制开放式数控机床完成齿轮的齿廓弧面倒棱加工。

2.根据权利要求1所述的螺旋锥齿轮齿廓弧面倒棱控制方法，其特征在于：所述步骤1中齿轮的齿顶棱线方程计算过程：先对螺旋锥齿轮齿槽中心处节锥面上的假想齿线的解析式方程进行求解，而后根据获得的假想齿线方程与齿顶棱线在当量齿轮下的关系，推导出齿顶棱线方程。

3.根据权利要求1所述的螺旋锥齿轮齿廓弧面倒棱控制方法，其特征在于：所述步骤2中在Matlab软件里仿真出齿廓曲线的三维曲线图，并提取若干数据点步骤如下：

设置C#与Matlab的配置环境，C#调用Matlab中的Figure并嵌入到Winform窗体，根据前面计算出的齿廓曲线方程，绘制出三维图，而后提取相应的数据点到C#中的TextBox控件中，并对其进行保存至txt文件中。

4.根据权利要求1所述的螺旋锥齿轮齿廓弧面倒棱控制方法，其特征在于：所述步骤3中的倒棱刀具为倒圆角刀具：给齿廓棱边采取弧面倒棱，用圆面光滑连接齿廓棱线的两侧，可以完全消除齿轮的棱边。

5.根据权利要求1所述的螺旋锥齿轮齿廓弧面倒棱控制方法，其特征在于：所述步骤5中的机床完成对齿轮齿廓的弧面倒棱：所述螺旋锥齿轮是弧齿锥齿轮，两轮的轴线相交，且相交的角度为90度；小螺旋锥齿轮的轴线与机床的Z轴重合，机床的C轴带动齿轮做旋转运动；首先刀具在齿轮的小端处执行弧齿倒棱指令，当走完一个完整的齿廓后，刀具提起，此时机床C轴转动角度，使得待加工的齿轮旋转到下一个完整的齿廓处，刀具开始回到倒棱的起始位置，开始下一个齿廓的倒棱，这样不断重复，直到齿轮小端的轮齿完全加工结束，小螺旋锥齿轮大端的齿廓弧面倒棱以及大螺旋锥齿轮的大小端齿廓弧面倒棱均是如此。