[发明专利]一种螺旋锥齿轮齿廓弧面倒棱控制方法

说明书

本发明提供了一种螺旋锥齿轮齿廓弧面倒棱控制方法，包括以下步骤：首先计算出螺旋锥齿路小轮大、小两端的齿廓线方程，并精确控制倒圆角刀具弧面倒棱的轨迹，再全部集成到以C#为基础开发的软件中，通过固高运动控制卡自动控制开放式数控机床进行倒棱的加工，螺旋锥齿轮大轮两端的齿廓弧面倒棱同理。本发明可真正消除齿轮的棱边的问题，最大限度减小齿轮热处理时的应力集中，以此来提升齿轮的工作效果；提供人机交互的软件，可以自动获取螺旋锥齿轮齿廓弧面倒棱的加工程序，极大的降低了加工的难度，也使得操作工更容易工作。

技术领域

本发明涉及齿轮加工技术领域，特别是涉及一种螺旋锥齿轮齿廓弧面倒棱控制方法。

背景技术

现代技术的快速发展，使得螺旋锥齿轮广泛应用于各个领域，但是由于切齿时会在轮齿的棱边处留下残刺，在搬运或者装配中产生磕碰及拉毛等，使得螺旋锥齿轮产生一定的缺陷，比如会产生啮合噪声、降低齿轮传动的精度、缩短齿轮使用的寿命等。目前对螺旋锥齿轮齿廓弧面倒棱技术很少、编程过程复杂、易出错并且技术人员操作存在一定的难度，传统的齿轮倒棱工艺是将棱边加工成45°左右的斜面，但同时也会产生新的较小棱边，始终无法完全消除棱边处产生的应力集中问题，在高速重载的高可靠性传动要求场合中，有弧面倒棱的要求，弧面倒棱是用圆面或其他二次曲面光滑连接啮合面、上下齿面与齿顶圆面，从而完全消除齿轮的棱边。螺旋锥齿轮的倒棱技术目前还不是很成熟，且倒棱的程序编写比较复杂，对操作人员的要求比较高，因此亟需开发一种自动编程的软件，技术人员只需要进行简单的操作，便可以对螺旋锥齿轮进行倒棱加工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺旋锥齿轮齿廓弧面倒棱控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

该方法结合齿廓倒棱的实时性以及加工过程方便简单等的特点，选择改进的NURBS曲线插补算法和GTS-VB系列的固高运动控制卡。基于开放式的数控系统平台，操作人员通过对计算机上以C#为基础开发的软件进行操作，包括计算出螺旋锥齿轮小轮大小两端齿廓曲线方程、仿真出刀具的倒棱加工轨迹等，最后输入机床、工件以及刀具等参数，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，驱动机床上的倒圆角刀具完成对小轮齿廓大小两端的弧面倒棱，螺旋锥齿轮大轮的大小两端齿廓弧面倒棱同理。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

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：