【技术实现步骤摘要】
圆柱齿轮插齿加工切削力预测的方法
本专利技术涉及圆柱齿轮插齿加工领域,更具体地说,涉及一种圆柱齿轮插齿加工切削力预测的方法。
技术介绍
齿轮是动力和运动传递的机械关键基础零件。圆柱齿轮是最为普遍的一种齿轮样式,广泛应用于航空齿轮箱、高铁齿轮箱、风电齿轮箱、高档汽车变速器等高端装备。插齿加工是圆柱齿轮重要的加工制造方法,插齿加工过程中切削力对插齿刀具寿命、加工效率、加工质量等具有重要影响,如何精确预测切削力是圆柱齿轮插齿加工需要解决的一个关键技术难题。目前,切削力的预测方法主要有切削力经验公式、机械学说模型和理论切削力模型三种,以上三种方法难以精确预测圆柱齿轮插齿加工中的切削力。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于,提供一种可以精确预测圆柱齿轮插齿加工切削力的方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种圆柱齿轮插齿加工切削力预测的方法,包括以下步骤:步骤一、计算圆柱齿轮与插齿刀加工时的接触区域圆环的面积,并在圆环中均匀分布足够多的数据点,根据圆柱齿轮与插齿刀加工时的位置关系求解出坐标变换矩阵,将圆环内的点经过坐标变换矩阵变换为插齿刀坐标系中的点;步骤二、插齿刀每进行一步切削时,将坐标变换后的点进行判别,以插齿刀轮齿实体位置的极径与极角大小为判据,筛选出工件在插齿刀内的点,点的数量即为切屑面积的大小a;步骤三、在插齿刀的齿顶圆和左、右渐开线上等距离分布数据点;步骤四、插齿刀每进行一步切削时,将插齿刀与工件接触的点进行判别,以插齿刀齿廓上分布的等距离点到工件中心的距离为判据,筛选出插齿刀与工件接触的点,点的数量即为接触长度的大小b;步骤五,基 ...
【技术保护点】
1.一种圆柱齿轮插齿加工切削力预测的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、计算圆柱齿轮与插齿刀加工时的接触区域圆环的面积,并在圆环中均匀分布足够多的数据点,根据圆柱齿轮与插齿刀加工时的位置关系求解出坐标变换矩阵,将圆环内的点经过坐标变换矩阵变换为插齿刀坐标系中的点;步骤二、插齿刀每进行一步切削时,将坐标变换后的点进行判别,以插齿刀轮齿实体位置的极径与极角大小为判据,筛选出工件在插齿刀内的点,点的数量即为切屑面积的大小a;步骤三、在插齿刀的齿顶圆和左、右渐开线上等距离分布数据点;步骤四、插齿刀每进行一步切削时,将插齿刀与工件接触的点进行判别,以插齿刀齿廓上分布的等距离点到工件中心的距离为判据,筛选出插齿刀与工件接触的点,点的数量即为接触长度的大小b;步骤五,基于单位切削力公式:切削方向Ft=Ktca+Kteb,径向方向Ff=Kfca+Kfeb,轴向方向Fr=Krca+Kreb,计算圆柱齿轮插齿加工切削力的大小,其中Ktc、Kfc、Krc为切削系数,Kte、Kfe、Kre为边缘系数。
【技术特征摘要】
1.一种圆柱齿轮插齿加工切削力预测的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、计算圆柱齿轮与插齿刀加工时的接触区域圆环的面积,并在圆环中均匀分布足够多的数据点,根据圆柱齿轮与插齿刀加工时的位置关系求解出坐标变换矩阵,将圆环内的点经过坐标变换矩阵变换为插齿刀坐标系中的点;步骤二、插齿刀每进行一步切削时,将坐标变换后的点进行判别,以插齿刀轮齿实体位置的极径与极角大小为判据,筛选出工件在插齿刀内的点,点的数量即为切屑面积的大小a;步骤三、在插齿刀的齿顶圆和左、右渐开线上等距离分布数据点;步骤四、插齿刀每进行一步切削时,将插齿刀与工件接触的点进行判别,以插齿刀齿廓上分布的等距离点到工件中心的距离为判据,筛选出插齿刀与工件接触的点,点的数量即为接触长度的大小b;步骤五,基于单位切削力公式:切削方向Ft=Ktca+Kteb,径向方向Ff=Kfca+Kfeb,轴向方向Fr=Krca+Kreb,计算圆柱齿轮插齿加工切削力的大小,其中Ktc、Kfc、Krc为切削系数,Kte、Kfe、Kre为边缘系数。2.根据权利要求1所述的圆柱齿轮插齿加工切削力预测的方法,其特征在于,步骤一中所述圆柱齿轮与插齿刀加工时的接触区域圆环的表达式为:其中,x1、y1分别表示齿顶圆的横、纵坐标,x2、y2分别表示齿根圆的横、纵坐标;x表示变化角,r1、r2分别表示工件齿顶圆、齿根圆的半径。3.根据权利要求2所述的圆柱齿轮插齿加工切削力预测的方法,其特征在于,在公式(1)、公式(2)接触区域内分布数据点的坐标方程式为:其中,r表示极径,i表示第i条等距圆环,通过公式(3)在每条等距曲线上均匀取j个点得到点集Nij(xij,yij)。4.根据权利要求1所述的圆柱齿轮插齿加工切削力预测的方法,其特征在于,步骤一中圆柱齿轮固定在坐标系O0-x0y0z0上,坐标系O1-x1y1z1与插齿刀中心固定,其x轴通过插齿刀分度圆与圆柱齿轮节曲线的切点,指向节曲线在该点的法线反方向,坐标系Os-xsyszs固定在插齿刀上,相对于坐标系O1-x1y1z1转过的角度为θ,插齿刀中间坐标系O1-x1y1z1到圆柱齿轮坐标系O0-x0y0z0下的坐标变换矩阵为M01,插齿刀固连坐标系Os-xsyszs到中间坐标系O1-x1y1z1的坐标变换矩阵为M1s,圆柱齿轮坐标系O0-x0y0z0到插齿刀坐标系Os-xsyszs的坐标变换矩阵为:Mn=(M01M1s)′=[(2ty-nx-ny)*cosθ+(2tx+nx+ny)*sinθ+xn1+yn1+1]′(4)其中nx,ny为圆柱齿轮节曲线单位法向量的分量,tx,ty为圆柱齿轮节曲线单位切向量的分量,xn1,yn1为坐标系O1-x1y1z1任一一点的坐标。5.根据权利要求4所述的圆柱齿轮插齿加工切削力预测的方法,其特征在于,步骤二中将圆柱齿轮上的等距曲线上的点Nij(xij,yij)通过所述坐标变换矩阵Mn转化成插齿刀坐标系下的点N'ij(xsij,ysij),并求出N'ij(xsij,ysij)点在插齿刀坐标系下的极角与极径6.根据权利要求5所述的圆柱齿轮插齿加工切削力预测的方法,其特征在于,所述步骤二中的判据为:pij≤r(6)其中,sita表示插齿刀每个齿对应的圆心角,ct2表示齿顶圆上渐开线上展角,r表示为对应点与插齿刀圆心连线与插齿刀齿廓交点的距离。7.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员:韩星会,王利波,华林,
申请(专利权)人:武汉理工大学,
类型:发明
国别省市:湖北,42
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