一种减少螺纹铣削加工干涉的方法技术

本发明专利技术提供了一种减少螺纹铣削加工干涉的方法，属数控加工技术领域。其包括以下步骤：1）利用螺纹和铣刀基本参数建立理论螺纹牙型和实际螺纹牙型的数学模型；2）通过对理论螺纹牙型和实际螺纹牙型进行比较，建立螺纹铣削加工干涉值的计算模型；3）利用最大干涉值建立螺纹铣刀牙型动态调整的迭代算法，优化螺纹铣刀牙型的六个特征点；4）利用优化后的六个特征点生成理想的螺纹铣刀牙型。本发明专利技术通过优化螺纹铣刀牙型，不仅可以大幅度减小螺纹铣削加工中产生的干涉，提高螺纹的加工精度和加工效率，而且降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种减少螺纹铣削加工干涉的方法
本专利技术涉及一种减少螺纹铣削加工干涉的方法，特别是针对大螺距、大直径螺纹的数控铣削加工。
技术介绍
螺纹连接作为机械设备中最常用的一种连接方式，其性能的优劣直接影响到机械设备的使用寿命。传统的螺纹车削和丝锥、板牙加工效率低、切削力大，难以适应大型精密螺纹的制造需求。而随着螺纹数控铣削的出现，很好的弥补了传统螺纹加工方法的不足，螺纹铣削加工与其它加工螺纹的方式相比，加工效率高、适用性好，发生断刃时容易将其移除，因此被广泛应用。螺纹铣削加工是刀具一边随机床主轴回转，一边沿工件回转中心开展切削运动，同时进行轴向运动。在螺纹铣削加工过程中，因螺纹铣刀牙型不符合目标曲面而产生干涉，从而极大地影响螺纹加工的精度，因此若能够得到一种减少螺纹铣削加工干涉的方法，将极大地提高加工精度，扩大螺纹铣削应用范围，降低高精度的螺纹生产成本。减少螺纹铣削加工干涉的方法是提高螺纹精度的一个重要研究方向，现有主要分为两类：一类是通过优化螺纹铣削工艺的方法来减少加工中产生的干涉，国内主要是研究这一类，但在实际生产中，许多企业希望在原有工艺上提高螺纹生产精度，因此该类方法在后期螺纹铣削优化中使用甚少；另一类是通过优化铣刀牙型来减少螺纹铣削加工中产生的干涉，很适用于在原有工艺不变的情况下，提高螺纹精度，国内在这类研究较少，国外研究有一定的研究，如文献1《螺纹铣削加工过程中的干涉建模》(FromentinG,PoulachonG.Modelingofinterferencesduringthreadmillingoperation[J].AdvManufTech2010，49(1)41-51.）提出了通过优化铣刀轮廓和减小铣刀直径来减少螺纹铣削加工中的干涉，但其过程复杂、计算大，不利于推广应用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足之处，本专利技术提供一种减少螺纹铣削加工干涉的方法,该方法能够保证螺纹实际铣削过程中产生的干涉值在干涉公差范围内，并且使得螺纹实际牙型最优。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种减少螺纹铣削加工干涉的方法，包括以下步骤：步骤1）利用螺纹和铣刀基本参数建立理论螺纹牙型和实际螺纹牙型的数学模型；步骤2）通过对理论螺纹牙型和实际螺纹牙型进行比较，建立螺纹铣削加工中干涉值的计算模型；步骤3）利用最大干涉值得到螺纹铣刀牙型动态调整的迭代算法，优化螺纹铣刀牙型的六个特征点；步骤4）利用优化后的六个特征点生成理想的螺纹铣刀牙型。所述步骤1中，利用螺纹和铣刀基本参数建立理论螺纹牙型和实际螺纹牙型的数学模型，包括以下内容：1）公称螺纹牙型数学模型建立，主要包括以下步骤；根据螺纹大径D和螺纹螺距P，计算螺纹小径D1、螺纹中径D2；计算螺纹牙型六个坐标点Ptj=(Ptjr,Ptjz)：Pt1=(Pt1r,Pt1z)=(D1/2,0)，Pt2=(Pt2r,Pt2z)=(D1/2,(P/2+△r1tan(α1))cot(α2)/(cot(α1)+cot(α2))-△r1)，Pt3=(Pt3r,Pt3z)=(D/2,(P/2+△r2tan(α1))cot(α2)/(cot(α1)+cot(α2))+△r2)，Pt4=(Pt4r,Pt4z)=(D/2,P/2+P/2·sin(α1)(cos(α2)sec(α1+α2)-△r2tan(α2)，Pt5=(Pt5r,Pt5z)=(D1/2,(P/2+△r1tan(α2))cot(α1)+Pcot(α2))/(cot(α1)+cot(α2))+△r2)，Pt6=(Pt6r,Pt6z)=(D1/2,P)，其中，Ptj为螺纹牙型上第j点，j=1,2,3,4,5,6；Ptjr为螺纹牙型第j点的径向坐标，Ptjz为螺纹牙型第j点的轴向坐标，△r1=(D2-D1)/2，△r2=(D-D2)/2，α1、α2为螺纹牙侧角；构建公称螺纹牙型NTP的数学模型：NTP(z)=(r(z),z)（2）其中，r(z)为螺纹牙型的径向坐标，z为螺纹牙型的轴向坐标，z取值范围为0<z<P，r(z)与z的函数关系为：（3）2）实际螺纹牙型数学模型建立，主要包括以下步骤：根据螺纹铣刀大径Dm和螺纹刀螺距P，计算螺纹铣刀小径Dm1、螺纹铣刀中径Dm2；计算螺纹铣刀牙型六个坐标点Pmj=(Pmjr,Pmjz)：Pm1=(Pm1r,Pm1z)=(Dm1,0)，Pm2=(Pm2r,Pm2z)=(Dm1/2,(P/2+△rm1tan(α1))cot(α2)/(cot(α1)+cot(α2))-△rm1)，Pm3=(Pm3r,Pm3z)=(Dm/2,(P/2+△r2tan(α1))cot(α2)/(cot(α1)+cot(α2))+△rm2)，Pm4=(Pm4r,Pm4z)=(Dm/2,P/2+P/2·sin(α1)(cos(α2)sec(α1+α2)-△rm2tan(α2)，Pm5=(Pm5r,Pm5z)=(Dm1/2,(P/2+△rm1tan(α2))cot(α1)+Pcot(α2))/(cot(α1)+cot(α2))+△rm2),Pm6=(Pm6r,Pm6z)=(Dm1/2,P)，其中，Pmj为螺纹铣刀牙型上第j点，j=1,2,3,4,5,6；Pmjr为螺纹铣刀牙型第j点的径向坐标，Pmjz为螺纹铣刀牙型第j点的轴向坐标，△rm1=(Dm2-Dm1)/2，△rm2=(Dm-Dm2)/2，α1、α2为螺纹牙侧角；构建出螺纹铣刀牙型MP的数学模型：MP(zm)=(rm(zm),zm)（5）其中，rm(zm)为螺纹铣刀牙型的径向坐标，zm为螺纹铣刀牙型的轴向坐标，zm取值范围为0<zm<P，rm(zm)与zm的函数关系为：（6）3）实际螺纹牙型数学模型建立，主要包括以下步骤：计算螺纹铣刀加工轨迹半径Rmc：Rmc=(D2-Dm)/2（7）根据主轴转速S、进给速度Vf，计算铣刀自转角速度ω，铣刀公转角速度ψ：ω=π·S/30（8）ψ=mm·Vf/S·ω/(2π·(q2+R2mc)1/2)（9）其中，q=P/2π；利用所得到的参数，建立螺纹铣刀加工轨迹MC：MC(t)=(Rmc·cos(ψ·t),Rmc·sin(ψ·t),td·p·ψ·t)（10）再由螺纹铣刀加工轨迹MC得到螺纹铣刀包络面MEME(t,θ,zm)=MC(t)+(Rmc·cos(ψ·t)+rm(zm)·cos(θ),rm(zm)·sin(θ),zm)（11）其中，铣刀自转角度θ(t,zm)=-arcsin(Rmc·sin(ψ·t)/MPr(zm))，t为公转时间，t取值范围是0<t<L/Vf，L为螺纹加工长度，zm取值范围为0<zm<P，螺纹旋向td（右旋td=1，左旋td=-1）；然后利用螺纹铣刀包络面ME进行正平面投影可以建立螺纹铣刀包络轨迹MET数学模型：MET(t,zm)=(Rmc·cos(ψ·t)+rm(zm),td·q·ψ·t+zm)（12）其中，zm的取值范围是0<zm<P；最后通过螺纹铣刀包络轨迹MET构建出实际螺纹牙型GTP数学模型：GTP(zm)=(rg(zm),zm)（13）其中，rg(zm)为螺纹铣刀牙型的径向坐标，zm为螺纹铣刀牙型的轴向坐标，zm取值范本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减少螺纹铣削加工干涉的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1）利用螺纹和铣刀基本参数建立理论螺纹牙型和实际螺纹牙型的数学模型；步骤2）通过对理论螺纹牙型和实际螺纹牙型进行比较，建立螺纹铣削加工中干涉值的计算模型；步骤3）利用最大干涉值建立螺纹铣刀牙型动态调整的迭代算法，优化螺纹铣刀牙型的六个特征点；步骤4）利用优化后的六个特征点生成理想的螺纹铣刀牙型。

【技术特征摘要】
1.一种减少螺纹铣削加工干涉的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1）利用螺纹和铣刀基本参数建立理论螺纹牙型和实际螺纹牙型的数学模型；步骤2）通过对理论螺纹牙型和实际螺纹牙型进行比较，建立螺纹铣削加工中干涉值的计算模型；步骤3）利用最大干涉值建立螺纹铣刀牙型动态调整的迭代算法，优化螺纹铣刀牙型的六个特征点；步骤4）利用优化后的六个特征点生成理想的螺纹铣刀牙型。2.根据权利要求1所述的一种减少螺纹铣削加工干涉的方法，其特征在于，所述步骤1中，利用螺纹和铣刀基本参数建立理论螺纹牙型和实际螺纹牙型的数学模型，包括以下内容：1）公称螺纹牙型数学模型建立，主要包括以下步骤；根据螺纹大径D和螺纹螺距P，计算螺纹小径D1、螺纹中径D2；计算螺纹牙型六个特征点坐标Ptj=(Ptjr,Ptjz)：Pt1=(Pt1r,Pt1z)=(D1/2,0)，Pt2=(Pt2r,Pt2z)=(D1/2,(P/2+△r1tan(α1))cot(α2)/(cot(α1)+cot(α2))-△r1)，Pt3=(Pt3r,Pt3z)=(D/2,(P/2+△r2tan(α1))cot(α2)/(cot(α1)+cot(α2))+△r2)，Pt4=(Pt4r,Pt4z)=(D/2,P/2+P/2·sin(α1)(cos(α2)sec(α1+α2)-△r2tan(α2)，Pt5=(Pt5r,Pt5z)=(D1/2,(P/2+△r1tan(α2))cot(α1)+Pcot(α2))/(cot(α1)+cot(α2))+△r2)，Pt6=(Pt6r,Pt6z)=(D1/2,P)，其中，Ptj为螺纹牙型上第j点，j=1,2,3,4,5,6，Ptjr为螺纹牙型第j点的径向坐标，Ptjz为螺纹牙型第j点的轴向坐标，△r1=(D2-D1)/2，△r2=(D-D2)/2，α1、α2为螺纹牙侧角；构建公称螺纹牙型NTP的数学模型：NTP(z)=(r(z),z)（2）其中，r(z)为螺纹牙型的径向坐标，z为螺纹牙型的轴向坐标，z取值范围为0<z<P，r(z)与z的函数关系为：（3）2）螺纹铣刀牙型数学模型建立，主要包括以下步骤：根据螺纹铣刀大径Dm和螺纹螺距P，计算螺纹铣刀小径Dm1、螺纹铣刀中径Dm2；计算螺纹铣刀牙型六个特征点坐标Pmj=(Pmjr,Pmjz)：Pm1=(Pm1r,Pm1z)=(Dm1,0)，Pm2=(Pm2r,Pm2z)=(Dm1/2,(P/2+△rm1tan(α1))cot(α2)/(cot(α1)+cot(α2))-△rm1)，Pm3=(Pm3r,Pm3z)=(Dm/2,(P/2+△r2tan(α1))cot(α2)/(cot(α1)+cot(α2))+△rm2)，Pm4=(Pm4r,Pm4z)=(Dm/2,P/2+P/2·sin(α1)(cos(α2)sec(α1+α2)-△rm2tan(α2)，Pm5=(Pm5r,Pm5z)=(Dm1/2,(P/2+△rm1tan(α2))cot(α1)+Pcot(α2))/(cot(α1)+cot(α2))+△rm2),Pm6=(Pm6r,Pm6z)=(Dm1/2,P)，其中，Pmj为螺纹铣刀牙型上第j点，j=1,2,3,4,5,6；Pmjr为螺纹铣刀牙型第j点的径向坐标，Pmjz为螺纹铣刀牙型第j点的轴向坐标，△rm1=(Dm2-Dm1)/2，△rm2=(Dm-Dm2)/2，α1、α2为螺纹牙侧角；构建出螺纹铣刀牙型MP的数学模型：MP(zm)=(rm(zm),zm)（5）其中，rm(zm)为螺纹铣刀牙型的径向坐标，zm为螺纹铣刀牙型的轴向坐标，zm取值范围为0<zm<P，rm(zm)与zm的函数关系为：（6）3）实际螺纹牙型数学模型建立，主要包括以下步骤：计算螺纹铣刀加工轨迹半径Rmc：Rmc=(D2-Dm)/2（7）根据主轴转速S、进给速度Vf，计算铣刀自转角速度ω，铣刀公转角速度ψ：ω=π·S/30（8）ψ=mm·Vf/S·ω/(2π·)（9）其中，q=P/2π；利用所得...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡自化，谭兆，秦长江，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43