一种内啮合强力珩齿加工珩削力的仿真计算方法技术

本发明专利技术涉及一种内啮合强力珩齿加工珩削力的仿真计算方法及系统，属于齿轮加工技术领域。本发明专利技术通过建立珩磨轮与待加工件的珩齿运动学模型，再分别建立珩磨轮的工作面三维模型以及待加工件的待珩削齿槽三维模型，将两个三维模型进行穿透计算分别得到未变形切屑模型和珩削齿槽模型，根据未变形切削模型创建出多个垂直于切削速度方向且与所述未变形切屑模型相交的平面，并提取每处平面与未变形切屑模型的交叠面，进而计算出每处交叠面的珩削力。本发明专利技术方法有效降低内啮合强力珩齿过程中的珩削力估算难度，实现分析内啮合强力珩齿过程中的珩削力与珩磨轮径向进给量之间的关联关系，为内啮合强力珩齿机床结构及工艺参数优化提供理论依据。提供理论依据。提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】
一种内啮合强力珩齿加工珩削力的仿真计算方法


[0001]本专利技术属于齿轮加工
，具体涉及一种内啮合强力珩齿加工珩削力的仿真计算方法及系统。

技术介绍

[0002]齿轮传动是机械传动中最重要的传动方式之一，被广泛应用于机械工程的各个领域。随着工业技术的进步与发展，对齿轮传动性能的要求不断提高，对齿轮精度，硬度和齿面质量等性能的要求也在相应的不断提高，在很多情况下必须对齿轮进行硬质精加工，以纠正热处理造成的偏差。珩齿作为硬齿面齿轮精加工的一种工艺，能够较好的修整齿面纹理，是高速低噪声传动齿轮最常用的精加工工艺。
[0003]珩齿是以珩磨轮与工件齿轮呈一定轴交角啮合滚动，由珩磨轮齿面磨粒对工件齿面的压力和相对滑动对材料余量进行去除的齿轮精加工方式。在珩齿过程中，由于珩磨轮轮齿与工件齿轮一直存在由啮入到啮出的过程，所以珩磨轮与工件齿轮的接触状态一直在发生变化，因此珩齿过程中珩削力的大小和方向各不相同，这些交变的珩削力可以导致自激振动的产生，进而影响齿轮的加工精度。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中内啮合强力珩齿过程中的珩削力估算难度高、限制了内啮合强力珩齿机床结构及工艺参数优化的技术问题，本专利技术提供一种内啮合强力珩齿加工珩削力的仿真计算方法及系统。
[0005]一种内啮合强力珩齿加工珩削力的仿真计算方法，基于几何穿透计算，采用Solidworks2018三维仿真软件，模拟珩齿机床的珩磨轮对一个待加工件的珩齿过程，计算出珩齿加工过程模拟的珩削力，操作步骤如下：
[0006](1)建立珩磨轮与待加工件的珩齿运动学模型
[0007]建立用于表征在珩齿过程中珩磨轮与待加工件的相对位姿的珩齿运动学模型，得到反映一个珩磨轮坐标系与待加工件坐标系之间坐标转换关系的坐标映射函数，即珩齿运动学模型：
[0008]M＝T
a
R
zwn
M
hg
R
zw
R
ｚ
E
……
(1)
[0009]式(1)中，E表示任意一点在所述珩磨轮坐标系上的齐次坐标，M表示该点映射到所述待加工件坐标系上的齐次坐标；R
z
表示珩磨轮的自转运动变化矩阵；R
zw
表示珩磨轮X轴与待加工件X轴平行运动变化矩阵；M
hg
表示珩磨轮坐标系与待加工件坐标系轴交角运动变化矩阵；R
zwn
表示珩磨轮坐标系回复到自转状态运动变化矩阵；T
a
表示珩磨轮绕待加工件坐标系的公转运动变化矩阵；
[0010](2)建立珩磨轮的一个工作面三维模型
[0011]根据所述坐标映射函数建立所述珩磨轮的其中一个工作面三维模型；
[0012](3)获取待加工件的一个待珩削齿槽三维模型
[0013]通过Matlab202la数学计算软件获取待加工件一个工作面上的齿面点云数据，经Solidwoks2018 ScanTo3D的网格处理功能生成三维曲面二，并在所述三维曲面二上添加珩削余量，得到待加工件的其中一个待珩削齿槽三维模型；
[0014](4)建立结构相互匹配的未变形切屑模型和珩削齿槽模型
[0015]根据所述珩齿运动学模型，利用所述珩磨轮的工作面三维模型对所述待加工件的齿槽三维模型进行模拟珩削，经过穿透计算分别得到结构相互匹配的未变形切屑模型和珩削齿槽模型；
[0016]将所述珩削齿槽模型作为下一次仿真过程中所述待加工件的工件齿槽；
[0017](5)根据未变形切屑模型计算珩削力
[0018]根据所述未变形切屑模型创建出多个垂直于切削速度方向且与所述未变形切屑模型相交的平面，并提取每处所述平面与所述未变形切屑模型的交叠面，进而计算出每处所述交叠面的珩削力F
nh
：
[0019][0020]式(2)中，K
h
为单位面积珩削力；A
cuh
为所述交叠面的面积；l
h
为珩削未变形切屑任意接触长度，l
s
为l
h
的积分上限；N
dynh
(l
h
)为所述珩削未变形切屑任意接触长度l
h
上范围内的动态珩削刃数。
[0021]进一步的技术方案如下：
[0022]步骤(1)中，根据所述内啮合强力珩齿加工机床的结构以及珩齿加工原理，建立待加工件的坐标系S(O
w
‑
X
w
，Y
w
，Z
w
)，珩磨轮的定坐标系S(O
Σ
‑
X
∑
，Y
∑
，Z
∑
)，珩磨轮的自转坐标系S(O
h，1
‑
X
h，1
，Y
h，1
，Z
h，1
)，珩磨轮的公转坐标系S(O
h，2
‑
X
h，2
，Y
h，2
，Z
h，2
)；
[0023]其中，待加工件的坐标系用于表示待加工件位置，与待加工件固定连接，Z
w
轴与所述待加工件的轴线重合；珩磨轮的定坐标系相对于待加工件的坐标系绕X
w
轴转过一个轴交角∑，且两坐标系相距一个中心距l，X
∑
与Y
w
共线，Z
∑
与所述珩磨轮的轴线重合；珩磨轮的自转坐标系相对珩磨轮的定坐标系绕Z
∑
转动，Ｚ
h，1
与Z
∑
重合；珩磨轮的公转坐标系坐标系相对珩磨轮的自转坐标系以O
w
为圆心，O
w
O
h，1
为半径转动，X
h，2
、Y
h，2
、Z
h，2
分别与X
h，1
、Y
h，1
、Z
h，1
平行。
[0024]步骤(1)中，T
a
’
R
zwn
，M
hg
，R
zw
和R
z
的变换矩阵分别表示为：
[0025][0026][0027][0028]式(3)中，∑为珩磨轮与工件齿轮的轴交角，θ是珩磨轮自转角度，为珩磨轮绕工件齿轮转动的角度。
[0029]步骤(2)的具体操作工步如下：
[0030](2.1)根据所述坐标映射函数，分别获取：任意时刻所述珩磨轮轮齿齿顶中点、齿顶端点，以及齿顶中点在珩磨轮轴线上的映射点，三者在所述工件固连坐标系上的坐标值，并以该三点创建一个基准面；
[0031](2.2)利用所述珩磨轮以及所述珩磨轮上各点的坐标，确定珩磨轮轮齿齿形在所述基准面上的位置并在该位置插入一个建立的截本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内啮合强力珩齿加工珩削力的仿真计算方法，基于几何穿透计算，采用Solidworks2018三维仿真软件，其特征在于：模拟珩齿机床的珩磨轮对一个待加工件的珩齿过程，计算出珩齿加工过程模拟的珩削力，操作步骤如下：(1)建立珩磨轮与待加工件的珩齿运动学模型建立用于表征在珩齿过程中珩磨轮与待加工件的相对位姿的珩齿运动学模型，得到反映一个珩磨轮坐标系与待加工件坐标系之间坐标转换关系的坐标映射函数，即珩齿运动学模型：M＝T
a
R
zwn
M
hg
R
zw
R
z
E
……
(1)式(1)中，E表示任意一点在所述珩磨轮坐标系上的齐次坐标，M表示该点映射到所述待加工件坐标系上的齐次坐标；R
z
表示珩磨轮的自转运动变化矩阵；R
zw
表示珩磨轮X轴与待加工件X轴平行运动变化矩阵；M
hg
表示珩磨轮坐标系与待加工件坐标系轴交角运动变化矩阵；R
zwn
表示珩磨轮坐标系回复到自转状态运动变化矩阵；T
a
表示珩磨轮绕待加工件坐标系的公转运动变化矩阵；(2)建立珩磨轮的一个工作面三维模型根据所述坐标映射函数建立所述珩磨轮的其中一个工作面三维模型；(3)获取待加工件的一个待珩削齿槽三维模型通过Matlab2021a数学计算软件获取待加工件一个工作面上的齿面点云数据，经Solidwoks2018 ScanTo3D的网格处理功能生成三维曲面二，并在所述三维曲面二上添加珩削余量，得到待加工件的其中一个待珩削齿槽三维模型；(4)建立结构相互匹配的未变形切屑模型和珩削齿槽模型根据所述珩齿运动学模型，利用所述珩磨轮的工作面三维模型对所述待加工件的齿槽三维模型进行模拟珩削，经过穿透计算分别得到结构相互匹配的未变形切屑模型和珩削齿槽模型；将所述珩削齿槽模型作为下一次仿真过程中所述待加工件的工件齿槽；(5)根据未变形切屑模型计算珩削力根据所述未变形切屑模型创建出多个垂直于切削速度方向且与所述未变形切屑模型相交的平面，并提取每处所述平面与所述未变形切屑模型的交叠面，进而计算出每处所述交叠面的珩削力F
nh
：式(2)中，K
h
为单位面积珩削力；A
cuh
为所述交叠面的面积；l
h
为珩削未变形切屑任意接触长度，l
s
为l
h
的积分上限；N
dynh
(l
h
)为所述珩削未变形切屑任意接触长度l
h
上范围内的动态珩削刃数。2.根据权利要求1所述一种内啮合强力珩齿加工珩削力的仿真计算方法，其特征在于：步骤(1)中，根据所述内啮合强力珩齿加工机床的结构以及珩齿加工原理，建立待加工件的坐标系S(O
w
‑
X
w
，Y
w
，Z
w
)，珩磨轮的定坐标系S(O
∑
‑
X
∑
，Y
∑
，Z
∑
)，珩磨轮的自转坐标系S(O
h，1
‑
X
h，1
，Y
h，1
，Z
h，1
)，珩磨轮的公转坐标系S(O
h，2
‑
X
h，2
，Y
h，2
，Z
h，2
)；
其中，待加工件的坐标系用于表示待加工件位置，与待加工件固定连接，Z
w
轴与所述待加工件的轴线重合；珩磨轮的定坐标系相对于待加工件的坐标系绕X
w
轴转过一个轴交角∑，且两坐标系相距一个中心距l，X

【专利技术属性】
技术研发人员：韩江，李光辉，田晓青，夏链，唐建平，游通飞，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：