【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及圆柱蜗杆设计制造，更具体地是涉及一种包络面圆柱蜗杆设计方法、参数化设计方法及加工方法。
技术介绍
1、包络面圆柱蜗杆包括zc1型蜗杆、zc2型蜗杆、zc3型蜗杆、zk型蜗杆、zi型蜗杆等，其中zc1型蜗杆也被称为圆弧圆柱蜗杆。圆弧圆柱蜗杆是一种蜗杆齿面为凹面的圆柱蜗杆，结构上不同于传统普通蜗杆，所以很难采用传统的普通加工方式，例如车削或铣削进行加工。如果采用滚齿等加工方式，则所需的刀具本身制作起来就非常困难，精度也无法保证，所以目前一般是采用精密自动数控机床进行加工。采用精密自动数控机床进行加工则需要导入圆弧圆柱蜗杆三维模型，因此需要利用三维制图软件生成圆弧圆柱蜗杆三维模型。
2、利用三维制图软件生成圆弧圆柱蜗杆主要有三种方式。第一种是通过计算接触线，通过多条接触线拟合圆弧圆柱蜗杆螺旋面，这种方式的拟合误差比较大。第二种是在三维制图软件中生成刀具砂轮，然后模拟加工走刀过程一步步进行布尔减运算生成圆弧圆柱蜗杆三维模型，这种方式生成模型的精度取决于步长设置，设置不当会导致蜗杆螺旋面不平整或者计算时间较长。第三种是根据蜗杆轴向齿廓或齿槽截形进行扫描或扫描切除得到蜗杆三维模型，这种方式速度较快，蜗杆三维模型的误差则主要取决于轴向齿廓或齿槽截形。考虑到蜗杆三维模型的误差对产品影响较大等因素，目前多采用第三种方式。
3、蜗杆轴向齿廓或齿槽截形精度的高低具有决定性作用，其中蜗杆轴向齿廓截形即蜗杆轴向截面齿廓。想要得到蜗杆轴向齿廓截形，目前通常是建立蜗杆齿面方程，然后确定蜗杆齿面方程中的参变量关系，并给出砂
4、这种方法是通过改变砂轮转角求解蜗杆齿面方程得出一系列坐标点，然后将一系列坐标点拟合成曲线来获得蜗杆轴向齿廓截形，也就是说最终仍然需要通过拟合来获得，因此无法指定蜗杆轴向齿廓截形上某任意点的坐标，拟合曲线本身自然存在一定误差，影响数据验证比对。而且按照固定步长改变砂轮转角算出的一系列坐标点表现为，越靠近齿根相邻坐标点之间的距离越大，这就导致蜗杆轴向齿廓截形越靠近齿根其表现出的误差越大。
5、另外，目前对于圆弧圆柱蜗杆还没有实现参数化设计，导致工程师们拿到附有圆弧圆柱蜗杆的设计参数的图纸后，需要经过大量的计算，多次生成蜗杆三维模型后才能得到适合的蜗杆三维模型，给设计工作带来很大难度和负担。
技术实现思路
1、本专利技术为克服上述现有技术中的不足，提供了一种包络面圆柱蜗杆设计方法、参数化设计方法及加工方法。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的。
2、包络面圆柱蜗杆设计方法，所设计的蜗杆的轴心线和包络用的砂轮的轴心线的夹角为所设计的蜗杆的导程角γ；
3、第一步，建立蜗杆齿面方程：
4、
5、其中，θ为蜗杆相对初始位置的相位角，φ为砂轮转角，即砂轮在包络蜗杆时绕自身轴心线旋转的角度，ρ为砂轮轴向截形上起包络作用的圆弧段的半径，ν为前述砂轮轴向截形上的圆弧段上任一点和该圆弧段的圆心的连线与砂轮轴心线的夹角，d为砂轮轴向截形上起包络作用的圆弧段的圆心到砂轮轴心线的距离，as为砂轮与蜗杆的最小安装距离；
6、第二步，确定获得齿廓截形的计算流程：
7、s1，根据设计图纸设置蜗杆的设计参数、选用的砂轮的参数、蜗杆和砂轮的相对位置参数、迭代精度；
8、s2，选定一个用于推导计算的蜗杆半径xcs的值，xcs的值的选定范围是大于等于蜗杆齿根圆半径小于等于蜗杆齿顶圆半径；
9、s3，设置砂轮转角φ的区间上限r1的值和区间下限r2的值；
10、s4，使用黄金分割法分割砂轮转角φ的区间，并计算得出黄金分割点的值记为mate；
11、s5，将mate值带入蜗杆齿面方程并计算出x，然后计算x和xcs的差值并确定差值是否在前述的迭代精度范围内，如果差值在迭代精度范围内则将该mate值带入蜗杆齿面方程得到一个坐标点，如果差值不在迭代精度范围内，则比较x和xcs并重新设置砂轮转角φ的区间上限r1和区间下限r2，当x大于xcs时，该mate值作为新区间上限r1的值，原区间下限r2的值作为新区间下限r2的值，当x小于xcs时，该mate作为新区间下限r2的值，原区间上限r1的值作为新区间上限r1的值，然后重复s4；
12、s6，设置蜗杆半径xcs的值增加或减少一个步长，步长小于等于齿顶圆半径与蜗杆齿根圆半径的差值除以5000的计算值，然后重复s3，直到蜗杆半径xcs的值最小等于蜗杆齿根圆半径和最大等于蜗杆齿顶圆半径结束，以得到蜗杆轴向齿廓截形坐标点；
13、s7，确定z轴初始角θs，以确定蜗杆轴向齿廓截形在z轴上的起始位置，并将前述得到的蜗杆轴向齿廓截形坐标点全部根据确定的起始位置重新计算得到带有起始位置的蜗杆轴向齿廓截形坐标点；
14、第三步，根据获得齿廓截形的计算流程在数值计算软件中编写程序，对程序内各参数赋值，运行程序得到带有起始位置的蜗杆轴向齿廓截形坐标点；
15、第四步，将带有起始位置的蜗杆轴向齿廓截形坐标点导入三维制图软件，在三维制图软件中根据蜗杆的设计参数建造蜗杆毛坯，根据蜗杆导程创建螺旋线作为扫描路径，导入的坐标点作为扫描轮廓生成蜗杆三维模型。
16、作为一种优化方法，上述的砂轮轴向截形上起包络作用的圆弧段的半径ρ为蜗杆模数m的5～5.5倍。
17、作为一种优化方法，上述的数值计算软件为matlab。
18、作为一种优化方法，上述的三维制图软件为solid works。
19、本实施例介绍一种加工方法，将利用上述的包络面圆柱蜗杆设计方法生成的蜗杆三维模型导入数控机床的控制系统中，然后进行加工。
20、本实施例介绍一种参数化设计方法，包括编写输入参数并调用软件的程序并设计对应的图形用户界面，图形用户界面中分别设置用于输入参数的输入框，需要输入的参数可以只包括蜗杆的设计参数，还可以包括选用的砂轮的参数、蜗杆和砂轮的相对位置参数、蜗杆半径xcs增加或减少的步长、迭代精度中的一种或多种；图形用户界面中设置计算齿廓按钮并用于调用上述的数值计算软件，将上述方法第三步中所述的数值计算软件中编写的程序中对应的参数用输入的参数替换，然后进行计算得到带有起始位置的蜗杆轴向齿廓截形坐标点；图形用户界面中设置生成模型按钮并用于调用上述的三维制图软件，利用三维制图软件根据前述输入的蜗杆的设计参数自动生成蜗杆毛坯三维模型和作为扫描路径的螺旋线，将前述的带有起始位置的蜗杆轴向齿廓截形坐标点导入三维制图软件作为扫描轮廓，在三维制图软件中利用扫描轮廓沿扫描路径对蜗杆毛坯三维模型进行自动切除生成蜗杆三维模型。
21、本实施例介绍另一种加工方法，将利用上述的参数化设计方法生成的蜗杆三维模型导入数控机床的控制系统中，然后本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.包络面圆柱蜗杆设计方法，其特征在于，所设计的蜗杆的轴心线和包络用的砂轮的轴心线的夹角为所设计的蜗杆的导程角γ；
2.根据权利要求1所述的包络面圆柱蜗杆设计方法，其特征在于，砂轮轴向截形上起包络作用的圆弧段的半径ρ为蜗杆模数m的5～5.5倍。
3.根据权利要求1所述的包络面圆柱蜗杆设计方法，其特征在于，所述的数值计算软件为Matlab。
4.根据权利要求1所述的包络面圆柱蜗杆设计方法，其特征在于，所述的三维制图软件为Solid Works。
5.加工方法，其特征在于，将利用权利要求1所述的包络面圆柱蜗杆设计方法生成的蜗杆三维模型导入数控机床的控制系统中，然后进行加工。
6.参数化设计方法，其特征在于，包括编写输入参数并调用软件的程序并设计对应的图形用户界面，图形用户界面中分别设置用于输入参数的输入框，需要输入的参数可以只包括蜗杆的设计参数，还可以包括选用的砂轮的参数、蜗杆和砂轮的相对位置参数、蜗杆半径xcs增加或减少的步长、迭代精度中的一种或多种；图形用户界面中设置计算齿廓按钮并用于调用权利要求1中所述的数值计算软件，
7.加工方法，其特征在于，将利用权利要求6所述的参数化设计方法生成的蜗杆三维模型导入数控机床的控制系统中，然后进行加工。
...【技术特征摘要】
1.包络面圆柱蜗杆设计方法，其特征在于，所设计的蜗杆的轴心线和包络用的砂轮的轴心线的夹角为所设计的蜗杆的导程角γ；
2.根据权利要求1所述的包络面圆柱蜗杆设计方法，其特征在于，砂轮轴向截形上起包络作用的圆弧段的半径ρ为蜗杆模数m的5～5.5倍。
3.根据权利要求1所述的包络面圆柱蜗杆设计方法，其特征在于，所述的数值计算软件为matlab。
4.根据权利要求1所述的包络面圆柱蜗杆设计方法，其特征在于，所述的三维制图软件为solid works。
5.加工方法，其特征在于，将利用权利要求1所述的包络面圆柱蜗杆设计方法生成的蜗杆三维模型导入数控机床的控制系统中，然后进行加工。
6.参数化设计方法，其特征在于，包括编写输入参数并调用软件的程序并设计对应的图形用户界面，图形用户界面中分别设置用于输入参数的输入框，需要输入的参数可以只包...
【专利技术属性】
技术研发人员：周立轩，张坤，杨顺成，袁和相，付蔚萍，乔永钦，董进朝，罗登峰，许俊伟，
申请(专利权)人：郑机所郑州传动科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。