专利名称：闭式可控空间机构连杆轨迹实现曲面加工的方法
技术领域：
本发明属于精密加工、复杂零件制造技术领域，涉及一种空间机构连杆轨迹实现 曲面加工的方法。
背景技术：
随着生产的发展，在与制造业密切相关的航空航天、汽车、造船以及模具等工业领 域，曲面零件得到了越来越广泛的应用，对高精度的设计、制造以及检测提出了更为严格的 要求，同时也成为人们日益关注的研究热点。目前，曲面零件中最常见的是直纹面，飞机机 翼、汽轮机叶轮、流体机械中的叶片类零件通常就采用直纹面作为型面；齿轮滚刀、某些特 种回转刀具的刀槽曲面部分也是直纹面；某些模具型腔面也采用直纹面；甚至农业上用来 耕翻土壤的犁头部分也是直纹面，等等。与自由曲面相比较，直纹面是一参数直线集，由直 线在空间任意运动得到。传统加工方法是由专用机床(滚齿机、刨齿机、铣齿机等)或专用刀 具(渐开线插齿刀、铣刀、滚刀)切削出零件曲面，其优点是精确加工和高效率，缺点是专用 机床和不同规格的专用刀具，适应于专业厂家批量生产；现代加工方法是由数控车床、数控 铣床、多轴加工中心等数控机床加工出任意复杂曲面，技术复杂，成本高。申请项目的新加 工方法是由可控变杆长(变副长或扭角)闭式空间机构连杆上一直线轨迹形成被加工直纹 面，实现曲面的连续切削加工。
发明内容
本发明目的在于提供一种可控空间机构连杆运动轨迹实现直纹面零件加工的方 法。机构结构简单，运动灵活；方法可靠，效率高。基于在保证加工精度的前提下提高加工效率，节约成本的目的，本发明将空间连 杆机构的优点应用到直纹面零件的加工技术上。该方法包括以下步骤
(1)建立工件加工表面的直纹面模型坐标系，确定该曲面的形成特征，即确定其母线和 运动曲线。直纹面是直母线沿空间轨迹曲线^运动形成。(2)确定一种常规的空间连杆机构，通过运动瞬间改变其某一连杆Z的杆长、副长 或转角，使其成为可控空间变杆长、变副长或变扭角的连杆机构，来限定该连杆Z或其它连 杆的运动轨迹，从而使该连杆Z可沿空间轨迹曲线Γ运动得到直纹面。(3)如图1所示。将砂轮固定在沿空间轨迹曲线Γ作空间运动的连杆Z上的一动 点M处，砂轮在自转作主运动的同时，该连杆Z沿空间轨迹曲线Γ作空间运动，使切削刃沿 空间轨迹曲线Γ作第一进给运动(即V。方向)，而该动点M沿该连杆Z作第二进给运动(即 Vf方向)，从而完成直纹面Σ的加工。本发明采用直线在空间任意运动的参数集形成直纹面的原理，实现了曲面零件的 连续加工，避免加工中心或数控铣等点接触加工的多次进刀，提高加工效率，节约工时和成 本。
图1为直纹面加工示意图。图2为本发明实施例1的齿轮齿廓面示意图。图3为本发明实施例1的空间五杆RRRSR机构简图。图4为本发明实施例1的机构上杆QQ'及动点m的运动轨迹示意图。图5为本发明实施例1的动点m在θ工=190° 210°内空间运动轨迹。图6为本发明实施例2犁头曲面及其加工示意图。图7为本发明实施例2可控空间RSSP四杆机构简图。
具体实施例方式下面结合附图对发明作进一步的说明。实施例1。参见图2 图5，说明本发明的空间机构连杆轨迹实现齿轮一侧齿廓面的精加工 (磨削)方法。如图2所示为齿轮齿廓面的示意图，其一侧齿廓面F'厂可视为直纹面，即母 线Γ沿曲线Γ运动形成。齿轮齿形曲线最常见的是渐开线，假设有基圆半径为20mm，将基 圆沿周长为32等份，根据渐开线定义由等分点i^fe/可求出该基圆上渐开线及其 坐标参数。可见该渐开线在一个边长为10·的方形框内。可选取空间Tt^KTP机构为基本机构，如图3所示为该机构简图。取i=￡^=[l，0，0] T、J=^5=
T、k=iXj=[Q, 0，1]T，建立静坐标系 E-Ijk0 I1, 12、73> “、A 是各杆 杆长，"ρ α 2、ο·5是相应构件的扭角， 、θ 2、θ )、、是相应运动副的相对转角，
^ b ￥ &是运动副的副长。Q'点为杆2端点…点为杆2上任意点，其位置由机构参 1η，ρ，H，γ确定:/ 、/7为连接杆杆长，其位置由A、r决定，β是矢量&绕与之垂直的 单位矢量&旋转至&所经过的角度，r是矢量Q绕与之垂直的单位矢量&旋转至 所经 过的角度。 是湖'杆上一动点。分析齿廓面渐开线的特点和空间连杆机构运动特性可知，将机构上连杆湖'作 为齿轮齿廓面母线Z，并利用MATLAB软件编程、计算、调试后可确定该机构各参数数值如表 1，给定主动件曲柄转角八=0 360°，可得到杆湖'上两端点的运动轨迹分别为Q1, Ω2，即杆湖'运动轨迹为曲面Σ，如图4所示。
表1空间RRRSR机构各参数数据表(长度单位为mm，角度单位为。)
权利要求
1. 一种闭式可控空间机构连杆轨迹实现曲面加工的方法，其特征是包括以下步骤(1)建立工件加工表面的直纹面模型坐标系，确定其母线和运动曲线；(2)确定一种常规的空间连杆机构，通过运动瞬间改变其某一连杆的杆长、副长或转 角，使其成为可控空间变杆长、变副长或变扭角的连杆机构，来限定该连杆或其它连杆的运 动轨迹；(3)将砂轮固定在沿空间轨迹曲线作空间运动的连杆上的一动点处，砂轮在自转作主 运动的同时，该连杆沿空间轨迹曲线作空间运动，使切削刃沿空间轨迹曲线作第一进给运 动，而该动点沿该连杆作第二进给运动，从而完成直纹面的加工。
全文摘要
一种闭式可控空间机构连杆轨迹实现曲面加工的方法，其特征是包括以下步骤(1)建立工件加工表面的直纹面模型坐标系，确定其母线和运动曲线；(2)确定一种常规的空间连杆机构，通过运动瞬间改变其某一连杆的杆长、副长或转角，来限定该连杆或其它连杆的运动轨迹；(3)将砂轮固定在沿空间轨迹曲线作空间运动的连杆上的一动点处，砂轮在自转作主运动的同时，该连杆沿空间轨迹曲线作空间运动，使切削刃沿空间轨迹曲线作第一进给运动，而该动点沿该连杆作第二进给运动，从而完成直纹面的加工。本发明实现了曲面零件的连续加工，避免加工中心或数控铣等点接触加工的多次进刀，提高加工效率，节约工时和成本。
文档编号B24B19/00GK102079059SQ20101060960
公开日2011年6月1日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者肖丽萍, 魏文军 申请人:江西农业大学