专利名称：一种基于离散数据螺旋锥齿轮的配对建模与加工方法
技术领域：
本发明涉及一种基于齿面离散数据进行螺旋齿轮的配对建模方法以及一种基于该配对建模的齿轮加工方法。其中所述齿面是基于点点共轭齿面生成相啮合的共轭齿面。
背景技术：
螺旋锥齿轮属于空间复杂曲面，齿面方程求解复杂，通常用定制铣刀盘在专机上实现加工。生产准备周期长、刀具费用高、机床调整参数繁多。需要多次修形才能完成加工。 且受专机加工方式限制，螺旋锥齿轮不具有互换性。其中一个损坏后，两个都要废弃。对于大减速比的螺旋锥齿轮而言，大轮的制造成本高，不易损坏，小轮经常会磨损，如果因为小轮磨损，而废弃大轮，是一种很大的浪费。现有技术中应用计算机建模来制造齿轮的方法步骤都很复杂，并且都是制造新的成对齿轮的方法。例如，公开号为CN101251181A的中国发明专利申请中，提供了一种通过模拟斜齿条与斜齿椭圆齿轮啮合原理，利用标准法面参数斜齿条“刀具”节线平面与斜齿椭圆齿轮坯节曲线柱面始终保持相切且纯滚动的相对展成运动，在电脑中用斜齿条斜齿面精确包络出斜齿椭圆齿轮空间齿廓曲面，从而直接获得斜齿椭圆齿轮三维模型的一种斜齿椭圆齿轮三维精确建模与实体成型制造方法。根据该专利申请所公开的技术方案中所得到的三维模型，可借助快速成型技术得到斜齿椭圆齿轮的成型实体，这种方法可用于制造成对的新的斜齿椭圆齿轮。公开号为CN1966194A的中国发明专利申请中，公开了一种螺旋锥齿轮真实齿面加工补偿工艺。该工艺包括切齿调整参数的计算、对大小齿轮的加工以及对加工后大小齿轮的热处理，其中主要包括检测热处理后大小齿轮齿面误差，将大齿轮齿面误差换算到小齿轮齿面上，计算小齿轮的补偿参数，通过小齿轮的补偿参数，用铣齿机床加工小齿轮进行补偿，最后热处理小齿轮，获得在理论啮合区啮合的大小相配齿轮。该发明专利申请所公开的也是一种对成对新齿轮的齿面进行加工补偿的方法。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供基于齿面离散数据进行螺旋齿轮的配对建模方法以及一种基于该配对建模的齿轮加工方法。本发明所采用的技术方案是
一种基于点云数据螺旋齿轮的配对建模方法，所述方法包括下述步骤步骤一、准备成品齿轮一，并获得齿轮一的齿面离散点云数据Sl ；步骤二、基于齿轮一的齿面离散点云数据，根据啮合原理求出与其共轭的另一齿轮二的离散齿面的点云数据S2 ；步骤三、对齿轮一和齿轮二的两组齿面离散点云数据进行曲面拟合，建立三维实体模型，即得到所述螺纹齿轮的配对建模模型。优选的是，在所述步骤一中，是基于三维坐标测量仪对齿轮一的真实齿面进行测量得到的齿面离散点云数据Si。
3
优选的是，在所述步骤一中，是通过计算展成齿面方程生成的齿面离散点云数据 Si。优选的是，在所述步骤一中，是由计算机仿真程序得出的齿面离散点云数据Si。本发明还公开了一种基于点云数据螺旋齿轮的配对建模来加工锥齿轮的方法，所述方法包括下述步骤步骤一、准备成品齿轮一，并获得齿轮一的齿面离散点云数据Si ；步骤二、基于齿轮一的齿面离散点云数据，根据啮合原理求出与其共轭的另一齿轮二的离散齿面的点云数据S2 ；步骤三、对齿轮一和齿轮二的两组齿面离散点云数据进行曲面拟合， 基于所述曲面拟合建立三维实体模型，从而得到所述螺纹齿轮的配对建模模型；步骤四、基于数控加工中心实现螺旋齿轮的加工。优选的是，在所述步骤一中，是基于三维坐标测量仪对齿轮一的真实齿面进行测量得到的齿面离散点云数据Si。优选的是，在所述步骤一中，是通过计算展成齿面方程生成的齿面离散点云数据 Si。优选的是，在所述步骤一中，是由计算机仿真程序得出的齿面离散点云数据Si。优选的是，在所述步骤四中，所述的基于数控加工中心实现螺旋齿轮的加工是指利用指状铣刀完成对齿轮二的齿面S2的加工。优选的是，当一成品齿轮对中的任一齿轮损坏时，即将另一个齿轮作为齿轮一，基于所述齿轮一的齿面离散点云数据，根据啮合原理反求出与所述另一个齿轮相啮合的齿轮的数字化齿面，然后进行数控加工，得到与所述另一个齿轮相啮合的新齿轮。本发明所述的基于离散数据螺旋锥齿轮的配对建模方法与螺旋齿轮的加工方法具有如下特点。应用本发明的方法，如果一对锥齿轮中的小齿轮损坏，可以对大齿轮进行三维坐标测量，根据啮合原理反求出于其啮合的小齿轮的数字化齿面，进而进行数控加工。本发明所提出方法，不仅解决了大型螺旋锥齿轮配对加工问题，由于是基于真实齿面的测量，所以不用考虑齿轮的形状，只要是齿轮，不论是准双曲面齿轮还是螺旋锥齿轮还是圆柱齿轮等等，都可以用此种方法找到与其相啮合的另一个齿轮的模型并实现加工， 极大地提高了加工效率，节省了加工成本。本发明同时可以加快逆向工程技术在螺旋锥齿轮制造技术中的应用。对于制造商提供的标准样品，如果其形成齿面几何形状的加工调整参数往往未知，利用本发明的方法， 通过测量，反求与其共轭的齿面，无需专机的加工参数即可快速实现产品的试制与开发。本发明方法为螺旋锥齿轮的绿色节能制造开辟了新的途径，具有普遍意义。本发明还非常适合单件小批量及新型齿轮的试制工作。
图1是本发明所述方法中应用CAD/CAM软件对反求齿面进行拟合的图； 图2是锥齿轮的三维实体图3是锥齿轮的模拟加工图； 图4是本发明所述方法的流程简图。
具体实施例方式
下面结合一个具体的实施例来说明本发明的螺旋齿轮的配对建模方法。图4中示出了本发明所述方法的流程简图。根据该流程
首先，(1)根据所现有的成品锥齿轮一，来获取齿面Si上离散数据点； 在本实施例中，采用三维坐标测量机对齿轮螺旋锥齿轮齿面Si进行数据测量，得到齿面点云数据的坐标点与法矢数据，如表1中所示
表1齿面Sl点云数据 (2)基于齿轮一的齿面离散点云数据，根据啮合原理求出与其共轭的另一齿轮二的离散齿面的点云数据S2，所述啮合原理中应用的是下述公式
其中,、？1 两个齿面在啮合点的径矢，权} ,2为两个齿面在啮合点的法矢，ν。为在啮合点处的相对速度。 根据上述公式，基于齿轮1齿面Sl上离散数据点，求解出与其共轭配对的齿轮2 齿面S2离散数据，如表2中所示
表2齿轮2齿面S2离散数据 (3)基于CAD/CAM软件，对齿轮一和齿轮二的两组齿面离散点云数据进行反求齿面的曲面拟合，建立三维实体模型，即得到所述螺纹齿轮的配对建模模型，图1即是本发明所述方法中应用CAD/CAM软件对反求齿面进行拟合的图，图3是锥齿轮的模拟加工(4)在数控加工中心利用指状铣刀完成对齿轮二的齿面S2的加工，得到锥齿轮二。图 2是应用上述方法得到的锥齿轮的三维实体图。在上述实施例的步骤(1)中，是采用三维坐标测量机对齿轮螺旋锥齿轮齿面Sl进行数据测量，从而得到齿面点云数据的坐标点与法矢数据。本领域技术人员公知的是，还可以通过计算展成齿面方程生成齿面离散点云数据Si，或由计算机仿真程序等等多种方法得出的齿面离散点云数据Si。本领域技术人员可以理解的是，说明书所公开的所有实施例都只起到示例性说明本发明的技术方案的作用，而不是对本发明的权利要求书的保护范围的限定。
权利要求
1.一种基于点云数据螺旋齿轮的配对建模方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤 步骤一、准备成品齿轮一，并获得齿轮一的齿面离散点云数据Sl ；步骤二、基于齿轮一的齿面离散点云数据，根据啮合原理求出与其共轭的另一齿轮二的离散齿面的点云数据S2 ；步骤三、对齿轮一和齿轮二的两组齿面离散点云数据进行曲面拟合，建立三维实体模型，即得到所述螺纹齿轮的配对建模模型。
2.如权利要求1所述的基于点云数据螺旋齿轮的配对建模方法，其特征在于，在所述步骤一中，是基于三维坐标测量仪对齿轮一的真实齿面进行测量得到的齿面离散点云数据 Si。
3.如权利要求1所述的基于点云数据螺旋齿轮的配对建模方法，其特征在于，在所述步骤一中，是通过计算展成齿面方程生成的齿面离散点云数据Si。
4.如权利要求1所述的基于点云数据螺旋齿轮的配对建模方法，其特征在于，在所述步骤一中，是由计算机仿真程序得出的齿面离散点云数据Si。
5.如权利要求1-4之一所述的基于点云数据螺旋齿轮的配对建模方法，其特征在于， 在所述步骤二中的啮合原理应用的是下述公式其中A、、为齿轮一和齿轮二两个齿面在啮合点的径矢，> 2为两个齿面在啮合点的法矢，V12为在啮合点处的相对速度。
6.如权利要求1-5之一所述的基于点云数据螺旋齿轮的配对建模方法，其特征在于， 所述螺旋齿轮为螺旋锥齿轮、准双曲面齿轮或圆柱齿轮中的任一种。
7.一种基于点云数据螺旋齿轮的配对建模来加工齿轮的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤步骤一、准备成品齿轮一，并获得齿轮一的齿面离散点云数据Sl ；步骤二、 基于齿轮一的齿面离散点云数据，根据啮合原理求出与其共轭的另一齿轮二的离散齿面的点云数据S2 ；步骤三、对齿轮一和齿轮二的两组齿面离散点云数据进行曲面拟合，基于所述曲面拟合建立三维实体模型，从而得到所述螺旋齿轮的配对建模模型；步骤四、基于数控加工中心实现螺旋齿轮的加工，得到齿轮二。
8.如权利要求7所述的加工齿轮的方法，其特征在于，在所述步骤一中，是基于三维坐标测量仪对齿轮一的真实齿面进行测量得到的齿面离散点云数据Si。
9.如权利要求7所述的加工齿轮的方法，其特征在于，在所述步骤一中，是通过计算展成齿面方程生成的齿面离散点云数据Si。
10.如权利要求7所述的加工齿轮的方法，其特征在于，在所述步骤一中，是由计算机仿真程序得出的齿面离散点云数据Si。
全文摘要
本发明公开了一种基于点云数据螺旋锥齿轮的配对建模方法和基于所述点云数据螺旋锥齿轮的配对建模来加工锥齿轮的方法。其中所述基于点云数据螺旋锥齿轮的配对建模的方法包括下述步骤步骤一、获得齿轮一的齿面离散点云数据S1；步骤二、基于齿轮一的齿面离散点云数据，根据啮合原理求出与其共轭的另一齿轮二的离散齿面的点云数据S2；步骤三、对齿轮一和齿轮二的两组齿面离散点云数据进行曲面拟合，建立三维实体模型，即得到所述螺纹锥齿轮的配对建模模型。
文档编号G06F17/50GK102489785SQ20111037997
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者冯玉强, 张宾, 董学朱, 雷保珍, 魏文军 申请人:北京联合大学