一种蜗轮滚齿加工齿面三维建模方法、装置及设备与流程

本发明涉及蜗轮建模领域，特别涉及一种蜗轮滚齿加工齿面三维建模方法、装置及设备。

背景技术：

随着数控加工齿轮技术的发展，现在对于具有复杂齿面的齿轮加工也逐步得到实现，但数控技术加工齿轮，首先要输入符合数控加工要求的高精度坐标参数。目前对于一些具有复杂齿面的齿轮，要得到齿面的坐标参数，主要手段是通过计算机进行复杂的共轭方程求解或者离散法求交再曲面弥合的繁琐运算来获得的，耗费时间太长，且得到的齿面精度较低，不能很好的反应复杂共轭齿面间的啮合质量。因此，为获得符合数控加工要求的高精度坐标参数而建立齿轮的三维实体模型变得越来越有必要。为较快获得高精度齿轮的三维实体，高效正确的齿轮建模方法是基础。

通过实验法，利用表面粗糙度仪可以测量蜗轮齿面表面粗糙度，但是实验成本高，并难于反映表面粗糙度与加工参数、滚刀参数、蜗轮参数等主要影响因素之间的直接关系，并不能获得齿面三维形状。

通过三坐标测量法，可以测量蜗轮齿面三维坐标，构建齿面三维模型，但是实验成本高，效率低，难于反映表面粗糙度与加工参数、滚刀参数、蜗轮参数等主要影响因素之间的直接关系。

技术实现要素：

为了解决建模困难，实验成本高，效率低，且难与反映加工参数、蜗轮滚刀参数、蜗轮参数等主要影响因素之间的直接关系；本发明公开一种蜗轮滚齿加工齿面三维建模方法、装置及设备，有效的解决了建模困难、效率低等问题，且可以直观的反映蜗轮坯及蜗轮滚刀与表面粗糙度的关系。

本发明实施例提供了一种蜗轮滚齿加工齿面三维建模方法，包括：

根据蜗轮参数和蜗轮滚齿加工工艺参数，通过建模软件模拟涡轮滚齿的加工运动和滚刀与蜗轮坯的相对位置建立蜗轮坯三维模型；

通过建模软件建立阿基米德蜗轮滚刀齿的刀刃轨迹曲面三维模型，并结合所述蜗轮坯三维模型以及所述刀刃轨迹曲面三维模型建立蜗齿加工三维模型；

根据所述蜗齿加工三维模型，在建模软件上模拟多齿滚刀滚齿加工运动，采用求差命令利用所述滚刀齿刀刃轨迹曲面三维模型对所述蜗轮坯三维模型进行布尔运算，获得单齿蜗轮三维模型；

将单齿蜗轮三维模型转动z次，每次转动角为360/z(°)，获得蜗轮三维模型。

优选地，所述根据所述蜗齿加工三维模型，在建模软件上模拟多齿滚刀滚齿加工运动，采用求差命令利用滚刀齿刀刃轨迹曲面三维模型对蜗轮坯三维模型进行布尔运算，获得单齿蜗轮三维模型，具体为：

通过建模软件，在所述蜗轮坯内建立三维坐标系，所述蜗轮滚刀上的滚刀齿的个数为z3,所述滚刀齿刀刃轨迹曲面沿所述蜗轮坯上x轴的正方向移动z3/2次，同时所述蜗轮胚沿正方向旋转，通过所述建模软件中的求差命令，获得第一个单齿蜗轮模型，将所述第一个单齿蜗轮模型及所述蜗轮滚刀回到初始位置；

所述滚刀齿刀刃轨迹曲面沿所述蜗轮坯上x轴的负方向移动z3/2次，同时所述蜗轮坯沿负方向旋转，通过所述建模软件中的求差命令，获得第二个单齿蜗轮模型，将所述第二个单齿蜗轮模型及所述蜗轮滚刀回到初始位置，获得单齿蜗轮三维建模。

优选地，还包括：

通过所述建模软件获取所述单齿蜗轮三维建模的实际齿廓线，绘制y＝0理想齿廓线，采用所述建模软件上的尺寸测量命令，测量所述理想齿廓线和所述实际齿廓线间的最大距离，得到所述蜗轮滚齿表面上的粗糙度。

优选地，所述将单齿蜗轮三维模型转动z次，每次转动角度为360/z(°)，获得蜗轮三维模型，具体为：

通过所述建模软件上的布尔运算及变换命令将所述单齿蜗轮转动z次，获得蜗轮三维模型；其中，z为所述单齿蜗轮模型加工的齿数。

优选地，所述蜗轮坯沿顺时针旋转为正方向，所述蜗轮坯沿逆时针旋转为负方向。

优选地，所述建模软件为ug。

优选地，所述蜗轮刀的刀齿靠在所述蜗轮胚上，沿径向指向所述蜗轮胚的圆心。

本发明第二实施例提供一种蜗轮滚齿加工齿面三维建模装置，包括：

蜗轮坯三维建模单元，根据蜗轮参数和蜗轮滚齿加工工艺参数，通过建模软件模拟涡轮滚齿的加工运动和滚刀与蜗轮坯的相对位置建立蜗轮坯三维模型；

蜗齿加工三维建模单元，通过建模软件建立阿基米德蜗轮滚刀齿的刀刃轨迹曲面三维模型，并结合所述蜗轮坯三维模型以及所述刀刃轨迹曲面三维模型建立蜗齿加工三维模型；

单齿蜗轮三维建模单元，根据所述蜗齿加工三维模型，在建模软件上模拟多齿滚刀滚齿加工运动，采用求差命令利用滚刀齿刀刃轨迹曲面三维模型对蜗轮坯三维模型进行布尔运算，获得单齿蜗轮三维模型；

蜗轮三维建模单元，将单齿蜗轮三维模型转动z次，每次转动角为360/z，获得蜗轮三维模型。

优选地，所述单齿蜗轮三维建模单元，还包括获取求差单元，用于将所述蜗轮坯模型减去所述蜗轮滚刀模型。

本发明第三实施例提供一种蜗轮滚齿加工齿面三维建模设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置由所述处理执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述任意一项所述的蜗轮滚齿加工齿面三维建模方法。

基于本发明公开了一种蜗轮滚齿加工齿面三维建模方法、装置及设备，通过三维建模软件ug建立蜗轮坯及蜗轮滚刀齿的刀刃轨迹曲面三维模型，直观的反映了轮滚齿加工渐开线齿廓表面形貌，且可以直观的反映蜗轮坯及蜗轮滚刀与表面粗糙度的关系，有效的解决了建模困难、效率低等问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种蜗轮滚齿加工齿面三维建模方法的流程示意图。

图2是本发明实施例的蜗轮加工三维模型示意图；

图3是本发明实施例的蜗轮加工三维模型主视图；

图4是本发明实施例的蜗轮加工三维模型俯视图；

图5是本发明实施例的蜗轮加工三维模型左视图；

图6是本发明实施例的单齿蜗轮三维模型示意图；

图7是本发明实施例的单齿蜗轮齿廓示意图；

图8是本发明实施例的蜗轮三维模型示意图；

图9是本发明实施例的单齿蜗轮三维模型主视图；

图10是本发明实施例的单齿蜗轮齿廓线示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1及图2，本发明第一实施例提供了一种蜗轮滚齿加工齿面三维建模方法，包括：

s101，根据蜗轮参数和蜗轮滚齿加工工艺参数，通过建模软件模拟蜗轮滚齿的加工运动和滚刀与蜗轮坯的相对位置建立蜗轮坯a三维模型,这里采用的建模软件为ug；

s102，通过建模软件建立阿基米德蜗轮滚刀齿的刀刃轨迹曲面三维模型b，并结合所述蜗轮坯三维模型以及所述刀刃轨迹曲面三维模型建立蜗齿加工三维模型；

请参阅图3至图5，图3为所述蜗齿加工三维模型的主视图，其中，xc、yc、zc为坐标轴，fx表示所述蜗轮滚刀b的周向进给量，往x轴正方向移动为正，往x轴负方向移动为负，fω表示所述蜗轮坯周向转动进给量，所述蜗轮胚顺时针旋转为正，逆时针旋转为负，fz为径向进给量，pa表示蜗轮周节，da2表示蜗轮齿顶圆直径；图4为所述蜗齿加工三维模型的俯视图，h表示所述蜗轮坯的厚度，β2表示蜗轮螺旋角，顺时针为正，是右螺旋。图5表示蜗齿加工三维模型的左视图，n表示蜗轮滚刀的转速，de表示蜗轮滚刀的外径。

s103，根据所述蜗齿加工三维模型，在建模软件上模拟多齿滚刀滚齿加工运动，采用求差命令利用所述滚刀齿刀刃轨迹曲面三维模型b对所述蜗轮坯a三维模型进行布尔运算，获得单齿蜗轮三维模型；

优选地，所述s103，具体为：

通过建模软件，在所述蜗轮坯a内建立三维坐标系，所述蜗轮滚刀b上的滚刀齿的个数为z3,所述滚刀齿刀刃轨迹曲面沿所述蜗轮坯a上x轴的正方向移动z3/2次，同时所述蜗轮坯a沿正方向旋转，通过所述建模软件中的求差命令，获得第一个单齿蜗轮模型，将所述第一个单齿蜗轮模型及所述蜗轮滚刀b回到初始位置；

所述滚刀齿刀刃轨迹曲面沿所述蜗轮坯上x轴的负方向移动z3/2次，同时所述蜗轮坯a沿负方向旋转，通过所述建模软件中的求差命令，获得第二个单齿蜗轮模型，将所述第二个单齿蜗轮模型及所述蜗轮滚刀b回到初始位置，获得单齿蜗轮三维建模。

请参阅图6及图7，图6为单齿蜗轮三维建模，x、y、z为空间直角坐标系，截取图中m处，并所述单齿蜗轮三维建模放大，获得图7，1表示齿侧区，2表示齿根区，3表示齿底区，该三区构成了一个齿隙的全部齿廓。4表示刀纹。

s104，将单齿蜗轮三维模型转动z次，每次转动角为360/z(°)，获得蜗轮三维模型。

优选地，所述s104，具体为：

通过所述建模软件上的布尔运算及变换命令将所述单齿蜗轮转动z次，获得蜗轮三维模型；其中，z为所述单齿蜗轮模型加工的齿数。

请参阅图8，图8为蜗轮三维模型，在所述单齿蜗轮转的基础上，在建模软件上运用布尔运算及变换命令将所述单齿蜗轮转动z次，获得蜗轮三维模型。

优选地，还包括：

通过所述建模软件获取所述单齿蜗轮三维建模的实际齿廓线，绘制y＝0理想齿廓线，采用所述建模软件上的尺寸测量命令，测量所述理想齿廓线和所述实际齿廓线间的最大距离，得到所述蜗轮滚齿表面上的粗糙度。

请参阅图9，图9为所述单齿蜗轮三维建模的主视图，xc、yc、zc为坐标轴，m为经所述蜗轮刀沿x轴正方向移动，所述蜗轮坯顺时针旋转后，再所述蜗轮刀沿x轴负方向移动，所述蜗轮坯逆时针旋转后得到的一个齿隙的全部齿廓，请参阅图10，图10是在图9的基础上放大，直线c为y＝0平面上理想齿廓线，直线d为y＝0平面上的实际齿廓线，通过建模软件中的尺寸测量命令，测量所述直线c和所述直线d中的最大距离，即为蜗轮滚齿的粗糙度。

优选地，所述蜗轮坯沿顺时针旋转为正方向，所述蜗轮坯沿逆时针旋转为负方向。

优选地，所述蜗轮刀的刀齿靠在所述蜗轮胚上，沿径向指向所述蜗轮胚的圆心。

本发明第二实施例提供一种蜗轮滚齿加工齿面三维建模装置，包括：

蜗轮坯三维建模单元，根据蜗轮参数和蜗轮滚齿加工工艺参数，通过建模软件模拟涡轮滚齿的加工运动和滚刀与蜗轮坯的相对位置建立蜗轮坯三维模型；

蜗齿加工三维建模单元，通过建模软件建立阿基米德蜗轮滚刀齿的刀刃轨迹曲面三维模型，并结合所述蜗轮坯三维模型以及所述刀刃轨迹曲面三维模型建立蜗齿加工三维模型；

单齿蜗轮三维建模单元，根据所述蜗齿加工三维模型，在建模软件上模拟多齿滚刀滚齿加工运动，采用求差命令利用滚刀齿刀刃轨迹曲面三维模型对蜗轮坯三维模型进行布尔运算，获得单齿蜗轮三维模型；

蜗轮三维建模单元，将单齿蜗轮三维模型转动z次，每次转动角为360/z，获得蜗轮三维模型。

优选地，所述单齿蜗轮三维建模单元，还包括获取求差单元，用于将所述蜗轮坯模型减去所述蜗轮滚刀模型。

本发明第三实施例提供一种蜗轮滚齿加工齿面三维建模设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置由所述处理执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述任意一项所述的蜗轮滚齿加工齿面三维建模方法。

基于本发明公开了一种蜗轮滚齿加工齿面三维建模方法、装置及设备，通过三维建模软件ug建立蜗轮胚及蜗轮滚刀齿的刀刃轨迹曲面三维模型，直观的反映了轮滚齿加工渐开线齿廓表面形貌，且可以直观的反映蜗轮胚及蜗轮滚刀与表面粗糙度的关系，有效的解决了建模困难、效率低等问题。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。