本發(fā)明涉及螺桿磨削加工領(lǐng)域，尤其涉及一種螺桿磨削刀具的設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
：螺桿是壓縮機等設(shè)備中的關(guān)鍵零件，其加工質(zhì)量直接決定了設(shè)備運行的可靠性、效率以及噪聲水平，目前，螺桿的加工主要有銑削加工、滾削加工和磨削加工。其中，磨削加工由于具有高的加工精度、良好的穩(wěn)定性以及較好的加工效率而成為目前螺桿轉(zhuǎn)子加工主要方式。在螺桿的磨削加工中，根據(jù)轉(zhuǎn)子型線精確的設(shè)計計算刀具刃形的是實現(xiàn)螺桿轉(zhuǎn)子高精度磨削的關(guān)鍵技術(shù)之一。因此，需要一種求解過程簡單且精度較高的螺桿磨削刀具的設(shè)計方法，利用該方法加工出的螺桿，其精度較高且穩(wěn)定性好。技術(shù)實現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種求解過程簡單且精度較高的螺桿磨削刀具的設(shè)計方法，利用該方法加工出的螺桿，其精度較高且穩(wěn)定性好。研究螺桿成型刀具加工過程發(fā)現(xiàn)，刀具與螺桿在相互包絡(luò)運動中形成一條穩(wěn)定的接觸線C，如圖1所示，該接觸線C隨著刀具和螺桿的相互包絡(luò)，沿著螺桿軸向移動。接觸線C相對于與螺桿固定的動坐標系(Orxryrzr)來說做螺旋軸向運動，相對于與刀具固定的動坐標系(Ocxcyczc)來說，則是繞著刀具的回轉(zhuǎn)軸做圓周運動，相對于機床坐標系(Oxyz)來說，則是一條形狀不變沿著機床進給方向運動的空間曲線。對于螺桿端面齒形曲線上任意點(xt,yt)，其繞螺桿的回轉(zhuǎn)軸做螺旋運動形成一條與動坐標系(Orxryrzr)固定的空間螺旋線，同理，由齒形曲線上所有的點所形成的螺旋線的集合即為螺桿的螺旋面。由于刀具與螺桿在運動過程中相互包絡(luò)而生成螺桿齒面，因此，對于刀具任意回轉(zhuǎn)半徑Ri，在螺桿齒面上必定存在一點，使得螺桿與刀具相互包絡(luò)過程中，刀具回轉(zhuǎn)半徑R所在圓與螺桿齒面在該點相切。此處，如果刀具回轉(zhuǎn)半徑R所在圓與螺桿齒面相交或者相離，則在螺桿實際加工過程中勢必導(dǎo)致螺桿的過切或者未切，這都是不滿足螺桿加工條件,因此，存在唯一的刀具回轉(zhuǎn)半徑R與θ，θ為行成曲線的扭轉(zhuǎn)參數(shù)，即形成曲線繞回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)角，使得在機床坐標系(Oxyz)上成立，M點即為螺桿與刀具包絡(luò)運動中的接觸點，對應(yīng)螺桿齒形上不同的點及其對應(yīng)的刀具的半徑R所在圓切點共同構(gòu)成了一條連續(xù)的空間曲線，該曲線即為螺桿與刀具的嚙合線C。為了避免在求螺桿成型刀具過程中的坐標轉(zhuǎn)換，使計算過程更加直觀，本發(fā)明在機床坐標系下研究螺桿刀具接觸線形狀與位置的關(guān)系，結(jié)合空間解析幾何知識，計算螺桿成型刀具廓形，同時，該計算方法適用于任意有固定嚙合線的包絡(luò)問題的求解。如圖2所示，在機床坐標系Oxyz下，刀具進刀方向沿z軸正向。刀具回轉(zhuǎn)軸的中心在yOz面上，且與z軸的距離為T，刀具回轉(zhuǎn)軸與z軸夾角為ω。刀具回轉(zhuǎn)圓所在切削平面S與工件相交生成一條在S平面上的截交線l。由于螺桿齒面是由螺桿端面齒形上一系列離散點繞螺桿軸心做螺旋運動生成，因此，截交線l實質(zhì)上是螺桿端面離散點齒形所生成的螺旋線h與切屑平面S的交點的集合。接觸線C為刀具與工件的包絡(luò)運動所形成的一條穩(wěn)定的空間曲線。根據(jù)圖2中幾何關(guān)系可以得到，刀具回轉(zhuǎn)軸中心點坐標在機床坐標系下表示為(0,T,z0)。對于螺桿齒形，其形成的螺旋面在機床坐標系下表示為：為了求得不同zc處刀具所在圓半徑R，求在機床坐標系中過點K且垂直于刀具回轉(zhuǎn)軸的切削平面方程，其中，Q(0，y0，z0+zc/cosω),法向量n(1，0，cotω),因此，該切削平面的方程為：x=-cotω(z-z0-zccosω)]]>式中，z0為刀具中心與螺桿坐標系原點的距離，zc為切屑平面S相對刀具對稱中心線l1的偏移量。將式(1.2)代人式(1.1)，即可求得螺桿螺旋面與曲面S的交點所生成的截交線l的方程為：根據(jù)幾何關(guān)系(如圖3)，可以知道平面S與刀具回轉(zhuǎn)軸交點坐標為(zcsinω，T，zccosω+z0)。結(jié)合刀具與螺桿在加工過程中的運動關(guān)系，可知交點與曲線l的最小距離ls即為螺桿刀具在該面上的回轉(zhuǎn)圓半徑R。即：Ri＝min(ls)(1.4)ls=(zcsinω-x)2+(T-y)2+(zccosω-z)2---(1.5)]]>式中，式中，x,y,z為截交線l上的點；按照上述方法，通過改變zc的值，即不同的切削平面，可以求得對應(yīng)zc處刀具回轉(zhuǎn)圓半徑，進而得到刀具廓形。求解出刀具廓形后，進行數(shù)值模擬切削干涉檢查，數(shù)值模擬的方法是使用以上求解的刀具廓形反過來求解所加工工件的端面齒形，將其與理論工件廓形比較即可判斷以上方法求解的刀具廓形的精度，并可以適當調(diào)節(jié)安裝角度，最終得到最優(yōu)的刀具廓形。已知砂輪軸截面上的一點M(0，yc0，zc0)，將其繞砂輪軸線旋轉(zhuǎn)角到點將砂輪廓形上的點轉(zhuǎn)換到工件坐標系中，由圖2可知，其轉(zhuǎn)換公式為：xryrzr=cosω0sinω010-sinω0cosωxcyczc+0T0---(2.1);]]>將N點帶入2.1式得：將轉(zhuǎn)換到工件廓形上的點沿螺旋面轉(zhuǎn)換到工件端面，其轉(zhuǎn)換公式為：xtytzt=cosθsinθ0-sinθcosθ0000xryrzr---(2.3)]]>其中，將2.2式帶入2.3式得到點N經(jīng)螺旋變換后在端面的坐標：其中，按照上述方法將砂輪軸截面上所有點繞其軸線轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)很小的Δθ都可以得到砂輪廓形在螺旋端面上對應(yīng)廓形，因此在端面上便可以得到一系列的廓形曲線，再進行數(shù)值模擬包絡(luò)計算得到刀具實際加工出的螺桿端面齒形。將所得的齒形與理論工件齒形比較，通過調(diào)整加工參數(shù)(安裝角、中心距)可得到最優(yōu)加工參數(shù)和最理想的刀具廓形。圖6、7分別是安裝參數(shù)優(yōu)化前與優(yōu)化后的磨削裝配干涉檢查圖，對比可以發(fā)現(xiàn)安裝參數(shù)優(yōu)化后的磨削裝配圖的干涉面積更小，因此刀具廓形也更理想。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的螺桿磨削刀具的設(shè)計方法，在機床坐標系下研究螺桿刀具接觸線形狀與位置的關(guān)系，結(jié)合空間解析幾何知識，計算螺桿成型刀具廓形，同時，該設(shè)計方法適用于任意有固定嚙合線的包絡(luò)問題的求解，因此，本方法求解過程簡單，且精度較高。附圖說明下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述：圖1為本發(fā)明的螺桿與刀具接觸性的空間位置示意圖；圖2為本發(fā)明的刀具切削平面與工件的空間位置關(guān)系示意圖；圖3為本發(fā)明的刀具切削平面的投影與工件的空間位置關(guān)系示意圖。圖4為本實施例中求解出的螺旋曲面的示意圖；圖5為本實施例中求解出的刀具廓形示意圖；圖6為本發(fā)明磨削干涉檢查圖；圖7為本發(fā)明優(yōu)化后的磨削干涉檢查圖；圖8為本發(fā)明的設(shè)計流程圖。具體實施方式圖8為本發(fā)明的設(shè)計流程圖；如圖所示，已知螺桿端面的齒形曲線由圓弧線、長幅擺線、短幅擺線、漸開線組成。取漸開線的方程為例進行計算，工件參數(shù)為：T＝125,ω＝38.5117°，z0＝0，zcmax＝16.28。該漸開線的方程為：將連續(xù)的曲線離散化，可得到一系列曲線上點在螺桿坐標系下的坐標值如下：將上述點帶入式(1.1)，可得到多條螺旋曲線，多條螺旋曲線便得到了如圖4所示的螺旋曲面圖形：取zc＝12.43190302，帶入式(1.2)得到切削平面方程，再將螺桿齒形所有的離散點依次帶入方程組(1.3)，其中ω＝38.5117°Ri＝96.3620281，可解得一系列的值，將求得的值依次帶入式(1.5)并求其最小值即為Ri＝96.3620281，依照上述過程取不同的zc帶入求解便可得到砂輪的廓形如圖5所示。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。當前第1頁1 2 3