專利名稱：一種基于離散數(shù)據(jù)螺旋錐齒輪的配對(duì)建模與加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于齒面離散數(shù)據(jù)進(jìn)行螺旋齒輪的配對(duì)建模方法以及一種基于該配對(duì)建模的齒輪加工方法。其中所述齒面是基于點(diǎn)點(diǎn)共軛齒面生成相嚙合的共軛齒面。
背景技術(shù)：
螺旋錐齒輪屬于空間復(fù)雜曲面，齒面方程求解復(fù)雜，通常用定制銑刀盤在專機(jī)上實(shí)現(xiàn)加工。生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長(zhǎng)、刀具費(fèi)用高、機(jī)床調(diào)整參數(shù)繁多。需要多次修形才能完成加工。 且受專機(jī)加工方式限制，螺旋錐齒輪不具有互換性。其中一個(gè)損壞后，兩個(gè)都要廢棄。對(duì)于大減速比的螺旋錐齒輪而言，大輪的制造成本高，不易損壞，小輪經(jīng)常會(huì)磨損，如果因?yàn)樾≥喣p，而廢棄大輪，是一種很大的浪費(fèi)?，F(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)建模來制造齒輪的方法步驟都很復(fù)雜，并且都是制造新的成對(duì)齒輪的方法。例如，公開號(hào)為CN101251181A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)中，提供了一種通過模擬斜齒條與斜齒橢圓齒輪嚙合原理，利用標(biāo)準(zhǔn)法面參數(shù)斜齒條“刀具”節(jié)線平面與斜齒橢圓齒輪坯節(jié)曲線柱面始終保持相切且純滾動(dòng)的相對(duì)展成運(yùn)動(dòng)，在電腦中用斜齒條斜齒面精確包絡(luò)出斜齒橢圓齒輪空間齒廓曲面，從而直接獲得斜齒橢圓齒輪三維模型的一種斜齒橢圓齒輪三維精確建模與實(shí)體成型制造方法。根據(jù)該專利申請(qǐng)所公開的技術(shù)方案中所得到的三維模型，可借助快速成型技術(shù)得到斜齒橢圓齒輪的成型實(shí)體，這種方法可用于制造成對(duì)的新的斜齒橢圓齒輪。公開號(hào)為CN1966194A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)中，公開了一種螺旋錐齒輪真實(shí)齒面加工補(bǔ)償工藝。該工藝包括切齒調(diào)整參數(shù)的計(jì)算、對(duì)大小齒輪的加工以及對(duì)加工后大小齒輪的熱處理，其中主要包括檢測(cè)熱處理后大小齒輪齒面誤差，將大齒輪齒面誤差換算到小齒輪齒面上，計(jì)算小齒輪的補(bǔ)償參數(shù)，通過小齒輪的補(bǔ)償參數(shù)，用銑齒機(jī)床加工小齒輪進(jìn)行補(bǔ)償，最后熱處理小齒輪，獲得在理論嚙合區(qū)嚙合的大小相配齒輪。該發(fā)明專利申請(qǐng)所公開的也是一種對(duì)成對(duì)新齒輪的齒面進(jìn)行加工補(bǔ)償?shù)姆椒ā?br>
發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供基于齒面離散數(shù)據(jù)進(jìn)行螺旋齒輪的配對(duì)建模方法以及一種基于該配對(duì)建模的齒輪加工方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)螺旋齒輪的配對(duì)建模方法，所述方法包括下述步驟步驟一、準(zhǔn)備成品齒輪一，并獲得齒輪一的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)Sl ；步驟二、基于齒輪一的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)嚙合原理求出與其共軛的另一齒輪二的離散齒面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)S2 ；步驟三、對(duì)齒輪一和齒輪二的兩組齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面擬合，建立三維實(shí)體模型，即得到所述螺紋齒輪的配對(duì)建模模型。優(yōu)選的是，在所述步驟一中，是基于三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)齒輪一的真實(shí)齒面進(jìn)行測(cè)量得到的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)Si。
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優(yōu)選的是，在所述步驟一中，是通過計(jì)算展成齒面方程生成的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù) Si。優(yōu)選的是，在所述步驟一中，是由計(jì)算機(jī)仿真程序得出的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)Si。本發(fā)明還公開了一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)螺旋齒輪的配對(duì)建模來加工錐齒輪的方法，所述方法包括下述步驟步驟一、準(zhǔn)備成品齒輪一，并獲得齒輪一的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)Si ；步驟二、基于齒輪一的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)嚙合原理求出與其共軛的另一齒輪二的離散齒面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)S2 ；步驟三、對(duì)齒輪一和齒輪二的兩組齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面擬合， 基于所述曲面擬合建立三維實(shí)體模型，從而得到所述螺紋齒輪的配對(duì)建模模型；步驟四、基于數(shù)控加工中心實(shí)現(xiàn)螺旋齒輪的加工。優(yōu)選的是，在所述步驟一中，是基于三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)齒輪一的真實(shí)齒面進(jìn)行測(cè)量得到的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)Si。優(yōu)選的是，在所述步驟一中，是通過計(jì)算展成齒面方程生成的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù) Si。優(yōu)選的是，在所述步驟一中，是由計(jì)算機(jī)仿真程序得出的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)Si。優(yōu)選的是，在所述步驟四中，所述的基于數(shù)控加工中心實(shí)現(xiàn)螺旋齒輪的加工是指利用指狀銑刀完成對(duì)齒輪二的齒面S2的加工。優(yōu)選的是，當(dāng)一成品齒輪對(duì)中的任一齒輪損壞時(shí)，即將另一個(gè)齒輪作為齒輪一，基于所述齒輪一的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)嚙合原理反求出與所述另一個(gè)齒輪相嚙合的齒輪的數(shù)字化齒面，然后進(jìn)行數(shù)控加工，得到與所述另一個(gè)齒輪相嚙合的新齒輪。本發(fā)明所述的基于離散數(shù)據(jù)螺旋錐齒輪的配對(duì)建模方法與螺旋齒輪的加工方法具有如下特點(diǎn)。應(yīng)用本發(fā)明的方法，如果一對(duì)錐齒輪中的小齒輪損壞，可以對(duì)大齒輪進(jìn)行三維坐標(biāo)測(cè)量，根據(jù)嚙合原理反求出于其嚙合的小齒輪的數(shù)字化齒面，進(jìn)而進(jìn)行數(shù)控加工。本發(fā)明所提出方法，不僅解決了大型螺旋錐齒輪配對(duì)加工問題，由于是基于真實(shí)齒面的測(cè)量，所以不用考慮齒輪的形狀，只要是齒輪，不論是準(zhǔn)雙曲面齒輪還是螺旋錐齒輪還是圓柱齒輪等等，都可以用此種方法找到與其相嚙合的另一個(gè)齒輪的模型并實(shí)現(xiàn)加工， 極大地提高了加工效率，節(jié)省了加工成本。本發(fā)明同時(shí)可以加快逆向工程技術(shù)在螺旋錐齒輪制造技術(shù)中的應(yīng)用。對(duì)于制造商提供的標(biāo)準(zhǔn)樣品，如果其形成齒面幾何形狀的加工調(diào)整參數(shù)往往未知，利用本發(fā)明的方法， 通過測(cè)量，反求與其共軛的齒面，無需專機(jī)的加工參數(shù)即可快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的試制與開發(fā)。本發(fā)明方法為螺旋錐齒輪的綠色節(jié)能制造開辟了新的途徑，具有普遍意義。本發(fā)明還非常適合單件小批量及新型齒輪的試制工作。


圖1是本發(fā)明所述方法中應(yīng)用CAD/CAM軟件對(duì)反求齒面進(jìn)行擬合的圖； 圖2是錐齒輪的三維實(shí)體圖3是錐齒輪的模擬加工圖； 圖4是本發(fā)明所述方法的流程簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合一個(gè)具體的實(shí)施例來說明本發(fā)明的螺旋齒輪的配對(duì)建模方法。圖4中示出了本發(fā)明所述方法的流程簡(jiǎn)圖。根據(jù)該流程
首先，(1)根據(jù)所現(xiàn)有的成品錐齒輪一，來獲取齒面Si上離散數(shù)據(jù)點(diǎn)； 在本實(shí)施例中，采用三維坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)齒輪螺旋錐齒輪齒面Si進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，得到齒面點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)與法矢數(shù)據(jù)，如表1中所示
表1齒面Sl點(diǎn)云數(shù)據(jù) (2)基于齒輪一的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)嚙合原理求出與其共軛的另一齒輪二的離散齒面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)S2，所述嚙合原理中應(yīng)用的是下述公式
其中,、？1 兩個(gè)齒面在嚙合點(diǎn)的徑矢，權(quán)} ,2為兩個(gè)齒面在嚙合點(diǎn)的法矢，ν。為在嚙合點(diǎn)處的相對(duì)速度。 根據(jù)上述公式，基于齒輪1齒面Sl上離散數(shù)據(jù)點(diǎn)，求解出與其共軛配對(duì)的齒輪2 齒面S2離散數(shù)據(jù)，如表2中所示
表2齒輪2齒面S2離散數(shù)據(jù) (3)基于CAD/CAM軟件，對(duì)齒輪一和齒輪二的兩組齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行反求齒面的曲面擬合，建立三維實(shí)體模型，即得到所述螺紋齒輪的配對(duì)建模模型，圖1即是本發(fā)明所述方法中應(yīng)用CAD/CAM軟件對(duì)反求齒面進(jìn)行擬合的圖，圖3是錐齒輪的模擬加工(4)在數(shù)控加工中心利用指狀銑刀完成對(duì)齒輪二的齒面S2的加工，得到錐齒輪二。圖 2是應(yīng)用上述方法得到的錐齒輪的三維實(shí)體圖。在上述實(shí)施例的步驟(1)中，是采用三維坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)齒輪螺旋錐齒輪齒面Sl進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，從而得到齒面點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)與法矢數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的是，還可以通過計(jì)算展成齒面方程生成齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)Si，或由計(jì)算機(jī)仿真程序等等多種方法得出的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)Si。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，說明書所公開的所有實(shí)施例都只起到示例性說明本發(fā)明的技術(shù)方案的作用，而不是對(duì)本發(fā)明的權(quán)利要求書的保護(hù)范圍的限定。
權(quán)利要求
1.一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)螺旋齒輪的配對(duì)建模方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟 步驟一、準(zhǔn)備成品齒輪一，并獲得齒輪一的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)Sl ；步驟二、基于齒輪一的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)嚙合原理求出與其共軛的另一齒輪二的離散齒面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)S2 ；步驟三、對(duì)齒輪一和齒輪二的兩組齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面擬合，建立三維實(shí)體模型，即得到所述螺紋齒輪的配對(duì)建模模型。
2.如權(quán)利要求1所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)螺旋齒輪的配對(duì)建模方法，其特征在于，在所述步驟一中，是基于三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)齒輪一的真實(shí)齒面進(jìn)行測(cè)量得到的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù) Si。
3.如權(quán)利要求1所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)螺旋齒輪的配對(duì)建模方法，其特征在于，在所述步驟一中，是通過計(jì)算展成齒面方程生成的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)Si。
4.如權(quán)利要求1所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)螺旋齒輪的配對(duì)建模方法，其特征在于，在所述步驟一中，是由計(jì)算機(jī)仿真程序得出的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)Si。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)螺旋齒輪的配對(duì)建模方法，其特征在于， 在所述步驟二中的嚙合原理應(yīng)用的是下述公式其中A、、為齒輪一和齒輪二兩個(gè)齒面在嚙合點(diǎn)的徑矢，> 2為兩個(gè)齒面在嚙合點(diǎn)的法矢，V12為在嚙合點(diǎn)處的相對(duì)速度。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)螺旋齒輪的配對(duì)建模方法，其特征在于， 所述螺旋齒輪為螺旋錐齒輪、準(zhǔn)雙曲面齒輪或圓柱齒輪中的任一種。
7.一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)螺旋齒輪的配對(duì)建模來加工齒輪的方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟步驟一、準(zhǔn)備成品齒輪一，并獲得齒輪一的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)Sl ；步驟二、 基于齒輪一的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)嚙合原理求出與其共軛的另一齒輪二的離散齒面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)S2 ；步驟三、對(duì)齒輪一和齒輪二的兩組齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面擬合，基于所述曲面擬合建立三維實(shí)體模型，從而得到所述螺旋齒輪的配對(duì)建模模型；步驟四、基于數(shù)控加工中心實(shí)現(xiàn)螺旋齒輪的加工，得到齒輪二。
8.如權(quán)利要求7所述的加工齒輪的方法，其特征在于，在所述步驟一中，是基于三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)齒輪一的真實(shí)齒面進(jìn)行測(cè)量得到的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)Si。
9.如權(quán)利要求7所述的加工齒輪的方法，其特征在于，在所述步驟一中，是通過計(jì)算展成齒面方程生成的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)Si。
10.如權(quán)利要求7所述的加工齒輪的方法，其特征在于，在所述步驟一中，是由計(jì)算機(jī)仿真程序得出的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)Si。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)螺旋錐齒輪的配對(duì)建模方法和基于所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)螺旋錐齒輪的配對(duì)建模來加工錐齒輪的方法。其中所述基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)螺旋錐齒輪的配對(duì)建模的方法包括下述步驟步驟一、獲得齒輪一的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)S1；步驟二、基于齒輪一的齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)嚙合原理求出與其共軛的另一齒輪二的離散齒面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)S2；步驟三、對(duì)齒輪一和齒輪二的兩組齒面離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面擬合，建立三維實(shí)體模型，即得到所述螺紋錐齒輪的配對(duì)建模模型。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102489785SQ20111037997
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者馮玉強(qiáng), 張賓, 董學(xué)朱, 雷保珍, 魏文軍 申請(qǐng)人:北京聯(lián)合大學(xué)