专利摘要

本发明提供了一种直齿锥齿轮刨削加工齿廓三维建模方法，包括：根据刨削锥齿轮的工艺过程，建立刨削锥齿轮加工结构模型；根据直齿锥齿轮设计参数和刨齿加工工艺参数，建立直齿锥齿轮刨削加工三维模型；应用直齿锥齿轮刨削加工三维模型，通过刨刀刀刃轨迹曲面三维模型对齿轮坯三维模型进行布尔运算，获得直齿锥齿轮单齿廓三维模型；在齿轮坯三维模型上重复构建直齿锥齿轮单齿廓，获得刨削加工直齿锥齿轮三维模型。本发明还提供了一种计算机可读存储介质，在计算机程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行上述方法。本发明直观反映刨齿加工直齿锥齿轮齿廓表面形貌，测量成本低，效率和精度高，对研究齿轮加工工艺及装备具有重要意义。

权利要求

1.一种直齿锥齿轮刨削加工齿廓三维建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据刨削锥齿轮的工艺过程，建立刨削锥齿轮加工结构模型，其中，所述刨削锥齿轮加工结构模型包括刨床摇台模型、假想齿轮模型、齿轮坯模型和刨刀模型；

根据直齿锥齿轮设计参数和刨齿加工工艺参数，模拟两把刨刀加工单个轮齿的运动，建立齿轮坯三维模型和刨刀刀刃轨迹曲面三维模型，获得直齿锥齿轮刨削加工三维模型；

应用所述直齿锥齿轮刨削加工三维模型，模拟刨齿加工进给运动，通过所述刨刀刀刃轨迹曲面三维模型对所述齿轮坯三维模型进行布尔运算，获得直齿锥齿轮单齿廓三维模型；

应用所述直齿锥齿轮单齿廓三维模型，在所述齿轮坯三维模型上重复构建直齿锥齿轮单齿廓，获得刨削加工直齿锥齿轮三维模型。

2.根据权利要求1所述的直齿锥齿轮刨削加工齿廓三维建模方法，其特征在于，建立直齿锥齿轮刨削加工三维模型包括：首先根据齿轮设计参数建立齿轮坯三维模型，再根据刨齿加工工艺参数建立刨刀刀刃轨迹曲面三维模型，最后，根据所述刨削锥齿轮加工结构模型，装配所述齿轮坯三维模型和刨刀刀刃轨迹曲面三维模型，获得直齿锥齿轮刨削加工三维模型。

3.根据权利要求1所述的直齿锥齿轮刨削加工齿廓三维建模方法，其特征在于，所述直齿锥齿轮单齿廓三维模型的建立包括如下步骤：

S1、基于所述直齿锥齿轮刨削加工三维模型，将所述刨刀刀刃轨迹曲面三维模型绕所述刨床摇台模型的中心线逆时针转动fw0至待加工位置；

S2、将所述刨刀刀刃轨迹曲面三维模型从所述待加工位置绕所述刨床摇台模型的轴线顺时针进给摆动Z1次，其中每次进给摆动的摆角为fw1；

S3、用所述齿轮坯三维模型绕所述齿轮坯模型中心线顺时针进给摆动一次，然后在所述齿轮坯三维模型上减去多余坯料，其中，所述齿轮坯三维模型的进给摆角为fw；

S4、将步骤S3重复Z1次，获得所述直齿锥轮单齿廓三维模型。

4.根据权利要求1所述的直齿锥齿轮刨削加工齿廓三维建模方法，其特征在于，基于所述刨削加工直齿锥齿轮三维模型，获取齿的表面粗糙度。

5.根据权利要求4所述的直齿锥齿轮刨削加工齿廓三维建模方法，其特征在于，获取齿的表面粗糙度的步骤包括：

在所述刨削加工直齿锥齿轮三维模型上绘制其理想轮廓线，测量实际轮廓线和理想轮廓线的最大距离，即为齿的表面粗糙度。

6.根据权利要求5所述的直齿锥齿轮刨削加工齿廓三维建模方法，其特征在于，所述理想轮廓线为齿轮坯的进给角度为0时的轮廓线。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至6中任意一项所述的直齿锥齿轮刨削加工齿廓三维建模方法。

说明书

技术领域

本发明涉及信息技术领域，具体而言，涉及一种直齿锥齿轮刨削加工齿廓三维建模方法及计算机可读存储介质。

背景技术

表面粗糙度与机械零件的配合性质、耐磨性、疲劳强度、接触刚度、振动和噪声等有密切关系，对机械产品的使用寿命和可靠性有重要影响。因此，表面粗糙度的测量显得尤为重要。

目前，常见的表面粗糙度测量方法主要有实验法和三坐标测量法。其中实验法是利用表面粗糙度仪可以测量刨齿加工表面粗糙度，不能获得齿面三维形状；三坐标测量法是通过测量刨刀加工表面三维坐标，构建加工表面三维模型，对边线和凹孔的处理比较困难，效率低，测量精度难以保证。两种方法的实验成本高，且难于反映表面粗糙度与进给量、刨刀参数、齿轮参数等主要影响因素之间的直接关系，不利于快速优化加工参数，铣刀参数和齿轮参数。

发明内容

本发明提供了一种直齿锥齿轮刨削加工齿廓三维建模方法，旨在改善直齿锥齿轮工件表面粗糙度测量成本高，难于反映表面粗糙度与进给量、铣刀参数、齿轮参数等因素的主要影响的问题。

本发明是这样实现的：

一种直齿锥齿轮刨削加工齿廓三维建模方法，包括如下步骤：

根据刨削锥齿轮的工艺过程，建立刨削锥齿轮加工结构模型。其中，所述刨削锥齿轮加工结构模型包括刨床摇台模型、假想齿轮模型、齿轮坯模型和刨刀模型。

根据直齿锥齿轮设计参数和刨齿加工工艺参数，模拟两把刨刀加工单个轮齿的运动，建立齿轮坯三维模型和刨刀刀刃轨迹曲面三维模型，获得直齿锥齿轮刨削加工三维模型。

应用所述直齿锥齿轮刨削加工三维模型，模拟刨齿加工进给运动，通过所述刨刀刀刃轨迹曲面三维模型对所述齿轮坯三维模型进行布尔运算，获得直齿锥齿轮单齿廓三维模型。

应用所述直齿锥齿轮单齿廓三维模型，在所述齿轮坯三维模型上重复构建直齿锥齿轮单齿廓，获得刨削加工直齿锥齿轮三维模型。

进一步地，建立直齿锥齿轮刨削加工三维模型包括：首先根据齿轮设计参数建立齿轮坯三维模型，再根据刨齿加工工艺参数建立刨刀刀刃轨迹曲面三维模型，最后，根据所述刨削锥齿轮加工结构模型，装配所述齿轮坯三维模型和刨刀刀刃轨迹曲面三维模型，获得直齿锥齿轮刨削加工三维模型。

进一步地，所述直齿锥齿轮单齿廓三维模型的建立包括如下步骤：

S1、基于所述直齿锥齿轮刨削加工三维模型，将所述刨刀刀刃轨迹曲面三维模型绕所述刨床摇台模型的中心线逆时针转动fw0至待加工位置；

S2、将所述刨刀刀刃轨迹曲面三维模型从所述待加工位置绕所述刨床摇台模型的轴线顺时针进给摆动Z1次，其中每次进给摆动的摆角为fw1；

S3、用所述齿轮坯三维模型绕所述齿轮坯模型中心线顺时针进给摆动一次，然后在所述齿轮坯三维模型上减去多余坯料，其中，所述齿轮坯三维模型的进给摆角为fw；

S4、将步骤S3重复Z1次，获得所述直齿锥轮单齿廓三维模型。

进一步地，基于所述刨削加工直齿锥齿轮三维模型，获取齿的表面粗糙度。

进一步地，获取齿的表面粗糙度的步骤包括：

在所述刨削加工直齿锥齿轮三维模型上绘制其理想轮廓线，测量实际轮廓线和理想轮廓线的最大距离，即为齿的表面粗糙度。

进一步地，所述理想轮廓线为齿轮坯的进给角度为0时的轮廓线。

一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，在计算机程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行前述任意一项所述的直齿锥齿轮刨削加工齿廓三维建模方法。

本发明的有益效果是：本发明通过上述方法建立刨削加工直齿锥齿轮三维模型，通过模拟刨齿加工进给运动，通过改变齿轮设计参数和刨齿加工工艺参数，就可以对应改变实际加工中进给量、刨刀参数、齿轮参数的改变，从而反映实际的生产加工中进给量、刨刀参数、齿轮参数等因素对弧齿锥齿轮齿面的表面粗糙度的影响。本发明采用三维软件建立加工齿廓的三维模型，直观反映刨齿加工直齿锥齿轮齿廓表面形貌，以便获得形貌尺寸和表面粗糙度值，降低测量成本，直观性好，效率高和精度高，对研究齿轮加工工艺及装备具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是实施例中刨削锥齿轮加工结构模型示意图；

图2是图1沿A-A方向的局部剖视图；

图3是实施例中直齿锥齿轮刨削加工三维模型在第一视角下示意图；

图4是实施例中直齿锥齿轮刨削加工三维模型在第二视角下示意图；

图5是实施例中直齿锥齿轮刨削加工三维模型在第三视角下示意图；

图6是实施例中直齿锥齿轮刨削加工三维模型在第四视角下示意图；

图7是实施例中直齿锥齿轮单齿廓三维模型示意图；

图8是实施例中刨削加工直齿锥齿轮三维模型示意图；

图9是图8中B处的放大图；

图10是实施例的建模步骤示意图。

图标：1-刨床摇台模型；2-假想齿轮模型；3-齿轮坯模型；4-刨刀模型；5-齿轮坯三维模型；6-刨刀刀刃轨迹曲面三维模型；7-齿槽区；8-轮齿；9-加工齿顶面；10-刨削刀纹；11-加工齿侧面；12-加工齿底面；13-实际轮廓线；14-理想轮廓线。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1，参照图1所示，本发明提供了一种直齿锥齿轮刨削加工齿廓三维建模方法，包括如下步骤：

第一步、根据刨削锥齿轮的工艺过程，建立刨削锥齿轮加工结构模型。其中，所述刨削锥齿轮加工结构模型包括刨床摇台模型1、假想齿轮模型2、齿轮坯模型3和刨刀模型4。

具体的，参考图1、2所示，根据刨削锥齿轮的工艺过程，建立刨削原理模型，即刨削锥齿轮加工结构模型。其中，OC为刨床摇台轴线。OW为齿轮坯轴线，L为刨床摇台摆动臂长度(mm)，δ为齿轮节锥角(°)，θf为齿根角(°)。Vz为齿轮坯沿刨床摇台轴线方向的进给速度(mm/s)，VC为刨刀沿垂直摇台轴线方向的进给速度(mm/s)，nC为刨床摇台摆动进给速度(°/s)，nW为齿轮坯转动进给速度(°/s)，O为工件轴线和摇台轴线交点。

第二步、根据直齿锥齿轮设计参数和刨齿加工工艺参数，模拟两把刨刀加工单个轮齿8的运动，建立齿轮坯三维模型5和刨刀刀刃轨迹曲面三维模型6，获得直齿锥齿轮刨削加工三维模型；

参考图3-6所示，建立直齿锥齿轮刨削加工三维模型包括：利用三维制图软件建立直角坐标系，采用100：1的比例建模。其中，所述直齿锥齿轮刨削加工三维模型的坐标系为Y轴沿刨床摇台轴线方向，X轴与Z轴沿刨床摇台的径向。首先根据齿轮设计参数建立齿轮坯三维模型5，再根据刨齿加工工艺参数建立刨刀刀刃轨迹曲面三维模型6，最后，根据所述刨削锥齿轮加工结构模型，装配所述齿轮坯三维模型5和刨刀刀刃轨迹曲面三维模型6，获得直齿锥齿轮刨削加工三维模型。变换所述单齿加工三维模型的观察视角，其中观察视角至少包括主视图、俯视图、左视图，不同观察视角能够显示不同模型参数。

具体，根据齿轮设计参数建立齿轮坯三维模型5的步骤中，齿轮设计参数包括：大端模数M、小端模数M1、大端全齿高h、小端全齿高h1、齿轮厚度H、齿数z、大齿顶高ha、小齿顶高Ha1、大径向间隙cm、压力角α、小端径向间隙cm1、大端齿根圆直径ρf、大端分度圆直径d、大端齿顶圆直径da、大端周节P、小端周节P1、节锥顶距R。

第三步、应用所述直齿锥齿轮刨削加工三维模型，模拟刨齿加工进给运动，通过所述刨刀刀刃轨迹曲面三维模型6对所述齿轮坯三维模型5进行布尔运算，获得直齿锥齿轮单齿廓三维模型；

具体的，参考图7所示，所述直齿锥齿轮单齿廓三维模型的建立包括如下步骤：

S1、基于所述直齿锥齿轮刨削加工三维模型，将所述刨刀刀刃轨迹曲面三维模型6绕所述刨床摇台模型1的中心线逆时针转动fw0至待加工位置。

S2、将所述刨刀刀刃轨迹曲面三维模型6从所述待加工位置绕所述刨床摇台模型1的轴线顺时针进给摆动Z1次，其中每次进给摆动的摆角为fw1。其中，Z1次表示刨刀加工单个齿的周向进刀次数。

S3、用所述齿轮坯三维模型5绕所述齿轮坯模型3中心线顺时针进给摆动一次，然后在所述齿轮坯三维模型5上减去多余坯料，其中，所述齿轮坯三维模型5的进给摆角为fw( /次)。具体地，该过程中，齿轮坯三维模型5摆动一次后，通过布尔运算使齿轮坯三维模型5减去位于相对应摆动位置的刨刀刀刃轨迹曲面三维模型6。

S4、将步骤S3重复Z1次，得到周向进刀Z1次后齿轮坯三维模型5的剩余部分，即获得所述直齿锥轮单齿廓三维模型。如图7所示，通过步骤S1-S4，在齿轮坯模型3上加工出齿槽区7、轮齿8。

第四步、应用所述直齿锥齿轮单齿廓三维模型，在所述齿轮坯三维模型5上重复构建直齿锥齿轮单齿廓，获得刨削加工直齿锥齿轮三维模型。

具体的，参考图7、8所示，经过第三步的模拟，获得了一个单齿齿廓的三维模型，接着应用三维软件中的“布尔运算”“变换”、“复制”命令将单齿廓三维模型沿所述齿轮坯三维模型5周向进行复制，获得完整的加工完成后的直齿锥齿轮三维模型。

此外，还包括基于所述刨削加工直齿锥齿轮三维模型，获取齿的表面粗糙度。其中，所述刨削加工直齿锥齿轮三维模型中呈现出齿表面的形态。全齿廓可分为加工齿顶面9、加工齿侧面11和加工齿底面12。模拟实际加工过程，刨削刀纹10表示加工后在齿表面上留下加工痕迹。

具体的，参考图9所示，获取齿的表面粗糙度的步骤包括：

在所述刨削加工直齿锥齿轮三维模型上绘制其理想轮廓线14，测量实际轮廓线13和理想轮廓线14的最大距离，即为齿的表面粗糙度。具体的，所述理想轮廓线14为所述齿轮坯模型3的进给角度为0时的轮廓线。

通过上述方式建立刨削加工直齿锥齿轮三维模型，能够直观观察到齿面的三维形状，并且，通过改变齿轮设计参数、刨齿加工工艺参数、进给方式和进给量就可以反映出实际加工过程中的进给量，刨刀参数、齿轮参数等因素对弧齿锥齿轮齿面的表面粗糙度的影响。

以下以一个实际的例子来说明本发明在机械设计和制造工艺仿真领域中的应用。

其中，表1为直齿锥齿轮刨削齿面三维建模计算方案案例。表1中参数1-20为齿轮参数，由齿轮设计给出；参数20-27为刨齿加工工艺参数，由铣齿工艺设计给出，参数28为建模计算结果。

表1直齿锥齿轮刨削齿面三维建模计算方案

实施例2，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，例如基于直齿锥齿轮刨削加工齿廓三维建模的齿面参数获取的程序。其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行第一实施例中所述的直齿锥齿轮刨削加工齿廓三维建模方法。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

一种直齿锥齿轮刨削加工齿廓三维建模方法及计算机可读存储介质专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。