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申请/专利权人：内蒙古民族大学

摘要：本发明公开了剐齿加工领域的基于Solidworks的剐削切屑几何模型构建方法，以实现提高齿轮与齿形的精度实现高度仿真的效果，本技术方案主要是利用仿真系统创建工件几何实体，并构建剐齿刀的切削刃模型，依据剐齿刀和工件之间的运动关系与位置关系，将构建工件坐标系下剐齿刀刀齿上的切削刃相对于工件所形成的刃扫面模型，随后将工件毛坯与刃扫面相结合，刃扫面与瞬时齿槽几何实体之间的布尔运算形成未变形切屑以及新的瞬时齿槽，仿真结束后将输出剐齿刀某个刀齿在剐削过程中去除的未变形三维切屑几何模型。

主权项：1.基于Solidworks的剐削切屑几何模型构建方法，其特征在于：利用仿真系统创建工件几何实体，并构建剐齿刀的切削刃模型，依据剐齿刀和工件之间的运动关系与位置关系，将构建工件坐标系下剐齿刀刀齿上的切削刃相对于工件所形成的刃扫面模型，随后将工件毛坯与刃扫面相结合，刃扫面与瞬时齿槽几何实体之间的布尔运算形成未变形切屑以及新的瞬时齿槽，仿真结束后将输出剐齿刀某个刀齿在剐削过程中去除的未变形三维切屑几何模型；包括以下步骤；S1,参数的输入，分别建立工件坐标系、工件辅助坐标系、刀具坐标系和刀具辅助坐标系，在工件坐标系的基础上建立工件齿面模型，同时带入矢量坐标限定中心距、轴交角和初始旋转角度；S2,切削刃模型建立，将工件理论齿面的共轭面作为参照面，随后采用平面或其他规则曲面与共轭面求交集而获得交线，以此交线作为剐齿刀的切削刃；S3，刃扫面模型，转换切削刃和工件坐标系，带入时间参数将刃扫面模型分为部分切入状态、完全切入状态和切出状态以形成连续不断的曲面；S4，瞬时齿槽生成，将刃扫面与瞬时齿槽几何实体进行布尔运算；S5，输出，对三维未变形切屑和瞬时齿槽进行生成；所述S1中，坐标系的建立方法如下，工件坐标系为S1o1,x1,y1,z1，其中o1表示S1坐标系的坐标原点，x1轴、y1轴、z1轴的单位矢量分别为i1,j1,k1；Spop,xp,yp,zp是S1o1,x1,y1,z1的辅助坐标系，其中op表示Sp坐标系的坐标原点，xp轴、yp轴、zp轴的单位矢量分别为ip,jp,kp；刀具坐标系为S2o2,x2,y2,z2，其中o2表示S2坐标系的坐标原点，x2轴、y2轴、z2轴的单位矢量分别为i2,j2,k2；S0o,x,y,z是S2o2,x2,y2,z2的辅助坐标系，o表示S0坐标系的坐标原点，x轴、y轴、z轴的单位矢量分别为i,j,k；随后工件齿面模型以坐标系S1o1,x1,y1,z1建立，刀具模型以坐标系S2o2,x2,y2,z2建立，坐标系Sp和坐标系S0的空间位置固定；最后参照坐标系建立以下参数：①中心距a是刀具轴线与工件轴线之间的垂直距离；②轴交角γ是刀具轴线和工件轴线之间的夹角；③φ1是工件坐标系S1随着工件相对于初始位置旋转的角度；④l是指工件坐标系S1相对于辅助坐标Sp沿着工件轴向zp轴正方向移动的距离，⑤φ2是指刀具坐标系S2随着刀具相对于初始位置旋转的角度；对于剐齿的矩阵变化情况为: 式中，T20指从刀具坐标系S2到辅助坐标系S0的变换矩阵，Top指从辅助坐标系S0到辅助坐标系Sp的变换矩阵，Tp1指从辅助坐标系Sp到工件坐标系S1的变换矩阵；在步骤S3中，根据共轭原理构建剐齿加工的轨迹构建刃扫面，构建方法如下包括a或b；a将刀具坐标系S2o2,x2,y2,z2的刃切削刃转换到工件坐标系S1o1,x1,y1,z1或b将工件坐标系S1o1,x1,y1,z1的工件齿面转换到刀具坐标系S2o2,x2,y2,z2；在b中带入时间参数t，D1表示t1时刻对应的切削刃，Di表示[t1,t2]内的某时刻ti对应的切削刃，Dn表示t2时刻对应的切削刃，其中参考空间运动学原理，刃扫面的轨迹如下： 式中，rj表示第j个刃扫面上的点在工件坐标系S1o1,x1,y1,z1的矢量；rr表示切削刃上的点在刀具坐标系S2o2,x2,y2,z2的矢量；j表示在刀具坐标系S2o2,x2,y2,z2，第j个刃扫面上的切削刃上的点与刀轴之间的距离；T表示从刀具坐标系S2o2,x2,y2,z2到工件坐标系S1o1,x1,y1,z1的总变换矩阵，令： rrr＝[x2y2z21]'联立公式可得刃扫面的参数方程为： 式中，在步骤S4中生成瞬时齿槽的方法如下；i指定一个时间段[t1,t2],t1表示刃扫面的起始时刻，t2表示刃扫面的结束时刻，分界线对应的时刻为扫入阶段对应的时刻为扫出阶段对应的时刻为iiS2o2,x2,y2,z2和工件坐标系S1o1,x1,y1,z1，假设工件的齿槽Ei在工件坐标系S1o1,x1,y1,z1最终形成的齿面为Fx,y,z＝0，形成齿槽Ei最终齿面需要进行最后一次中心距为an、加工余量为δn的剐削加工，假设最后一次剐削加工对应的齿面在工件坐标系S1o1,x1,y1,z1为Gx,y,z＝0；对于切屑的生成遵循以下规律，代入时间段，随后以扫入阶段对应时刻的轨迹为主，代入齿槽参数和刀具参数结合布尔运算，得出未优化切屑形状；对于切屑的优化参照以下方法；对于沿齿宽方向切屑长度的限定参照如下；对于切屑厚度的限定参照如下；其中，t1是指第j+1个刃扫面与最后一次剐削加工对应的齿面Gx,y,z＝0刚接触的时刻，t2是指第j个刃扫面与最后一次剐削加工对应的齿面Gx,y,z＝0刚接触的时刻，t3是指第j个刃扫面与最终形成的齿面Fx,y,z＝0刚接触的时刻；对于切屑体积的限定参照如下；式中，D＝{t，h|0≤t≤t4,0＜h≤ht}，v1为工件的进给速度，st,h为完全切削阶段未变形的三维切屑在宽度方向上的厚度，ht为未变形的三维切屑的宽度；根据空间几何关系，完全切削阶段的未变形三维切屑是由最后一次剐削加工对应的齿面Gx,y,z＝0、第j个刃扫面以及第j+1个刃扫面截交获得的空间几何体，即 用Qx,y,z＝0表示最后一次剐削加工对应的齿面Gx,y,z＝0、第j个刃扫面以及第j+1个刃扫面截交获得完全切削阶段的未变形三维切屑。

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