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专利号: 2020103265584
申请人: 山东交通学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 机床;其他类目中不包括的金属加工
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种非等径加工弧面凸轮的廓面误差的补偿方法,其特征在于,所述非等径加工弧面凸轮的廓面误差的补偿方法包括以下步骤:第一步,计算出凸轮廓面方程和滚子中心线的理论轨迹方程;

第二步,计算出非等价加工时的廓面方程、接触方程和曲面单位法矢;

第三步,计算出接触线上各点到理想中心线的距离,算出最小距离和最小距离的点坐标;

第四步,根据曲面法矢、接触角、滚子半径和最小距离判断出滚子和曲面啮合时滚子中心线偏移理论中心线的矢量;计算出补偿量。

2.如权利要求1所述的非等径加工弧面凸轮的廓面误差的补偿方法,其特征在于,所述第一步计算出凸轮廓面方程和滚子中心线的理想轨迹方程,根据空间啮合原理建立弧面凸轮机构的坐标系,坐标系按右手法则建立,S0:{O0,x0,y0,z0}与机架固连的定坐标系;S1:{O1,x1,y1,z1}与分度盘固连的动坐标系,原点O1和分度盘中心重合,且与S0原点重合;S2:{O2,x2,y2,z2}与凸轮固连的动坐标系,原点O2和凸轮的中心重合;S0坐标系和S2坐标系X、Y和Z坐标轴方向相同,S1坐标系沿Z轴绕S0坐标系转动,距离为凸轮中心距C,角度Φ和θ分别为滚子绕z0轴和凸轮绕y2轴的转角,满足凸轮运动规律Φ=f(θ)。

3.如权利要求2所述的非等径加工弧面凸轮的廓面误差的补偿方法,其特征在于,圆柱从动滚子工作面上任意啮合点M1在O1X1Y1Z1坐标系的方程式为:圆柱从动滚子工作面上任意啮合点的单位法矢为:利用空间啮合原理和旋转变换张量法有:

由矢量R1和R2满足:

R1+R2=RC

其中:

RC=[c 0 0]T

求得凸轮廓面方程为:

接触角为:

利用回转变换张量微分法则微分,RC为常矢量得:R′1=R′2

知:

得相对滑动速度:

接触点的法矢:

根据空间啮合条件有:v12·N=0,V12为接触点的相对滑动速度,N为接触点单位法矢,得:弧面凸轮中心线的理论方程,圆柱从动滚子中心线任意点M0在O1X1Y1Z1坐标系的方程式为:同理求得滚子中心线O1O2的理论轨迹方程,即中心线所在曲面的方程为:

4.如权利要求1所述的非等径加工弧面凸轮的廓面误差的补偿方法,其特征在于,所述第二步计算非等径加工时廓面方程,弧面凸轮的加工采用非等价加工,加工刀具半径r小于滚子的半径R,半径差b=Δr=R-r,加工时刀具中心在S1坐标系中沿Y1轴偏移一个刀具,刀具的上任意啮合点M1’在O1X1Y1Z1坐标系的方程式为:非等价加工刀具偏移坐标示意图,圆柱铣刀面上各点的单位法矢为:利用空间啮合原理和旋转变换张量法计算出加工后的凸轮廓面方程为:非等径加工时接触方程为:

非等径加工时凸轮廓面接触点的法矢:

5.如权利要求1所述的非等径加工弧面凸轮的廓面误差的补偿方法,其特征在于,所述第三步计算出接触线上各点到理想中心线所在曲面的距离,算出最小距离和最小距离的点坐标;实际廓面上的点M(xm,ym,zm),沿该点曲面法矢方向到滚子中心线所在曲面的距离为P,过点M做廓面法线,法线和滚子中心线所在曲面交于O点,线段MO的长度就是距离P。

6.如权利要求5所述的非等径加工弧面凸轮的廓面误差的补偿方法,其特征在于,过点M的法线方程为:式中:xnm、ynm、znm为M点实际廓面的单位法矢;

过点M的法线方程和滚子中心线所在曲面的交点O,O点坐标满足法线方程,又满足滚子中心线廓面方程,这两个方程都是凸轮转角θ和滚子长度L的函数,非线性方程组的求解利用二元函数牛顿迭代法,非线性方程为:建立迭代方程:

式中:

滚子中心线所在曲面方程x、y和z对θ和L求导得:迭代初值的选取,采用M点对应的凸轮转角θM和LM作为迭代初值,迭代收敛为:|θK+1-θK|<10-6,且|LK+1-LK|<10-6;

计算出非等径加工后凸轮廓面上的点到滚子中心所在曲面的距离P:对每个凸轮转角θ,滚子的接触点到分度盘中心距离L在滚子长度变化范围内变化,算出接触线上每个点到滚子中心线所在曲面的距离P,找出Pmin,这个点就是凸轮廓面和滚子的接触点。

7.如权利要求1所述的弧面凸轮非等径加工廓面误差的补偿方法,其特征在于,所述第四步根据曲面法矢、滚子半径和最小距离判断出滚子和曲面啮合时滚子中心线偏移理论中心线的矢量;计算出补偿量;加工完成的凸轮和滚子啮合时,距离滚子中心线最近的点和滚子首先接触,让滚子中心沿法线偏移滚子半径长度;

使凸轮廓面再在S1坐标系的接触线方向偏移一个量R-Pmin,用于补偿中心线的偏移,即偏移量为误差量在各轴方向的投影,总的误差补偿量即刀具中心在S1坐标系中沿Y1轴偏移量R-r+(R-Pmin)*cosβ,在Z1轴补偿量为(R-Pmin)*sinβ;

X1轴方向为滚子长度方向,不影响凸轮运动规律,不需要补偿,Δx=0;

在Y1轴方向总补偿量:

Δy=R-r+(R-Pmin)*cosβ;

刀具在Z1轴方向的补偿量为:

Δz=(R-Pmin)*sinβ;

当凸轮转角θ从0度转过360度时,计算出凸轮廓面上每个点的补偿量,利用此补偿量,加工出的廓面和滚子啮合时,滚子轴线仍然在理论中心的曲线上。

8.一种实施权利要求1~7任意一项所述弧面凸轮非等径加工廓面误差的补偿方法的弧面凸轮非等径加工廓面误差的补偿系统,其特征在于,所述非等径加工弧面凸轮的廓面误差的补偿系统包括:理论轨迹计算模块,用于计算出凸轮廓面方程和滚子中心线的理论轨迹方程;

非等价加工处理模块,用于计算出非等价加工时的廓面方程、接触方程和曲面单位法矢;

坐标计算模块,用于计算出接触线上各点到理想中心线的距离,算出最小距离和最小距离的点坐标;

补偿量计算模块,用于根据曲面法矢、接触角、滚子半径和最小距离判断出滚子和曲面啮合时滚子中心线偏移理论中心线的矢量;计算出补偿量。

9.一种接收用户输入程序存储介质,所存储的计算机程序使电子设备执行权利要求任意一项所述包括下列步骤:计算出凸轮廓面方程和滚子中心线的理论轨迹方程;

计算出非等价加工时的廓面方程、接触方程和曲面单位法矢;

计算出接触线上各点到理想中心线的距离,算出最小距离和最小距离的点坐标;

根据曲面法矢、接触角、滚子半径和最小距离判断出滚子和曲面啮合时滚子中心线偏移理论中心线的矢量;计算出补偿量。

10.一种如权利要求1~7任意一项所述非等径加工弧面凸轮的廓面误差的补偿方法中的应用。