【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于數(shù)控加工，具體是一種剮齒加工展開(kāi)切屑幾何模型建立系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、在齒輪加工領(lǐng)域，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步和產(chǎn)品需求的日益多樣化，傳統(tǒng)加工方法在某些特定應(yīng)用場(chǎng)景下逐漸顯露出局限性。特別是對(duì)于非貫通、無(wú)退刀槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)齒輪，以及具有復(fù)雜齒形和高精度要求的齒輪，傳統(tǒng)加工方法往往難以勝任。
2、剮齒加工技術(shù)，又稱(chēng)為強(qiáng)力刮齒、車(chē)齒、滾插等，其起源可以追溯到對(duì)齒輪加工精度和效率的不斷追求。在20世紀(jì)后期，隨著數(shù)控機(jī)床、精密刀具以及先進(jìn)控制技術(shù)的發(fā)展，齒輪加工技術(shù)取得了顯著進(jìn)步。然而，對(duì)于某些特殊結(jié)構(gòu)的齒輪，如螺旋內(nèi)齒輪、非漸開(kāi)線齒輪等，傳統(tǒng)加工方法如滾齒、插齒等難以保證加工精度和效率。
3、剮齒加工技術(shù)基于展成法（又稱(chēng)范成法、共軛法或包絡(luò)法）原理，通過(guò)特定設(shè)計(jì)的刀具和精確的加工參數(shù)，實(shí)現(xiàn)齒輪齒形的精確切削。其切削過(guò)程具有“剜”和“削”的雙重效應(yīng)，切削量小且均勻，能夠逐步去除材料并形成高精度的齒形。
4、現(xiàn)有技術(shù)中有提出通過(guò)建立幾何模型，可以系統(tǒng)地研究不同工藝參數(shù)（如切削速度、進(jìn)給量、切削深度等）對(duì)切屑特征尺寸（如長(zhǎng)度、寬度、扭曲程度等）的影響規(guī)律。這有助于在實(shí)際加工中優(yōu)化工藝參數(shù)，提高加工效率和加工質(zhì)量。通過(guò)建立幾何模型，求解切削力和切削熱，為剮齒刀具設(shè)計(jì)與剮齒加工工藝參數(shù)優(yōu)化提供了理論依據(jù)。然而，幾何模型往往基于一系列理想化假設(shè)建立，如材料均勻性、刀具剛性無(wú)限大等。這些假設(shè)在實(shí)際加工中往往難以完全滿足，導(dǎo)致模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際加工情況存在一定偏差。
5、因此，亟需一種能夠在加工
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)的目的是提供一種剮齒加工展開(kāi)切屑幾何模型建立系統(tǒng)，能夠在加工過(guò)程中直接對(duì)產(chǎn)生的切屑進(jìn)行高精度、實(shí)時(shí)性的檢測(cè)與分析，通過(guò)及時(shí)捕捉切屑的實(shí)際形態(tài)與尺寸變化，迅速對(duì)比模型預(yù)測(cè)結(jié)果，自動(dòng)識(shí)別并量化兩者之間的差異，并調(diào)整模型參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)模型預(yù)測(cè)精度的及時(shí)校正。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案如下：
3、一種剮齒加工展開(kāi)切屑幾何模型建立系統(tǒng)，包括采集模塊、建模模塊、監(jiān)測(cè)模塊、核對(duì)模塊以及更新模塊；
4、采集模塊用于獲取加工設(shè)備的切削參數(shù)以及待加工的工件模型；
5、建模模塊用于基于切削參數(shù)和工件模型構(gòu)建三維切削幾何模型；
6、監(jiān)測(cè)模塊用于實(shí)時(shí)獲取工件在加工過(guò)程中產(chǎn)生的切屑的實(shí)際特征；
7、核對(duì)模塊用于將實(shí)際特征與三維切削幾何模型中預(yù)測(cè)的理論特征進(jìn)行比對(duì)，若實(shí)際特征與理論特征相差超過(guò)預(yù)設(shè)閾值，則調(diào)整加工設(shè)備后續(xù)工作的切削參數(shù)，直至實(shí)際特征與理論特征相匹配；
8、更新模塊用于基于核對(duì)模塊的核對(duì)結(jié)果，更新三維切削幾何模型。
9、進(jìn)一步，所述特征包括展開(kāi)切屑厚度、展開(kāi)切屑體積以及刀屑接觸長(zhǎng)度。
10、進(jìn)一步，所述切削參數(shù)包括刀具轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、切削深度以及工件轉(zhuǎn)速。
11、進(jìn)一步，核對(duì)模塊用于基于在初始切削參數(shù)下產(chǎn)生的當(dāng)前批次的實(shí)際切屑，與三維切削幾何模型中預(yù)測(cè)的理論切屑進(jìn)行比對(duì)；若實(shí)際切屑的展開(kāi)切屑厚度與理論切屑的展開(kāi)切屑厚度相差超過(guò)預(yù)設(shè)厚度差，則調(diào)整加工設(shè)備在進(jìn)行下一批次切屑時(shí)的切削參數(shù)；若實(shí)際切屑的展開(kāi)切屑體積與理論切屑的展開(kāi)切屑體積相差超過(guò)預(yù)設(shè)體積差，則調(diào)整加工設(shè)備在進(jìn)行下一批次切屑時(shí)的切削參數(shù)；若實(shí)際切屑的刀屑接觸長(zhǎng)度與理論切屑的刀屑接觸長(zhǎng)度相差超過(guò)預(yù)設(shè)長(zhǎng)度差，則調(diào)整加工設(shè)備在進(jìn)行下一批次切屑時(shí)的切削參數(shù)。
12、進(jìn)一步，監(jiān)測(cè)模塊包括載體和用于檢測(cè)刀屑接觸長(zhǎng)度的長(zhǎng)度檢測(cè)單元；載體頂部設(shè)置有凹槽；凹槽下方設(shè)置有副收集槽，副收集槽與凹槽連通；凹槽內(nèi)放置有振動(dòng)盤(pán)，振動(dòng)盤(pán)與凹槽滑動(dòng)配合；振動(dòng)盤(pán)下方設(shè)置有若干用于驅(qū)動(dòng)振動(dòng)盤(pán)產(chǎn)生共振的第一驅(qū)動(dòng)件；振動(dòng)盤(pán)內(nèi)設(shè)置有若干容納槽，所述容納槽僅容納單個(gè)切屑；容納槽內(nèi)相對(duì)兩側(cè)的側(cè)壁上均設(shè)置有副槽，副槽內(nèi)均設(shè)置有若干具有磁性的擠壓板，擠壓板并排設(shè)于副槽內(nèi)，相鄰擠壓板之間滑動(dòng)配合，擠壓板與副槽滑動(dòng)配合；擠壓板上均設(shè)置有電容板；同一個(gè)容納槽內(nèi)，任意一處擠壓板上設(shè)置有磁通量傳感器，遠(yuǎn)離磁通量傳感器的副槽一側(cè)設(shè)置有磁場(chǎng)發(fā)生器；容納槽底部均設(shè)置有用于將切屑導(dǎo)入副收集槽的通道，通道與容納槽連通處均設(shè)置有閥門(mén)，閥門(mén)電連接有控制單元；控制單元分別與第一驅(qū)動(dòng)件、磁場(chǎng)發(fā)生器、磁通量傳感器以及電容板電連接；
13、凹槽一側(cè)設(shè)置有主收集槽；凹槽與主收集槽之間設(shè)置有清理組件，清理組件用于將振動(dòng)盤(pán)上殘余的切屑清理進(jìn)主收集槽內(nèi)，清理組件與控制單元電連接。
14、進(jìn)一步，長(zhǎng)度檢測(cè)單元包括壓力傳感器；壓力傳感器用于采集加工設(shè)備的剮齒刀具與工件接觸時(shí)的壓力變化；控制單元還用于基于壓力變化存續(xù)時(shí)長(zhǎng)和剮齒刀具的移動(dòng)速度，計(jì)算刀屑接觸長(zhǎng)度。
15、進(jìn)一步，清理組件包括曲柄臂、圓盤(pán)以及連桿；凹槽與主收集槽連通；載體內(nèi)還設(shè)置有活動(dòng)槽；圓盤(pán)與活動(dòng)槽轉(zhuǎn)動(dòng)連接；圓盤(pán)軸向連接有用于轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)的第二驅(qū)動(dòng)件，第二驅(qū)動(dòng)件與控制單元電連接；圓盤(pán)上偏心設(shè)置有滑塊；曲柄臂一端與活動(dòng)槽轉(zhuǎn)動(dòng)連接；曲柄臂上設(shè)置有曲線槽；曲線槽與滑塊滑動(dòng)配合；曲柄臂另一端與連桿轉(zhuǎn)動(dòng)連接；連桿轉(zhuǎn)動(dòng)連接有滑座；凹槽側(cè)壁上還設(shè)置有滑槽，滑座與滑槽滑動(dòng)配合；滑座一側(cè)設(shè)置有推桿，推桿與凹槽滑動(dòng)配合。
16、進(jìn)一步，控制單元用于基于厚度計(jì)算公式計(jì)算經(jīng)過(guò)擠壓板擠壓后的展開(kāi)切屑厚度；所述厚度計(jì)算公式如下：
17、
18、式中，是電容，是介質(zhì)的介電常數(shù)，是兩電容板的正對(duì)面積，是兩電容板之間的距離；若展開(kāi)切屑厚度不均，則獲取位于同一個(gè)容納槽內(nèi)的同一對(duì)副槽中各個(gè)電容板的，并將切屑分為段，將值相同的電容板歸為同一類(lèi)，計(jì)算各組同一類(lèi)電容板的所占比例。
19、進(jìn)一步，控制單元用于基于磁場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度以及磁通量傳感器檢測(cè)的磁通量，通過(guò)磁通量公式計(jì)算切屑的展開(kāi)面積；所述磁通量公式如下：
20、
21、式中，ф為磁通量，b為磁場(chǎng)強(qiáng)度，s為展開(kāi)切屑面積；
22、基于計(jì)算所得的展開(kāi)切屑面積計(jì)算展開(kāi)切屑體積，若展開(kāi)切屑厚度不均，則基于各組同一類(lèi)電容板的所占比例分別計(jì)算各部分的體積，再將各個(gè)部分的體積累積得到展開(kāi)切屑體積。
23、進(jìn)一步，控制單元還用于獲取振動(dòng)盤(pán)上所有容納槽內(nèi)的有效展開(kāi)切屑厚度，取有效展開(kāi)切屑厚度中位數(shù)作為最終的展開(kāi)切屑厚度；獲取振動(dòng)盤(pán)上所有容納槽內(nèi)的有效展開(kāi)切屑體積，取有效展開(kāi)切屑體積中位數(shù)作為最終的展開(kāi)切屑體積。
24、上述方案的技術(shù)原理如下：
25、在工件加工過(guò)程中，通過(guò)采集模塊獲取加工設(shè)備的切削參數(shù)以及待加工的工件模型，通過(guò)建模模塊建立三維切削幾何模型；由于工件在加工過(guò)程中受到各種因素的影響，導(dǎo)致三維切屑幾何模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況會(huì)出現(xiàn)偏差；此時(shí)，當(dāng)加工設(shè)備切下第一批切屑時(shí)，該批切屑落入振動(dòng)盤(pán)上，通過(guò)啟動(dòng)第二驅(qū)動(dòng)件使振動(dòng)盤(pán)上的切屑產(chǎn)生共振，并落入容納槽中，然后通本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種剮齒加工展開(kāi)切屑幾何模型建立系統(tǒng)，包括采集模塊和建模模塊，采集模塊用于獲取加工設(shè)備的切削參數(shù)以及待加工的工件模型；建模模塊用于基于切削參數(shù)和工件模型構(gòu)建三維切削幾何模型；其特征在于：還包括監(jiān)測(cè)模塊、核對(duì)模塊以及更新模塊；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剮齒加工展開(kāi)切屑幾何模型建立系統(tǒng)，其特征在于：所述特征包括展開(kāi)切屑厚度、展開(kāi)切屑體積以及刀屑接觸長(zhǎng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的剮齒加工展開(kāi)切屑幾何模型建立系統(tǒng)，其特征在于：所述切削參數(shù)包括刀具轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、切削深度以及工件轉(zhuǎn)速。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的剮齒加工展開(kāi)切屑幾何模型建立系統(tǒng)，其特征在于：核對(duì)模塊用于基于在初始切削參數(shù)下產(chǎn)生的當(dāng)前批次的實(shí)際切屑（6），與三維切削幾何模型中預(yù)測(cè)的理論切屑（6）進(jìn)行比對(duì)；若實(shí)際切屑（6）的展開(kāi)切屑厚度與理論切屑（6）的展開(kāi)切屑厚度相差超過(guò)預(yù)設(shè)厚度差，則調(diào)整加工設(shè)備在進(jìn)行下一批次切屑（6）時(shí)的切削參數(shù)；若實(shí)際切屑（6）的展開(kāi)切屑體積與理論切屑（6）的展開(kāi)切屑體積相差超過(guò)預(yù)設(shè)體積差，則調(diào)整加工設(shè)備在進(jìn)行下一批次切屑（6）時(shí)的切削參數(shù)；若實(shí)際切屑（6）的刀屑接
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的剮齒加工展開(kāi)切屑幾何模型建立系統(tǒng)，其特征在于：監(jiān)測(cè)模塊包括載體（1）和用于檢測(cè)刀屑接觸長(zhǎng)度的長(zhǎng)度檢測(cè)單元；載體（1）頂部設(shè)置有凹槽（101）；凹槽（101）下方設(shè)置有副收集槽（4），副收集槽（4）與凹槽（101）連通；凹槽（101）內(nèi)放置有振動(dòng)盤(pán)（2），振動(dòng)盤(pán)（2）與凹槽（101）滑動(dòng)配合；振動(dòng)盤(pán)（2）下方設(shè)置有若干用于驅(qū)動(dòng)振動(dòng)盤(pán)（2）產(chǎn)生共振的第一驅(qū)動(dòng)件（5）；振動(dòng)盤(pán)（2）內(nèi)設(shè)置有若干容納槽（201），所述容納槽（201）僅容納單個(gè)切屑（6）；容納槽（201）內(nèi)相對(duì)兩側(cè)的側(cè)壁上均設(shè)置有副槽（204），副槽（204）內(nèi)均設(shè)置有若干具有磁性的擠壓板（205），擠壓板（205）并排設(shè)于副槽（204）內(nèi)，相鄰擠壓板（205）之間滑動(dòng)配合，擠壓板（205）與副槽（204）滑動(dòng)配合；擠壓板（205）上均設(shè)置有電容板（206）；同一個(gè)容納槽（201）內(nèi)，任意一處擠壓板（205）上設(shè)置有磁通量傳感器（2051），遠(yuǎn)離磁通量傳感器（2051）的副槽（204）一側(cè)設(shè)置有磁場(chǎng)發(fā)生器（207）；容納槽（201）底部均設(shè)置有用于將切屑（6）導(dǎo)入副收集槽（4）的通道（203），通道（203）與容納槽（201）連通處均設(shè)置有閥門(mén)（202），閥門(mén)（202）電連接有控制單元；控制單元分別與第一驅(qū)動(dòng)件（5）、磁場(chǎng)發(fā)生器（207）、磁通量傳感器（2051）以及電容板（206）電連接；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的剮齒加工展開(kāi)切屑幾何模型建立系統(tǒng)，其特征在于：長(zhǎng)度檢測(cè)單元包括壓力傳感器；壓力傳感器用于采集加工設(shè)備的剮齒刀具與工件接觸時(shí)的壓力變化；控制單元還用于基于壓力變化存續(xù)時(shí)長(zhǎng)和剮齒刀具的移動(dòng)速度，計(jì)算刀屑接觸長(zhǎng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的剮齒加工展開(kāi)切屑幾何模型建立系統(tǒng)，其特征在于：清理組件包括曲柄臂（104）、圓盤(pán)（103）以及連桿（107）；凹槽（101）與主收集槽（3）連通；載體（1）內(nèi)還設(shè)置有活動(dòng)槽（102）；圓盤(pán)（103）與活動(dòng)槽（102）轉(zhuǎn)動(dòng)連接；圓盤(pán)（103）軸向連接有用于轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)（103）的第二驅(qū)動(dòng)件，第二驅(qū)動(dòng)件與控制單元電連接；圓盤(pán)（103）上偏心設(shè)置有滑塊（106）；曲柄臂（104）一端與活動(dòng)槽（102）轉(zhuǎn)動(dòng)連接；曲柄臂（104）上設(shè)置有曲線槽（105）；曲線槽（105）與滑塊（106）滑動(dòng)配合；曲柄臂（104）另一端與連桿（107）轉(zhuǎn)動(dòng)連接；連桿（107）轉(zhuǎn)動(dòng)連接有滑座（108）；凹槽（101）側(cè)壁上還設(shè)置有滑槽（109），滑座（108）與滑槽（109）滑動(dòng)配合；滑座（108）一側(cè)設(shè)置有推桿（7），推桿（7）與凹槽（101）滑動(dòng)配合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的剮齒加工展開(kāi)切屑幾何模型建立系統(tǒng)，其特征在于：控制單元用于基于厚度計(jì)算公式計(jì)算經(jīng)過(guò)擠壓板（205）擠壓后的展開(kāi)切屑厚度；所述厚度計(jì)算公式如下：；
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的剮齒加工展開(kāi)切屑幾何模型建立系統(tǒng)，其特征在于：控制單元用于基于磁場(chǎng)發(fā)生器（207）產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度以及磁通量傳感器（2051）檢測(cè)的磁通量，通過(guò)磁通量公式計(jì)算切屑（6）的展開(kāi)面積；所述磁通量公式如下：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的剮齒加工展開(kāi)切屑幾何模型建立系統(tǒng)，其特征在于：控制單元還用于獲取振動(dòng)盤(pán)（2）上所有容納槽（201）內(nèi)的有效展開(kāi)切屑厚度，取有效展開(kāi)切屑厚度中位數(shù)作為最終的展開(kāi)切屑厚度；獲取振動(dòng)盤(pán)（2）上所有容納槽（201）內(nèi)的有效...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種剮齒加工展開(kāi)切屑幾何模型建立系統(tǒng)，包括采集模塊和建模模塊，采集模塊用于獲取加工設(shè)備的切削參數(shù)以及待加工的工件模型；建模模塊用于基于切削參數(shù)和工件模型構(gòu)建三維切削幾何模型；其特征在于：還包括監(jiān)測(cè)模塊、核對(duì)模塊以及更新模塊；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剮齒加工展開(kāi)切屑幾何模型建立系統(tǒng)，其特征在于：所述特征包括展開(kāi)切屑厚度、展開(kāi)切屑體積以及刀屑接觸長(zhǎng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的剮齒加工展開(kāi)切屑幾何模型建立系統(tǒng)，其特征在于：所述切削參數(shù)包括刀具轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、切削深度以及工件轉(zhuǎn)速。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的剮齒加工展開(kāi)切屑幾何模型建立系統(tǒng)，其特征在于：核對(duì)模塊用于基于在初始切削參數(shù)下產(chǎn)生的當(dāng)前批次的實(shí)際切屑（6），與三維切削幾何模型中預(yù)測(cè)的理論切屑（6）進(jìn)行比對(duì)；若實(shí)際切屑（6）的展開(kāi)切屑厚度與理論切屑（6）的展開(kāi)切屑厚度相差超過(guò)預(yù)設(shè)厚度差，則調(diào)整加工設(shè)備在進(jìn)行下一批次切屑（6）時(shí)的切削參數(shù)；若實(shí)際切屑（6）的展開(kāi)切屑體積與理論切屑（6）的展開(kāi)切屑體積相差超過(guò)預(yù)設(shè)體積差，則調(diào)整加工設(shè)備在進(jìn)行下一批次切屑（6）時(shí)的切削參數(shù)；若實(shí)際切屑（6）的刀屑接觸長(zhǎng)度與理論切屑（6）的刀屑接觸長(zhǎng)度相差超過(guò)預(yù)設(shè)長(zhǎng)度差，則調(diào)整加工設(shè)備在進(jìn)行下一批次切屑（6）時(shí)的切削參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的剮齒加工展開(kāi)切屑幾何模型建立系統(tǒng)，其特征在于：監(jiān)測(cè)模塊包括載體（1）和用于檢測(cè)刀屑接觸長(zhǎng)度的長(zhǎng)度檢測(cè)單元；載體（1）頂部設(shè)置有凹槽（101）；凹槽（101）下方設(shè)置有副收集槽（4），副收集槽（4）與凹槽（101）連通；凹槽（101）內(nèi)放置有振動(dòng)盤(pán)（2），振動(dòng)盤(pán)（2）與凹槽（101）滑動(dòng)配合；振動(dòng)盤(pán)（2）下方設(shè)置有若干用于驅(qū)動(dòng)振動(dòng)盤(pán)（2）產(chǎn)生共振的第一驅(qū)動(dòng)件（5）；振動(dòng)盤(pán)（2）內(nèi)設(shè)置有若干容納槽（201），所述容納槽（201）僅容納單個(gè)切屑（6）；容納槽（201）內(nèi)相對(duì)兩側(cè)的側(cè)壁上均設(shè)置有副槽（204），副槽（204）內(nèi)均設(shè)置有若干具有磁性的擠壓板（205），擠壓板（205）并排設(shè)于副槽（204）內(nèi)，相鄰擠壓板（205）之間滑動(dòng)配合，擠壓板（205）與副槽（204）滑動(dòng)配合；擠壓板（205）上均設(shè)置有電容板（206）；同一個(gè)容納槽（201）內(nèi)，任意一處擠壓板（205）上設(shè)置有磁通量傳感器（2051），遠(yuǎn)離磁通量傳感器（2051）的副槽（204）一側(cè)設(shè)置有磁場(chǎng)發(fā)生器（207）；容...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳曉強(qiáng)，薛銳，陳培凱，李世田，龔太彥，胡俊茂，丁帥，賈增，劉勇，楊雨，郭增發(fā)，劉大桐，呂源江，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：天津天海同步科技有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
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