一种齿轮参数化去毛刺方法与流程

本发明齿轮加工，具体涉及一种齿轮参数化去毛刺方法。

背景技术：

1、目前，在机加工行业，为代替人工去毛刺，自动化去毛刺已经成为市场主流，主要方式有：cnc机床去毛刺、去毛刺机构、机器人去毛刺等方式，无论是什么方式，都需要编程人员预制程序，而预制程序不仅需要编写代码、而且要手动修改点位、实验验证测试点位准确性，所以对于零件多品种、小批量的情况下，这种方式换产效率极低。

2、申请号为202211000351.3公开了一种螺旋锥齿轮齿廓倒棱的刀具轨迹规划方法，包括以下步骤：首先计算出螺旋锥齿轮的齿廓线方程，并基于弓高误差获取齿廓上的数据点，再计算出各数据点的刀位点和刀轴矢量，利用c#编写的nurbs曲线插补算法对刀位点进行拟合，同时基于改进的最小二乘法，对nurbs曲线插补算法的权重因子进行优化选取，使得最终的刀具轨迹更加接近齿廓的理论曲线；本发明解决了传统五轴数控机床因旋转而造成刀位点的轨迹偏离问题，同时减少了程序指令的数目，极大的缩短了加工的时间，也提高了刀具轨迹的规划精度。

技术实现思路

1、本发明是为了解决如何齿轮自动化去毛效率低的问题，提供一种齿轮参数化去毛刺方法，自动生成去毛刺轨迹，提高齿轮自动化去毛刺的效率。

2、本发明提供一种齿轮参数化去毛刺方法，包括以下步骤：

3、s1、去毛刺轨迹点生成：根据齿轮渐开线方程、齿轮参数和去毛刺参数生成齿轮图纸和齿轮上的去毛刺轨迹点；

4、s2、齿轮定位：通过2d相机对齿轮平面方向定位找到其中一个齿的齿顶圆中心，测距传感器以三点测距的方式确定所述齿轮平面位置和中心轴线的方向，测头测量齿轮圆三个位置确定圆心位置进而获得所述中心轴线的位置，再以中心轴线与齿轮平面位置的交点为原点、中心轴线为z向、以原点到齿顶圆中心的连线为x向建立空间笛卡尔坐标系，从而获得了机器人原始坐标系下齿轮本身的用户坐标系位置及方向，完成所述齿轮定位；

5、s3、去毛刺：将去毛刺轨迹点通过空间坐标变换方程，平移旋转至齿轮的本身的用户坐标系位置处，将齿轮的本身的用户坐标系位置、去毛刺轨迹点通过tcp/ip通讯方式发送给机器人，机器人生成打磨轨迹并按照打磨轨迹完成去毛刺。

6、本发明所述的一种齿轮参数化去毛刺方法，作为优选方式，步骤s2中圆心位置的计算方法如下：

7、设齿顶圆半径为r，基圆半径为r，圆角半径为ra，

8、x＝r×cos(α)+r×α×sin(α)；

9、y＝r×sin(α)-r×α×cos(α)；

10、dx/dα＝-r×sin(α)+r×sin(α)+r×α×cos(α)＝r×α×cos(α)；

11、dy/dα＝r×cos(α)-r×cos(α)+r×α×sin(α)＝r×α×sin(α)；

12、k＝dy/dx＝tan(α)；

13、-1/k＝-1/tan(α)；

14、过渐开线法线的方程为：

15、y＝-1/tan(α)x+b；

16、r×sin(α)-r×α×cos(α)＝-1/tan(α)(r×cos(α)+r×α×sin(α))+b；

17、b＝r×sin(α)-r×α×cos(α)+r×cos2(α)/sin(α)+r×α×cos(α)；

18、y＝-1/tan(α)x+r×sin(α)-r×α×cos(α)+r×cos2(α)/sin(α)+r×α

19、×cos(α)；

20、沿法线(x0,y0)距离l的点(x,y)为

21、y＝kx+b；

22、x＝x0+l×cos(θ)；

23、y＝y0+l×sin(θ)；

24、其中θ＝arctan(-1/tan(α))＝α-π/2；

25、x＝r×cos(α)+r×α×sin(α)+ra×cos(α-π/2)；

26、y＝r×sin(α)-r×α×cos(α)+ra×sin(α-π/2)；

27、其中cos(α-π/2)＝sin(α)；

28、其中sin(α-π/2)＝-cos(α)；

29、x＝r×cos(α)+r×α×sin(α)+ra×sin(α)；

30、y＝r×sin(α)-r×α×cos(α)-ra×cos(α)；

31、(r×cos(α)+r×α×sin(α)+ra×sin(α))2+(r×sin(α)-r×α×cos(α)-ra×cos(α))2＝(r-ra)2；

32、将

33、(r×cos(α)+r×α×sin(α)+ra×sin(α))×(r×cos(α)+r×α×sin(α)+ra×sin(α))分解：

34、r×cos(α)×(r×cos(α)+r×α×sin(α)+ra×sin(α))

35、＝r2×cos2(α)+r2×α×sin(α)×cos(α)+r×ra×sin(α)×cos(α)

36、r×α×sin(α)×(r×cos(α)+r×α×sin(α)+ra×sin(α))

37、＝r2×α×sin(α)×cos(α)+r2×α2×sin2(α)+r×ra×α×sin2(α)

38、ra×sin(α)×(r×cos(α)+r×α×sin(α)+ra×sin(α))

39、＝r×ra×sin(α)×cos(α)+r×ra×α×sin2(α)+ra2×sin2(α)；

40、相加后得到：

41、(r×cos(α)+r×α×sin(α)+ra×sin(α))2＝r2×cos2(α)+r2×α×sin(α)×cos(α)+r×ra×sin(α)×cos(α)+r2×α×sin(α)×cos(α)+r2×α2×sin2(α)+r×ra×α×sin2(α)+r×ra×sin(α)×cos(α)+r×ra×α×sin2(α)+ra2×sin2(α)；

42、合并同类项后得到：

43、(r×cos(α)+r×α×sin(α)+ra×sin(α))2＝r2×cos2(α)+2×r2×α×sin(α)×cos(α)+2×r×ra×sin(α)×cos(α)+r2×α2×sin2

44、(α)+2×r×ra×α×sin2(α)+ra2×sin2(α)

45、将

46、(r×sin(α)-r×α×cos(α)-ra×cos(α))×(r×sin(α)-r×α×cos(α)-ra

47、×cos(α))分解:

48、r×sin(α)×(r×sin(α)-r×α×cos(α)-ra×cos(α))

49、＝r2×sin2(α)-r2×α×sin(α)×cos(α)-r×ra×sin(α)×cos(α)

50、-r×α×cos(α)×(r×sin(α)-r×α×cos(α)-ra×cos(α))

51、＝-r2×α×sin(α)×cos(α)+r2×α2×cos2(α)+r×ra×α×cos2(α)

52、-ra×cos(α)×(r×sin(α)-r×α×cos(α)-ra×cos(α))

53、＝-r×ra×sin(α)×cos(α)+r×ra×α×cos2(α)+ra2×cos2(α)；

54、相加后得到：

55、(r×sin(α)-r×α×cos(α)-ra×cos(α))2＝r2×sin2(α)-r2×α×sin(α)×cos(α)-r×ra×sin(α)×cos(α)-r2×α×sin(α)×cos(α)+r2×α2

56、×cos2(α)+r×ra×α×cos2(α)-r×ra×sin(α)×cos(α)+r×ra×α×co s2(α)+ra2×cos2(α)；

57、合并同类项后得到：

58、(r×sin(α)-r×α×cos(α)-ra×cos(α))2＝r2×sin2(α)-2×r2×α×si n(α)×cos(α)-2×r×ra×sin(α)×cos(α)+r2×α2×cos2

59、(α)+2×r×ra×α×cos2(α)+ra2×cos2(α)；

60、将分解后的两式相加得到

61、(r×cos(α)+r×α×sin(α)+ra×sin(α))2+(r×sin(α)-r×α×cos(α)-ra×cos(α))2

62、＝r2×cos2(α)+2×r2×α×sin(α)×cos(α)+2×r×ra×sin(α)×cos(α)+r2×α2×sin2(α)+2×r×ra×α×sin2(α)+ra2×sin2(α)+r2×sin2(α)-2×r2×α×sin(α)×cos(α)-2×r×ra×sin(α)×cos(α)+r2×α2×cos2(α)+2×r×ra×α×cos2(α)+ra2×cos2(α)

63、＝r2+r2×α2+2×r×ra×α+ra2

64、＝(r-ra)2；

65、即可得到：

66、ax2+bx+c＝0

67、其中：

68、a＝r2

69、b＝2×r×ra

70、c＝r2+ra2-(r-ra)2

71、α2＝(r-ra)2-r2-ra2/r2；

72、圆心位置可表示为：

73、f(x)＝r2+r2×x2+ra2-(r-ra)2

74、f'(x)＝2×r2×x。

75、本发明所述的一种齿轮参数化去毛刺方法，作为优选方式，步骤s3中打磨轨迹的确定方法如下：

76、计算出齿轮所有点位；

77、当齿轮为内齿时，第一打磨轨迹为半径r-rb的圆，其中r是齿顶圆半径，rb是刀具偏移量；

78、当齿轮为外齿时，第二打磨轨迹为半径r+rb的圆，其中r是齿顶圆半径，r是刀具偏移量；

79、再根据渐开线的特性将渐开线进行平移，将得到渐开线处的第三打磨轨迹；

80、将第一打磨轨迹、第二打磨轨迹和第三打磨轨迹组合起来，得到所述打磨轨迹。

81、本发明所述的一种齿轮参数化去毛刺方法，作为优选方式，步骤s3中空间坐标变换方程计算如下：

82、根据所述2d相机拍照得到的4个点的坐标，计算出圆心位置、零件倾角，进而计算出当前位置相对于标准位置的空间平移旋转关系：

83、空间3点构成平面方程为：

84、设平面方程为ax+by+cz+d＝0，空间3点为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)

85、a＝((y2-y1)×(z3-z1)-(z2-z1)×(y3-y1))；

86、b＝((z2-z1)×(x3-x1)-(x2-x1)×(z3-z1))；

87、c＝((x2-x1)×(y3-y1)-(y2-y1)×(x3-x1))；

88、d＝(0-(a×x1+b×y1+c×z1))；

89、该平面法线方向计算如下：

90、设vx,vy,vz为平面法线方向

91、

92、

93、圆心计算方法如下：

94、&access rv

95、&rel 16

96、&param editmask＝*

97、&param template＝c:\krc\roboter\template\functionvorgabe

98、def circle_center(p1:in,p2:in,p3:in)

99、e6pos p1,p2,p3

100、real x1,x2,x3,y1,y2,y3,z1,z2,z3,a1,b1,c1,d1,a2,b2,c2,d2,a3,b3,c3,d3

101、x1＝p1.x

102、x2＝p2.x

103、x3＝p3.x

104、y1＝p1.y

105、y2＝p2.y

106、y3＝p3.y

107、z1＝p1.z

108、z2＝p2.z

109、z3＝p3.z

110、a1＝(y1*z2-y2*z1-y1*z3+y3*z1+y2*z3-y3*z2)

111、b1＝-(x1*z2-x2*z1-x1*z3+x3*z1+x2*z3-x3*z2)

112、c1＝(x1*y2-x2*y1-x1*y3+x3*y1+x2*y3-x3*y2)

113、d1＝-(x1*y2*z3-x1*y3*z2-x2*y1*z3+x2*y3*z1+x3*y1*z2-x3*y2*z1)

114、a2＝2*(x2-x1)

115、b2＝2*(y2-y1)

116、c2＝2*(z2-z1)

117、d2＝x1*x1+y1*y1+z1*z1-x2*x2-y2*y2-z2*z2

118、a3＝2*(x3-x1)

119、b3＝2*(y3-y1)

120、c3＝2*(z3-z1)

121、d3＝x1*x1+y1*y1+z1*z1-x3*x3-y3*y3-z3*z3

122、center＝$nullframe

123、center.x＝-(b1*c2*d3-b1*c3*d2-b2*c1*d3+b2*c3*d1+b3*c1*d2-b3*c2*d1)/(a1*b2*c3-a1*b3*c2-a2*b1*c3+a2*b3*c1+a3*b1*c2-a3*b2*c1)

124、center.y＝(a1*c2*d3-a1*c3*d2-a2*c1*d3+a2*c3*d1+a3*c1*d2-a3*c2*d1)/(a1*b2*c3-a1*b3*c2-a2*b1*c3+a2*b3*c1+a3*b1*c2-a3*b2*c1)

125、center.z＝-(a1*b2*d3-a1*b3*d2-a2*b1*d3+a2*b3*d1+a3*b1*d2-a3*b2*d1)/(a1*b2*c3-a1*b3*c2-a2*b1*c3+a2*b3*c1+a3*b1*c2-a3*b2*c1)

126、center.a＝sqrt((center.x-x1)*(center.x-x1)+(center.y-y1)*(center.y-y1)+(center.z-z1)*(center.z-z1))

127、center.b＝center.a*2

128、end

129、空间变换计算方法：

130、旋转变换矩阵为：

131、

132、其中r(x,θ)、r(y,θ)和r(z,θ)分别为绕x轴、绕y轴和绕z轴旋转的角度；

133、原坐标向量f经过一次旋转r和一次平移t后得到

134、f'＝r×f+t

135、r＝rz(β)ry(α)rx(θ)

136、其中：θ为绕x轴旋转的角度，α为绕y轴旋转的角度，β为绕x轴旋转的角度。

137、本发明所述的一种齿轮参数化去毛刺方法，作为优选方式，齿轮参数包括齿数、模数、齿顶高系数、齿根高系数、压力角、变位系数。

138、本发明所述的一种齿轮参数化去毛刺方法，作为优选方式，去毛刺参数包括内齿/外齿去毛刺、刀头直径、刀头磨损系数、刀头偏移量、进给速度。

139、用于实现本发明的设备放置在密封的房子里面，外部设置平台，由人工将零件吊至平台上区域，放置平稳即可，放置完成后，在触摸屏上点击完成按钮后，零件将自动由平台移动至房子内，房子内放置了一台kuka机器人，机器人手腕上装有打磨头、相机、光源、测距传感器、测头。工作时kuka机器人将工件放置在缓存台上，此时自动门打开，kuka机器人从缓存台上抓取工件完成工件侧边检测；待侧边检测完毕后，kuka机器人将工件放置在中间照相台上进行识别判断，当完成后kuka机器人抓取工件，自动门打开，将工件再次放置缓存台上面，待外部机器人抓走。

140、本发明具有以下有益效果：

141、(1)自动生成去毛刺轨迹，换产效率远高于预制程序的方式；

142、(2)去毛刺轨迹可视化，能够直观看到参数化生成的去毛刺轨迹；

143、(3)去毛刺轨迹调节方便，只需修改一些参数，即可重新生成去毛刺轨迹；

144、(4)待去毛刺齿轮无需定位，只需用户把齿轮放到指定区域内夹紧即可，即使平台存在倾斜的情况仍然能够自动补偿。

技术特征：

1.一种齿轮参数化去毛刺方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种齿轮参数化去毛刺方法，其特征在于：步骤s2中所述圆心位置的计算方法如下：

3.根据权利要求2所述的一种齿轮参数化去毛刺方法，其特征在于：步骤s3中所述打磨轨迹的确定方法如下：

4.根据权利要求1所述的一种齿轮参数化去毛刺方法，其特征在于：步骤s3中空间坐标变换方程计算如下：

5.根据权利要求1所述的一种齿轮参数化去毛刺方法，其特证在于：所述齿轮参数包括齿数、模数、齿顶高系数、齿根高系数、压力角、变位系数。

6.根据权利要求1所述的一种齿轮参数化去毛刺方法，其特证在于：所述去毛刺参数包括内齿/外齿去毛刺、刀头直径、刀头磨损系数、刀头偏移量、进给速度。

技术总结
本发明提供一种齿轮参数化去毛刺方法，包括以下步骤：S1、去毛刺轨迹点生成：根据齿轮渐开线方程、齿轮参数和去毛刺参数生成齿轮图纸和所述齿轮上的去毛刺轨迹点；S2、齿轮定位：通过2D相机、测距传感器和测头获得所述中心轴线的位置，再以中心轴线与齿轮平面位置的交点为原点、中心轴线为Z向、以原点到齿顶圆中心的连线为X向建立空间笛卡尔坐标系，完成所述齿轮定位；S3、去毛刺：将去毛刺轨迹点通过空间坐标变换方程，平移旋转至齿轮的本身的用户坐标系位置处，机器人生成打磨轨迹并完成去毛刺。本发明所述的一种齿轮参数化去毛刺方法能够自动生成去毛刺轨迹，提高齿轮自动化去毛刺的效率。

技术研发人员：靳开轩,郭强,彭家洁,郭红红,宋明安
受保护的技术使用者：宁夏巨能机器人股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23