成形磨齿齿面残余应力测量与预测方法研究

成形磨齿通常是齿轮切削加工的最后一道工序,磨后齿面残余应力对齿轮的服役性能与寿命影响显著。传统基于X射线衍射方法的齿轮残余应力测量方法并未考虑齿面特殊几何特性,导致测量精度低。此外,磨齿工艺参数与磨前齿面状态对磨齿残余应力的影响规律不清。因此,本文提出一种考虑齿轮特殊几何特性的齿面残余应力测量方法与辅助工装夹具,并建立基于磨齿工艺参数的齿面残余应力预测模型,最后探讨了磨前齿面残余应力对磨后残余应力的影响。本文为非平面残余应力的测量提出了新方法,所提的齿面残余应力预测方法能够指导实际生产。

大规格磨齿机扫描式集成在机测量系统及其误差补偿方法

为实现大规格渐开线齿廓的高精度集成在机测量,提出了一种基于三维扫描式测头的集成在机测量及其误差补偿方法。在分析探针与被测齿面啮合关系的基础上,建立了渐开线综合测量模型;以测量精度为判据,确定了最佳的齿廓偏差在机测量方案;基于多体系统理论及齐次坐标变换方法,推导了对应于测量方案的机床综合精度模型;建立了机床几何及运动误差与测量误差之间的映射关系;计算了各测点处的测量误差;实现了在机测量误差的后补偿;在一台五轴数控成形磨齿机上进行了齿廓偏差的在机测量及其误差补偿实验。将经过补偿的测量结果与齿轮量仪的计量结果进行了对比,结果证明方法测量精度高、可靠性好。

蜗杆砂轮位置变化对展成磨齿齿面偏差的影响

圆柱齿轮展成磨齿过程中,不同的蜗杆砂轮位置误差对齿面磨削精度的影响不同。应用双参数包络理论建立了蜗杆砂轮展成磨削的数学模型,分析了齿面的啮合迹线分布规律。通过含蜗杆砂轮位置误差的齿面偏差计算模型计算齿轮的端面廓形误差。通过对比分析得到齿廓偏差、齿厚偏差与砂轮位置变化规律,为分析展成磨齿误差来源和提高蜗杆砂轮展成磨齿精度提供了理论依据。

基于原点偏移的磨齿滚轮齿廓数控修整

蜗杆砂轮磨齿作为齿轮加工的主流方法之一,具有加工效率高、加工性能稳定以及产品质量高等优点,适用于批量化、专业化的齿轮加工。而金刚石磨齿滚轮作为蜗杆砂轮主要的修整工具,其制造精度间距决定了齿轮的加工质量。因金刚石磨齿滚轮采用人类已知的最硬材料制成,其齿廓修整难度极大。因修整工具损耗严重,工程上主要采用光学引导和人工干预手段实现加工。该法制造精度低,难以适应当今人类对齿轮加工精度的需求。为此,文章分析了磨齿滚轮齿形修整时的工具损耗行为,提出了一种基于原点偏移的CNC修整方法,并通过工程实践,验证了方法的可行性。

基于AMESim的大型磨齿机静压支承转台特性研究

为提升大型数控磨齿机的加工精度,研究了磨齿机静压支承转台的整体结构和工况以及分析了求解油膜厚度和输出流量的理论模型,初步得出了偏载对油膜厚度具有较大影响。为了进一步验证,在分析现有参数设计方法的基础上,利用AMESim软件建立系统模型,对不同工况和结构参数进行系统动态仿真分析。仿真结果表明:静压支承转台结构参数可以保证转台产生足够的承载力,流量脉动对油膜厚度变化率的影响不到0.4%,偏载对油膜厚度变化率的影响最大为13%,静态和动态仿真结果均与实际数据相符,性能测试结果满足磨床设计要求。

采用直驱技术的蜗杆砂轮磨齿机工件主轴的改进设计

制造业是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》的重点领域,数字化和智能化设计制造是制造业优先主题。齿轮作为工业化的一种象征,其制造水平直接影响传动系统的性能和质量,因此高效精密数控蜗杆砂轮磨齿机,已成为国际制造业和国防工业竞争的焦点。工件主轴作为蜗杆砂轮磨齿机中的关键部件,其驱动精度和响应速度对整个机床至关重要,直驱式工件主轴是为了满足现代蜗杆砂轮磨齿机高速、高精度的加工要求而提出的先进结构形式,其取代了传动的减速箱+主轴单元模块,减少了减速箱所引入的传动误差与振动激励,大幅度提高了主轴的伺服控制性能与动态回转精度。研发高精度高效率直驱式工件主轴对整个蜗杆砂轮磨齿机的发展影响巨大。2005年,秦川机床首次将直驱工件主轴用于蜗杆砂轮磨齿机上,开创了国内首例,在装配及试磨验证过程中,发现了一些问题,针对出现的问题进行了根源性剖析并提出了改进方案,保证了直驱工件主轴运行的可靠性和稳定性,为直驱工件主轴在磨齿机上的应用开创了国内先河。

C齿磨齿加工精度问题及解决

本文研究了DCT400偶数轴C齿在蜗杆砂轮磨齿加工中出现的问题,特别是六档齿轮在测试时产生的异响。通过对磨齿砂轮、修整器和夹具的分析,发现夹具磨损、机床异常振动和磨齿机Y轴及Z轴丝杠轴承间隙是导致齿面波纹度f fa异常的主要原因。通过调整加工参数、提高检测频次和精度要求,成功将f fa恢复到小于3.5μm,满足了装箱要求。

蜗杆砂轮磨齿机主轴动态性能测试

砂轮主轴是蜗杆砂轮磨齿机的关键部件,主轴的动态回转误差直接影响着工件加工质量。介绍了采用主轴动态误差测试仪测量主轴误差的原因,使用主轴动态误差分析仪对磨齿机主轴几种常用转速进行了动态回转误差测量,测量的数据包括同步运动误差、非同步运动误差、总误差、径向跳动,通过分析对比可知主轴转速在4000 r/min时误差最小,采用该转速磨削可取得较好加工质量。测量主轴转速在4000 r/min时的温度变化和热误差可知,主轴热误差的变化趋势与温度变化趋势一致,控制主轴温度保持恒温是提高磨齿精度的关键。

进口磨齿机旋转锁紧油缸的更换修复与调试

NILES磨齿机是德国进口的高精尖设备,是齿轮磨齿精加工的重要设备,整个公司一共有14台进口NILES磨齿机,由于设备长时间使用及使用年限的问题,设备使用性能下降,出现加工波纹和压力角偏差问题,这也是此类进口设备面临的共同难题,因此在面对此类问题的快速解决是我们维修人员面临的巨大挑战,也是高精度齿轮加工精度的瓶颈。

磨齿五轴运动多项式系数敏感性分析

成形磨齿时,优化五轴(X,Y,Z,C,A)附加运动的高次多项式系数可以修正齿面误差,但迭代计算量大,优化结果不稳定,很难应用于实际加工。为简化附加运动模型,并为后续设计高效高精度的齿面误差修正策略提供理论依据,对磨齿五轴运动多项式系数进行了敏感性分析。首先,建立了五轴磨齿系统的数学模型;将各轴运动表示为6次多项式曲线,并推导出五轴磨削运动时砂轮与工件的动态接触条件;其次,根据砂轮基本信息与动态接触条件,得出实际加工包络面,进而获得齿面偏差信息,并给出齿面精度评价方法;最后,采用SOBOL全局敏感性分析法进行了五轴运动多项式各项系数对齿面误差影响的敏感性分析。实例中绘制了一阶敏感性系数S i和总体敏感性系数S Ti的柱状图,并根据各系数对各精度指标的影响大小进行了排序。结果表明,对齿面误差影响的主要系数为二次及以下项系数;对于齿形倾斜误差fhα和齿向倾斜误差fhβ,各系数的影响相互独立,利于修正;修正fhα和fhβ的关键运动轴分别为Y、C、X轴和Y、C、Z轴。

磨齿工艺与磨齿机的技术发展概况

综述CNC磨齿机(主要是CNC成形磨齿机)产品技术发展概况。

基于轴向和切向变速的蜗杆砂轮磨齿齿面纹理改变方法研究

蜗杆砂轮磨齿是重要的硬齿面精加工方法,但其在工件齿面上会留下不利于啮合噪声表现的平行纹理,在保持其工艺优点的同时,探究齿面纹理改变的方法具有重要意义。文章基于空间曲面啮合原理,结合接触迹和相对速度矢量进行工件齿面磨削纹理仿真;根据齿面纹理与磨削方向的对应关系,定义磨削方向角度对工件齿面纹理进行定量分析;通过建立齿面磨削方向模型,研究轴向和切向速度变化对齿高和齿宽方向上纹理的影响;提出轴向和切向变速的蜗杆砂轮磨齿加工方法,对比分析不同的变速曲线,设计使得相邻接触迹间速度差值最大化的正弦变速函数,建立各加工方法下的齿面磨削方向模型并进行对比。结果表明,该文方法可以在齿高和齿宽方向上改变齿面的磨削速度方向,进而达到改变齿轮纹理的效果。

基于电子齿轮箱的展成磨齿多轴同步自适应控制

展成磨齿是重要的高速高精度齿轮加工工艺,数控磨齿机刀具与工件同步控制即电子齿轮箱控制精度很大程度决定了齿轮加工精度。为了减小实际工况中由于磨削力变化等因素对同步控制精度的影响,提出一种电子齿轮箱自适应同步控制方法,用于提高磨齿核心控制系统的抗扰动性。首先,建立了一种基于电子齿轮箱的多轴联动模型;然后,研究了一种具有自适应功能的扩展卡尔曼观测器,对多轴联动加工过程中产生的磨削力进行观测,系统对观测结果进行处理,并根据运算结果设计前馈对其磨削力产生的偏差进行补偿;最后,在仿真系统中对比传统观测器的观测效果,通过仿真和实验证明该方法能有效减少齿轮的螺旋线偏差与齿距偏差,保证系统的抗扰动性。

地铁车辆机械式变速器齿轮磨齿夹具定位方法设计

机械式变速器齿轮磨齿夹具定位过程中受车辆振动的影响,导致机械式变速器齿轮位置会有一定的偏移,且由切削力和夹具自重所引起的变形和振动也会给准确定位带来难度,为此提出一种地铁车辆机械式变速器齿轮磨齿夹具定位方法。首先建立夹具几何模型,通过该模型完成定位源偏差和变速器齿轮磨齿位置偏差分析;然后构建齿轮磨齿夹具定位稳健模型实现初步夹具定位;最后设计磨齿夹具和变速器齿轮弹性系统的平衡方程,优化夹具定位,提高夹具定位的精度。实验结果表明:该方法误差较小、精度高、装配成功率较高,夹具定位稳定性能较佳,定位效果较好。

新能源汽车高精度磨齿机磨削油替代研究

在碳达峰、碳中和背景下,我国新能源汽车市场实现快速增长,产销量连续8年稳居世界首位,然而新能源汽车的续航能力一直被市场所诟病,这也成为了新能源汽车发展的重要瓶颈。新能源汽车传动系统效率直接影响动力在传递过程中的损耗,从而决定了整车的续航能力,提升新能源汽车传动系统效率可以有效减少运行能耗和延长续航能力[1]。另外,由于新能源汽车通过电机驱动机动车,对传动系统的NVH(噪声、振动与声振粗糙度)问题更加敏感。

成形磨齿齿根假性磨削台阶研究

给出了齿轮磨齿齿根假性磨削台阶的判定,分析了齿根假性磨削台阶产生的原因和消除假性磨削台阶的措施,同时明确了齿轮磨齿工艺应注意的参数。采取措施后减少了齿根假性磨削台阶的出现,保证了一次加工合格率,避免了返修,节省了加工时间,提高了生产效率。

多源数据下的摆线轮磨齿机贝叶斯可靠性评估

在摆线轮磨齿机的可靠性评估中,针对现场试验数据较少的问题,提出考虑先验数据多源性的贝叶斯可靠性评估方法。利用不同样本间的可信度建立混合先验分布,然后采用贝叶斯方法对多源先验信息进行融合,得到的融合信息作为综合先验信息通过结合仿真数据的似然函数,进而得到参数的后验分布。仿真实例表明:通过所提方法得到的MTBF点估计值为997.37,MTBF误差为3.2%,比通过传统贝叶斯方法得到的误差小,且拟合的可靠度曲线与实际情况更贴近,说明了所提方法在磨齿机的可靠度评估上更为精准。

概述德国现代数控圆柱齿轮成形磨齿机

通过对德国三大磨齿机制造商(Hofler、Pfauter、Niles)的考查,最终购置三台Niles(φ800、φ1200、φ2000)成形磨齿机,着重论述德国磨齿机发展趋势,成形磨齿机优势及其设计结构特点,成形磨齿机主要功能及配套系统,主要工艺参数选择等。供我国企业在设备更新改造中购置此类设备时参考。

基于1级精度基准标准齿轮的超精密磨齿工艺

为建立超精密磨齿工艺的科学原理与技术框架,以研制ISO 1328-1∶1995中1级精度的基准标准齿轮为目标,研究了超精密齿轮磨齿工艺原理与方法。首先,依据渐开线齿轮最佳成型原理,考虑机床关键元部件易精化及结构刚度高的特点,选择Y7125型大平面砂轮磨齿机为工具机。然后,从齿坯工艺与基准修复、机床参数的优化调整及科学的磨齿操作等方面对超精密磨齿工艺进行了探讨与研究。最后,通过磨齿实验研制出了m2和m4一级精度的基准标准齿轮。该项工艺的研究对我国齿轮制造技术与水平的全面提升具有指导作用。

基于最小偏差插补算法的全自动锯片磨齿机研制

为实现高端锯片磨齿机的国产化,研制了一套全自动锯片磨齿机。首先根据锯片开齿、磨齿、倒角等动作需求,同时根据工作人员装夹锯片、定位砂轮等操作需求,设计了XYZB四轴式运动机构,并确定Z轴和B轴为主轴;其次为满足四轴的独立式驱动与控制,设计了拥有四路PWM输出能力的主控电路板;最后综合考虑直线轴加旋转轴的运动机构以及主控电路板的硬件资源,采用最小偏差法,推导了直线线段和圆弧线段的插补控制方法。经上万片高速钢圆锯片的磨齿实验,验证了研制的全自动锯片磨齿机对锯齿前角、后角等角度参数误差可控制在±1°以内,对锯齿齿深、R值等线段参数误差可控制在±0.1 mm以内,完全能符合圆锯片的技术要求。