齿轮加工机床几何误差补偿研究综述

齿轮的加工精度是制约高端装备发展的关键瓶颈,高性能齿轮加工机床是实现齿轮高精度加工的选择。齿轮加工机床结构和运动的复杂性增加了其几何误差补偿的难度。通过分析近年来国内外多轴通用机床的几何误差补偿技术并结合齿轮加工机床几何误差补偿发展现状,对齿轮加工机床几何误差补偿技术展开综述,总结几何误差的来源,介绍多体系统理论、旋量理论、微分运动矩阵及变流理论4种可应用于几何误差建模的理论,分析采用激光干涉仪和球杆仪对直线轴及旋转轴进行几何误差测量与辨识的方法,概述通过NC数据修改对几何误差进行补偿的方法,为齿轮加工机床几何误差补偿设计提供参考。

数控机床传动齿轮失效分析

针对数控机床长时间工作易出现传动齿轮失效的问题,通过传动齿轮表现出的失效形式分析其失效原因,并制定相应的改进措施对数控机床传动齿轮进行优化,提高了数控机床传动齿轮的使用稳定性和寿命。

面齿轮车齿加工研究与试验验证

为了实现面齿轮的高精度、高效率加工,研究面齿轮的车齿加工技术。分析面齿轮车齿加工原理,建立刀具数学模型,根据车齿展成原理推导面齿轮的齿面及齿根过渡曲面方程。以配对渐开线圆柱齿轮共轭的面齿轮齿面作为基准齿面,构建车齿齿面的偏差齿面,分析不同刀具螺旋角、齿数和前角对车齿齿面的影响规律。使用YK2260MC数控车齿机床进行车齿加工,使用格里森650GMS齿轮检测中心,进行齿面误差检测。结果表明:左侧齿面和右侧齿面的误差最大分别为14.7、14.1μm,验证了所提车齿加工数学模型的正确性,为提高面齿轮的加工精度和效率,进一步改进面齿轮车齿工艺提供了参考。

渐开线圆柱齿轮的通用型滚插刀设计方法

针对渐开线圆柱齿轮的滚插加工,基于交错轴渐开螺旋面线接触啮合,提出一种通用型滚插刀设计方法,适用于任意结构前刀面。简述滚插加工原理,分析计算交错轴渐开螺旋面线接触啮合的条件;从渐开螺旋面出发,给出切削刃的计算方法,以重磨后刃形精度不变为要求,构建后刀面模型;分析并给出了滚插加工参数的计算方法;基于滚插刀设计实例和VERICUT软件对不同参数的工件进行仿真加工,验证了所设计滚插刀的通用性与可行性,为通用型滚插刀设计提供了一种简单、无刃形误差的方法。

WT2000系列风电机组齿轮箱空中更换技术研究

为了降低双馈异步风力发电机组主齿轮箱(增速箱)整体更换的成本,使作业流程更加简洁,在WT2000系列风电机组的基础上,设计一种主轴固定工装来临时代替齿轮箱的作用,固定主轴的后端。通过实践探究了WT2000系列风电机组齿轮箱空中更换作业中新的操作工艺和方法。结果表明:所设计工装大大降低了WT2000系列风电机组齿轮箱更换的作业成本(包含吊车成本和时间、人工成本),降低了维修期间的发电量损失。

直齿轮铣削加工的铣刀与工件切触区域仿真分析

针对圆柱直齿轮的多轴铣削精加工,提出一种基于三维实体造型技术的球头铣刀与工件瞬时切触区域(简称切触区域)仿真分析方法。建立齿轮铣削运动模型,准确描述铣刀和工件之间的运动关系;在齿轮齿廓精确模型描述的基础上,基于等残留高度法实现球头铣刀刀具路径规划;通过刀具扫掠体与过程工件模型之间进行布尔求差得到更新过程工件模型;依据切触区域的球面几何特性,从更新过程工件几何模型中识别出切触区域;利用平行于刀具轴线的平面将切触区域进行切割,得到切触区域角度区间。切削试验结果表明,仿真切触区域结果与实际加工结果具有一致性,验证了仿真计算的有效性和准确性;球头铣刀与工件切触区域的准确提取,为齿轮铣削力、刀具磨损等物理量的精确预测奠定了基础。

齿轮加工数控刀具的磨损机理与寿命预测研究

数控加工作为现代制造业中重要的加工方式,刀具磨损与寿命管理一直是工程技术领域的重要课题。有效的刀具管理策略可以显著提高加工效率、降低成本、优化加工质量,并对环境保护具有重要意义。因此,对数控加工过程中刀具磨损与寿命管理策略展开深入研究,将为推动数控加工技术的发展和实现可持续制造提供重要支撑。分析了数控加工过程中刀具磨损与寿预测策略。

襟翼舵吊装及安装工艺研究

襟翼舵是船舵中的一种,是保障船舶操纵性的关键系统设备,其结构尺寸较大,对中精度要求高,因安装位置等原因,吊装难度大。本文设计制作了一种襟翼舵的吊装工装,研究了襟翼舵的吊装安装方法,通过设置吊梁的方式解决吊装位置受限的问题,蜗轮蜗杆箱实现襟翼舵位置及姿态的调整,安全便捷地实现了襟翼舵的吊装安装,降低了劳动强度,提高了工作效率。

基于渐开线分析的可转位齿轮滚刀磨削数学模型构建及磨削方法

基于渐开线的成型原理,提出了可转位齿轮滚刀渐开线基圆半径求解的数学模型,以便在某些无法得知齿轮模数、分度圆半径等参数的情况下,仅根据刀具上渐开线的CAD模型来确定渐开线对应的基圆半径;分析了可转位刀具周边刃磨床的磨削机理,建立可转位齿轮滚刀磨削的数学模型,得到可转位刀具周边刃磨床X轴和B轴的联动点位,并在周边刃磨床上使用金刚石平行砂轮进行渐开线曲面磨削试验。使用超景深显微镜和图像尺寸测量仪对刀具表面形貌与尺寸误差进行分析。试验结果验证了可转位齿轮滚刀磨削数学模型的准确性,并为其他齿轮滚刀数学模型的建立提供一定的理论参考。

再制造双圆弧齿轮单齿切削机床设计

目前抽油机减速器双圆弧齿轮使用一段时间后会出现单个齿破损或多个齿间隔破损的情况,现有的修复方法效率低。针对这种情况,提出设计一种对修复后的再制造双圆弧齿轮进行再加工的切削机床,验证再制造双圆弧齿轮单齿加工的可行性。结合再制造双圆弧齿轮单齿展成加工理论,对单齿加工机床的刀具运动部件、齿向螺旋进给部件、齿形展成进给部件以及工件运动部件进行设计,最终得到满足加工要求的再制造双圆弧齿轮单齿切削机床。分析再制造双圆弧齿轮单齿加工的误差后,提出一种减小再制造双圆弧齿轮轴向齿距误差的方法。

井下全金属非圆齿轮动力钻具设计与可行性研究

高温高压井下动力钻具受高温的影响,其所含的橡胶等不耐高温件的寿命会大大降低,进而严重影响井下动力钻具的性能和使用寿命。而全金属非圆齿轮钻具作为一种新型的全金属容积式动力钻具对温度的变化并不敏感,十分适合高温井下工况,具有良好的发展前景。本文介绍了非圆行星齿轮马达的基本原理和特性,调研了国内外非圆行星齿轮马达的发展现状,分析了非圆行星齿轮液压马达节曲线的设计和使用寿命等关键技术。在此基础上,开展了行星马达应用于井下动力钻具的可行性研究,研制了非圆齿轮动力钻具原理样机,提出了该钻具的研发建议与方向。并通过流体力学对该钻具的端面泄漏量进行了分析,得出了对端面泄漏量影响最大的因素为端面间隙的大小,然后对改进前后的结构分别进行了有限元分析,得出改进后结构的端面间隙为+0.11~0.18μm,远小于改进前的端面间隙-0.13μm,验证了该结构的可行性。

Ease-off修形高减速比准双曲面齿轮接触仿真与动态性能试验

针对高减速比准双曲面(High Reduction Hypoid,HRH)齿轮大轮齿廓曲率不足、小轮大螺旋角齿面高度扭转的问题,提出了大轮采用刀具修形以实现齿面点接触的方法,小轮采用一般滚切法,简化机床加工参数;建立了大、小轮的三维模型,Ease-off拓扑曲面;解析了接触路径、差曲率、传动误差等齿面接触性能参数;通过三维运动仿真对比修形前后齿面的接触区,修形后避免了边缘接触,接触区位于齿面中部靠近小端,与齿轮实际接触斑点一致。完成了HRH齿轮减速器动态性能试验,齿轮啮合传动性能优良,啮合质量稳定,验证说明所设计的HRH齿轮修形量控制合理、理论计算与运动仿真正确。

螺旋锥齿轮机床远程服务系统研发

针对螺旋锥齿轮加工参数较多,齿面结构复杂,加工难度较大等特性,结合企业的实际加工需求,开发了基于互联网技术的螺旋锥齿轮加工机床的远程监控及远程服务系统。该系统基于OPC UA通信协议采集数据,前端采用HTML5技术,后端采用SpringBoot框架,实现数据网页实时显示及控制,深化微服务、分布式、扁平化的设计理念。经测试,该系统实现了远程R值读写、程序文件上传下载、工作状态监控等功能,极大地提高了机床生产商的售后服务效率,实现了服务化转型升级。

大型风电传动齿轮成形铣削刀具刃形曲线设计

基于成形原理加工齿轮廓形的盘铣刀是生产大型风电传动齿轮的必备刀具。然而,受加工原理误差影响,传统齿轮盘铣刀只能针对特定模数和齿数齿轮进行加工,刀具通用性差。传统刀具廓形不能够保证被加工齿轮的加工精度与使用寿命,无法最大程度发挥成形铣削的原理优势。基于此建立了齿轮渐开线实际廓形曲线数学模型,分析了共轭齿条顶角相对运动轨迹,建立了齿根过渡曲线方程,依据齿根过渡圆弧空间相对位置,重构了不同形式齿廓曲线的设计方式;基于逆向投影法,以被加工齿轮的各项参数为变量,建立了刀片刃形曲线数学模型,根据刀片空间包络原理,重构了可转位齿轮盘铣刀廓形曲线设计方式;进行了齿轮齿廓及刀片刃形曲线数值分析,研究了大型风电传动齿轮齿廓曲线以及可转位齿轮盘铣刀刀片刃形曲线的主要形式,研究结果为大型齿轮廓形成型加工提供技术支持。

多工位内齿轮电解加工机床的研制

航空发动机和新能源汽车传动轴上的内齿或花键很多是在盲孔内壁上加工,现在大多采用逐齿插削,效率低、刀损大,后续还有去毛刺要求;挤压工艺设备昂贵、工艺复杂、对高硬材料并不适合。提出一种内齿电解加工新工艺,研制了一台多工位电动汽车传动轴内齿加工机床,主要工作包括机床结构设计、控制系统开发等,进行了基础工艺实验,效果良好,设计达到预期目的。

渗碳淬火硬齿面内齿圈刮齿齿形精度提升研究

某型号鼓形齿接轴内齿圈,具有窄空刀槽、齿面硬度高的特点。通过优化插齿刀具、刮削参数、刀具刃磨方式等工艺手段,完成了鼓形齿接轴硬齿面内齿圈的制造,其齿面精度满足设计预期,提升了鼓形齿接轴整体质量的稳定性及使用寿命。

基于NC程序的重型数控铣齿机床能耗预测

准确预测重型数控铣齿机床的能耗是制造过程节能降耗的理论基础。以重型数控高速铣齿机为研究对象,提出基于NC程序的能耗预测方法。分析数控机床耗能部件的能耗特征,并按能耗特征进行部件分类;建立各部件能耗模型,并提出齿轮成形铣齿的材料去除率计算方法;最后,开发重型齿轮铣削加工能耗预测程序。在2台不同型号重型数控铣齿机上的试验表明预测方法的预测精度在95%以上,方法可行;此外,分别提高10%进给速度在实验的2台高速铣齿机上,其分别节能7.52%和4.25%,结果表明重型机床规格越大,节能潜力越大。

滚齿机刀夹具智能选配方法的研究

在产品的生产加工过程中,刀夹具的选配对合理利用加工资源,提高加工过程中的质量和效率,降低加工成本有着十分重要的意义。为解决滚齿加工中刀夹具的选配问题,提出了一种面向滚齿机刀夹具的智能选配方法。该方法包括3个部分,即:首先,通过研究刀夹具的各项信息特征及滚齿的加工原理,并对其进行详细分析后,建立了相应的滚齿机刀夹具信息模型和选配规则;其次,基于加工原理和选配规则,确立了刀夹具的选配规则库和控制策略,并建立了初步选配流程和相应的选配模型,得到了符合加工任务的候选刀夹具集;然后,基于层次分析法与灰色关联分析法提出了一种针对该集合的刀夹具优选决策方法,完成了刀夹具优选;最后,以重庆某机床厂的齿轮加工车间为例进行案例研究,将该优化模型及选配方法应用到实际案例中以证明该选配方法的可行性,为滚齿机刀夹具的智能选配提供了理论和技术支持。

大型淬硬薄壁齿圈制造技术研究

某大型齿圈,具有外径尺寸大、壁薄、模数小、螺旋角大、压力角为非标、尺寸精度要求高的特点,其渗碳淬火后的变形和胀大量与常规渗碳淬火齿轮存在很大差异。通过增加渗碳淬火前毛坯预备热处理,设计专用齿轮滚刀及专用淬火工装,利用齿轮滚刀控制齿面余量和齿部挖根量,专用热处理工装控制齿圈渗碳淬火的变形。经过实际制造,齿圈各部变形可控,齿面磨削余量均匀,零件满足设计及使用要求。

内齿圈渗碳淬火变形控制

针对内齿圈中空薄壁结构,在渗碳淬火的高温状态和快速冷却的条件下极易发生变形的问题,分析了内齿圈渗碳淬火的变形原因。根据齿圈的结构特点,设计制造了淬火变形控制的专用工装,利用淬火工装在快速冷却过程中的强制校正功能,使齿圈在组织转变时能够实现圆度和端面翘曲的校正,对内齿圈淬火变形达到良好的控制效果,椭圆度和锥度小于直径的0.1%,最终达到满足磨齿要求。