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。

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。

高重合度弧齿锥齿轮加工参数设计与重合度测定

给出了高重合度弧齿锥齿轮的加工参数设计方法。利用局部综合法、轮齿接触分析(TCA)、轮齿承载接触分析(LTCA)和啮合仿真技术,通过齿面接触路径倾斜,达到了高重合度的设计目的。该设计方法不改变轮坯的几何参数,不改变大轮的加工调整参数,可在现有的机床上使用标准系列刀具加工,实用性强。给出了三种齿面接触路径倾斜度不同的设计方案,进行了啮合仿真分析与重合度测定,结果证明,用该方法可设计出重合度达2.0～3.0的高重合度弧齿锥齿轮。

数控滚齿机热变形误差分析与补偿新方法

为了对数控滚齿机的热变形误差进行补偿,提高齿轮加工精度,利用聚类回归分析方法,优化选择了热误差补偿过程中的温度测量点。采用最小二乘回归方法建立了热误差模型,实验结果验证,该模型精度高。提出了一种热误差差动螺旋补偿方法,该方法完全采用外部硬件补偿,能够独立地实现对热变形误差的实时补偿。与其他补偿方法对比,该方法不受限于数控系统的开放性,通用性较强。

弧齿锥齿轮成形三维虚拟仿真研究

通过分析弧齿锥齿轮加工原理及加工机床的结构和运动关系,并基于空间啮合理论,建立了刀刃锥面方程和啮合方程,应用图形变换原理,推导了弧齿锥齿轮NC机床运动参数的计算方法。基于VERICUT软件平台,建立了弧齿锥齿轮NC机床模型及弧齿锥齿轮三维虚拟仿真加工模型,对一对具体的弧齿锥齿轮进行了几何参数、刀具参数和NC机床运动参数的计算,并在VERICUT环境下进行了虚拟仿真加工,验证了弧齿锥齿轮NC机床模型及三维虚拟仿真加工模型的正确性。

制造误差影响齿轮副啮合的接触有限元分析方法

制造误差是影响齿轮副啮合的重要因素,研究其作用机理对齿轮的减振设计具有重要意义。首先基于几种典型制造误差的结构形式提出了一般的精确建模方法,以一对渐开线直齿轮为例,利用接触有限元分析方法对啮合过程进行仿真,发现理想齿轮副和含误差齿轮副啮合过程中的角速度、动态接触力特性表现出显著差异。然后进行单项误差影响齿轮振动的机理研究,分别以齿廓误差和齿距误差为对象,利用傅里叶变换量化分析了不同加工公差等级下的单项制造误差对齿轮副动态传递误差、角加速度特性的影响规律。研究表明:所提出的建模方法可以模拟任意形式的微小量级的制造误差,并体现在接触有限元分析中。不但能够用于精细化研究制造误差对齿轮副啮合过程的影响,还可以通过量化各项啮合特性分析单项误差影响齿轮振动的作用机理,并指导齿轮的减振设计和精度设计等。

基于价值工程的可适应性评价方法

可适应设计是为适应用户需求不断变化、降低资源消耗而提出的一种新的设计方法,对产品的可适应性进行评价是其关键技术之一.在分析可适应设计原则及实现途径的基础上,给出了一种基于价值工程的产品可适应性的评价方法.该方法将产品的资源消耗总量、产品性能以及用户的使用环境等因素综合考虑,将用户使用产品后获得的效益与在完成这一系列任务时所消耗的资源量的比值作为评价产品可适应性的指标.通过该方法,可以选择使用户在产品的全生命周期内资源消耗量最少的产品设计方案.最后,将该可适应性评价方法用于高效圆柱齿轮机床的设计中,验证了该方法的有效性.

弧齿锥齿轮加工参数的全局优化设计

本文通过局部综合法对齿面一阶和二阶接触参数进行预控,在此基础上,全面考虑了齿轮副在小端、中部、大端啮合时的接触印痕和传动误差,通过对可选加工参数的优化设计,消除了齿轮副的三阶接触缺陷。

有误差的螺旋锥齿轮传动接触分析

以多体系统误差建模理论和齿轮啮合原理为基础,提出含有机床运动几何误差以及齿轮副安装误差的螺旋锥齿轮齿面接触分析(Error tooth contact analysis,ETCA)方法。以SGM法(大轮展成法加工,小轮变形法加工)加工的弧齿锥齿轮为例,通过ETCA分析,得到机床运动误差和安装误差对螺旋锥齿轮齿面加工质量影响的定量关系,对ETCA和TCA的结果进行对比分析,结果表明机床运动误差和安装误差对螺旋锥齿轮的齿面接触质量有较大的影响,为了通过齿面接触分析达到更准确的反调加工参数的目的,采用ETCA的分析结果指导加工参数反调更为合理。

基于误差传递理论及误差修正技术的高精度蜗轮母机研制

为了精化普通滚齿机,研制高精度蜗轮加工机床,利用传动误差传递理论,对机床传动链各环节进行了误差的分解与分析,提出一套针对滚齿机传动链环节的系统修正方法。以研制的机床测量系统为测试手段,根据精密测量和误差频谱分析结果,找出滚齿机的3个主要误差来源:锥齿轮引入的短周期误差、工作台蜗杆引入的短周期误差和工作台蜗轮引入的长周期误差。然后利用计算机辅助制造技术加工偏心轮和凸轮,对机床的各主要大误差环节逐一进行针对性的误差修正。经过多次'测试-修正-再测试'过程,最终机床的现场测试结果为:传动误差7.55″,周期误差4.23″,累积误差3.41″,试验表明已将一台普通滚齿机修正精化成为具有国内领先水平的高精度蜗轮母机。

数控弧齿铣齿机的切削动力学研究

以一台数控弧齿铣齿机为例,分析了机床结构及其受力特点,结果表明,切削分力的大小和方向在从切入到切出的过程中变化很大,造成了铣齿过程的不稳定。通过测量刀具和工件间相对激振的频率响应曲线,分析出机床结构存在两个薄弱模态对应的模态频率。试验模态分析和机床结构有限元计算均验证了结构薄弱模态的存在,并得到了相应的振型特点。谐响应分析表明,机床每一切齿走刀过程的切入和切出期间,不同大小和方向的切削力激发了机床结构相应的薄弱模态。机床的自激振动试验验证了谐响应分析的结果,并得到了稳定的切削区间。

新型万能曲线齿锥齿轮加工机床的运动学

从有摇盘曲线齿锥齿轮铣齿机调整参数出发，提出了一种格里森无摇盘万能铣齿机的运动规律计算方法，并推导出了简明的计算公式。

机床误差对螺旋锥齿轮齿形的影响规律

基于螺旋锥齿轮齿面分析的数学模型,采用最优化算法和一种新的计算齿形误差的方法,计算了误差齿面与理论齿面在理论齿面法线方向的齿形误差。通过引入机床调整误差和刀具参数误差,分析了各种误差对螺旋锥齿轮齿形的影响规律,以图形的方式表示了误差齿面相对于理论齿面的偏离方向以及误差值的大小,为机床的精度设计、齿形误差的修正以及指导实际加工提供了理论依据。通过实际的磨齿加工和检测对算法以及分析结果进行了验证。

拓扑修形斜齿轮的数控成形磨齿加工

首先,设计齿廓、齿向修形曲线,经过3次B样条拟合为拓扑修形曲面,并与理论齿面叠加设计修形齿面;其次,根据成形磨削过程中砂轮与齿轮之间的运动关系,推导成形砂轮与齿面的接触条件方程,计算砂轮的廓形点,再通过3次B样条拟合得到精确的砂轮轴向廓形曲线;然后,建立成形砂轮磨削斜齿轮5轴联动Free-Form型数控磨齿机模型,根据砂轮位矢的等效转换,推导各轴运动关系;接着,建立基于数控机床各轴敏感性分析的齿面修正模型,用6阶多项式表示各轴的运动,判断砂轮与齿面的接触状态,确定磨削齿面的误差,并分析各系数扰动对齿面误差的影响;最后,以齿面误差平方和最小为目标函数,通过粒子群优化方法,得到机床运动参数.结果表明,以齿廓修形齿面反算砂轮截形进行5轴数控成形磨齿加工,可有效降低磨削误差.

椭圆齿轮滚齿加工三维仿真研究

为验证椭圆齿轮滚切模型的正确性,基于工具(斜)齿条原理,采用MATLAB软件进行三维仿真研究。推导了椭圆齿轮滚切数学模型,阐述了滚切仿真原理及实施方法,对直齿轮3种平面联动方式和斜齿轮2种附加运动形式分别进行三维滚切仿真。证实了椭圆齿轮滚切模型及各种滚切方法正确可行,数学处理方法对真实数控系统的开发及其他加工方法的仿真验证有借鉴价值。

调整参数误差对齿面接触质量的影响

从齿面接触分析(Tooth contact analysis,TCA)内含的啮合信息分析机床调整参数误差对齿面接触质量的影响,研究机床调整参数误差与螺旋锥齿轮齿面接触分析之间的关联规律.以SGM(螺旋锥齿轮,大轮展成法,小轮变性法加工)调整卡加工的弧齿锥齿轮副为研究对象,分析得到各个调整参数误差引起的齿面接触质量的变化规律.在此基础上,确定对齿面接触质量有较大影响的机床调整参数.

数控双齿轮消隙减速机的研制

设计研究的数控双齿轮消隙减速机,通过调整两个输出齿轮的相对转角与高精度齿条啮合,无反向传动间隙,特别适用于大型、重型数控机床进给传动,解决了大行程伺服驱动的难题。

准双曲面齿轮的优化切齿设计

本文应用Litvin的局部综合方法进行了准双曲面齿轮切齿设计的推导。通过一次计算便能获得HGM和HGT加工的准双曲面齿轮的全部切齿参数。并且在啮合区位置、接触椭圆尺寸、接触轨迹方向和传动误差的形状、幅值等啮合质量方面严格符合预先给定的要求,为简化准双曲面齿轮的加工试切及保证传动质量提供了条件。