数控内齿珩轮强力珩齿珩削力的预测

文章建立了内齿珩轮强力珩齿珩削力的预测模型。首先推导珩齿加工啮合过程中接触线和切削厚度数学模型,并基于此模型将珩磨轮的磨削刃离散为微元磨削刃;然后由平面磨削模型构建珩磨轮的微元磨削刃模型,建立珩齿珩削力预测模型,并分析珩削力随工艺参数的变化规律;最后结合Fassler HMX-400数控内齿珩轮强力珩齿机及其内置的Kistler力传感器进行珩齿珩削力测量实验。实验结果表明,预测的珩削力的数值和变化趋势与实验测量结果相符,该珩削力预测方法有效。

基于电子齿轮箱的内啮合强力珩齿同步误差补偿方法研究

电子齿轮箱作为一种特殊的多轴联动控制技术,是齿轮展成加工机床数控系统中的控制核心,其同步控制精度决定齿轮加工精度。内啮合强力珩齿作为一种重要的齿轮精密加工工艺,其展成加工精度很大程度上由电子齿轮箱的控制精度决定。文章结合强力珩齿加工的运动学模型,建立了内啮合强力珩齿的电子齿轮箱模型,将强力珩齿加工各运动轴跟踪误差的相对差值定义为同步误差,并将其映射到齿距偏差、齿廓偏差和螺旋线偏差上;提出一种基于电子齿轮箱的同步误差补偿控制方法,建立了同步补偿控制模型;在dSPACE半实物多轴运动仿真平台上,进行内啮合强力珩齿加工的运动控制实验。实验结果表明:所提出的基于电子齿轮箱的同步误差补偿方法可以有效降低内啮合强力珩齿的同步误差。

内啮合强力珩齿工件齿面珩削纹理预测与控制方法研究

以内啮合强力珩齿工艺为对象,研究工件齿面珩削纹理的形成机制,并对珩削纹理进行预测,提出一种珩削纹理的主动控制方法。建立工件齿面接触线模型,模拟珩齿加工过程;研究珩磨轮修整工艺原理,得到珩削速度与加工纹理的映射关系。由于珩削速度受制于工件齿轮与珩磨轮的中心距和轴交角等参数,提出以轴交角和中心距为控制对象,对珩削工件齿面纹理的分布情况及纹理变化趋势进行控制的方法;采用不同工艺参数进行齿轮加工,并对齿面进行三维形貌检测。被加工齿轮齿面检测结果与预测模型高度吻合,表明采用该方法可以实现对珩齿加工纹理的控制。

基于齿轮时变啮合过程的修形齿面设计方法研究

斜齿轮啮合过程中的理想齿面为渐开螺旋面,但在实际的服役过程中,由于齿轮受载、热变形以及支承变形等因素的影响,实际齿面与理想齿面存在一定的偏差,通常采用齿面修形的方法来减小由于位置偏差引起的齿面偏载及振动。现有的修形方式往往采用考虑载荷大小的公式法计算修形量,虽然能在一定程度上提高传动性能,但仍存在设计精度不高的问题。提出一种基于齿轮时变啮合过程的拓扑修形齿面设计方法,以此来提高齿轮副传动的啮合性能。首先,通过沿斜齿轮接触迹线划分齿面的方式对石川公式进行改进,建立斜齿轮副齿面时变刚度模型;然后,根据齿轮副的实际啮合过程建立6自由度动力学方程;最后,根据动力学方程计算的齿面综合变形量设计补偿齿面拓扑修形量,并进行了动力学仿真。通过与采用传统公式法设计的修形齿轮进行仿真对比,验证了提出方法的有效性。

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。

蜗杆砂轮磨削齿面纹理主动调控方法研究

齿轮在磨削过程中会产生规则的、沿齿向方向相互平行的齿面纹理,更容易造成大的齿轮啮合噪声。针对该问题,提出了一种基于柔性电子齿轮箱多轴同步附加运动的齿面纹理主动调控方法。首先,建立齿面和砂轮表面数学模型以及齿面纹理角度模型;其次,对运动轴施加附加运动,建立齿面纹理角度与附加运动多项式系数的关系;然后,采用敏感度矩阵结合最小二乘估计确定运动轴附加运动多项式系数,获得目标纹理角度;最后,对运动轴附加运动后的磨齿齿面纹理进行仿真,并与常规加工和采用低噪声偏移(low noise shifting)技术生成的纹理进行比较。仿真结果表明,运动轴附加运动的方法可以获得倾斜不规则的磨齿齿面纹理,证明了这种方法的可行性。

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。

蜗杆砂轮磨削齿向修形齿面扭曲补偿研究

针对斜齿轮齿向修形会造成磨削齿面扭曲问题,文章提出了一种基于柔性电子齿轮箱多轴同步附加运动的齿面扭曲补偿方法。首先,简要分析了齿面扭曲现象产生的原因,建立渐开线斜齿面和齿向鼓形修形齿面模型;然后,利用齿面啮合和运动学逆解得到齿向鼓形修形齿面和扭曲齿面对应的机床主从运动轴(B轴、C轴、X轴、Y轴、Z轴)运动量;接着,对齿向修形齿面进行仿真,并对扭曲齿面进行欠补偿、理想补偿和过补偿仿真;最后,通过对主从运动轴施加附加运动量,实现对齿向修形扭曲齿面的补偿。与传统的修砂轮实现扭曲齿面补偿相比,对主从运动轴施加附加运动量进行补偿效率更高,成本更低。通过齿轮加工实验,齿面扭曲得到了有效的补偿,齿面精度有所提高。

基于时变啮合力的非圆齿轮传动动态磨损研究

由非圆齿轮变速比传动特性引起的时变啮合力对轮齿传动磨损具有重要影响,以精梳机中关键核心部件的椭圆齿轮副为研究对象,应用Hertz基础理论和Archard磨损公式,建立了基于时变啮合力的齿轮磨损计算模型,采用当量齿数法对非圆齿轮的啮合刚度进行求解,分析了单个齿廓的时变啮合力和磨损量的变化规律;在此基础上,研究了阶数和偏心率对椭圆齿轮时变啮合力及磨损量的影响。结果表明,齿轮时变啮合力和齿面磨损量随着偏心率和椭圆齿轮阶数的增加呈现不同程度的增加;时变啮合力在单双齿啮合区交界处发生突变;齿廓磨损量在节圆附近接近零,在齿根和齿顶处的磨损量较大。在对非圆齿轮不同节曲线向径处的磨损量进行研究时发现,在最小节曲线向径处的齿根磨损量显著大于最大节曲线向径处。该研究结果为使用修形方法降低时变啮合力与磨损量,从而延长齿轮寿命提供了一定的理论依据。

基于电子齿轮箱的内齿珩轮强力珩齿轮廓误差补偿控制研究

多轴控制系统的轮廓误差具有强耦合特点,由于是多轴联动产生的结果,仅提高单轴的跟踪精度不一定能降低轮廓误差。为降低珩齿多轴控制系统的齿面轮廓误差,进一步提高珩齿的加工精度,文章提出一种简单有效的补偿控制策略。分析珩齿机的机床结构,根据珩齿多轴电子齿轮箱(electronic gearbox,EGB)控制系统的数学模型推导出基于齿轮啮合原理和坐标变换的齿面轮廓误差数学模型,并设计出一种简单的齿面轮廓误差补偿控制器。仿真和实验结果表明,所提出的补偿控制策略对降低齿面轮廓误差有显著的效果。该文方法对提高珩齿实际加工精度具有一定的指导意义。

基于齿面波纹度的齿轮啮合噪声分析理论

文章提出一种基于齿面波纹度的齿轮啮合噪声分析理论,通过对齿轮全齿面的拓扑测量、齿面波纹度分析,对比全齿波纹度图、高阶频谱图的阶次振幅大小与三维形貌图中啮合线、波纹线的接近程度,实现对高速低噪齿轮的噪声分析。基于齿面波纹度分析技术,弥补传统齿轮测量在精度一致时无法辨别齿轮啮合噪声的缺点,可在生产周期前期对故障齿轮进行筛选,降低检测成本;基于新能源汽车变速箱,分析输入轴齿轮批次更换时反复出现噪声的原因,对测量的拓扑数据进行波纹度计算。结果显示,齿轮右齿面存在鬼阶和整阶不良,推断在啮合时产生噪声,该分析结果与变速箱台架实验结果一致。

基于电子齿轮箱非圆齿轮齿距误差补偿研究

文章针对非圆齿轮滚齿加工难以获得较高精度的问题,对非圆齿轮滚齿加工误差及其补偿方法进行研究。推导非圆齿轮滚齿加工数学模型,构建非圆齿轮滚齿加工电子齿轮箱运动控制模型,并从几何角度分析推导电子齿轮箱展成控制误差所引起的非圆齿轮齿距误差;根据构建的非圆齿轮齿距误差关系式,建立电子齿轮箱非圆齿轮齿距误差补偿控制器,添加到电子齿轮箱运动控制模型中,并通过仿真实验分析对比补偿前、后的控制效果。研究结果表明,该文方法能够有效地降低非圆齿轮齿距误差。

移动机械臂的层级聚合建模方法研究

移动机械臂因机械臂在动态作业过程中的耦合效应会影响移动平台的运动特性,增加了整个系统的复杂度和非线性,给系统建模带来了极大挑战.为此提出了一种新的层级聚合建模方法.该方法依据分析力学中Udwadia-Kalaba(U-K)理论的层级属性,首先将移动机械臂划分为3个子系统,并分别利用Lagrange方程建立各自的无约束动力学模型,然后基于移动机械臂机械结构上的约束利用Udwadia-Kalaba基本方程(UKE)建立整体系统模型.此外,针对系统存在初始条件偏差的情况,利用基于Lyapunov稳定性理论来补偿初始条件偏差,以达到收敛理想轨迹的目的.仿真结果验证了该文所提出的建模方法的可行性.

打磨机器人自适应鲁棒约束跟踪控制

实际工作中的打磨机器人存在外部干扰或参数摄动等不确定因素,这些不确定因素有界但边界未知。针对这种不确定环境下的打磨机器人末端轨迹跟踪问题,文章提出一种自适应鲁棒约束控制方法。该方法将期望轨迹视为系统约束,利用约束跟踪的思想来解决轨迹跟踪问题,并将系统分为标称部分和不确定部分;针对标称部分,通过U-K(Udwadia-Kalaba)方程来求解约束力矩,使系统满足理想状态下的约束条件;针对不确定部分,设计一种泄漏型自适应律对不确定性边界进行估计,并根据估计的边界和约束误差来调节鲁棒控制项的增益,进而有效地补偿系统的不确定性。李雅普诺夫方法证明了该系统具有一致有界性和一致最终有界性,对简化后的打磨机器人进行末端轨迹跟踪控制的数值仿真实验结果验证了所提出方法的有效性。

基于珩磨轮柔性修整的内啮合强力珩齿修形方法研究

采用内啮合强力珩齿工艺加工工件,通常需要用与工件相对应的定制金刚石修整轮对珩磨轮进行修整。为了增加金刚石修整轮的通用性,降低内啮合强力珩齿工艺的成本,提出了一种基于珩磨轮柔性修整的内啮合强力珩齿修形方法。首先,根据珩齿机各轴运动关系,建立珩磨轮修整和工件珩削的齿面数学模型;然后,将珩磨轮修整时机床的多轴联动以多项式形式表示,将各轴运动对最终工件齿面的影响表示为敏感度矩阵,以修形齿面为目标优化各轴多项式系数;最后,根据优化后的机床运动参数计算最终工件齿面,对所得工件进行齿面接触分析。结果表明,该工艺方法可以实现采用标准金刚石修整轮对珩磨轮进行柔性修整,最终加工出有效的修形齿轮工件。

基于多轴联动的内啮合强力珩齿拓扑修形方法研究

作为常用的齿轮精加工的工艺之一,内啮合强力珩齿加工工艺在对齿轮修形时,需要定制与工件相对应的专用金刚石修整轮,使得工艺通用性不高,加工成本较大。文章提出了一种内啮合强力珩齿拓扑修形方法,实现了用标准珩磨轮对工件齿轮齿面任意拓扑修形。建立内啮合强力珩齿拓扑修形齿面数学模型,得到标准珩磨轮和工件齿轮的映射关系,将拓扑修形时机床运动的A轴、X轴的附加运动与电子齿轮箱一起用高阶多项式表示,将多项式中的运动参数变化对加工齿面的影响用敏感度矩阵表示,以修形齿面为目标,以敏感度矩阵中的敏感系数为梯度,利用动态规划算法求解出运动参数,并得到修形后的工件齿面。仿真结果表明该方法可以通过多轴联动实现对齿面拓扑修形,修形误差较小,成本大大降低,方法具有普适性。

基于双PH曲线五轴线性刀具路径光顺轨迹生成及其参数同步方法

针对五轴线性路径加工轨迹在拐角处切向向量不连续导致加工效率低和运动不平稳等问题,文章提出一种基于双五次PH(Pythagorean-hodograph)曲线的五轴线性路径局部拐角光顺方法,其中一条PH曲线对刀尖点线性路径进行光顺,另一条PH曲线在单位球面上对刀轴矢量线性路径进行光顺;刀尖点和刀轴矢量近似误差通过一种几何方法解析约束,可实现五轴光顺轨迹近似误差可控;通过推导过渡曲线和原始线性轨迹在衔接点处刀轴矢量几何导数连续条件,使得光顺后刀具路径能达到G^(2)连续,并实现刀尖点和刀轴矢量PH曲线参数同步。仿真结果表明,该文提出的五轴线性路径局部拐角光顺方法可实现刀尖和刀轴矢量的近似误差严格控制,且刀尖和刀轴矢量通过拐角时连续变化;该方法提高了五轴局部拐角光顺计算效率,有利于集成到数控系统中并实现五轴线性路径加工轨迹在线光顺。

基于恒切削力约束的非圆齿轮插齿工艺优化研究

针对当前非圆齿轮插齿加工效率低、切削力波动大的问题,在对插齿切削力建模,建立切削力与切削面积的关系的基础上,提出了一种基于恒定切削力约束的圆周进给量优化方法。以提高工件的加工效率并减少切削力的波动为优化目标,以机床参数和恒定的切削面积为约束,并以节曲线曲率半径为分段依据,建立了变圆周进给量优化模型。通过3阶椭圆齿轮插削实例分析,验证了变圆周进给优化模型的有效性;采用分段优化,避免了各运动轴速度的频繁剧烈变化,实现了非圆齿轮插齿加工工艺参数优化。

双移动机械臂空间协作动力学建模研究

移动机械臂进行空间协作时会产生复杂的非线性耦合,使得采用Lagrange方程或Newton-Euler法直接进行建模极为繁琐.针对双移动机械臂空间协作问题,提出了一种结合Udwadia-Kalaba(U-K)方法与Lagrange方程建立动力学模型的方法.在建模过程中,将负载简化为连杆,选择负载中心断开的方式对系统进行分解,从而避免了机械臂末端关节断开导致的末端关节转角与连杆转角的约束信息缺失问题;将分割形成的两个子系统通过Lagrange方程进行建模,得到了子系统的动力学模型;再将协作系统的固有几何关系通过约束形式引入,应用U-K方法得到了协作系统动力学模型,减少了建立动力学模型所需要的计算量;最后通过数值仿真验证了该方法所得到的动力学模型的准确性.