谐波齿轮大变位柔轮滚齿成形机理及误差分析

文中基于滚齿仿真计算研究大变位齿轮成形机理,分析柔轮齿面理论加工误差值及产生原因,为滚齿工艺参数选择提供指导,以改善大变位柔轮滚齿精度。建立滚刀系列切削刃参数化方程,并结合滚齿参数及滚齿时滚刀和工件相互运动关系建立变位齿轮滚切成形数学模型,基于滚齿多刃切削成形特征建立齿面理论加工误差评价模型进行滚齿加工误差仿真计算,还进行了滚齿加工试验验证仿真计算的正确性。对大变位柔轮滚齿成形过程及产生的齿面拓扑误差、齿形和齿向误差进行仿真计算发现：增大滚刀长度可有效减小因齿顶处切削不足而产生的加工误差,计算得到完全切削的滚刀最小长度;减小滚刀轴向进给量可显著减小齿面误差,计算得出齿向误差最大值与滚刀轴向进给量的关系曲线。     

谐波齿轮大变位柔轮滚齿误差分析及滚刀设计

基于滚齿仿真计算研究大变位柔轮成形机制,分析其齿面理论加工误差值及产生原因,重新设计滚刀以提高大变位柔轮滚齿精度。建立滚刀系列切削刃参数方程,根据滚刀与工件的几何参数及加工参数确定滚刀与工件相互位置和空间运动关系,进行滚齿切削仿真;根据滚刀多刃切削的成形特点,建立齿面理论加工误差评价模型,对滚齿误差进行仿真计算;基于滚齿加工时滚刀与齿轮法向基节相等原理,重新设计滚刀以减小滚齿齿面偏差。研究发现,标准滚刀加工齿数较多的大变位柔轮时,会因滚刀切削刃数不足而在齿顶处出现欠切削,致使加工误差大;模数、压力角不同于标准滚刀的新滚刀仅需较少切削刃即可实现大变位柔轮的完全切削,且齿面加工误差比标准滚刀完全切削齿面时产生的加工误差略小。研究结果可为大变位柔轮滚齿精度控制研究及滚刀参数选择等提供重要参考。     

基于CATIA的高精度滚齿加工仿真与精度验证

现有滚齿加工仿真方法难以遵循实际加工参数,且未对仿真所获模型进行有效的齿面精度测量,因此无法为实际滚齿加工作出有效指导,为此提出一种高精度的滚齿加工仿真与精度验证方法.基于Catia设计平台,通过Catia内平移、旋转、布尔运算等命令结合二次开发功能,经提取包含主运动与展成运动特征的初步齿槽模型,后将初步齿槽模型与齿坯进行垂直进给运动的模拟切削,完成了高精度的滚齿加工仿真.通过建立标准齿面点集对仿真模型齿面进行精度测量,得到了仿真齿面的误差分布,且所得仿真模型中最高齿面精度误差在1μm以下,验证了滚齿加工仿真方法的正确性与仿真模型精确性.     

圆柱齿轮滚切力可视化及切削参数对滚切力的影响研究

滚齿是重要的齿轮加工工艺之一,其加工成形过程复杂,并且涉及较多切削参数。为了量化切削参数对滚切力的影响,研究了一种基于三维几何仿真的滚齿切削力预测方法。根据滚刀和工件的几何参数以及切削参数确定加工过程中滚刀和工件的相对位置和运动关系,在CAD环境中实现滚齿运动过程的三维仿真,并得到未变形切屑的三维模型;根据选定的切削力模型,利用未变形切屑模型的截面尺寸计算单个切削刃的瞬时切削力,得到滚齿的整体受力过程;定量分析了不同切削参数对滚齿切削力的影响。该预测模型有助于滚齿加工工艺过程的优化设计,以提升加工质量和效率,降低加工成本。     

二维数字化齿面的展成方法研究

利用共轭曲面原理和齿轮啮合原理对以离散点表达的二维数字化齿面的展成加工进行了研究。应用该方法，以二维非标准数字化齿面的展成加工为实例，通过仿真计算，获得了实际展成加工中的加工参数，以及实际所展成加工的齿面。该方法对于完善齿面加工理论，并应用于实际的二维齿面的滚齿、插齿、磨齿等加工工艺，具有重要的理论价值和应用价值。     

螺旋锥齿轮端面滚齿切齿计算及接触特性控制

分析了螺旋锥齿轮端面滚齿加工的齿面形成原理,推导了局部接触状态下端面滚齿加工切齿调整参数及刀盘参数的计算过程。提出了一种齿面接触特性控制方法,该方法能够根据需要在齿面上任意指定接触参考点的位置,并能对轮齿两面的接触状态同时进行控制。分析了接触特性控制参数对接触区形态参数的影响规律。分析结果表明刀倾角主要修正接触区长度以及传动误差,刀刃曲率主要修正接触区对角方向以及传动误差,且接触特性参数之间有相互制约关系。最后通过计算实例以及端面滚齿加工试验对接触特性控制方法及切齿调整计算算法进行了验证。     

六轴数控滚齿加工综合误差数学建模

利用齐次坐标转换法，针对滚齿时刀具与工件切削点的误差建立了六轴滚齿机综合误差数学模型，为便于模型应用于实际直齿加工中，对模型作了进一步简化，并通过采样求出了简化误差数学模型。该模型适用于需要综合考虑各种误差影响，而又不便于测量这些误差的场合。     

剐齿加工几何位姿误差补偿系统的开发

针对数控剐齿机床制造和装配过程中产生的几何误差,开发出自动生成几何位姿误差补偿代码的系统。首先,基于剐齿加工原理和齐次坐标变换理论建立机床运动传动链,得到剐齿加工成形函数。然后,通过实际逆向运动学误差补偿方法对成形函数进行求解。最后,分析软件所需功能模块,在Qt跨平台开发框架下进行人机界面设计,使用C++编程语言编写程序,开发剐齿加工几何位姿误差补偿系统。该系统可实现刀具参数计算、工件参数计算以及几何位姿误差补偿G代码的自动生成。通过VERICUT模拟加工,验证了该系统的正确性,结果表明补偿后齿轮精度得到了提升。本系统的开发为实现剐齿几何误差自动补偿提供了理论和实践基础。     

提高双联齿轮齿形加工精度的措施

双联齿轮的齿形加工,即大端滚齿和小端插齿,由于工件结构原因,其齿向及齿圈径向圆跳动误差往往超出产品技术要求或加工工艺要求。本文就此问题进行分析,并提出相应解决措施。 1　产品结构及传统工艺工装结构弊病 　　图1所示为双联齿轮典型结构图,其特点为工件内孔的长径比≥3,工件的大端面较大,其外径与孔径之比≥2。按照机械加工工艺要求,毛坯经粗车、精车加工后,齿坯的大小端面圆跳动公差,对于7和8级精度齿轮,当分度圆直径≤125mm时,端面圆跳动公差为0.018mm;分度圆直径小于400mm,大于125mm时,端面圆跳动公差为0.022mm。实际加工中按此标准加工和检验,但在滚、插齿加工中,我们按照传统的工装结构设计了滚、插齿夹具。图2即为滚齿加工的工装结构图。图中,工件以内孔和端面定位,工件内孔与芯棒外径之间采用(H6)/(h5)配合,拧紧上面的螺母,通过开口垫而将工件夹紧。插齿加工方法为工件大端面和内孔定位,液压拉杆通过开口垫而夹紧工件。这两种装夹方法均为机械手册推荐的传统结构。在实际加工产品时,发现滚、插齿的齿圈径向圆跳动误差为0.07～0.10mm,甚至达0.15mm,齿向误差为0.02～0.05mm。而工艺要求齿圈径向跳动误差≤0.063mm,齿向误差≤0.011mm。插齿的齿圈径向跳动误差及齿向误差也有不同程度的超差现象。     

主轴式滚磨光整加工接触力修正系数研究

高端装备关重件多采用主轴式滚磨光整加工提高零件表面完整性,传统的用反复实验摸索滚磨光整工艺的办法存在工件提供难或数量少的实际问题。基于EDEM仿真主轴式滚磨光整加工可以为工艺制定提供有效的帮助,但模拟仿真与实际工况的差异性尚未可知。将滚抛磨块尺寸、滚筒转速以及加工位置作为影响接触力大小的评价指标,考虑仿真模拟与实验验证的可比性,设计构建了与仿真模拟完全相同的实验装置和工艺参数环境,选用Hertz-Mindlin无滑移接触模型进行模拟仿真,探究模拟仿真与实验测试得到的工件与滚抛磨块之间的法向接触力的规律性。通过量化接触对象球径比、加工位置以及滚筒转速对于接触力的影响,推导出接触力相关修正系数的表达式,进而建立包含接触对象球径比和速位影响系数的滚抛磨块与工件之间的接触力计算公式,并验证了不同径向位置处接触力计算公式的适用性。结果表明:球径比系数在(2.6664～2.9601)之间,其值与滚抛磨块尺寸成负相关关系;速位修正系数在(0.9519～1.9097)之间;采用修正后接触力表达式进行分析计算,计算结果与实验测试结果相对误差值在(0.08～18.91)%之间,该方法可以为滚磨光整加工实际工艺磨块与工件之间接触力提供可信的计算方法。     

三维数字化齿面的展成方法研究

利用共轭曲面原理和齿轮啮合原理提出一种对以离散点表达的三维数字化齿面展成加工的方法。应用该方法 ,以三维数字化渐开线齿面的展成加工为实例 ,通过仿真计算 ,获得了实际展成加工中的加工参数 ,以及实际展成加工的齿面。该方法对于完善齿面加工理论 ,并应用于实际的三维齿面的滚齿、插齿、磨齿等加工工艺 ,都具有重要的理论价值和应用价值。     

基于谐波分解的滚齿加工齿距误差在机补偿方法研究

为提高齿轮的滚齿加工精度,提出了一种基于谐波分解的滚齿加工齿距误差在机补偿方法。利用在机测量系统对含有加工余量的齿轮进行齿距累积偏差的测量,得到齿距累积偏差曲线;根据离散傅里叶变换求取齿距累积偏差曲线的幅值谱和相位谱,通过所求得的幅值谱和相位谱求解误差补偿量,以加工程序(NC程序)的形式输入数控系统;通过控制滚刀和工件之间的啮合关系,从而实现齿轮齿距累积偏差的在机补偿。通过VeriCut进行的齿轮加工仿真结果表明,该方法可以减小被加工齿轮的齿距累积偏差,使滚齿加工的齿距加工精度提高2-3个精度等级。     

高速干式滚齿切削温度理论及实验研究

高速干式滚齿加工是近年来发展的一种高效率的绿色齿轮制造技术,它克服了传统齿轮加工生产效率低下、生产成本高、污染环境及危害工人身体健康等缺点。基于金属切削原理、传热学理论及滚齿加工原理,建立了高速干式滚齿的切削温度模型,应用有限元法仿真分析了滚刀的切削温度场;通过高速干式飞刀铣齿来模拟滚齿实验,结合理论仿真和实验测量结果,综合分析高速干式滚齿的切削温度与切削参数之间的变化规律。     

基于VB6.0的滚齿误差分析程序设计

滚齿工艺是齿轮加工中最常用的加工工艺方法,滚齿会存在误差,造成滚齿误差的原因错综复杂。利用Visual Basic程序设计语言编制了不同要素条件下,滚齿误差的计算通用程序,能快速有效的找出滚齿误差的主要原因,在滚齿加工之前便可提前控制,减少不必要的资源浪费,提高生产效率。     

等前角剐齿刀设计计算方法

针对目前剐齿加工生产中加工工件表面质量差,左右齿面加工精度不一致的问题,提出了一种等前角剐齿刀的设计计算方法。根据待加工工件齿面的几何特征和剐齿加工的运动关系,基于曲面共轭原理,求取工件齿面共轭面;选择球面作为初始前刀面,以无理论刃形误差为目标,采用齿面共轭面与初始前刀面的交线作为切削刃;根据切削前角一致性原则对初始前刀面进行再设计,沿切削刃构造前刀面;通过模拟刃磨,求取一系列无理论刃形误差的切削刃,依次构造后刀面,最终获得完整的具有相等切削前角的剐齿刀具;通过计算实例验证该设计计算方法的可行性和有效性。     

滚齿机床热变形对加工精度的影响

滚刀与工件的相对位置是由工件与刀具的有关参数确定的。滚齿加工时，滚削热的作用造成机床的床身和立柱产生变形，进而使刀具与工件的相对位置和转角产生误差。刀具与工件间相对位置的变化，必然对加工的齿轮精度产生影响。掌握机床热误差对刀具与工件间的相对位置的影响规律，对于从硬件上改善机床设计，或从软件上利用数控补偿的方法减小加工误差，有着重要的理论和实际意义。     

标准滚刀滚切变位直齿轮的刀架角计算

针对变位直齿轮滚切加工中的刀架角调整问题,建立了齿轮滚刀滚切变位直齿轮的模型,用Matlab编程计算了刀架角对工件齿轮齿形及分度圆齿厚的影响。计算结果表明,刀架角对工件齿轮齿形的影响很小,但对工件齿轮分度圆齿厚的影响很大。同时,用本文中的方法可求得理想的刀架角,使变位直齿轮的加工误差为最小。     

参数曲线自适应加减速控制方法在弧齿锥齿轮数控加工中的应用

为研究弧齿锥齿轮数控加工方法,通过矢量变换实现铣齿加工的数控展成,将数控轴的展成运动表示为以工件齿轮转角为参数的五次参数样条函数。对轮廓误差引起的进给速度曲线进行分析,在保证加加速度满足要求的同时,对加速度的变化进行控制,提出参数曲线插补的自适应加减速控制方法。通过插补仿真表明,该方法可以有效地避免加速度和加加速度的突变对机械本体造成的冲击。将该加减速控制方法应用于弧齿锥齿轮数控加工中,并且在自主研制的弧齿锥齿轮数控铣齿机上进行切齿加工。试切加工结果证明该方法切实可行、有效,能够实现对弧齿锥齿轮数控加工的插补控制。     

齿轮高速干式滚切工艺参数优化模型及应用系统开发

齿轮滚切工艺是应用最广泛的齿部成形加工工艺,高速干切工艺的出现和逐步成熟为齿轮滚切实现绿色环保加工以及高效自动化生产提供了技术条件。但由于高速干切工艺切削速度高且缺少切削油/液的冷却润滑,因而工艺参数对机床热变形误差、刀具寿命和工件质量等影响很大,需要开展深入研究。以自动化加工效率、齿轮单件成本为目标,工件材料、刀具涂层以及切削速度、进给量和滚刀顶刃最大切屑厚度等因素为变量,建立一种齿轮高速干式滚切工艺参数优化模型。通过数据分析和试验验证,基于工件材料的抗拉强度,得出齿轮高速干切滚齿工艺切削速度和滚刀顶刃最大切屑厚度推荐值;同时,为实现模型在齿轮自动化生产线上的应用,建立了高速干切滚齿工艺参数在机自适应优化修正模型,并基于西门子840D数控系统开发了高速干切滚齿工艺参数优化支持系统。该系统在某轿车齿轮自动生产线的生产实践中得到应用,取得了良好的效果。     

滚齿加工误差的诊断分析与补偿系统研究

阐述了在滚齿时，通过分析测得的齿距偏差△fpt与基节偏差△fpb来诊断刀具，机床和工件方面的，即当△fpt超差时，则应从机床和工安装方面查找误差源。并介绍了滚齿加工误差补偿系统的组成及工作原理。