【摘要】：齒輪是傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的關(guān)鍵基礎(chǔ)件,廣泛應(yīng)用于高檔機(jī)床、汽車、風(fēng)電、航母等領(lǐng)域,齒輪的制造精度制約了傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)性能和水平,精密齒輪是傳動(dòng)裝置滿足高承載能力、高效率、長(zhǎng)壽命、高可靠性的必要支撐。齒輪制造的精度和效率一直是齒輪研究的驅(qū)動(dòng)力,也是學(xué)者及企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn),近年來(lái)隨著對(duì)齒輪性能要求的不斷提高,對(duì)制齒機(jī)床的精度和效率也提出了新的要求,數(shù)控制齒正朝著高效、低成本、高精密方向發(fā)展。滾齒作為一種高效、低成本的制齒工藝,在齒輪制造領(lǐng)域占據(jù)重要地位,滾齒加工用途廣泛,可用于加工直齒、斜齒、鏈齒輪、花鍵、渦輪等。近年來(lái),隨著刀具材料及電子信息技術(shù)的發(fā)展,滾齒機(jī)床設(shè)計(jì)制造能力得到了顯著提升,數(shù)控滾齒機(jī)床剛度及加工能力得到了快速發(fā)展,高速、高精、硬齒面滾齒加工成為可能。硬齒面滾齒加工使得滾齒加工后的齒輪可以作為最終產(chǎn)品直接應(yīng)用于傳動(dòng)裝置,因此對(duì)滾齒加工精度要求也越來(lái)越高。由于目前滾齒加工精度不高,通常處于國(guó)標(biāo)7-9級(jí),多用于粗加工或半精密加工,但是滾齒在加工效率和成本上的優(yōu)勢(shì)明顯,若能提升滾齒加工精度,使?jié)L齒達(dá)到5級(jí)精度,則可滿足多數(shù)汽車減速器齒輪精度要求,從而可以利用滾齒工藝部分替代磨齒或者至少提高磨齒前齒輪精度等級(jí),在保證齒輪加工精度的前提下,降低加工成本,提高加工效率。這對(duì)于推動(dòng)齒輪制造業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有重要的研究意義及工程價(jià)值。滾齒加工精度受多源誤差綜合影響,機(jī)床、滾刀及工件是滾齒加工三大組成部分,且機(jī)床誤差(包括機(jī)床幾何誤差、機(jī)床運(yùn)動(dòng)誤差),刀具誤差(包括齒廓誤差、齒距誤差、螺旋線誤差)以及刀具與工件在切削過程中的力致誤差是滾齒多源誤差的主要誤差源~([1])。本文主要針對(duì)數(shù)控滾齒加工中的機(jī)床誤差、滾刀幾何誤差、力致誤差進(jìn)行研究,建立滾刀幾何誤差與齒輪幾何誤差的多對(duì)多映射模型;在該模型基礎(chǔ)上,研究滾齒機(jī)床誤差與滾刀幾何誤差耦合作用下致齒輪幾何誤差模型;建立考慮機(jī)床誤差與滾刀幾何誤差的切削力模型,并研究切削力致齒輪幾何變形,通過工藝參數(shù)優(yōu)化降低切削力對(duì)齒輪幾何誤差影響;建立機(jī)床誤差辨識(shí)及誤差補(bǔ)償算法,降低機(jī)床誤差及滾刀幾何誤差對(duì)齒輪幾何誤差的影響,最終實(shí)現(xiàn)滾齒加工精度提升,具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)滾刀幾何誤差與齒輪幾何誤差的多對(duì)多映射建模。在滾削加工過程中,滾刀作為直接與齒輪接觸的零部件,機(jī)床誤差、滾刀誤差、切削力致誤差等都是通過刀具傳遞至齒輪齒面,因此對(duì)于滾刀幾何誤差與齒輪幾何誤差的多對(duì)多映射建模研究是滾齒加工多源誤差建模的基礎(chǔ)。本文基于齒輪嚙合原理,建立滾刀齒廓誤差與齒輪齒廓誤差的映射模型;基于包絡(luò)原理,建立滾刀幾何誤差與齒輪幾何誤差的多對(duì)多映射模型,其中滾刀幾何誤差考慮滾刀齒廓誤差、滾刀螺旋線誤差及滾刀齒距誤差,齒輪幾何誤差包括齒輪齒廓誤差、齒輪螺旋線誤差、齒輪齒距誤差;建立齒輪幾何誤差評(píng)價(jià)方法,評(píng)價(jià)滾刀幾何誤差致齒輪幾何誤差。為后續(xù)耦合機(jī)床誤差建模奠定理論基礎(chǔ)。(2)滾齒機(jī)床誤差與滾刀幾何誤差耦合建模。分析并建立機(jī)床幾何位姿誤差、機(jī)床運(yùn)動(dòng)誤差模型并耦合滾刀幾何誤差致齒輪幾何誤差的映射模型�？紤]滾齒加工實(shí)際運(yùn)動(dòng),將滾齒加工分為加工前對(duì)刀運(yùn)動(dòng),及加工過程中的展成運(yùn)動(dòng),其中對(duì)刀運(yùn)動(dòng)是刀具通過移動(dòng)機(jī)床X、Y、Z、A軸到達(dá)對(duì)刀點(diǎn),此過程誤差只包括機(jī)床幾何誤差及機(jī)床運(yùn)動(dòng)誤差,該部分運(yùn)動(dòng)最終影響滾刀軸線與工件軸線空間位置及方向。展成運(yùn)動(dòng)為滾刀實(shí)際切削齒輪運(yùn)動(dòng),此過程機(jī)床Z、C軸幾何誤差、運(yùn)動(dòng)誤差及滾刀幾何誤差耦合作用。將第一部分運(yùn)動(dòng)模型代入第二部分模型中的滾刀軸線誤差矩陣,建立機(jī)床誤差與滾刀幾何誤差耦合作用下的齒輪幾何誤差模型。(3)切削力致齒輪幾何誤差建模及優(yōu)化。建立切削力致齒輪幾何誤差模型,基于切削原理,及齊次坐標(biāo)變換,將齒輪切屑面積等價(jià)為滾刀切削刃掃掠過的面積,切削力建模過程綜合考慮機(jī)床誤差、刀具誤差,建立多源誤差影響下的切屑面積計(jì)算模型;基于有限元仿真及切削力測(cè)量實(shí)驗(yàn),求解單位面積切削力系數(shù);建立工藝系統(tǒng)剛度模型,計(jì)算切削力致工藝系統(tǒng)變形;基于有限元及錘擊法探究切削力致齒輪整體變形;研究切削力致齒輪齒面回彈機(jī)理,計(jì)算齒面回彈量,從而確定齒輪最終幾何誤差;基于改進(jìn)的粒子群-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,通過工藝參數(shù)優(yōu)化模型,降低切削力對(duì)齒輪幾何誤差的影響。(4)數(shù)控滾齒機(jī)床誤差辨識(shí)及補(bǔ)償。提出基于激光干涉儀的6線法誤差檢測(cè)方法,進(jìn)行機(jī)床直線軸運(yùn)動(dòng)誤差辨識(shí)。基于球桿儀圓錐軌跡,建立機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)誤差辨識(shí)方法。基于齊次坐標(biāo)變換的逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)方法,考慮機(jī)床誤差及刀具幾何誤差項(xiàng),建立滾齒加工刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)與機(jī)床伺服軸運(yùn)動(dòng)值之間的逆向解耦模型,在工作空間內(nèi),將理想刀位點(diǎn)位置方向數(shù)值代入逆向解耦方程,得到機(jī)床各伺服軸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償值,預(yù)設(shè)各軸螺距補(bǔ)償量,實(shí)現(xiàn)機(jī)床誤差及刀具幾何誤差補(bǔ)償,并通過補(bǔ)償實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證理論正確性。本文通過對(duì)數(shù)控滾齒加工中機(jī)床誤差、滾刀幾何誤差、切削力致誤差建模研究,揭示了數(shù)控滾齒加工多源誤差與齒輪幾何誤差的映射規(guī)律模型,提出了針對(duì)切削力致誤差的工藝參數(shù)優(yōu)化模型,建立了機(jī)床誤差及刀具幾何誤差補(bǔ)償方法,有效降低了滾齒加工誤差,為數(shù)控滾齒加工精度提升提供理論支撐,對(duì)高效、低成本的滾切精密齒輪及數(shù)控滾齒機(jī)床精度演變機(jī)理的研究具有重要的工程意義及實(shí)用價(jià)值。
【圖文】：

1 緒 論紀(jì) 80 年代，數(shù)控技術(shù)應(yīng)用于滾齒機(jī)床，滾齒加工得到了由于加入了各運(yùn)動(dòng)軸 CNC 控制及部分運(yùn)動(dòng)軸的聯(lián)動(dòng)控制縮短了機(jī)床傳動(dòng)鏈、減少了輔助時(shí)間、簡(jiǎn)化了機(jī)床結(jié)構(gòu)、制造。目前國(guó)外數(shù)控滾齒機(jī)（圖 1.1）制造企業(yè)主要包括，德國(guó) Liebherr 公司，日本三菱重工、堅(jiān)藤、清和，意大機(jī)床廠家生產(chǎn)的滾齒機(jī)床往往具備結(jié)構(gòu)剛度大，加工精度件尺寸范圍大、齒面硬度高等優(yōu)點(diǎn)，部分滾齒機(jī)床具備藝參數(shù)優(yōu)化、工件誤差在線檢測(cè)及補(bǔ)償?shù)裙δ堋?

本文主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線圖
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG612

【參考文獻(xiàn)】

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5 仇健;;S形試件切削過程動(dòng)態(tài)檢測(cè)及其關(guān)鍵技術(shù)[J];中國(guó)機(jī)械工程;2014年12期

6 張成新;高峰;李艷;趙柏涵;孟振華;;基于分段擬合的機(jī)床大尺寸工作臺(tái)熱誤差補(bǔ)償模型[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2015年03期

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8 王斌;張義民;;考慮加工偏心誤差的齒輪建模方法研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2012年11期

9 曹文智;王冠明;徐兆成;;懸垂誤差補(bǔ)償在立式加工中心上的應(yīng)用[J];機(jī)床電器;2012年02期

10 王維;楊建國(guó);姚曉棟;范開國(guó);李自漢;;數(shù)控機(jī)床幾何誤差與熱誤差綜合建模及其實(shí)時(shí)補(bǔ)償[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2012年07期

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本文編號(hào)：2645684