【摘要】：齒輪的精密加工技術(shù)水平直接影響到齒輪這一工業(yè)基礎(chǔ)零部件的制造精度,目前較為先進的齒輪的精密加工工藝中主要包括數(shù)控磨齒工藝和數(shù)控內(nèi)齒珩輪強力珩齒工藝,國內(nèi)在數(shù)控磨齒機床裝備的研發(fā)和應用都已經(jīng)很成熟,但是因內(nèi)齒珩輪強力珩齒加工工藝更為復雜,其珩削關(guān)鍵技術(shù)長期被國外先進制造公司壟斷,這大大制約了我國在數(shù)控內(nèi)齒珩輪強力珩齒加工工藝技術(shù)、數(shù)控系統(tǒng)和機床裝備的研發(fā)和應用,因此對數(shù)控內(nèi)齒珩輪強力珩齒工藝等關(guān)鍵技術(shù)的研究至關(guān)重要。根據(jù)調(diào)研,國內(nèi)廠家所使用的進口數(shù)控內(nèi)齒珩輪強力珩齒機所使用的數(shù)控系統(tǒng)皆為德國西門子等國外齒輪加工數(shù)控系統(tǒng),系統(tǒng)約束性較大,甚至無法根據(jù)自己的需求去更改機床參數(shù),可擴展性不強,工藝方法較為單一,且每更換一種齒輪都需要花費高昂的費用來請求國外技術(shù)顧問,造成了大量的資源和時間的浪費。為了深入研究數(shù)控內(nèi)齒珩輪強力珩齒工藝技術(shù),提升齒輪的珩削質(zhì)量,擺脫國外在珩齒工藝及數(shù)控系統(tǒng)的壟斷,本文從內(nèi)齒珩輪強力珩齒加工工藝原理著手,基于嵌入式硬件平臺開發(fā)內(nèi)齒珩輪強力珩齒機床數(shù)控系統(tǒng),然后從珩齒加工過程中工件齒面珩削紋路生成機理、工件齒面粗糙度微觀質(zhì)量、工件齒面綜合輪廓誤差宏觀質(zhì)量三個方面對數(shù)控內(nèi)齒珩輪強力珩齒工藝進行系統(tǒng)深入的研究,具體研究內(nèi)容如下:1.內(nèi)齒珩輪強力珩齒工藝技術(shù)的研究。通過對內(nèi)齒珩輪強力珩齒加工基本原理及運動原理的分析,建立數(shù)控內(nèi)齒珩輪強力珩齒加工數(shù)學模型,并從內(nèi)齒珩輪強力珩齒加工、珩磨輪齒頂圓修整、珩磨輪齒廓修整三個工藝大方向,分別推導了每種工藝所對應的珩齒加工過程中的關(guān)鍵路徑點。2.內(nèi)齒珩輪強力珩齒機床數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)。在ARM+DSP+FPGA嵌入式數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺上,基于面向?qū)ο蟮木幊谭椒?在對內(nèi)齒珩輪強力珩齒機床數(shù)控系統(tǒng)人機交互界面總體設(shè)計、人機交互界面各功能模塊設(shè)計、珩齒加工及修整工藝參數(shù)化自動編程等核心模塊進行系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上,設(shè)計開發(fā)了基于Wince的內(nèi)齒珩輪強力珩齒機床數(shù)控系統(tǒng)軟件,并在自主研發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)平臺上進行各功能模塊的實現(xiàn)。3.內(nèi)齒珩輪強力珩齒工件齒面珩削紋路形成機理的研究。根據(jù)內(nèi)齒珩輪強力珩齒機床運動學原理以及內(nèi)齒珩磨輪與工件齒輪的空間坐標位置關(guān)系,建立了內(nèi)齒珩輪強力珩齒加工機床空間坐標系,基于空間曲面共軛嚙合理論,建立了內(nèi)齒珩磨輪齒面和工件齒面的瞬時接觸線三維可視化模型,依據(jù)工件齒輪與內(nèi)齒珩磨輪的空間坐標位置關(guān)系,推導了內(nèi)齒珩磨輪齒面三維可視化模型,根據(jù)珩磨輪磨粒在工件齒面相對滑擦速度與珩削紋路的關(guān)系建立了工件齒面珩削紋路的三維可視化模型,并通過實驗驗證了模型的正確性,最后基于驗證過的珩削紋路模型,分析了變軸交角珩齒工藝中軸交角工藝參數(shù)對珩削紋路所產(chǎn)生的影響,得出珩削紋路不穩(wěn)定的軸交角變化區(qū)域范圍。4.內(nèi)齒珩輪強力珩齒工件齒面粗糙度微觀質(zhì)量的研究。通過對內(nèi)齒珩輪強力珩齒嚙合磨削運動學的分析,結(jié)合磨粒磨削加工表面粗糙度形成機理,將內(nèi)齒珩磨輪磨粒相對工件材料的相對滑擦速度分解為沿齒形和齒向兩個方向的分速度,進而對磨粒沿齒形和齒向兩個方向滑擦后留下的工件齒面波紋高度數(shù)學模型進行建立,并根據(jù)粗糙度與齒面波紋高度的關(guān)系分別建立沿齒形和齒向方向的工件齒面粗糙度模型,然后通過對某型號齒輪進行珩齒加工實驗,并對輪齒的齒面進行齒形和齒向方向的粗糙度檢測實驗,通過對比齒形齒向方向粗糙度的真實值和預測值,證明了所建立齒面粗糙度模型的可信度。最后基于所驗證的模型,分析了變軸交角珩齒工藝中,軸交角工藝參數(shù)的變化對工件齒面粗糙度所造成的影響,最后基于對話框的編程方法設(shè)計開發(fā)了齒面工藝質(zhì)量分析軟件,對實際內(nèi)齒珩輪強力珩齒生產(chǎn)具有指導意義。5.內(nèi)齒珩輪強力珩齒工件齒面綜合輪廓誤差宏觀質(zhì)量及工藝優(yōu)化研究。通過對數(shù)控內(nèi)齒珩輪強力珩齒工藝中各項主要的珩齒工藝參數(shù)輸入因素和各項主要的齒面輪廓誤差的分析,在給定的工藝參數(shù)范圍內(nèi),基于Box-Behnken試驗設(shè)計方法建立四因素三響應數(shù)控內(nèi)齒珩輪強力珩齒加工試驗,并通過齒輪測量中心記錄各工藝試驗組合所對應的各項齒面輪廓誤差實測值,通過對試驗結(jié)果進行回歸分析和顯著性分析,建立各項齒面輪廓誤差的預測模型,并分析各珩齒工藝參數(shù)對各項齒面輪廓誤差的影響規(guī)律,然后通過對各項齒面輪廓誤差施加同等精度權(quán)重配比的方法建立齒面綜合輪廓誤差模型,并以齒面綜合輪廓誤差達到最小值為目標函數(shù),基于人工智能優(yōu)化算法對內(nèi)齒珩輪強力珩齒工藝參數(shù)進行優(yōu)化選擇,得出最佳的內(nèi)齒珩輪強力珩齒工藝參數(shù)組合,并與實際經(jīng)驗珩齒工藝參數(shù)進行對比實驗,實驗結(jié)果證明該方法達到了提升內(nèi)齒珩輪強力珩齒加工精度的目的。
【圖文】：

國家自然科學基金“數(shù)控內(nèi)齒珩輪強力珩齒機理研究資助下，通過對數(shù)控內(nèi)齒珩輪強力珩齒加工工藝基本輪強力珩齒工藝工件齒面紋路及粗糙度質(zhì)量的形成機方法和智能優(yōu)化算法，以提高珩齒加工精度為目標，藝優(yōu)化研究；在國家科技重大專項“Y4830CNC 數(shù)控目編號：2013ZX04002051）和國家科技重大專項“標準型齒輪機床數(shù)控系統(tǒng)的研究開發(fā)”（項目編號：2012Z成對 Y4830CNC 型數(shù)控內(nèi)齒珩輪強力珩齒機數(shù)控系統(tǒng)與調(diào)試工作，在此基礎(chǔ)上進行博士論文的研究工作和撰景、意義與目的機構(gòu)間傳遞運動和動力的工業(yè)基礎(chǔ)通用零部件，被廣泛通、船舶、航空航天、風力發(fā)電、軍事裝備、工程機械業(yè)領(lǐng)域，如圖 1.1 所示。

多的兩種精加工工藝，與蝸桿砂輪磨齒工藝相比，因數(shù)控內(nèi)齒珩輪強力在工件齒輪表面產(chǎn)生非平行的齒面紋路，在齒輪嚙合時可以降低平行紋震蕩而帶來的嚙合噪音[4]；因內(nèi)齒珩輪與工件齒輪的齒面輪廓形狀為映射可以避免因螺旋角和展成運動帶來的齒面扭曲變形；因珩齒磨粒珩削速 20m/s 以下，而蝸桿砂輪磨齒磨粒磨削速度一般可高達 50m/s，較低的磨以產(chǎn)生較低的熱量，即在工藝上可以避免產(chǎn)生齒面燒傷；在加工多聯(lián)齒齒輪式，因較大的軸向進給運動范圍，磨齒工藝需考慮到蝸桿砂輪與相臺階的干涉問題，而珩齒工藝可以直接進行徑向進給即可完成整個齒面程，避免了干涉問題的產(chǎn)生；因珩齒過程中較低的珩削速度和較大的珩降低了齒輪接觸區(qū)域的熱量產(chǎn)生，，有利于提高了齒面的殘余壓應力，改勞強度和力學性能[5]�；谏鲜鰧�(shù)控內(nèi)齒強力珩齒工藝和蝸桿砂輪磨齒比，在一些齒輪的質(zhì)量指標上，數(shù)控內(nèi)齒珩輪強力珩齒工藝有其工藝的明顯的優(yōu)勢，研究其工藝特點的產(chǎn)生機理，對我國齒輪制造水平質(zhì)量的控內(nèi)齒珩輪強力珩齒工藝技術(shù)的積累和推廣意義重大。
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG618.2

【參考文獻】

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本文編號：2686942