發(fā)布時(shí)間：2020-08-28 08:57

　　 空間分度凸輪機(jī)構(gòu)作為實(shí)現(xiàn)“連續(xù)輸入—間歇輸出”功能的關(guān)鍵組件,廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)機(jī)械、生產(chǎn)線和加工中心中,而空間凸輪作為機(jī)構(gòu)的核心零件,決定了整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能。因此,對(duì)空間凸輪廓面的高精度和高性能設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的研究至關(guān)重要。本文從工程實(shí)際出發(fā),圍繞空間凸輪廓面的創(chuàng)成技術(shù),主要開展了如下研究工作: 首先,為了適應(yīng)工程實(shí)踐中對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的各種性能要求,本文提出了NURBS柔性凸輪曲線的概念,并研究了它的實(shí)現(xiàn)和多目標(biāo)優(yōu)化問題。將凸輪轉(zhuǎn)角無因次化作為節(jié)點(diǎn)變量,以NURBS形式描述了凸輪機(jī)構(gòu)的無因次位移、速度、加速度和躍度等運(yùn)動(dòng)曲線�；谕馆啓C(jī)構(gòu)單自由度動(dòng)力學(xué)模型,分析了輸出運(yùn)動(dòng)的殘余振動(dòng),并以NURBS凸輪曲線的控制頂點(diǎn)和對(duì)應(yīng)權(quán)因子值為優(yōu)化變量,以殘余振動(dòng)特性為主要?jiǎng)恿W(xué)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),建立了NURBS柔性凸輪曲線的多目標(biāo)優(yōu)化模型。 將多目標(biāo)遺傳算法與傳統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化方法相結(jié)合,提出了一種適合NURBS柔性凸輪曲線個(gè)性化設(shè)計(jì)的改進(jìn)多目標(biāo)遺傳算法——INSGA算法,用于求解凸輪曲線的多目標(biāo)優(yōu)化模型。在該算法中,集成了初始化種群的反算方法、約束條件處理新方法和目標(biāo)達(dá)到選擇策略等保證算法快速收斂的一些關(guān)鍵技術(shù)。 其次,根據(jù)嚙合理論,分析了數(shù)控加工空間凸輪時(shí)的成形運(yùn)動(dòng),指出數(shù)控加工時(shí)刀具與工件的創(chuàng)成運(yùn)動(dòng)必須與凸輪與滾子的共軛運(yùn)動(dòng)拓?fù)渫瑯?gòu)。對(duì)于不同類型的空間凸輪,根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式,研究了用于加工凸輪的數(shù)控機(jī)床的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),計(jì)算了機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo),并歸納構(gòu)建了實(shí)現(xiàn)空間凸輪加工的數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)圖譜。 根據(jù)微分幾何理論,對(duì)空間凸輪與滾子接觸線可制造性進(jìn)行分析,指出非等價(jià)加工不能實(shí)現(xiàn)凸輪廓面的重構(gòu),不可避免的存在法矢異向誤差。基于傳統(tǒng)的刀位補(bǔ)償加工法,給出了計(jì)算廓面法向誤差的新方法,并研究了最大法向誤差與補(bǔ)償點(diǎn)位置和補(bǔ)償量的關(guān)系,得出了滾子和刀具的半徑差是最佳補(bǔ)償量,而最佳補(bǔ)償點(diǎn)位置并不固定的結(jié)論。為此,提出了自適應(yīng)的柔性刀位補(bǔ)償方法,以實(shí)際廓面的最大法向誤差為目標(biāo)函數(shù),通過優(yōu)化任意時(shí)刻的補(bǔ)償點(diǎn)位置參數(shù),得到加工誤差趨于最小的優(yōu)化刀位路徑。 然后,基于逼近理論闡述了曲面的逼近側(cè)銑創(chuàng)成原理,分析了五坐標(biāo)側(cè)銑創(chuàng)成的單點(diǎn)偏置、雙點(diǎn)偏置和三點(diǎn)偏置刀位計(jì)算方法�；诘段谎a(bǔ)償單點(diǎn)偏置法,研究了側(cè)銑空間凸輪廓面的雙點(diǎn)偏置法,并在此基礎(chǔ)上提出了側(cè)銑空間凸輪廓面的多點(diǎn)自由偏置法——逼近偏置法,即以NURBS直紋面逼近空間凸輪廓面的理論刀軸跡面,并具體研究了插值曲面反算和最小二乘逼近兩種確定NURBS直紋面控制頂點(diǎn)的方法。以最小二乘逼近偏置法側(cè)銑弧面凸輪廓面為例,進(jìn)行了刀具位姿的實(shí)例計(jì)算和廓面的創(chuàng)成加工仿真,驗(yàn)證了算法的正確性和實(shí)用性。 再次,研究了空間凸輪廓面的品質(zhì)評(píng)價(jià)方法,構(gòu)建了廓面品質(zhì)評(píng)價(jià)體系。把空間凸輪廓面看作自由曲面,基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī),以等徑掃描方式實(shí)現(xiàn)凸輪廓面的測(cè)量。提出了實(shí)現(xiàn)凸輪坐標(biāo)系和測(cè)量坐標(biāo)系匹配的迭代算法,通過對(duì)空間凸輪廓面輪廓度誤差的評(píng)定來評(píng)價(jià)廓面自身品質(zhì)�；谧鴺�(biāo)匹配結(jié)果,測(cè)量凸輪廓面上某一條等參數(shù)螺旋線,利用NURBS曲線重構(gòu)被測(cè)節(jié)點(diǎn),然后根據(jù)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換和共軛曲面原理,反求出實(shí)際輸出轉(zhuǎn)角,實(shí)現(xiàn)了廓面?zhèn)鲃?dòng)品質(zhì)的評(píng)價(jià)。 最后,以圓柱凸輪工作廓面的創(chuàng)成加工為例,基于刀位補(bǔ)償和最小二乘逼近偏置刀位規(guī)劃方法,進(jìn)行了數(shù)控加工圓柱凸輪的仿真校驗(yàn)和創(chuàng)成實(shí)踐。實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分說明了逼近偏置法在生產(chǎn)實(shí)際中的可行性和實(shí)用性�；谌鴺�(biāo)測(cè)量機(jī),對(duì)加工后圓柱凸輪廓面進(jìn)行了測(cè)量,實(shí)現(xiàn)了廓面自身品質(zhì)和傳動(dòng)品質(zhì)評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明逼近偏置法的加工誤差要小于刀位補(bǔ)償法。 綜上所述,本文基于NURBS方法研究了凸輪曲線的多目標(biāo)優(yōu)化、側(cè)銑創(chuàng)成空間凸輪廓面的刀位規(guī)劃以及廓面品質(zhì)評(píng)價(jià)等影響空間凸輪機(jī)構(gòu)綜合性能的關(guān)鍵因素,有助于提升空間凸輪分度器的制程能力,從根本上解決目前我國(guó)高速高精空間凸輪分度器產(chǎn)品精度和性能差的實(shí)際問題。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：TH112.2
【部分圖文】：

度凸輪機(jī)構(gòu)具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、剛性好、傳動(dòng)扭矩大、分度數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)l’，7]。本論文主要以圓柱分度凸輪和弧面分度凸輪為研究對(duì)象。圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)，如圖1一2所示，凸輪呈圓柱狀，凸輪軸線與分度盤軸線垂直交錯(cuò)，滾子軸線與分度盤軸線平行。由于傳動(dòng)間隙難以消除，因此圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)的高速性和精密性不如弧面凸輪機(jī)構(gòu)，只適用于中、低速機(jī)構(gòu)，但因圓柱分度凸輪價(jià)格較低，制造較容易，因此該機(jī)構(gòu)目前應(yīng)用場(chǎng)合和產(chǎn)量比其他類型的分度凸輪機(jī)構(gòu)多。圖1一2圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)圖1一3弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)，如圖1一3所示，滾子軸線和分度盤軸線垂直，并成放射狀分布。弧面凸輪的凸緣面是錐形，便于調(diào)試凸輪機(jī)構(gòu)的中心距，也易于施以預(yù)壓消除間隙

由微分幾何知識(shí)可知，回轉(zhuǎn)面在空間做包絡(luò)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其軸跡曲面和包絡(luò)曲面是等距曲面，則凸輪機(jī)構(gòu)的滾軸跡面和凸輪設(shè)計(jì)廓面互為等距曲面，等距距離為滾子半徑R，如圖3一2所示。同理，加工過程中，刀軸跡面和凸輪創(chuàng)成廓面亦互為等距曲面，等距距離為刀具半徑r。而且，滾軸跡面和刀軸跡面均為直紋面。圖3一2等距曲面3.2.2空間凸輪異型功能曲面從零件表面成形原理角度，工程中的“一般功能曲面”泛指母線(直線或曲線)沿導(dǎo)線(直線或曲線)在空間不擺動(dòng)、作平移運(yùn)動(dòng)所形成的曲面，如漸開線齒輪齒面、平面凸輪曲面等。如圖2一la所示，母線(直線)在沿導(dǎo)線平移(公，妙，醞)時(shí)

本Y咬咬咬 咬咬咬咬i_/，幾 幾 ， ，，，， ，， ，，，，，， FFF \\\\\、 、 、、 、、 、 、 、 /////////////、 、井卜x，A凸輪毛坯圖3一6三軸聯(lián)動(dòng)加工圓柱凸輪圖3一6所示為采用A一X一Y三軸聯(lián)動(dòng)加工方法加工擺動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪，若加工坐標(biāo)系零點(diǎn)和凸輪坐標(biāo)系零點(diǎn)重合，則機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)為:A=e X=RsinrY=c一RC0srZ=氏+h(其中，A軸、x軸和Y軸三軸聯(lián)動(dòng))(3一10)式中，h為每次進(jìn)刀時(shí)的凸輪槽深的余量。為了驗(yàn)證機(jī)床的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，構(gòu)建了一個(gè)立式三軸聯(lián)動(dòng)四軸數(shù)控機(jī)床虛擬模型，對(duì)擺動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪進(jìn)行了仿真加工，如圖3一7所示

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 付振山;滾珠型弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的嚙合特性研究[D];山東大學(xué);2011年

2 李蕾;滾珠型弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析及其性能研究[D];山東大學(xué);2011年

3 曹巨江;可預(yù)控點(diǎn)嚙合彈性弧面凸輪機(jī)構(gòu)的研究[D];西安理工大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 馬超;非等價(jià)加工圓柱凸輪廓面誤差的試驗(yàn)研究[D];天津理工大學(xué);2010年

2 韓興昌;滾珠型弧面凸輪分度系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與分析[D];山東大學(xué);2010年

3 劉海濤;基于CATIA/CAA的弧面凸輪參數(shù)化建模及數(shù)控加工[D];武漢科技大學(xué);2010年

4 龍勇云;數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)中不同滾子類型弧面凸輪機(jī)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)特性仿真分析研究[D];湘潭大學(xué);2012年

5 鄒瑩;弧面凸輪機(jī)構(gòu)精度理論研究與精度檢測(cè)[D];湘潭大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2807369