第 1 章 緒論

螺旋錐齒輪以其在相交軸傳動(dòng)中的良好特性廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐中，其加工技術(shù)的研究與加工設(shè)備的研發(fā)受到了國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者廣泛的關(guān)注[1]。螺旋錐齒輪齒形復(fù)雜精密加工困難，參數(shù)分析需要大量計(jì)算，加工調(diào)整也要求大量的切削實(shí)驗(yàn)檢測(cè)與分析計(jì)算。一直以來，螺旋錐齒輪的加工方法與設(shè)備制造技術(shù)掌握在國(guó)外少數(shù)幾家公司手中，相關(guān)技術(shù)成果不對(duì)外公開，長(zhǎng)期處于壟斷狀態(tài)。近年來，我國(guó)研究人員在螺旋錐齒輪理論研究方面做出了一些突破，，吳序堂教授、鄭昌啟教授、曾韜教授等許多專家學(xué)者對(duì)有關(guān)齒輪嚙合原理，螺旋錐齒輪的設(shè)計(jì)、加工方法和齒輪加工工藝、裝備等進(jìn)行了系統(tǒng)研究[2,3,4]。在一系列相關(guān)理論和技術(shù)研究成果基礎(chǔ)上，我國(guó)研制了一些具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的螺旋錐齒輪專用加工設(shè)備，但加工技術(shù)和設(shè)備精度與國(guó)際先進(jìn)水平相比仍有一定差距，配套加工軟件更無法滿足市場(chǎng)上的需求，高端錐齒輪設(shè)備仍依賴進(jìn)口。 本課題源于 GCMT2500 數(shù)控螺旋錐齒輪復(fù)合加工機(jī)床項(xiàng)目。研究是為GCMT2500 數(shù)控螺旋錐齒輪復(fù)合加工機(jī)床開發(fā)一款適用的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專用加工軟件。論文研究工作對(duì) GCMT2500 數(shù)控螺旋錐齒輪復(fù)合加工機(jī)床的系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)起到重要的支撐作用，對(duì)于開發(fā)基于 HEIDENHAIN 數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)的其他機(jī)床專用軟件系統(tǒng)也具有借鑒意義。

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第 2 章 螺旋錐齒輪及加工參數(shù)研究 

2.1 螺旋錐齒輪概述

（1）按齒輪軸線位置分類 1）兩齒輪軸線垂直相交軸線夾角成 90的錐齒輪，通常指圓弧制螺旋錐齒輪和擺線制螺旋錐齒輪錐齒輪。這種齒輪的使用比較常見，齒輪軸線垂直相交的錐齒輪嚙合過程中在齒輪徑向方向上沒有相對(duì)滑移，齒面硬度要求相對(duì)較低加工方便。 2）兩齒輪軸線相交但不成直角的錐齒輪。該種齒輪副軸線間可根據(jù)使用條件確定軸線相交角度，但這種齒輪軸線關(guān)系的齒輪副在傳動(dòng)中使用較少。 3）兩齒輪軸線存在一定偏移距離錐齒輪。這種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)齒輪軸線空間上垂直相交小輪軸線一般位于大齒輪軸線的下部或上部。它們之間存在一個(gè)偏移距離 E，這個(gè)偏移量Ｅ叫做齒輪副的“偏置距”。偏置距可以使小齒輪具有比較大的螺旋角，增大螺旋角的同時(shí)增大了小輪的端面模數(shù)，從而提高了齒輪副小齒輪的強(qiáng)度和壽命。這種齒輪在傳動(dòng)過程中沿齒輪軸向和徑向兩個(gè)方向都會(huì)發(fā)生相對(duì)滑移。具有偏置距的齒輪副通常稱為“準(zhǔn)雙曲面齒輪”，這類齒輪主要用于汽車的后橋部分。

2.2 螺旋錐齒輪幾何參數(shù)

弧齒錐齒輪主要以美國(guó)格里森公司為代表。格里森擁有全套成熟的弧齒錐齒輪設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)技術(shù)，從而確定了其在弧齒錐齒輪行業(yè)的壟斷位置。近年汽車行業(yè)與航空領(lǐng)域的快速發(fā)展為弧齒制錐齒輪提供了更廣闊的市場(chǎng)�；↓X錐齒輪是利用圓形端面銑刀盤切削加工而成，與直齒錐齒輪相比，弧齒錐齒輪副在傳動(dòng)時(shí)同時(shí)嚙合的齒數(shù)對(duì)多于傳統(tǒng)的直齒錐齒輪。因此，傳動(dòng)更平穩(wěn)，傳動(dòng)噪聲分貝低，承載力強(qiáng)[21]�；↓X錐齒輪副已經(jīng)被應(yīng)用到各種高速重載要求的傳動(dòng)場(chǎng)合中，尤其是飛行器、汽車、重型機(jī)械和各類精密傳動(dòng)設(shè)備等設(shè)備所使用的齒輪箱的內(nèi)部重要部件已逐漸被弧齒錐齒輪替代。 如圖 2.3 為弧齒錐齒輪副，它與普通的直齒錐齒輪副相比，弧齒錐齒輪可以視做直齒錐齒輪切成無數(shù)薄片后經(jīng)扭轉(zhuǎn)與母線傾斜而形成的。

第 3 章 iTNC530 數(shù)控系統(tǒng)及機(jī)床參數(shù)優(yōu)化 ....... 19 
3.1 概述................. 19 
3.2 iTNC530 數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)................ 19 
3.3 Python 語言簡(jiǎn)介............. 20
第 4 章 GCMT2500 螺旋錐齒輪專用加工軟件設(shè)計(jì) ..... 31 
4.1 軟件總體框架設(shè)計(jì) .............. 31 
4.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì) ............. 32 
4.3 參數(shù)設(shè)計(jì)模塊 .................... 33 
4.4 TCA 模塊 ............... 37 
4.5 齒輪實(shí)體三維仿真模塊 .................. 39 
4.6 加工程序模塊 ................. 40 
4.7 加工實(shí)例 ...................... 42 
4.8 本章小結(jié) ......................... 43 
第 5 章 總結(jié)與展望 ................. 44 
5.1 總結(jié) .................... 44 
5.2 展望 ............... 44

第 4 章 GCMT2500螺旋錐齒輪專用加工軟件設(shè)計(jì) 

4.1 軟件總體框架設(shè)計(jì) 

根據(jù) GCMT2500 設(shè)備的實(shí)際加工需求，設(shè)計(jì)了一款可以滿足使用需求的配套加工軟件。軟件以人機(jī)界面的形式具體呈現(xiàn)出來。其功能需求主要分為五個(gè)部分（五大模塊）。即參數(shù)設(shè)計(jì)，TCA 分析，三維仿真，加工程序，檢測(cè)分析五部分功能。如圖4.1 為軟件的設(shè)計(jì)框架。（1）參數(shù)設(shè)計(jì)：為完成相關(guān)參數(shù)的計(jì)算與確定為生成加工程序做準(zhǔn)備。初始階段要求操作人員根據(jù)圖紙輸入各項(xiàng)基本參數(shù)，通過相應(yīng)計(jì)算模塊得到其他對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。涉及的參數(shù)主要為齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)、刀具參數(shù)、機(jī)床調(diào)整參數(shù)、工藝參數(shù)等。 （2）TCA：為參數(shù)設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)優(yōu)化調(diào)整功能。TCA 為齒輪接觸分析數(shù)值計(jì)算，通過計(jì)算準(zhǔn)確反映當(dāng)前設(shè)計(jì)參數(shù)生成出的錐齒輪嚙合情況，對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整以達(dá)到理想的嚙合狀態(tài)。其中提供參考參數(shù)縮短了參數(shù)調(diào)整時(shí)間提高了加工效率。 

4.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)要求在界面系統(tǒng)構(gòu)建前期著手，以便及早發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)計(jì)缺陷。設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的主要方面為：適應(yīng)性、高效性、易學(xué)性、用戶友好性、用戶的滿意程度[48]等。 根據(jù)螺旋錐齒輪的設(shè)計(jì)加工要求，使用 Python 語言對(duì)螺旋錐齒輪加工軟件的人機(jī)界面程序進(jìn)行編制。圖 4.2 為軟件運(yùn)行主界面。通過界面提供的界面按鍵，可以進(jìn)入不同的功能界面。水平按鍵中參數(shù)設(shè)計(jì)按鍵可以進(jìn)入各自的參數(shù)設(shè)計(jì)界面，TCA 按鍵進(jìn)入后可進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。三維仿真按鍵可進(jìn)行工件的三維模擬。在參數(shù)確定無誤后通過程序生成按鍵可生成相應(yīng)的加工程序。豎直按鍵中的上半部分的退出系統(tǒng)按鍵可以進(jìn)行系統(tǒng)的退出，保存按鍵和文件管理按鍵進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)保存和文件管理。
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第 5 章 總結(jié)與展望  

5.1 總結(jié) 

GCMT2500 數(shù)控螺旋錐齒輪復(fù)合加工機(jī)床是目前世界上最大的數(shù)控螺旋錐齒輪加工機(jī)床，本文研究工作對(duì) GCMT2500 機(jī)床的系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)起到重要的支撐作用，對(duì)于開發(fā)基于 HEIDENHAIN 數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)的其他機(jī)床專用軟件系統(tǒng)也具有借鑒意義。論文完成的主要工作和結(jié)論如下：（1）研究了螺旋錐齒輪的幾何參數(shù)、機(jī)床調(diào)整參數(shù)和加工工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算和加工方法選取確定。（2）研究了 GCMT2500 螺旋錐齒輪復(fù)合數(shù)控加工機(jī)床的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)優(yōu)化問題，對(duì)各軸控制參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，參數(shù)通過參數(shù)優(yōu)化改善了齒輪加工的表面質(zhì)量。（3）完成了 GCMT2500 機(jī)床專用軟件系統(tǒng)的主體功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使用 Python 高級(jí)編程語言，在海德漢 iTNC530 數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)的開發(fā)環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)了專用軟件系統(tǒng)嵌入設(shè)計(jì)和人機(jī)界面程序設(shè)計(jì)。（4）完成齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)模塊、TCA 模塊的基本功能程序設(shè)計(jì)，完成了程序設(shè)計(jì)模塊和系統(tǒng)仿真模塊的部分功能程序設(shè)計(jì)，達(dá)到了 GCMT2500 加工軟件系統(tǒng)的加工基礎(chǔ)要求。 

5.2 展望 

本課題的前期工作基本達(dá)到了以螺旋錐齒輪加工為主要目的的預(yù)期要求，由于時(shí)間關(guān)系和開發(fā)條件和問題復(fù)雜程度等諸多因素，研究工作還有許多需要改進(jìn)的地方。綜合考慮，我認(rèn)為應(yīng)在以下幾個(gè)方面加強(qiáng)開發(fā)研究: （1）繼續(xù)完善軟件功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完善人機(jī)界面設(shè)計(jì)，使得軟件功能結(jié)構(gòu)更合理，操作使用更友好、方便.（2）為了適應(yīng)實(shí)際的加工要求，應(yīng)該進(jìn)一步強(qiáng)化齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)模塊，不斷補(bǔ)充和增加不同類型、不同加工方法的螺旋錐齒輪設(shè)計(jì)加工程序.（3）齒輪的仿真部分與檢測(cè)部分尚未在設(shè)備上完全實(shí)現(xiàn)，需要繼續(xù)研究開發(fā)以進(jìn)一步完善軟件功能。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：74378