花键冷搓成形机理与装备研究
发布时间：2021-05-25 17:53
渐开线花键轴在传递载荷较大、定心精度要求高的场合应用广泛,提高花键制造能力和加工水平对于我国花键轴制造行业及相关产业的发展都具有重要意义。冷搓成形技术用于外花键加工,是一种高效、高精度、高材料利用率的新型制造方法。本文根据冷搓成形原理,对渐开线花键搓制过程的成形机理和关键参数进行了模拟仿真:以咬入、粗搓、精搓、退出各个阶段的齿形变化特征为基础,结合滑移线法,分析了塑性成形过程中的金属流动特性;基于数值模拟的正交试验方法,分析了毛坯材料（力学特征）、搓制速度、摩擦系数对搓制全程尤其是受力大的咬入和粗搓阶段的成形力影响和变化规律,为加工工艺参数的控制提供了理论依据。在上述成形机理和关键参数研究基础上,论文对花键轴立式冷搓装备及成套装备关键技术进行了研究,包括搓齿机整机结构设计、传动系统设计;对搓齿机进行了强度和模态分析,可为搓齿机的设计提供参考;对基于搓齿机的等速轴成套装备,设计了便于运动规划的球关节上下料机器人,并基于PLC实现了机器人与数控机床连线。论文完成的花键冷搓成形过程工艺参数变化规律、花键轴制造以及成套装备连线方式等研究,为花键轴制造工艺和装备水平的提高提供了有益参考。
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 花键轴制造工艺简述
1.3 花键轴冷搓技术与装备研究现状
1.3.1 冷搓成形技术发展与应用
1.3.2 冷搓成形相关技术研究进展
1.4 课题来源与主要研究内容
第二章 冷搓成形原理及过程分析
2.1 渐开线花键冷搓成形原理
2.2 冷搓成形轴坯及模具参数确定
2.2.1 渐开线花键冷搓成形材料
2.2.2 冷搓前轴坯直径的确定
2.2.3 搓齿板重要参数的确定
2.3 花键冷搓过程仿真模拟
2.3.1 冷搓模型合理简化
2.3.2 冷搓成形仿真前处理
2.3.3 冷搓成形仿真结果
2.4 花键冷搓仿真后处理及成形过程分析
2.4.1 分齿咬入阶段
2.4.2 粗搓成形阶段
2.4.3 精搓成形阶段
2.4.4 退出阶段
2.5 小结
第三章 花键冷搓成形力正交试验分析
3.1 正交试验方案设计
3.1.1 确定试验目的与试验指标
3.1.2 确定试验因素及其水平
3.1.3 正交试验表设计
3.1.4 试验方案
3.1.5 试验结果及原始数据
3.2 径向成形力试验结果分析
3.2.1 试验数据处理方法
3.2.2 径向成形力极差分析
3.2.3 径向成形力方差分析
3.3 切向成形力分析
3.3.1 切向成形力极差分析
3.3.2 切向成形力方差分析
3.4 综合分析
3.5 小结
第四章 花键搓齿机设计与分析
4.1 花键搓齿机设计方案
4.1.1 布置方式
4.1.2 整机架构
4.1.3 动作顺序
4.1.4 同步机构
4.1.5 可调结构
4.1.6 驱动方式
4.2 搓齿机传动系统分析与计算
4.2.1 滑台受力分析
4.2.2 丝杠工作情况确定
4.2.3 滚珠丝杠选型计算
4.2.4 伺服电机选型计算
4.3 搓齿机强度分析
4.3.1 模型简化与划分网格
4.3.2 施加约束和载荷
4.3.3 强度分析结果后处理
4.4 搓齿机模态分析
4.4.1 模型简化与划分网格
4.4.2 施加约束
4.4.3 模态分析结果后处理
4.5 小结
第五章 基于搓齿机的等速轴加工成套装备上下料研究
5.1 上下料方案整体分析
5.2 上下料机器人设计
5.2.1 机器人关节设计
5.2.2 机器人结构设计
5.3 上下料机器人运动规划
5.3.1 基于投影法机器人运动规划理论
5.3.2 基于投影法的球面关节七自由度机器人运动规划
5.3.3 关节变量的求解
5.4 机器人与数控机床连线设计
5.4.1 控制系统硬件布局
5.4.2 动作顺序及其实现
5.5 小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于机器人的数控机床自动上下料应用系统设计[J]. 龙江,胡丹,梁林. 自动化技术与应用. 2017(10)
[2]基于绿色制造的新型机械制造工艺及装备技术研究[J]. 秦健,邓银舟,江帆,林镱琳. 中国锰业. 2016(04)
[3]国内外常用渐开线花键标准对比分析[J]. 裴帮,刘树杰,李耀,范友航. 机械传动. 2016(08)
[4]淬火钢高速精加工用PCBN刀具材料的研究[J]. 聂建军,李辉. 工具技术. 2016(06)
[5]新材料在数控机床刀具中的应用[J]. 李宗瑛. 合成材料老化与应用. 2016(02)
[6]内外花键轴向冷挤压成形工艺[J]. 康权,邓强,李志远,杜尚军,崔旭昌. 模具制造. 2015(07)
[7]从战略上推动我国先进制造业发展[J]. 罗文. 求是. 2014(10)
[8]渐开线花键冷挤成形工艺分析与模具设计[J]. 林桂霞. 锻压技术. 2014(01)
[9]渐开线花键配合压装力计算[J]. 王宋军,陈启云,李慧军,由毅,冯擎峰. 机械研究与应用. 2013(04)
[10]三自由度永磁球形电机的建模和电压控制[J]. 刘敬猛,孟艳艳,陈伟海,吴星明. 吉林大学学报(工学版). 2014(02)
博士论文
[1]花键轴冷滚压精密成形理论与实验研究[D]. 刘志奇.兰州理工大学 2012
[2]渐开线花键轴冷滚轧模具CAPP系统关键模块研究与实现[D]. 王志奎.燕山大学 2010
硕士论文
[1]三自由度球面并联仿生关节的设计与研究[D]. 刘磊.河北工业大学 2006
[2]渐开线花键冷滚轧工艺及设备研究[D]. 韩凤磷.燕山大学 2005
[3]精密冷滚轧机床本体关键技术研究[D]. 富壮.燕山大学 2002
本文编号：3205760
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 花键轴制造工艺简述
1.3 花键轴冷搓技术与装备研究现状
1.3.1 冷搓成形技术发展与应用
1.3.2 冷搓成形相关技术研究进展
1.4 课题来源与主要研究内容
第二章 冷搓成形原理及过程分析
2.1 渐开线花键冷搓成形原理
2.2 冷搓成形轴坯及模具参数确定
2.2.1 渐开线花键冷搓成形材料
2.2.2 冷搓前轴坯直径的确定
2.2.3 搓齿板重要参数的确定
2.3 花键冷搓过程仿真模拟
2.3.1 冷搓模型合理简化
2.3.2 冷搓成形仿真前处理
2.3.3 冷搓成形仿真结果
2.4 花键冷搓仿真后处理及成形过程分析
2.4.1 分齿咬入阶段
2.4.2 粗搓成形阶段
2.4.3 精搓成形阶段
2.4.4 退出阶段
2.5 小结
第三章 花键冷搓成形力正交试验分析
3.1 正交试验方案设计
3.1.1 确定试验目的与试验指标
3.1.2 确定试验因素及其水平
3.1.3 正交试验表设计
3.1.4 试验方案
3.1.5 试验结果及原始数据
3.2 径向成形力试验结果分析
3.2.1 试验数据处理方法
3.2.2 径向成形力极差分析
3.2.3 径向成形力方差分析
3.3 切向成形力分析
3.3.1 切向成形力极差分析
3.3.2 切向成形力方差分析
3.4 综合分析
3.5 小结
第四章 花键搓齿机设计与分析
4.1 花键搓齿机设计方案
4.1.1 布置方式
4.1.2 整机架构
4.1.3 动作顺序
4.1.4 同步机构
4.1.5 可调结构
4.1.6 驱动方式
4.2 搓齿机传动系统分析与计算
4.2.1 滑台受力分析
4.2.2 丝杠工作情况确定
4.2.3 滚珠丝杠选型计算
4.2.4 伺服电机选型计算
4.3 搓齿机强度分析
4.3.1 模型简化与划分网格
4.3.2 施加约束和载荷
4.3.3 强度分析结果后处理
4.4 搓齿机模态分析
4.4.1 模型简化与划分网格
4.4.2 施加约束
4.4.3 模态分析结果后处理
4.5 小结
第五章 基于搓齿机的等速轴加工成套装备上下料研究
5.1 上下料方案整体分析
5.2 上下料机器人设计
5.2.1 机器人关节设计
5.2.2 机器人结构设计
5.3 上下料机器人运动规划
5.3.1 基于投影法机器人运动规划理论
5.3.2 基于投影法的球面关节七自由度机器人运动规划
5.3.3 关节变量的求解
5.4 机器人与数控机床连线设计
5.4.1 控制系统硬件布局
5.4.2 动作顺序及其实现
5.5 小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于机器人的数控机床自动上下料应用系统设计[J]. 龙江,胡丹,梁林. 自动化技术与应用. 2017(10)
[2]基于绿色制造的新型机械制造工艺及装备技术研究[J]. 秦健,邓银舟,江帆,林镱琳. 中国锰业. 2016(04)
[3]国内外常用渐开线花键标准对比分析[J]. 裴帮,刘树杰,李耀,范友航. 机械传动. 2016(08)
[4]淬火钢高速精加工用PCBN刀具材料的研究[J]. 聂建军,李辉. 工具技术. 2016(06)
[5]新材料在数控机床刀具中的应用[J]. 李宗瑛. 合成材料老化与应用. 2016(02)
[6]内外花键轴向冷挤压成形工艺[J]. 康权,邓强,李志远,杜尚军,崔旭昌. 模具制造. 2015(07)
[7]从战略上推动我国先进制造业发展[J]. 罗文. 求是. 2014(10)
[8]渐开线花键冷挤成形工艺分析与模具设计[J]. 林桂霞. 锻压技术. 2014(01)
[9]渐开线花键配合压装力计算[J]. 王宋军,陈启云,李慧军,由毅,冯擎峰. 机械研究与应用. 2013(04)
[10]三自由度永磁球形电机的建模和电压控制[J]. 刘敬猛,孟艳艳,陈伟海,吴星明. 吉林大学学报(工学版). 2014(02)
博士论文
[1]花键轴冷滚压精密成形理论与实验研究[D]. 刘志奇.兰州理工大学 2012
[2]渐开线花键轴冷滚轧模具CAPP系统关键模块研究与实现[D]. 王志奎.燕山大学 2010
硕士论文
[1]三自由度球面并联仿生关节的设计与研究[D]. 刘磊.河北工业大学 2006
[2]渐开线花键冷滚轧工艺及设备研究[D]. 韩凤磷.燕山大学 2005
[3]精密冷滚轧机床本体关键技术研究[D]. 富壮.燕山大学 2002
本文编号：3205760
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