小型平面二次包络环面蜗杆副五轴数控加工变形分析与控制

发布时间：2019-11-26 13:43

【摘要】：平面二次包络环面蜗杆副由于其具有多齿线接触、良好润滑性等优点,在机械、航空、军事等领域得到广泛的应用。由于其包络面的复杂性,平面二次包络环面蜗杆副三维模型精度不高,且目前包络曲面的精加工通常采用磨削法,而磨削加工的效率较低。因此,如何建立小型平面二次包络环面蜗杆副的精准的三维数字化模型、合理的工艺方案及五轴数控加工变形控制方法是实现小型平面二次包络环面蜗杆副高效高精加工的一项重要课题。为此,本文综合运用多轴数控加工理论、数值模拟技术等理论方法和技术手段,研究小型平面二次包络环面蜗杆副五轴数控加工中齿廓变形规律,探索了平面二次包络环面蜗杆副五轴数控加工工艺参数优化方法。具体研究工作如下:1)三维数字化模型的建立。通过向量运算法,传递矩阵、空间啮合原理和包络原理建立了精准的数字化CAD模型,为后期的五轴数控加工打下理论模型基础。2)小型平面二次包络环面蜗杆副五轴数控加工工艺规划。通过分析小型平面二次包络环面蜗杆结构特点和加工方法,建立了五轴数控加工刀轨规划方案,并利用UG8.0软件CAM模块对加工刀轨方案进行实例分析,同时通过VERICUT软件对零件进行了加工仿真,以验证刀轨规划方案的正确性。3)小型平面二次包络环面蜗杆副的五轴数控加工误差分析以及加工变形预测研究。通过设计正交试验获得不同加工工艺参数条件下,齿廓精加工的铣削力,利用回归方程建立铣削力预测模型,并对所建立的铣削力模型进行了实例对比分析;利用ANSYS软件对小型平面二次包络环面蜗杆副齿廓的五轴侧铣精加工变形误差进行了预测分析。4)铣削参数的多目标优化。以各铣削参数为设计变量,铣削力和最大材料去除率为优化目标,结合各参数的约束范围,建立了铣削参数的多目标优化函数,并基于粒子群算法对加工过程中铣削参数优化,从而实现对加工误差的控制,以达到小型平面二次环面蜗杆副的高精、高效加工。综上,本文的研究为小型平面二次包络环面蜗杆副五轴数控高效高精加工提供了有效决方案,并为小型传动件加工提供科学依据。
【图文】：

示意图,平面二次包络环面蜗杆,蜗轮

第 1 章绪论研究背景与意义制造业是国民经济的主体，十八世纪中叶开启工业文明以来，世界强国的兴衰民族的奋斗史一再证明，没有强大的制造业，就没有国家和民族的强盛。我国业化进程中，但与先进国家相比还有较大差距。制造业大而不强，自主创新能力核心技术与高端装备对外依存度高，以企业为主体的制造业创新体系不完善；不高，缺乏世界知名品牌[1]。因此,“高精、高质量”的产品急需得到研发和制造许多重大设备技术改造、产品更新的难题中，蜗杆传动技术的应用发挥了重要为企业和国家创造了巨大的经济效益。而在蜗杆传动技术中，平面二次包络环起到重中之重的影响，其零件示意图如图 1.1 所示。平面二次包络环面蜗杆副包络、工作齿面接触多、传动比大、使用寿命长、啮合状况更密切等优点[3]，载的场合相比一次包络蜗杆副优势更大，使用更普及。但是，此传动副的加工专用机床加工，通用性不强，，加工效率较低。

示意图,包络运动,蜗杆,坐标系

图 2.3 母平面与蜗杆第一次包络运动示意图根据空间向量转换理论可知，将坐标系 S0变换到坐标系 S1的转换矩阵 T 为：0 00 01 0 00 sin cos0 cos sinT （2.13）将坐标系 S1变换到坐标系 S2的转换矩阵 T1为：2 2 1 11 2 2 1 1cos sin 0 1 0 0 1 0 0 cos sin 0sin cos 0 0 0 1 0 1 0 sin cos 00 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1T （2.14）坐标系 S0中的母平面的法向矢量可以表示为 n 0,0,1 ，把法向矢量 n 转换到坐标系 S2中可得： 2 0 0n 0, cos ,sin (2.15)同时在坐标系 S的母平面和蜗杆齿面的相对速度 v为：
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG659

【参考文献】