曲齿锥齿轮高效率、低消耗粗切加工关键技术研究
发布时间：2021-11-13 08:34
曲齿锥齿轮（包括弧齿锥齿轮、摆线锥齿轮与曲齿内锥齿轮）在汽车、工程机械、直升机、船舶、港口机械等领域有广泛应用,国内市场对高品质曲齿锥齿轮的需求量很大,传统的“五刀法”由于加工效率及精度低正逐渐被淘汰。近十年,“两刀法”从发达国家引入我国,但由于我国的轮坯材质控制与等温正火处理技术与国外差距较大,导致刀具消耗严重,进口设备购置成本高进一步加剧了制齿成本,难以满足车辆和工程机械用曲齿锥齿轮大批量、低成本的市场需求。相比之下,四刀法更适合我国国情,粗精切分开,粗切在国产铣齿机上使用低价刀具加工,仅以较少余量留给精切,有效缓解了刀具消耗,进而降低了制齿成本。本文针对四刀法粗切加工中的进给速度优化、粗精切齿面匹配、加工参数优化与曲齿内锥齿轮高效加工等关键技术进行研究,探索适合中国国情的曲齿锥齿轮高效率、低消耗粗切加工方法。论文主要研究内容及创新点如下:（1）开展了弧齿锥齿轮成形法粗切加工切削力与切齿效率研究,确定瞬时切削深度与厚度的计算方法,实时判断工作刀齿数量与刀齿类别。利用斜角切削理论完成了多刀齿切削力的计算,构建了等切削力计算理论,在有限元数值模拟切削力的基础上进行了成形切削力采集实验,...
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
弧齿锥齿轮和摆线锥齿轮的收缩形式
端面滚切对应的是延伸外摆线齿线，两条曲线的特性使得粗切齿面与精切齿面之必然存在较大的初始误差，如何减小两齿面之间的误差，在减小精切余量的同时，进步降低精切刀具消耗，这是阻碍四刀法实施的又一关键因素。鉴于此，本文把四刀法加工曲齿锥齿轮中的粗切加工作为主要研究对象，对粗切工中的切削力计算、进给速度控制、齿面修正、加工参数优化等关键技术进行研究，索适合中国国情的曲齿锥齿轮四刀法加工的关键技术。1.2 曲齿锥齿轮齿面成形技术研究现状从第一台曲齿锥齿轮铣齿机床问世开始算起，曲齿锥齿轮已经经历了上百年的发历程，加工机床从全机械式演变成了六轴全数控式，加工技术从五刀法转变成了全工法，齿面修正技术从局部控制发展成了全齿面控制。时至今日，格里森公司的凤凰二铣齿机和克林贝格公司的 C 系列铣齿机（如图 1-2 所示）及两种机床的配套设施与软代表着最先进的曲齿锥齿轮成套加工技术，但是两家公司技术保密，行业内人员难于晓其核心技术。即便如此，由于技术保密的理念与曲齿锥齿轮向前发展的历史潮流相悖大批专家与学者依然纷纷投入到曲齿锥齿轮的研发当中。
图 1-3 Ease off 拓扑优化模块界面锥齿轮齿面设计与加工修正对于科研与生产来说意义重大，齿面的面误差优化与检验测量设备的开发始终被相关学者和企业所重视。面设计修正方面，Fuentes[125]采用局部分析和 TCA 技术来预置传动方向，从理论上降低齿轮副噪音与装配误差敏感性。Stadtfeld[126-127]基面综合误差修正技术，针对小轮提出单面修正加工模式。随后，基用通用运动模型提出了极限运动模式来修正齿面，遗憾的是并没有[128]提出了适合于端面铣削和端面滚切的通用数学模型，基于该模建了刀具修形与齿面设计修正理论。Artoni[129]建立了非线性最小二基于置信区间控制策略，结合 Ease-off 修正技术，采用马夸尔特法了研究。对于齿面设计优化与修正技术也开展了大量的工作。方宗德教授[12]了加工参数识别方法和齿面优化修正方法，首先采用最小二乘法对中产生的误差进行识别，以加工误差为基本误差，将其与随意性变行当量加工误差识别，然后采用计算机数字化仿真模拟技术对修正
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于齿面Ease off拓扑的弧齿锥齿轮齿面偏差等效修正方法[J]. 聂少武,邓静,邓效忠,杨建军,李聚波. 中国机械工程. 2017(20)
[2]弧齿锥齿轮齿顶倒棱球面刀具加工方法研究[J]. 魏巍,张连洪. 机械传动. 2017(09)
[3]水平轮位的高阶修正对弧齿锥齿轮齿形及接触区的影响[J]. 黄刚,张卫青,郭晓东,王戈,文怿恺. 机械传动. 2017(05)
[4]弧齿锥齿轮小轮粗切优化及验证[J]. 苏进展,方宗德. 中南大学学报(自然科学版). 2017(03)
[5]非对称双圆弧齿轮加工刀具设计[J]. 刘元伟,李永琢,沙汀. 大连交通大学学报. 2016(06)
[6]刀倾法准双曲面小轮粗切优化及验证[J]. 苏进展,郭晓东,刘永生,张卫青. 华南理工大学学报(自然科学版). 2016(11)
[7]弧齿锥齿轮铣齿机铣削力建模与切齿试验[J]. 石锐,邓效忠,蒋闯,付愉. 河南科技大学学报(自然科学版). 2017(01)
[8]基于指状刀具螺旋锥齿轮的数字化精加工刀具路径规划[J]. 田枫,沈辉,李儒琼. 上海师范大学学报(自然科学版). 2016(05)
[9]弧齿锥齿轮螺旋变性展成法及其轮齿接触分析[J]. 孙月海,李小亨. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2017(04)
[10]基于修根刀具的螺旋锥齿轮齿面优化[J]. 姜宏阳,刘志辉,肖似蹼. 机械设计. 2016(07)
博士论文
[1]汽车驱动桥曲齿锥齿轮经济实用型数控铣齿机建模及关键技术研究[D]. 邓静.西北工业大学 2016
[2]摆线齿准双曲面齿轮齿面啮合性能分析及设计技术研究[D]. 杜进辅.西北工业大学 2015
[3]准双曲面齿轮螺旋变性半展成数控成形理论与方法研究[D]. 张婧.天津大学 2012
[4]不锈钢加工中切削力分析预测研究[D]. 李炳林.华中科技大学 2012
[5]高重合度弧齿锥齿轮的设计理论及实验研究[D]. 邓效忠.西北工业大学 2002
硕士论文
[1]锥齿轮高速干切削力学建模及有限元仿真研究[D]. 廖从建.天津大学 2012
[2]基于Kriging模型的全局优化方法研究[D]. 邹林君.华中科技大学 2011
本文编号：3492701
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
弧齿锥齿轮和摆线锥齿轮的收缩形式
端面滚切对应的是延伸外摆线齿线，两条曲线的特性使得粗切齿面与精切齿面之必然存在较大的初始误差，如何减小两齿面之间的误差，在减小精切余量的同时，进步降低精切刀具消耗，这是阻碍四刀法实施的又一关键因素。鉴于此，本文把四刀法加工曲齿锥齿轮中的粗切加工作为主要研究对象，对粗切工中的切削力计算、进给速度控制、齿面修正、加工参数优化等关键技术进行研究，索适合中国国情的曲齿锥齿轮四刀法加工的关键技术。1.2 曲齿锥齿轮齿面成形技术研究现状从第一台曲齿锥齿轮铣齿机床问世开始算起，曲齿锥齿轮已经经历了上百年的发历程，加工机床从全机械式演变成了六轴全数控式，加工技术从五刀法转变成了全工法，齿面修正技术从局部控制发展成了全齿面控制。时至今日，格里森公司的凤凰二铣齿机和克林贝格公司的 C 系列铣齿机（如图 1-2 所示）及两种机床的配套设施与软代表着最先进的曲齿锥齿轮成套加工技术，但是两家公司技术保密，行业内人员难于晓其核心技术。即便如此，由于技术保密的理念与曲齿锥齿轮向前发展的历史潮流相悖大批专家与学者依然纷纷投入到曲齿锥齿轮的研发当中。
图 1-3 Ease off 拓扑优化模块界面锥齿轮齿面设计与加工修正对于科研与生产来说意义重大，齿面的面误差优化与检验测量设备的开发始终被相关学者和企业所重视。面设计修正方面，Fuentes[125]采用局部分析和 TCA 技术来预置传动方向，从理论上降低齿轮副噪音与装配误差敏感性。Stadtfeld[126-127]基面综合误差修正技术，针对小轮提出单面修正加工模式。随后，基用通用运动模型提出了极限运动模式来修正齿面，遗憾的是并没有[128]提出了适合于端面铣削和端面滚切的通用数学模型，基于该模建了刀具修形与齿面设计修正理论。Artoni[129]建立了非线性最小二基于置信区间控制策略，结合 Ease-off 修正技术，采用马夸尔特法了研究。对于齿面设计优化与修正技术也开展了大量的工作。方宗德教授[12]了加工参数识别方法和齿面优化修正方法，首先采用最小二乘法对中产生的误差进行识别，以加工误差为基本误差，将其与随意性变行当量加工误差识别，然后采用计算机数字化仿真模拟技术对修正
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于齿面Ease off拓扑的弧齿锥齿轮齿面偏差等效修正方法[J]. 聂少武,邓静,邓效忠,杨建军,李聚波. 中国机械工程. 2017(20)
[2]弧齿锥齿轮齿顶倒棱球面刀具加工方法研究[J]. 魏巍,张连洪. 机械传动. 2017(09)
[3]水平轮位的高阶修正对弧齿锥齿轮齿形及接触区的影响[J]. 黄刚,张卫青,郭晓东,王戈,文怿恺. 机械传动. 2017(05)
[4]弧齿锥齿轮小轮粗切优化及验证[J]. 苏进展,方宗德. 中南大学学报(自然科学版). 2017(03)
[5]非对称双圆弧齿轮加工刀具设计[J]. 刘元伟,李永琢,沙汀. 大连交通大学学报. 2016(06)
[6]刀倾法准双曲面小轮粗切优化及验证[J]. 苏进展,郭晓东,刘永生,张卫青. 华南理工大学学报(自然科学版). 2016(11)
[7]弧齿锥齿轮铣齿机铣削力建模与切齿试验[J]. 石锐,邓效忠,蒋闯,付愉. 河南科技大学学报(自然科学版). 2017(01)
[8]基于指状刀具螺旋锥齿轮的数字化精加工刀具路径规划[J]. 田枫,沈辉,李儒琼. 上海师范大学学报(自然科学版). 2016(05)
[9]弧齿锥齿轮螺旋变性展成法及其轮齿接触分析[J]. 孙月海,李小亨. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2017(04)
[10]基于修根刀具的螺旋锥齿轮齿面优化[J]. 姜宏阳,刘志辉,肖似蹼. 机械设计. 2016(07)
博士论文
[1]汽车驱动桥曲齿锥齿轮经济实用型数控铣齿机建模及关键技术研究[D]. 邓静.西北工业大学 2016
[2]摆线齿准双曲面齿轮齿面啮合性能分析及设计技术研究[D]. 杜进辅.西北工业大学 2015
[3]准双曲面齿轮螺旋变性半展成数控成形理论与方法研究[D]. 张婧.天津大学 2012
[4]不锈钢加工中切削力分析预测研究[D]. 李炳林.华中科技大学 2012
[5]高重合度弧齿锥齿轮的设计理论及实验研究[D]. 邓效忠.西北工业大学 2002
硕士论文
[1]锥齿轮高速干切削力学建模及有限元仿真研究[D]. 廖从建.天津大学 2012
[2]基于Kriging模型的全局优化方法研究[D]. 邹林君.华中科技大学 2011
本文编号：3492701
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