非圆齿轮滚齿加工过程误差分析

发布时间：2017-09-16 19:16

  本文关键词：非圆齿轮滚齿加工过程误差分析

  更多相关文章： 数控滚齿机 SOV 状态空间模型 非圆齿轮 滚齿加工 三次样条插值 时间驱动

【摘要】：近几十年,伴随着机车、航空航天、机械装备等工业领域的大力发展,精密加工技术飞速发展,齿轮设计制造技术朝着加工精度高、传动平稳、承载强度大、使用寿命长、制造成本低以及运转噪音小等方向发展。在此背景下,如何满足日益提高的齿轮加工精度要求,使齿轮加工具有高质量、高效率、高集成度和高可靠性已成为齿轮制造行业的研究热点。非圆齿轮也被称为异形齿轮,与另一个齿轮组成的齿轮副在啮合过程中可以实现两轴的非匀速的变传动比运动,因此可以利用其自身独特的几何特性来实现一些特殊的功能,需要变传动比的装备或机械机构均可以考虑采用非圆齿轮来实现,极大程度地使复杂结构大大简化,并且提高机构的性能。因此对非圆齿轮滚齿加工过程进行误差分析,提高非圆齿轮加工精度具有十分重要的意义和工程价值。于是本文开展了如下工作:(1)针对传统数控滚齿机传动元件多而复杂导致其存在传动误差无法保证加工精度的情况,基于误差流(SOV,Stream of Variation)理论,以YS3118型数控滚齿机主轴传动系统为研究对象,提出运用状态空间模型描述此传动系统的误差流传递的方法。构建描述传动件齿轮几何特征的坐标系,对由加工误差或者装配误差导致的转动副偏差进行数学建模,结合运动学理论描述出齿轮传动中包含误差参数的坐标系转换,并运用状态空间模型建立出传动过程误差流传递的表达形式并对该模型进行实验验证分析,分析结果表明:根据每级传动齿轮件的偏差矢量,计算出最终刀具的终端误差,并且可以扩展到其他拥有齿轮传动系统机床上。实际过程中,可以根据传动零件齿轮的状态测量结果,基于零件设计公差和零件变形估计与计算,对后续传动过程状态进行递归计算,预测可能的最终滚刀状态。通过计算实例分析得出了随着主轴转速提高,主轴径向误差均值逐渐降低的结论。(2)针对目前非圆齿轮滚齿加工难以精确控制的问题,提出了一种基于时间驱动的非圆齿轮滚齿加工数学模型,得到了最终速度关于时间的图像曲线,对最优加工模型的图像曲线进行三次样条插值求解出速度关于时间的三次样条插值函数;实例表明,提出的等分非圆标注法所得的极角值比数值积分计算得到的极角值更加精确,而且该方法可以直接通过CAD软件快速计算出极角值,并导入到CAM模拟加工过程中。通过对)(twv-曲线对比,等弧长法比等极角法更利于调速控制,且等弧长法中滚刀转速恒定,对滚刀具有保护作用,可延长滚刀使用寿命。提出的时间驱动滚齿加工数学模型为高阶非圆齿轮滚齿加工的实现提供了更加有效的一种途径,解决了极角驱动模型中极角在线难测量、测量不准确的问题,为滚齿加工中速度、角速度的在线实时性监测建立了可靠的理论基础。
【关键词】：数控滚齿机 SOV 状态空间模型 非圆齿轮 滚齿加工 三次样条插值 时间驱动
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG612
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-13
• 第1章 绪论13-18
• 1.1 本课题研究意义和来源13-14
• 1.1.1 本课题研究意义13-14
• 1.1.2 本课题的来源14
• 1.2 国内外非圆齿轮滚齿加工技术研究现状14-15
• 1.3 国内外过程误差分析研究现状15-16
• 1.4 主要研究内容16-17
• 1.5 本章小结17-18
• 第2章 滚齿加工技术及误差检验18-25
• 2.1 滚齿加工技术18-19
• 2.2 滚齿加工误差分类19-20
• 2.3 滚齿加工误差成因20-22
• 2.3.1 径向加工误差20-21
• 2.3.2 切向加工误差21-22
• 2.3.3 轴向加工误差22
• 2.3.4 滚刀产形面误差22
• 2.4 非圆齿轮误差检测项目22-23
• 2.5 本章小结23-25
• 第3章 基于SOV理论的数控滚齿机主轴传动误差分析25-35
• 3.1 引言25
• 3.2 YS3118滚齿机的结构及主轴传动原理25-26
• 3.2.1 YS3118滚齿机物理结构25
• 3.2.2 主轴传动原理25-26
• 3.3 齿轮转动副运动误差元素分析及传动建模26-29
• 3.3.1 齿轮转动副运动误差分析26-27
• 3.3.2 齿轮传动误差建模27-29
• 3.4 传动过程状态空间建模29-31
• 3.4.1 传动体序列构建29
• 3.4.2 传动过程偏差积累的状态空间模型29-31
• 3.5 实例分析31-34
• 3.5.1 传动过程误差计算分析31-32
• 3.5.2 实验验证32-34
• 3.6.本章小结34-35
• 第4章 基于时间驱动的非圆齿轮滚齿加工数学模型分析35-49
• 4.1 引言35
• 4.2 高阶非圆齿轮节曲线方程及可滚齿加工条件35-39
• 4.2.1 高阶非圆齿轮节曲线方程35-36
• 4.2.2 高阶非圆齿轮可滚齿加工条件36
• 4.2.3 非圆齿轮滚齿加工模型36-39
• 4.3 时间驱动及速度、角速度关于时间的曲线求解39-40
• 4.3.1 时间驱动39-40
• 4.3.2 速度、角速度关于时间的曲线数值求解法40
• 4.3.3 分段非圆标注极角法40
• 4.4 实例计算分析40-48
• 4.4.1 分段非圆标注法求解极角41-42
• 4.4.2 数值积分法求解极角42-43
• 4.4.3 方案（1）与方案（3）速度、角速度曲线对比分析43-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 结论与展望49-51
• 5.1 结论49
• 5.2 展望49-51
• 参考文献51-56
• 致谢56-57
• 附录A 攻读硕士期间所发表的学术论文57-58
• 附录B 论文相关程序代码（部分）58-62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 史勇;王生泽;;斜齿非圆齿轮滚齿加工过程仿真研究[J];机械设计;2015年04期

2 史勇;王生泽;;非圆齿轮齿廓数值算法研究[J];机械科学与技术;2013年08期

3 童婷;郑方炎;孙科;袁兵;;基于齿廓法线的非圆齿轮齿廓数值算法[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2013年03期

4 洪军;郭俊康;刘志刚;武晓攀;;基于状态空间模型的精密机床装配精度预测与调整工艺[J];机械工程学报;2013年06期

5 刘有余;韩江;夏链;;椭圆齿轮滚齿加工三维仿真研究[J];机械设计;2012年05期

6 黄鹏;李革;曹宁慧;;基于节点切线平行线的非圆齿轮齿廓特征点求法[J];浙江理工大学学报;2012年02期

7 范素香;齐新华;侯书林;;基于Matlab及UG的偏心共轭非圆齿轮的设计[J];机械传动;2011年09期

8 胡赤兵;孔德永;张敏;张玲;刘永平;;非圆齿轮的实体建模方法与线切割加工仿真[J];兰州理工大学学报;2011年04期

9 彭东林;郑永;陈自然;高忠华;郑方燕;董淳;;基于误差传递理论及误差修正技术的高精度蜗轮母机研制[J];机械工程学报;2011年09期

10 方明辉;李革;赵匀;俞高红;陈建能;杨永涛;;基于MATLAB的非圆齿轮副齿廓算法研究[J];农机化研究;2010年08期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 郭前建;数控滚齿机几何误差与热误差实时补偿技术研究[D];上海交通大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 郭奉民;滚齿加工数控程序参数化编制系统研究与开发[D];重庆大学;2013年

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本文编号：864930