基于多体系统理论的面齿轮数控磨床误差建模与分析

发布时间：2017-12-07 06:07

  本文关键词：基于多体系统理论的面齿轮数控磨床误差建模与分析

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【摘要】：面齿轮传动作为一种新型的齿轮传动被广泛应用于国防、交通和高端设备传动等领域,随着面齿轮在航空航天领域中的应用日渐广泛,人们对面齿轮精度的要求也越来越高,磨齿作为面齿轮精加工的最后也是最重要的加工程序,对于形成面齿轮的最终齿面几何形状、微形貌和表层性态、决定面齿轮的使用性能、提高面齿轮传动效率具有重要意义。本文在国家自然科学基金“基于使用性能驱动的面齿轮磨削表面多尺度创成原理与关键技术研究”的支持下,针对碟形砂轮磨削面齿轮多轴数控磨床进行研究,建立了磨床综合误差模型,对多源误差影响下面齿轮磨削机床误差变化规律进行了分析,并进行了实验验证。主要研究内容如下:(1)以碟形砂轮磨削面齿轮多轴数控磨床为研究对象,运用多体系统理论对机床进行了运动学分析,结合磨床结构特点建立了磨床到刀具和磨床到工件两条运动链的拓扑结构模型、低序体阵列、自由度表。(2)运用齐次坐标变换矩阵对机床各典型体进行了几何描述和位置表达,得到了多体系统中典型体在理想和实际两种状态下的坐标变换矩阵,基于典型体和相邻体间的变换关系,得到了两条运动链下磨床的矩阵表达式,推导出任意典型体上的点在基坐标系中的表达式。(3)分析了碟形砂轮磨削面齿轮数控磨床误差来源,对机床平动轴和旋转轴的误差产生原因进行了分析,重点论述了机床运动副误差和热误差等影响因素,应用线性拟合对磨床误差进行了分析。(4)基于小误差假设,考虑磨床综合空间误差(平移误差、旋转误差)运用Matlab软件仿真计算出磨床综合误差模型,并对所建立的模型进行了验证。(5)基于所建立的综合误差模型,仿真分析了多源误差敏感方向对磨削齿面形状的影响规律,并分析了不同误差元素对面齿轮齿距、周节、齿形等基本参数的影响,在Sigma齿轮测量中心对齿廓偏差进行了测量,从而进一步验证了建模方法的正确性。(6)针对机床误差测量技术进行了分析,基于9线法,采用激光干涉仪分析了机床平动轴几何误差测量原理,采用球杆仪分析了机床转动轴误差测量原理,并对机床平动轴误差进行了测量,仿真得到了机床误差分布曲线。
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG596

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