具有急回特性的数控插齿机主运动系统的设计与控制研究

发布时间：2017-08-08 07:22

  本文关键词：具有急回特性的数控插齿机主运动系统的设计与控制研究

  更多相关文章： 数控插齿机 双曲柄-曲柄滑块机构 优化设计 变急回特性 运动学仿真 电子齿轮箱

【摘要】：高速度、高精度、高效率以及柔性化成为数控插齿机的主要发展趋势,但传统插齿机通常采用曲柄滑块机构作为主运动机构,由于不具有急回特性,插削加工行程和空行程相等,加工效率不高,其次该机构在高速运动过程中速度不均匀,加工精度较低。针对加工斜齿轮时仍然采用螺旋导轨实现附加转动,由于螺旋导轨加工工艺复杂、制造成本高、无通用性且更换麻烦等影响,导致加工斜齿轮时效率和加工精度难以满足要求。因此本文对插齿机主运动机构进行优化设计,并提出一种电子螺旋导轨来替代机械式螺旋导轨。提出以双曲柄-曲柄滑块机构作为插齿机主运动机构,以各杆长和安装角作为设计变量,确定了目标函数和约束条件,采用复合形法对其进行优化设计。根据优化设计得到结果,运用Solid Works建立双曲柄-曲柄滑块机构的实体模型,导入ADAMS进行运动学仿真。通过对比优化前后的结果可知优化后的主运动机构在工作行程内速度更平稳,结果表明双曲柄-曲柄滑块机构作为主运动机构时,具有变急回特性并且在工作行程内速度相对较平稳,可改善插齿加工的精度和效率,并可满足不同齿宽的加工要求。详细阐述了电子齿轮箱的原理和特点,然后推导了斜齿轮插削加工的数学模型。建立了基于电子齿轮箱的螺旋导轨结构,通过调整数控系统参数可实现任意螺旋角斜齿轮的插削加工,缩短机械调整时间,提高数控插齿机的柔性。本文采用优化设计方法和虚拟样机技术,在物理样机制造出来之前,对插齿机主运动机构进行设计和运动学仿真,为高性能数控插齿机的设计研发提供参考价值。
【关键词】：数控插齿机 双曲柄-曲柄滑块机构 优化设计 变急回特性 运动学仿真 电子齿轮箱
【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】：TG613
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 论文研究的背景与意义9-10
• 1.2 国内外数控机床的发展概况10-15
• 1.2.1 国外数控插齿机的研究现状11-12
• 1.2.2 国内数控插齿机的研究现状12-13
• 1.2.3 相关技术简介13-14
• 1.2.4 电子齿轮箱技术的发展14-15
• 1.3 课题来源及论文主要内容15-16
• 1.4 本章小结16-17
• 第二章 数控插齿机主运动机构的的优化设计17-31
• 2.1 引言17
• 2.2 数控插齿机的传动结构及运动分析17-19
• 2.2.1 数控插齿机传动结构特点分析17-18
• 2.2.2 数控插齿机插削加工运动分析18-19
• 2.3 主运动机构的工作原理及运动分析19-23
• 2.3.1 主运动机构的工作原理20-21
• 2.3.2 双曲柄机构运动分析21-22
• 2.3.3 曲柄滑块机构运动分析22-23
• 2.4 主运动机构的优化设计及数学模型的建立23-30
• 2.4.1 确定优化设计变量23
• 2.4.2 确定目标函数23-24
• 2.4.3 确定约束条件24-26
• 2.4.4 优化方法选择26-30
• 2.4.5 优化结果30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 具有变急回特性主运动机构运动学仿真研究31-40
• 3.1 引言31
• 3.2 虚拟样机技术及相关软件介绍31-33
• 3.2.1 虚拟样机技术31-32
• 3.2.2 ADAMS软件介绍32-33
• 3.3 主运动机构急回特性分析33-35
• 3.4 数控插齿机主运动机构的运动学仿真35-38
• 3.4.1 数控插齿机主运动机构三维模型建立36
• 3.4.2 主运动机构变急回特性实现方法和工作原理36-37
• 3.4.3 添加约束37
• 3.4.4 添加驱动37
• 3.4.5 主运动机构运动学仿真及结果分析37-38
• 3.5 本章小结38-40
• 第四章 基于电子齿轮箱的斜齿插齿机全数字化控制研究40-53
• 4.1 引言40
• 4.2 电子齿轮箱技术40-45
• 4.2.1 电子齿轮箱的特点41
• 4.2.2 电子齿轮箱的原理与结构形式41-42
• 4.2.3 硬件电子齿轮箱的锁相控制原理42-44
• 4.2.4 软件电子齿轮箱控制原理44-45
• 4.3 斜齿轮插削加工的关键技术研究45-47
• 4.3.1 实现斜齿轮插削加工中附加转动的方法45-46
• 4.3.2 基于无差动法实现斜齿轮插削加工46-47
• 4.4 基于电子齿轮箱的斜齿插齿加工结构设计47-52
• 4.4.1 数控插齿机坐标轴分析48
• 4.4.2 插齿加工运动数学模型48-50
• 4.4.3 基于电子齿轮箱的电子螺旋导轨结构设计50-51
• 4.4.4 电子螺旋导轨在数控插齿机中的应用51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第五章 总结和展望53-55
• 5.1 全文总结53-54
• 5.2 研究展望54-55
• 参考文献55-59
• 攻读硕士学位期间主要研究成果及参与科研项目59-60
• 致谢60

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