摆线齿锥齿轮数控加工装备及其数字化制造关键技术的研究

发布时间：2020-04-16 06:22

【摘要】： 摆线齿锥齿轮是大型、重型机械设备中传递相交轴运动和动力的关键零件。目前,摆线齿锥齿轮的数控加工装备及其数字化制造技术仍为德国Klingelnberg公司所拥有,而我国在该领域的研究尚处于起步阶段。为了提高我国摆线齿锥齿轮数控加工装备的自主创新能力以及摆线齿锥齿轮的数字化制造水平,本文对摆线齿锥齿轮的数控加工装备及其数字化制造关键技术进行了研究,主要研究成果如下： 1、基于螺旋锥齿轮传动的啮合理论,对现有摆线齿锥齿轮切齿算法的不足之处进行了改进。通过设定相啮合齿面在参考点处接触椭圆的长轴长度,根据齿面参考点的曲率参数,运用迭代算法确定了外刀盘修正齿长曲率时的偏距EXB。通过控制外刀盘回转中心的偏距EXF保证了轮齿的齿厚,避免了现有算法产生的螺旋角偏差和曲率偏差。基于KN3028、KN3030标准和改进后的切齿算法,开发了计算机辅助设计软件,并通过实例对软件的计算结果进行了验证。 2、基于齿轮啮合理论,建立了摆线齿锥齿轮的齿面方程以及齿面曲率参数的计算方法。根据大、小轮的齿面方程及齿面的曲率参数,建立了摆线齿锥齿轮齿面接触分析的方法,不仅可以分析齿轮副在理论安装位置时的接触情况,还可以得到齿轮副在齿面大端、中点、小端啮合时的接触区、传动误差曲线以及V、H调整量。通过实际的切齿加工实验,验证了切齿算法和齿面接触分析方法的正确性。 3、基于摆线齿锥齿轮的齿面方程,给出了齿面各离散点在机床调整位置以及在展成加工位置时的径矢和法矢的计算公式,并提出了一种精确计算展成起始和展成终止摇台角的算法。此外,建立了一种齿形分析的方法,并分析了各种机床调整参数对齿形的影响规律及影响程度。在此基础上,建立了一种修正齿形误差的方法,根据测量数据,可得到修正切齿加工误差或补偿热处理变形的机床调整参数修正量。 4、基于摆线齿锥齿轮的数控加工原理,提出了一种新的刀具主轴结构,可实现外刀盘轴线偏距的调整以及外刀盘轴线偏置方向角的连续调整。基于数控机床与机械式机床运动变换的原理以及H1600K型数控机床的数控加工坐标系,建立了摆线齿锥齿轮数控加工的数学模型。利用该数学模型以及数控系统的“电子齿轮”功能,可生成数控加工的程序代码,进而实现摆线齿锥齿轮的数控加工。 5、基于H1600K型数控摆线齿锥齿轮铣齿机,提出了在机测量系统的结构。针对CMM和齿轮测量中心测量小轮时存在的问题,提出了基于展成原理的齿形误差在机测量方法,可利用小直径测球的直测针无干涉地完成齿面的测量。给出了齿形误差和齿轮分度精度的在机测量过程以及测量数据的处理方法。基于AutoCAD的二次开发功能,开发了仿真软件,通过对比仿真测量结果和理论分析结果,验证了在机测量原理的正确性。
【图文】：

组建了幻ingelnberg一oerlikon集团)为代表的延伸外摆线等高齿齿制(也称为Oerhkon齿制)，轮齿齿高沿分锥母线不变，利用端面铣刀盘采用连续分度法加工(也称为端面滚齿法，Face一hobbing)，如图1一2所示，由于加工时利用刀倾刀转机构进行齿面修形，因此轮齿的齿线变异，但近似于延伸外摆线[21。由于轮齿的齿线为延伸外摆线，热处理后不能磨齿，一般采用研齿工艺改善齿面的粗糙度，降低齿轮的传动噪音。第三种是以德国柑ingelnberg公司为代表的延伸外摆线等高齿齿制(也称为cycl。一Palloid齿制或心ingelnberg齿制)，利用分体式刀盘(two一 partcutterhead)采用连续分度法加工，轮齿齿线为延伸外摆线，齿轮热处理后一般采用硬质合金刀片进行刮削来消除热处理变形，提高齿轮的制造精度。刀盘转动方向jJ盘转动方向图1一1单分度法加工图l一2连续分度法加工Gleason齿制进入我国较早

轮比较适合于大批量生产。1922年Klingeinberg公司设计制造了采用锥形螺旋滚刀、利用连续分度法加工准渐开线齿锥齿轮(也称为Pallnid齿制)的铣齿机床AFK150，如图1一3所示。轮齿的齿线为准渐开线，齿轮副对安装误差不敏感，具有很高的强度性能。但是，由于锥形螺旋滚刀的制造和刃磨非常困难，使这种加工方法的应用受到了限制【‘281。1%4年，Klingeinberg公司推出了采用分体式端面铣刀盘、利用连续分度展成法加工摆线齿锥齿轮的AMK系列铣齿机床，轮齿的齿线为延伸外摆线，AMK系列机床具备硬齿面刮削功能，齿面硬度可达HRC58一62。Klingelnberg齿制的螺旋锥齿轮采用等高齿，基于平面产形轮原理切齿加工，刀具的齿形角便于标准化，，且同一刀盘可以覆盖很大的加工范围，刀盘的规格和数量较少
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH132.41

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 汤剑;于水琴;王志永;;摆线齿锥齿轮切齿加工仿真系统的研究[J];机电工程;2011年09期

2 许春香;邬向伟;;摆线齿锥齿轮加工调整计算及程序开发[J];机械传动;2012年09期

3 赵国庆;;刀倾法数控加工机床调整参数转换分析[J];科技创业家;2012年14期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 武志斐;FSH锥齿轮传动啮合特性的理论与实验研究[D];太原理工大学;2012年

本文编号：2629484