平面包络环面蜗杆数控磨床结构方案设计及加工仿真

发布时间：2017-08-17 23:08

  本文关键词：平面包络环面蜗杆数控磨床结构方案设计及加工仿真

  更多相关文章： 平面包络环面蜗杆 虚拟中心距加工原理 数学模型 加工运动仿真

【摘要】：与普通的蜗杆副相比平面二次包络环面蜗杆副具有多线接触以及接触线和综合曲率半径大等优点。这些优点使得它在各类机械中具有广阔的应用前景,但由于它的齿面形状复杂、加工比较困难,导致它的加工设备开发受到了较大的限制、生产成本高,难以满足市场的广泛需求。因此平面二次包络环面蜗杆副推广应用的重要前提条件就是对平面二次包络环面蜗杆(以下简称为“平面包络环面蜗杆”)加工设备的开发和研究。一些企业和研究机构一直以来都致力于平面包络环面蜗杆加工方法和设备的开发和研究,并先后研发了一些加工这种蜗杆的数控磨床,以解决平面包络环面蜗杆齿面精密磨削。本文对前期研发工作进行了分析,在此基础上结合现代复杂型面数控加工磨床的发展趋势,提出了一种新的高自动化、高精度的四轴四联动数控磨床的运动配置和结构方案,以高效、低成本的完成平面包络环面蜗杆齿面的精密磨削。本研究对平面包络环面蜗杆的推广应用具有重要的作用和实际应用价值。论文首先分析了平面包络环面蜗杆的传统加工和虚拟中心距加工在加工精度和加工范围等方面存在的一些问题,提出了新的四轴四联动加工方案的运动配置和结构配置,并对其进行了运动分析和加工范围的论证。根据提出的新蜗杆磨床的运动配置和结构配置,结合平面包络环面蜗杆副的啮合原理和齐次坐标系变换原理建立了虚拟中心距加工原理的数学模型,并建立了蜗杆和砂轮产形面的理论数学模型。为了得到准确的蜗杆齿面,对平面包络环面蜗杆参数进行了计算机辅助分析计算,结合得到的环面蜗杆齿面和砂轮产形面的数学模型,运用MATLAB软件对蜗杆齿面、砂轮上接触线、一类/二类界限曲线做了数学建模仿真,验证了虚拟中心距加工原理在新磨床上应用的可行性。完成了新磨床加工运动配置、结构配置和结构方案设计,并对磨床的各个轴进行了运动的分配,对磨床的主要部件的结构方案做了初步的设计,并建立了磨床运动和结构方案的三维模型。本文还对环面蜗杆的齿面参数化三维建模做了分析研究,并建立了准确的蜗杆齿面三维模型。运用VERICUT软件结合建立的磨床结构三维模型和蜗杆三维模型,完成了虚拟的平面包络环面蜗杆数控磨床加工模型的建立,根据环面蜗杆齿面的数控加工工艺过程,对新磨床加工环面蜗杆齿面的加工运动过程做了仿真,并对加工出来的蜗杆齿面的准确性做了加工验证和数控程序的优化,验证了本文提出的新的平面包络环面蜗杆数控磨床的结构方案的可行性和准确性。
【关键词】：平面包络环面蜗杆 虚拟中心距加工原理 数学模型 加工运动仿真
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG596
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 本课题的研究背景及目的10
• 1.2 复杂型面数控加工技术的概述10-13
• 1.2.1 数控加工技术的特点11
• 1.2.2 复杂型面零件加工的发展现状11-12
• 1.2.3 复杂型面零件数控加工存在的问题12-13
• 1.3 平面包络环面蜗杆加工及设备的发展现状概述13-16
• 1.3.1 平面包络环面蜗杆副的数控加工现状13
• 1.3.2 国外平面包络环面蜗杆加工设备现状13-15
• 1.3.3 国内平面包络环面蜗杆加工设备现状15-16
• 1.4 课题研究的主要意义及内容16-18
• 2 平面包络环面蜗杆数控磨床加工原理的研究18-29
• 2.1 平面包络环面蜗杆齿面成形原理18
• 2.2 平面包络环面蜗杆齿面传统二轴二联动加工方法18-19
• 2.3 平面包络环面蜗杆数控磨床加工原理19-25
• 2.3.1 蜗杆齿面虚拟中心距加工原理19-21
• 2.3.2 新磨床运动配置方案的提出及基本结构原理分析21-22
• 2.3.3 新磨床的运动分析22-25
• 2.4 新数控磨床的加工范围的分析25-27
• 2.5 新磨床的运动配置方案优点分析27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 3 蜗杆齿面的虚拟中心距加工原理和一次包络啮合理论的建模分析29-43
• 3.1 蜗杆齿面虚拟中心距加工原理的数学模型建立29-33
• 3.1.1 坐标系的建立29-31
• 3.1.2 坐标变换矩阵31-33
• 3.2 一次包络过程中砂轮产形面与环面工作蜗杆的啮合分析33-36
• 3.2.1 啮合函数和啮合方程33-35
• 3.2.2 砂轮产形面0(50) 上的瞬时接触线方程35-36
• 3.2.3 蜗杆工作齿面1? 方程36
• 3.3 二类界限曲线36-37
• 3.4 一类界限曲线37-39
• 3.5 环面蜗杆非工作齿面2? 的方程39-42
• 3.6 本章小结42-43
• 4 基于虚拟中心距加工原理加工蜗杆齿面的数学模型仿真43-55
• 4.1 平面包络环面蜗杆副设计计算实例43-45
• 4.2 蜗杆齿面数学模型仿真45-54
• 4.2.1 蜗杆齿面数学模型仿真主要参数的确定46-49
• 4.2.2 蜗杆齿面数学模型仿真结果49-54
• 4.3 本章小结54-55
• 5 新的平面包络环面蜗杆数控磨床总体结构方案设计55-67
• 5.1 新的平面包络环面蜗杆数控磨床的概述55-56
• 5.2 新平面包络环面蜗杆数控磨床的总体结构方案设计56-57
• 5.3 新磨床零部件结构方案的设计57-65
• 5.3.1 新磨床床身结构方案设计57-58
• 5.3.2 C轴主轴箱的结构方案设计58-60
• 5.3.3 Z轴方向传动方案设计60-61
• 5.3.4 B轴砂轮工作回转台的方案设计61-63
• 5.3.5 砂轮专用磨头结构方案设计63-65
• 5.4 交流伺服电机的选用65-66
• 5.5 本章小结66-67
• 6 基于VERICUT的平面包络环面蜗杆齿面数控加工运动过程仿真67-85
• 6.1 虚拟平面包络环面蜗杆齿面数控加工仿真的目的及意义67
• 6.2 平面包络环面蜗杆齿面的三维实体建模67-73
• 6.2.1 平面包络环面蜗杆齿面空间螺旋线公式一般形式的推导68-70
• 6.2.2 平面包络环面蜗杆的实体建模70-73
• 6.3 虚拟平面包络环面蜗杆齿面加工运动过程仿真的实现73-80
• 6.3.1 虚拟平面包络环面蜗杆数控磨床的构建73-76
• 6.3.2 磨削蜗杆齿面的数控加工程序的编制76-78
• 6.3.3 创建刀具库文件78-79
• 6.3.5 平面包络环面蜗杆齿面加工过程的运动仿真79-80
• 6.4 虚拟加工质量检测与刀具轨迹的优化80-84
• 6.4.1 过切与欠切检查80-81
• 6.4.2 刀具轨迹优化81-84
• 6.5 本章小结84-85
• 结论85-87
• 参考文献87-90
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果90-91
• 致谢91-92

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