包络环面蜗轮滚刀数控成形理论及技术研究
第一章引言
平面二次包络环面蜗杆传动是我国具有自主知识产权的优良传动形式,相较于传统圆柱蜗杆传动具有更高的传动效率,更大的承载能力。但这种传动恃殊的结构特点也造成了设计和加工的复杂性,尤其是加工对应蜗轮的环面蜗轮滚刀的结构更加复杂,加工难度更大。环面蜗杆的产形原理使得其对应的滚刀的每一个刀齿都具有不同的刃口线形状,难像普通圆柱滚刀那样使用计算好截面形状的砂轮统一对所有的巧进行伊磨。目前,实际加工生产中仍使用人工伊磨的方式对滚刀的后角面进行加工,加工塘度难保证甚至可以说很粗趟且加工效率很低。送样加工出来的滚刀也难以保证其所加工的蜗轮的精度与质量。为了解决这一实际问题,进行了环面蜗轮滚刀的自动化铲磨技术的研究。本文针对整个环面蜗杆传动加工系统中的薄弱环节,对环面蜗轮滚刀的铲磨技术展开研究,提供滚刀后角面伊磨的高效自动化处理方法,利用多轴联动数控技术完成对滚刀刃带宽度和后角面角度精确控制。此项数控自动萨磨技术研究可减少工件的装夹定位次数、缩短整个加工工艺流程,提高生产效率,进而有利于取得更高的的经济效益。滚刀加工精度和效率的提高也有助于整个传动系统加工精度的提高,可以带来传动产品更好的使用品质和更长服务寿命,利于为整体工业水平的进步提供贡献。当前,环面蜗轮滚刀的加工还没有形成统一的制造标准,该技术的研究有利于在理论和应用上推动环面蜗轮滚刀设计和制造的标准化过程。该研究的本质是对复杂空间曲线曲面的加工的研究,其理论方法有助于对其他复杂刀具加工的研究提供参考。
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第二章环面蜗轮滚刀的结构特征分析
2.1滚刀刀齿螺旋面的数学模型
环面蜗轮滚刀可采用整体式、镶片式和镶齿式三种主要方式加工。当刀体体积比较大时,为了节省刀具材料,一般便会使用镶片式或镶齿式滚刀,仅在参与切削的刀齿部分使用离速钢等贵重金属材料,刀身使用优质结构钢,在很大程度上节约成本。为了提高加工的精度,选用的刀齿排数化较密时,也会采话镶片式或镶齿式加工,解决铲磨比较函难的问题,比如砂轮磨某刀齿时与相邻刀齿发生干涉。但相片和镶齿式的工艺流程较复杂,延长了加工周期。滚刀的刀体主要依据滚刀的大小,分为两种形式,套装式滚刀和带锥柄的一体式滚刀。如果环面蜗轮滚刀的体积较小,喉部分度圆的直径比较小,导致给刀杆留有的安装空间及使得刀杆直径太小,不能满足足够的刚性。这时滚刀刀体则需做成一体式的。2.2、滚刀刀齿螺旋面上点的计算与螺旋面绘制
从原理上,环面蜗轮滚刀的齿面螺旋面就相当于理论上的蜗杆齿面螺旋面,用来作为包络蜗轮的曲面,这样滚刀切削蜗轮的过程便属于第二次曲面包络。在实际的应用中,为了提高螺旋副整体传动性能,减少加工误差和变形的影晌,环面蜗杆齿面经常需要进行修形处理,如入口处和出口处的倒坡修缘。但是环面蜗轮滚刀的环面加工不需要进行这些处理,完全按照理论设计来加工制造就可以了。第三章平面二次包络环面蜗轮滚刀后角面数控磨削理论研究.......26
3.1环面蜗轮滚刀侧后角面数控加工的基本原理方法.......263.2滚刀刀齿几何特征的数学建模.......27
第四章平面二次包络环面蜗轮滚刀后角面数控磨削仿真.......45
4.1基于VERICUT的数控仿真磨削加工平台的建立.......45
4.2平面二次包络环面蜗轮滚刀刀齿侧后角面数控仿真磨削加工.......52
第五章献后角面数控磨削加工误差分析.......63
5.1实际加工过程中可能导致加工误差产生的因素.......63
5.2后角面加工误差试验与分析.......68
第六章滚刀后角面数控磨削实验研究
6.1工艺规划
将磨头转角(B轴)转角调整为0°,且前爾也已经将砂轮倾角调整为0，，手工操作机床令砂轮磨削平面刚好贴合滚刀刀体端面(快要贴近时,手动转动砂轮磨头,当砂轮与端面刚好发生轻微摩擦时即可),如图6-3所示。记录此时机床数控系统显示的系统Z坐标值，此值减去所对滚刀端面到滚刀中私点的距离即为基圆圆私相对于机床原点的Z坐标。机床C轴在X轴方向上距离机床原点的距离为固定距离,化蜗杆副中心距加上(当C轴位于X轴正向)或减去(当C轴位于X轴负向)此值所得即为基圆圆私相对于机床原点的X绝对坐标值。仍然保持B轴转角为零,使砂轮外缘与滚刀刀体台肩或轴承挡位相接触,当刚好接触上时记录数控系统显示的X坐标值,由此X坐标值减去台肩或轴承挡位半径加上(当C轴位于X轴正向)或减去(当C轴位于X轴负向)机床C轴在X轴方向上化离机床原点的距离即为中间平面内砂轮外缘到磨头中私的距离。6.2安装及加工误差补偿
根据计算得到的伊磨参数数据相应的转换为轴的运动坐标,编写NC程序,文件后缀名需要改为对于EZMotion系统可识别的.PRG格式,将程序考入CF卡中,由CF卡装入PCMCIA托槽,插入数控系统中进行程序的读取和复制。数控仿真加工过程中可最终伊磨数据直接加工,但实际加工需要考虑进给量,进给量太大可能会引起砂轮或刀具损坏。本实验中进给控制是通过逐渐增大后角实现的,先进行小角度后角的伊磨,再逐步增大后角角度,直至达到设计的后角角度。在刚开始萨磨时,先手动操作机床,将B,C,Z轴的坐标调整至与加工程序第一点的数据相同,在手动缓慢调整磨头X坐标,直至达到第一点的X坐标值,如图6-8由此确定不会发生砂轮与滚刀的碰撞,验证程序无明显错误出现,再开动机床自动磨削。图6-9为采用此后角面数控加工理论方法实际加工得到的刀齿后角面。图6-10为其中一个齿的细节图,图中的刃带宽度非常的均匀。围为另刀齿另外一侧的伊磨结果。由于刃带很窄,砂轮位置与理论计算位置轻微的偏移便会干涉掉理论刃带宽度。图6-11为砂轮使用一段时间后未修证磨削平面得到的刃带,可看到刃带线变得不齐。图6-12为砂轮磨削平面修整后磨削出的刃带,刃带线便很整齐了。
第七章结论与建议
分析了引起后角面加工过程中造成刃带宽度与后角角度两参数误差的因素及其影响规律,及虽然引入加工误差但并不影响这两项参数的误差因素。对基圆圆心定位时产生的径向沿X轴方向的定位误差,滚刀前刀面相位角定位误差,砂轮倾角误差云项因素设计了误差试验,分析其对刃带宽度和后角角度影响的影响规律。利用误差试验测得的数据绘制分析图形,总结了各因素对后角面加工误差的影响规律特性。本研究的工业化将带来很好的总体经济效益,但技术的实际应用仍然需要在一些细微处进行细致的研究。在此,提出几个研究方向,供相关研究人员或后续研究参考:(1)实际加工处的滚刀尚未进行蜗轮的滚切加工验证。2)随着后角面角度的增大,砂轮极有可能在磨削当前齿的后角面时,与后面的齿干涉,后角角度与刀齿排数以及砂轮半径的相互影响关系的给出对于整个后角面磨削系统的自动化有很大帮助。目前只能在仿真系统中先验证一遍,如果没间题在实际加工。如果完全无法避免干涉时,则只能采用镶片、镶齿式滚刀的加工方法。(3)实际加工出的滚刀刃带和后角面无法检测。目前还没有现成的滚刀刃带和后角的检测测试工具和方法,这些工具和方法的出现有利于对本方法进行更详细的验证和发现实际加工过程中出现的新问题。
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参考文献（略）
本文编号：169295
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