弧齿锥齿轮铣齿机主动精度设计方法研究--《天津大学》2010年博士论文
弧齿锥齿轮铣齿机主动精度设计方法研究
【摘要】：
弧齿锥齿轮是重要的机械传动基础元件。弧齿锥齿轮铣齿机的结构和加工调整复杂,是复杂制造装备的典型代表。弧齿锥齿轮铣齿机的精度直接影响弧齿锥齿轮的加工精度,进一步影响齿轮副的传动性能和噪声。合理的精度设计是决定产品性价比和设计成功的关键。传统的精度设计主要是根据给定的机床末端执行机构精度求解传动链中各零部件的精度,是面向“装备”的精度设计,不能很好地适应弧齿锥齿轮这类复杂空间曲面零件高精密加工的精度要求。为此,本文从弧齿锥齿轮的加工精度要求和加工原理出发,对弧齿锥齿轮铣齿机精度设计问题进行了探索研究,以期为以数控弧齿锥齿轮铣齿机为典型代表的复杂制造装备的精度设计提供可行、有效的解决方案。论文主要研究内容和成果如下:
1.构建了面向弧齿锥齿轮加工精度需求的弧齿锥齿轮铣齿机主动精度设计方法,即从加工对象的精度要求和加工原理出发,进行弧齿锥齿轮铣齿机的精度设计。该方法的基本思想是:通过分析弧齿锥齿轮铣齿机的结构及其加工原理,建立铣齿机运动误差与弧齿锥齿轮齿面加工误差之间的映射关系——齿面加工误差模型;基于齿面加工误差模型,建立齿面加工精度模型;依据齿面加工精度模型,将弧齿锥齿轮的加工精度要求向铣齿机各轴运动精度进行分配。
2.在分析弧齿锥齿轮铣齿机结构和加工原理的基础上,建立了类格里森凤凰I弧齿锥齿轮铣齿机加工模型;并通过虚拟加工,对加工模型进行了验证。
3.为获得用于建立齿面加工误差模型的弧齿锥齿轮齿面离散点坐标,依据空间坐标变换方法和啮合理论,建立了弧齿锥齿轮齿面方程及基于旋转投影变换求解齿面离散点坐标的计算方法;并通过弧齿锥齿轮齿面三维模型和齿面点坐标理论值与计算值的对比分析,验证了弧齿锥齿轮齿面方程及齿面离散点坐标计算方法的正确性。
4.在分析弧齿锥齿轮齿面加工误差影响因素的基础上,依据弧齿锥齿轮齿面模型,分析了坐标轴式数控弧齿锥齿轮铣齿机单轴运动误差度对弧齿锥齿轮齿面离散点处加工误差的影响规律;选取齿距偏差为弧齿锥齿轮齿面加工误差检验项目,建立了弧齿锥齿轮齿面加工误差模型。
5.基于弧齿锥齿轮齿面加工误差模型,建立了弧齿锥齿轮齿面加工精度模型。对弧齿锥齿轮齿面加工精度进行灵敏度分析,获得了齿面加工精度对机床各轴运动精度的灵敏度,结合精度分配和机床精度储备原则,建立了弧齿锥齿轮铣齿机主动精度设计模型。
6.将上述成果应用于天津第一机床总厂开发的YK2275型坐标轴式数控弧齿锥齿轮铣齿机精度设计,确定了弧齿锥齿轮加工精度要求为6级时,YK2275型数控弧齿锥齿轮铣齿机X、Y、Z直线轴定位精度和A、B回转轴定位精度的设计参考值。
本文研究的主动精度设计方法,虽然其具体对象是弧齿锥齿轮铣齿机,但就其理念和原理而言,也适用其它基于复杂加工原理的制造装备精度设计,具有一般性意义。
【关键词】：
【学位授予单位】：天津大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2010【分类号】：TG611【目录】：
中文摘要3-5
ABSTRACT5-10
第一章 绪论10-22
1.1 引言10-11
1.2 精度设计国内外研究综述11-16
1.2.1 传统精度设计11-12
1.2.2 计算机辅助精度设计12-14
1.2.3 精度设计理论14-16
1.3 弧齿锥齿轮加工机床发展状况16-20
1.4 主要研究内容20-22
第二章 弧齿锥齿轮铣齿机加工模型及虚拟加工22-39
2.1 弧齿锥齿轮传动的基本概念22-25
2.1.1 弧齿锥齿轮的概念22-23
2.1.2 弧齿锥齿轮传动的特点23-24
2.1.3 弧齿锥齿轮的应用24-25
2.2 弧齿锥齿轮加工原理与方法25-27
2.2.1 弧齿锥齿轮加工原理25-26
2.2.2 弧齿锥齿轮加工方法26-27
2.3 弧齿锥齿轮铣齿机结构及运动关系分析27-31
2.3.1 传统机械式弧齿锥齿轮铣齿机27-30
2.3.2 坐标轴式弧齿锥齿轮铣齿机30-31
2.4 坐标轴式弧齿锥齿轮铣齿机加工模型31-36
2.4.1 坐标轴式弧齿锥齿轮铣齿机加工坐标系31-32
2.4.2 弧齿锥齿轮切齿加工啮合方程32-33
2.4.3 坐标轴式弧齿锥齿轮铣齿机运动参数33-36
2.5 弧齿锥齿轮虚拟加工36-38
2.5.1 弧齿锥齿轮虚拟加工流程36-37
2.5.2 弧齿锥齿轮虚拟加工实例37-38
2.6 本章小结38-39
第三章 弧齿锥齿轮共轭齿面模型39-55
3.1 共轭曲面求解原理39-40
3.2 弧齿锥齿轮共轭齿面模型40-44
3.2.1 假想平顶齿轮齿面方程40-41
3.2.2 弧齿锥齿轮大轮齿面方程41-44
3.3 弧齿锥齿轮齿面点坐标求解44-47
3.3.1 弧齿锥齿轮齿面点坐标求解方法44-45
3.3.2 弧齿锥齿轮齿面点坐标求解实例45-47
3.4 弧齿锥齿轮齿面模型验证47-54
3.4.1 弧齿锥齿轮齿面三维建模原理47-48
3.4.2 弧齿锥齿轮齿面三维建模方法48-49
3.4.3 弧齿锥齿轮齿面模型数字化验证49-54
3.5 本章小结54-55
第四章 弧齿锥齿轮齿面加工误差模型55-76
4.1 弧齿锥齿轮齿面误差定义55-58
4.2 弧齿锥齿轮齿面加工误差影响因素分析58-60
4.3 机床运动误差对齿面点误差的影响60-71
4.3.1 X 轴运动误差对齿面点误差的影响61-63
4.3.2 Y 轴运动误差对齿面点误差的影响63-65
4.3.3 Z 轴运动误差对齿面点误差的影响65-67
4.3.4 A 轴运动误差对齿面点误差的影响67-69
4.3.5 B 轴运动误差对齿面点误差的影响69-71
4.4 弧齿锥齿轮齿面加工误差模型构建71-75
4.5 本章小结75-76
第五章 弧齿锥齿轮铣齿机主动精度设计的实现及实例应用76-97
5.1 弧齿锥齿轮铣齿机主动精度设计理念76
5.2 弧齿锥齿轮铣齿机主动精度设计流程76-77
5.3 数控弧齿锥齿轮铣齿机运动精度指标77-78
5.4 误差与公差和精度之间关系78-79
5.5 弧齿锥齿轮齿面加工精度模型79-80
5.6 弧齿锥齿轮铣齿机主动精度设计模型建立80-85
5.6.1 弧齿锥齿轮齿面加工精度灵敏度分析80-81
5.6.2 弧齿锥齿轮齿面加工精度分配81-82
5.6.3 弧齿锥齿轮铣齿机运动误差权重分析82-83
5.6.4 弧齿锥齿轮铣齿机精度储备设计83
5.6.5 弧齿锥齿轮铣齿机主动精度设计模型83-85
5.7 YK2275 数控弧齿锥齿轮铣齿机主动精度设计实例85-95
5.7.1 YK2275 数控弧齿锥齿轮铣齿机简介85
5.7.2 工件齿轮基本几何参数85-87
5.7.3 工件齿轮齿面加工精度要求87
5.7.4 工件齿轮齿面加工精度灵敏度87-88
5.7.5 齿面加工精度对机床运动精度的约束88-90
5.7.6 机床运动精度计算结果分析90-94
5.7.7 YK2275 数控弧齿锥齿轮铣齿机主动精度设计结果94-95
5.8 本章小结95-97
第六章 全文总结及工作展望97-99
6.1 全文总结97-98
6.2 主要创新点98
6.3 工作展望98-99
参考文献99-110
发表论文和科研情况说明110-111
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(硕士论文)准双曲面齿轮数控成形铣齿机的设计与干式切齿实验研究
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3秒自动关闭窗口数控螺旋锥齿轮研齿机研齿运动和PLC控制的研究--《中南大学》2006年硕士论文
数控螺旋锥齿轮研齿机研齿运动和PLC控制的研究
【摘要】：
根据当前国内外齿轮行业的发展趋势，螺旋锥齿轮的最后一道工序都将采用磨齿或研齿的方法来完成。研齿可以提高齿面光洁度，改善接触区，从而达到运转平衡，降低噪声的目的。在对环保日益重视的今天，研齿机己愈来愈受到重视，相对于磨齿工艺而言，研齿的效率高且成本较低。
同国外先进的数控螺旋锥齿轮研齿机相比，国内还没有成熟的数控螺旋锥齿轮研齿机产品，国内对研齿机技术及研齿方法的研究还基本停留在圆柱齿轮及相关机械式研齿机方面。国内鲜有数控螺旋锥齿轮研齿机研究工作的报道，因此本课题的研究具有较大的理论意义和经济效益。
文章首先综述了国内外对于数控螺旋锥齿轮研齿机的研究现状，并对代表世界最先进水平的Gleason HTL600和Oerlikon L60研齿机进行了分析比较；首次对螺旋锥齿轮研磨运动的原理进行了分析，建立了V／H坐标与齿面啮合关系的数学模型，研究确定了数控螺旋锥齿轮研齿机的研磨运动轨迹、研齿运动模型；在国内首次对数控螺旋锥齿轮研齿机所有研齿辅助运动采用全气动控制，对气动系统进行了结构设计。可以解决国内研齿机由于采用液压系统而影响研齿加工质量及增大研齿成本、工人操作环境恶劣这一问题。并以气动控制为例，利用S7-300 PLC的专用编程软件STEP 7-Micro／WIN进行了程序设计，程序结构紧凑，运行效率高。本文为成功开发数控螺旋锥齿轮研齿机奠定了坚实的理论基础。
【关键词】：
【学位授予单位】：中南大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2006【分类号】：TH132.41【目录】：
ABSTRACT4-9
第一章 绪论9-21
1.1 课题来源9
1.2 国内外研究现状与水平9-18
1.2.1 螺旋锥齿轮啮合理论的研究9-10
1.2.2 数控螺旋锥齿轮研齿机的发展10-15
1.2.3 我国 PLC 技术应用现状15-16
1.2.4 气动技术研究应用的新发展16-18
1.3 论文主要工作内容18-19
1.4 论文研究的意义19
1.5 本章小结19-21
第二章 螺旋锥齿轮啮合原理21-30
2.1 螺旋锥齿轮概述21-23
2.1.1 螺旋锥齿轮的分类21-22
2.1.2 螺旋锥齿轮的特点22-23
2.2 空间曲面23-26
2.2.1 曲面、曲面的切平面和法矢23-24
2.2.2 曲面曲率24-25
2.2.3 相切曲面的相对曲率和诱导短程挠率25-26
2.3 螺旋锥齿轮啮合原理26-29
2.3.1 共轭曲面的接触条件26-28
2.3.2 共轭曲面的诱导曲率28-29
2.4 本章小结29-30
第三章 螺旋锥齿轮研齿运动的研究30-50
3.1 Gleason HTL600 和 Oerlikon L60 研齿运动和主要技术特点分析比较31-36
3.1.1 Gleason HTL600 数控螺旋锥齿轮研齿运动分析31-35
3.1.2 Oerlikon L60 数控螺旋锥齿轮研齿运动分析35-36
3.2 数控螺旋锥齿轮研磨运动研究36-41
3.2.1 研齿运动模型的分析36-38
3.2.2 V/H/J 值的计算38-41
3.2.3 △1极限值的确定(即齿向移动距离极限值的计算)41
3.3 研齿运动研究在数控螺旋锥齿轮研制中应用41-49
3.3.1 研齿运动轨迹模式的确定41-46
3.3.2 研齿运动模型的确定46-49
3.4 本章小结49-50
第四章 研齿机气动控制的研究与设计50-60
4.1 气动控制相关理论50-54
4.1.1 气动系统的概述50-51
4.1.2 气动系统的组成51
4.1.3 气动技术的新发展51-54
4.2 研齿机气动系统54-59
4.2.1 新型研齿机气动系统设计的特点54-59
4.3 本章小结59-60
第五章 研齿机 PLC 编程控制研究与应用60-82
5.1 可编程控制器的相关理论60-62
5.1.1 可编程控制器的定义60
5.1.2 可编程控制器的功能60-61
5.1.3 可编程控制器的特点61-62
5.2 可编程序控制器的基本性能指标和分类62-63
5.2.1 可编程序控制器的基本性能指标62-63
5.2.2 可编程序控制器的分类63
5.3 可编程序控制器的典型产品63-64
5.4 PLC 模块主要硬件组成64-65
5.5 PLC调试65-67
5.5.1 S7 的安装与授权65
5.5.2 S7 程序的结构65-67
5.5.3 PLC 的启动67
5.6 SIMATIC S7 PLC 编程控制在研齿机气动系统中的应用67-81
5.6.1 循环框图及电磁铁动作顺序表67-69
5.6.2 PLC 编程参数符号表69-76
5.6.3 气动系统 PLC 编程程序76-81
5.7 本章小结81-82
第六章 全文总结与展望82-83
6.1 全文总结82
6.2 研究展望82-83
参考文献83-87
攻读学位期间主要的研究成果88
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