余弦齿轮的数控插削加工方法及仿真研究

论文摘要

为了弥补渐开线齿形的不足及满足各种不同的使用场合,各种新型特殊齿形齿轮应用的日益广泛,而各种新型齿廓的相继出现给现行的齿轮加工提出了新的难题。根据齿轮啮合原理和传统的加工方法,各种新型齿轮的展成加工都必须制造出与其共轭的专用刀具,且不同模数的齿轮都需要制作不同的刀具,使用成本投入巨大、研发周期长及刀具管理麻烦等等,从而制约了各种新型齿轮从实验室走入生产实际应用中。新的加工方法的研究已成为这些新型齿轮能否得到推广应用的关键,同时,也是齿轮设计和制造中所面临的重要而急待解决的课题。鉴于此,本文针对余弦齿轮的数控插削加工理论及仿真进行广泛而深入的分析和探讨。（1）余弦齿轮插削加工展成机理研究以离散数字化共轭曲面原理和现代数控加工技术为理论基础,研究余弦齿轮数字化齿面与刀具切削面的共轭包络运动关系,探讨通用的特殊齿形齿廓数字化加工理论和方法。并将共轭曲面原理与具体的齿轮加工工艺相结合,建立余弦齿轮数控插削加工的运动控制模型,在不考虑插削干涉情况下,利用MATLAB进行余弦齿轮插削加工仿真,为余弦齿轮数字化插削展成加工的实际应用提供理论和方法指导。（2）余弦齿轮插削加工的齿廓误差计算与分析将广义确定性多体系统运动学理论和齿轮啮合理论相结合,分析插削加工中的几何偏心、回转误差及力致变形引起的常值性系统误差和周期性误差,在此基础上建立各个加工误差的数学模型,进而分别讨论在插齿加工过程中几何偏心、回转误差、力致变形等对插齿加工精度的影响,得出各误差源对加工误差的变化规律及其影响程度,为后续余弦齿轮插削加工误差补偿提供数值依据。（3）余弦齿轮插削加工CAM系统及加工仿真利用VC++和MATLAB联合编程,开发余弦齿轮数字化齿廓插齿CAM自动编程系统,通过人机界面输入被加工工件齿轮参数,自动生成插齿加工代码文件,并进行二维刀轨包络切削动态仿真。利用三维软件Pro/E对插齿机各部件建模,并在Vericut环境中建立数控插齿机的虚拟仿真平台,将生成的G代码输入到数控仿真软件Vericut进行仿真加工,从而验证余弦齿轮数字化插削加工方法的正确性和可行性,为下一步实际生产加工做好准备。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文研究的背景及意义
• 1.3 齿轮加工技术的现状及发展趋势
• 1.3.1 齿轮加工技术的现状
• 1.3.2 齿轮加工技术的发展趋势
• 1.4 特殊齿廓加工技术的研究现状与趋势
• 1.5 论文主要研究内容
• 第二章 余弦齿轮的数控插削加工展成机理
• 2.1 引言
• 2.2 余弦齿轮插削加工运动分析
• 2.2.1 余弦齿廓的形成原理
• 2.2.2 数控插削加工运动分析
• 2.2.3 余弦齿轮插削包络原理
• 2.3 余弦齿轮插削加工的数学建模
• 2.3.1 坐标系的建立
• 2.3.2 插齿刀的数学模型
• 2.3.3 齿面的数学模型
• 2.3.4 插削包络联动控制算法分析
• 2.3.5 数控插齿加工参数求解
• 2.3.6 算例分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 余弦齿轮插削加工误差的计算与分析
• 3.1 引言
• 3.2 基于多体运动系统的插齿加工误差建模
• 3.2.1 多体系统的拓扑结构的几何描述方法
• 3.2.2 插齿加工多体系统中拓扑结构描述
• 3.2.3 插齿误差情况下典型体位置方程的建立
• 3.3 余弦齿轮插齿加工的误差分析
• 3.3.1 余弦齿轮齿形误差的计算
• 3.3.2 工件的几何偏心对加工误差的影响
• 3.3.3 插齿刀的几何偏心对加工误差的影响
• 3.3.4 工件回转误差对加工误差的影响
• 3.3.5 插齿刀回转误差对加工误差的影响
• 3.3.6 工艺系统力致变形对加工误差的影响
• 3.4 算例分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 余弦齿轮插削加工 CAM 系统及加工仿真
• 4.1 引言
• 4.2 余弦齿轮插削加工CAM 系统
• 4.2.1 参数输入模块
• 4.2.2 控制运算模块
• 4.2.3 误差分析模块
• 4.2.4 图形仿真模块
• 4.2.5 后置处理模块
• 4.3 余弦齿轮插削加工过程仿真
• 4.3.1 VERICUT 数控仿真软件简介
• 4.3.2 VERICUT 加工模型的构建
• 4.3.3 VERICUT 仿真的准备工作
• 4.3.4 VERICUT 加工过程仿真
• 4.3.5 VERICUT 仿真结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果