复杂齿面的通用五轴数控机床加工技术研究

论文摘要

五轴联动数控加工在复杂曲面的零件加工中具有不可替代的优势。本文将数控加工复杂曲面的方法与齿轮齿面加工相结合,提出了采用通用五轴联动机床结构,代替传统齿面加工专用机床的构想,简化了齿轮加工机床的结构,为复杂齿面的半精加工以及精加工提供了新的方法。并以常用的螺旋锥齿轮淬硬热处理后产生的微观几何变形为例,进行相关的消除齿廓形偏差的研究。本文首先探讨了采用柱状刀具进行齿面侧刃加工时的刀位计算,分析了标准直齿齿轮副传动的啮合接触区计算方法。为了提高刀具耐用度,在刀位计算时,将切触点在刀具上的位置实现随齿面轮廓动态变化,并把刀具底刃与相邻齿廓的最小安全距离作为约束条件,得到了刀位点计算的解析解。采用UG/NX二次开发的方法,使用C语言在Visual Studio2005集成环境中进行开发刀轨udop函数的编译,将刀位点的解析解进行编译生成dll文件,并将开发的编译文件嵌入到UG/CAM加工环境中,可得到编程开发的沿轴向产生比例移动动态切触点刀轨,与UG本身CAM模块生成的刀轨相比,具有更好的灵活性。在刀位编程计算的基础上,探讨了加工齿轮时五轴联动机床的的结构形式选择。论述了双摆头、双转台等机床结构形式,并对这些机床结构加工零件的适用范围和优缺点进行了分析,确定出本文采用双转台结构机床较为合适。采用UG/Open API的编程方法,生成了加工齿面轮廓的试切刀轨。在选定的型号机床结构基础上,实现了UG/Post后处理器的配置及用于实际加工G代码的自动生成。并采用Vericut加工仿真软件,对生成的G代码进行了仿真几何验证。仿真结果表明,本文提出的加工刀轨生成方法,以及配置的机床结构,能够实现复杂齿面的数控加工。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 齿轮硬齿面精加工的国内外现状
• 1.3 数控加工机床现状
• 1.3.1 国外数控机床发展史及现状
• 1.3.2 国内数控机床现状
• 1.4 课题的主要工作内容
• 2 齿轮精加工中刀位点生成的基本理论
• 2.1 侧铣加工中刀位点与切触点的关系
• 2.1.1 渐开线的形成过程及其性质
• 2.1.2 齿轮齿廓曲面的数控加工中的刀位
• 2.2 直齿渐开线圆柱齿轮啮合传动时齿廓接触区的计算
• 2.2.1 齿轮齿廓曲面的实际啮合区计算
• 2.2.2 齿廓实际啮合区的刀具条件
• 2.3 变位齿轮的啮合区域
• 2.4 本章小结
• 3 UG中齿轮建模与刀轨算法开发
• 3.1 螺旋锥齿轮知识
• 3.2 齿轮的几何建模
• 3.3 UG中CAM模块
• 3.3.1 CAM系统简介
• 3.3.2 UG/CAM编程步骤介绍
• 3.3.3 UG/CAM编程的误差控制
• 3.4 UG/API二次开发
• 3.4.1 UG二次开发流程介绍
• 3.4.2 UG/API二次开发函数
• 3.4.3 动态链接库知识
• 3.5 齿轮精加工刀轨的生成
• 3.5.1 编程函数f（x）的构造
• 3.5.2 UG中用户自定义操作和用户出口
• 3.5.3 UG/API的编程仿真过程
• 3.5.4 UG/API中内部模式的控制台调用
• 3.5.5 UG/API的编程仿真结果分析
• 3.6 本章小结
• 4 五轴数控机床结构选用与性能对比分析
• 4.1 五轴联动数控机床的结构分析
• 4.1.1 数控机床坐标系
• 4.1.2 五轴联动数控机床的种类及其性能特点
• 4.1.3 车铣复合加工中心
• 4.1.4 数控机床的主要精度指标
• 4.2 五轴机床的选用
• 4.3 高速加工技术
• 4.4 磨削效果可行性的验证
• 4.5 本章小结
• 5 刀轨验证及工件加工仿真
• 5.1 Vericut中仿真流程
• 5.1.1 加工仿真软件Vericut知识
• 5.1.2 仿真机床的构造
• 5.1.3 Vericut中的宏及控制系统
• 5.2 机床奇异问题的分析
• 5.3 机床后置处理
• 5.3.1 创建UG POST后处理器
• 5.3.2 机床后处理器的配置
• 5.3.3 NC代码的生成
• 5.3.4 双转台机床的后处理注意事项
• 5.4 Vericut中加工仿真
• 5.4.1 加工仿真
• 5.4.2 仿真时注意事项
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录A 开发刀位时所用的部分代码
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果