非圆齿轮数控滚齿加工联动控制方案与误差分析

论文摘要

非圆齿轮是用来实现变传动比传动的机械传动部件,和传统的变传动比机构凸轮及连杆机构相比,非圆齿轮具有显著的特点和优势,在机器和仪器制造业中愈来愈多地采用非圆齿轮传动机构代替连杆机构、凸轮机构或其它运动机构。在作为运动的传递元件使用的同时.也能作为运动的控制元件使用,所以非圆齿轮具有极强的应用和研究价值。非圆齿轮数控滚齿加工在非圆齿轮加工方法中占有极其重要的地位,精度和生产率较高,机床调整简单,刀具制造容易且易于加工斜齿非圆齿轮。本文以此为出发点,研究非圆齿轮数控滚齿加工的联动控制方案并对加工过程中的误差进行分析,对提高非圆齿轮的加工精度,推动非圆齿轮的发展具有重要的意义。联动控制是研究非圆齿轮数控滚齿加工必须解决的首要问题。根据直齿非圆齿轮齿廓形成原理,综合运用工具齿条法和螺旋齿啮合原理,通过对加工过程复杂运动关系的分析,提出了两种加工方案。利用微分几何法进行数学推导,建立了两种方案的运动控制数学模型。借助研制的电子齿轮功能电路模板和脉冲合成电路模板,设计出两种联动控制结构。通过对两种联动控制结构的对比分析,得出直齿非圆齿轮最优联动控制方案。根据斜齿非圆齿轮齿廓的形成原理,综合运用工具斜齿条法和螺旋齿啮合原理,通过对斜齿非圆齿轮滚齿加工过程复杂运动关系的分析,提出了四种加工方案。利用微分几何法进行数学推导,建立了四种加工方案的运动控制数学模型,并设计出相应的四种联动控制结构。通过对四种联动控制结构的对比分析,得出斜齿非圆齿轮最优联动控制方案。非圆齿轮的精度难以适应机械设备高速高精的发展已成为制约非圆齿轮发展和应用的关键因素,对非圆齿轮的加工进行误差分析,从而找出相应的解决措施,对提高非圆齿轮的加工精度具有重要的意义。首先,在圆柱齿轮滚齿误差分析的基础上,从影响非圆齿轮传递运动的准确性、平稳性、载荷分布的均匀性和齿轮副工作的侧隙四个方面出发,对非圆齿轮数控滚齿加工运动、安装误差对非圆齿轮的精度影响进行了理论分析。其次,滚齿机床的主轴的振动对非圆齿轮的精度影响显著。对主轴的动态响应进行分析,并对主轴振动产生的非圆齿轮加工误差进行了理论建模,为提高非圆齿轮的加工精度提高了理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 非圆齿轮概述
• 1.1.1 非圆齿轮的特点及应用实例
• 1.2 非圆齿轮国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 非圆齿轮加工方法和存在的问题
• 1.3.1 非圆齿轮加工方法
• 1.3.2 非圆齿轮加工存在的问题
• 1.4 课题研究的意义及主要内容
• 1.4.1 课题研究的意义
• 1.4.2 课题研究的主要内容
• 第2章 直齿非圆齿轮数控滚齿加工联动控制方案
• 2.1 非圆齿轮数控滚齿加工原理
• 2.2 直齿非圆齿轮齿廓的成形原理
• 2.3 直齿非圆齿轮数控滚齿加工运动数学模型
• 2.4 联动控制方案
• 2.4.1 联动控制理论模型
• 2.4.2 联动系数处理
• 2.4.3 联动控制结构
• 2.5 联动控制方案对比分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 斜齿非圆齿轮数控滚齿加工联动控制方案
• 3.1 斜齿非圆齿轮齿廓形成原理
• 3.2 斜齿非圆齿轮滚切加工运动数学模型
• 3.3 联动控制方案
• 3.3.1 联动控制理论模型
• 3.3.2 联动控制结构
• 3.4 联动控制方案对比分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 非圆齿轮数控滚齿加工误差分析
• 4.1 非圆齿轮数控滚齿加工误差来源
• 4.2 非圆齿轮数控滚齿加工误差理论分析
• 4.2.1 圆柱齿轮滚齿加工误差的形成
• 4.2.2 非圆齿轮数控滚齿加工的误差分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 主轴动态特性及其对加工误差的影响
• 5.1 动态性能分析
• 5.1.1 模态分析
• 5.1.2 谐响应分析
• 5.1.3 动态特性分析方法
• 5.2 主轴单元的模态分析
• 5.2.1 模型简化及网格划分
• 5.2.2 加载和求解
• 5.3 主轴单元的谐响应分析
• 5.3.1 激振力的确定
• 5.3.2 谐响应求解及分析
• 5.4 主轴振动引起的非圆齿轮加工误差分析
• 5.4.1 主轴振动产生的加工误差计算
• 5.4.2 误差仿真分析
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的论文