滚刀铲磨理论研究及砂轮修整系统设计

论文摘要

滚齿是齿轮加工中应用最广的方法,精确的滚刀铲磨是高精度齿轮加工的重要前提之一,合理的滚刀重磨则是提高滚刀寿命及齿轮齿面精度的重要措施。本课题所研究的滚刀铲磨修正系统主要针对中等模数以下滚刀,其齿形的全齿面要求通过成形的铲磨砂轮一次径向整体铲磨形成。随着滚切加工的不断进行,滚刀刃形不断磨损钝化,需对其进行重磨。受滚刀铲磨时砂轮径向进刀的影响,滚刀重磨后的刃形与理论设计刃形之间存在着重磨误差,过大的重磨误差将会导致滚切的齿轮精度不合要求。因此有必要对滚刀的一次性径向整体铲磨进行研究,精确计算铲磨砂轮截形,分析滚刀铲磨后的重磨误差,可用于指导滚刀的制造生产工艺。在实际的生产应用中,将滚刀的前刀面刃形作为基准刃形。本文以右旋单头滚刀为例,将滚刀前刀面刃形曲线作离散化处理,分析滚刀径向整体铲磨运动,依据啮合原理对滚刀铲磨砂轮截形作精确计算,得到铲磨砂轮的精确截形。再由该铲磨砂轮的精确截形,建立滚刀的实际铲背曲面方程,与滚刀的理论设计铲背曲面方程进行比较,计算给定滚刀重磨角度下重磨截面上的重磨误差。在允许的重磨误差值不变的情况下,为了使滚刀可重磨角度最大化,以一定优化角度下的滚刀理论截形替代前刀面作为基准刃形进行滚刀铲磨优化研究,计算优化后的铲磨砂轮截形及滚刀重磨误差。铲磨砂轮截形精确计算得到的砂轮截形是一系列离散化的砂轮截形点,采用铲磨砂轮截形双圆弧拟合方法,将这一系列的离散点拟合成一条平滑连接的曲线,使拟合后曲线的拟合误差值在允许的范围内,然后直接将拟合得到的圆弧转化成G代码格式输出,用于砂轮修整器进行铲磨砂轮截形的修整。通过对成形砂轮修整工艺的研究,根据砂轮修整器的运动实现方式及控制要求,分别对机械和控制系统进行了设计,给出了简要的计算及选型说明,开发并调试完成了一台砂轮修整系统,用于高精度成形砂轮的修整。以某一单头直槽右旋零前角双圆弧滚刀为例,分别取优化角度为0°、0.5°和1°的滚刀理论刃形作为基准刃形,计算每一个优化角度下对应的铲磨砂轮截形及滚刀重磨误差。对优化角度为0.5°时的铲磨砂轮截形进行了双圆弧拟合,把得到的双圆弧拟合曲线放大十倍,并转化成相应的G代码,输入到砂轮修整器中进行模拟试验,对砂轮修整器工作台的运动进行了实时绘制。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 国内研究概况
• 1.2.2 国外研究概况
• 1.3 选题的目的与意义
• 1.4 研究内容
• 2 滚刀铲磨理论研究
• 2.1 滚刀铲磨坐标系
• 2.2 滚刀铲磨理论建模分析
• 2.2.1 滚刀铲磨砂轮截形精确计算
• 2.2.2 滚刀理论及实际铲背曲面建模
• 2.2.3 滚刀重磨误差分析
• 2.3 滚刀铲磨优化研究
• 2.3.1 滚刀铲磨基准刃形优化
• 2.3.2 滚刀铲磨砂轮截形优化
• 2.3.3 优化铲背曲面及重磨误差
• 2.4 本章小结
• 3 铲磨砂轮截形双圆弧拟合及 G 代码输出
• 3.1 铲磨砂轮截形双圆弧拟合算法流程
• 3.2 铲磨砂轮截形拟合的四种双圆弧类型
• 3.3 拟合成立条件
• 3.4 砂轮截形G 代码输出
• 3.5 本章小结
• 4 滚刀铲磨实例计算
• 4.1 实例
• 4.2 计算结果
• 4.3 结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 砂轮修整系统设计
• 5.1 铲磨砂轮修整工艺研究
• 5.1.1 常见的成形CBN 砂轮修整方法
• 5.1.2 砂轮修整存在的问题及发展趋势
• 5.1.3 成形砂轮修整方式
• 5.2 砂轮修整系统设计
• 5.2.1 砂轮成形修整路径
• 5.2.2 滚刀铲磨砂轮修整系统流程
• 5.2.3 运动分析及其实现方式
• 5.3 机械系统设计
• 5.3.1 设计要求
• 5.3.2 进给有效行程计算
• 5.3.3 砂轮及修整轮主轴选型计算
• 5.3.4 修整进给轴设计
• 5.3.5 机械系统结构及布局
• 5.4 控制系统设计
• 5.4.1 控制系统组成及选型
• 5.4.2 控制系统连接
• 5.5 系统防护
• 5.6 砂轮修整器调试运行
• 5.7 砂轮修整系统初步试验
• 5.8 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录