本文關鍵詞：高速干切滾齒多刃斷續(xù)切削空間成形模型及其基礎應用研究

  更多相關文章： 高速干切 圓柱齒輪滾切 成形模型 熱變形 誤差

【摘要】：隨著我國綠色制造戰(zhàn)略的不斷推進和深入發(fā)展,新型制造工藝及技術(shù)裝備的創(chuàng)新與應用成為提升我國綠色制造技術(shù)水平的重要途徑。齒輪是一種量大面廣的基礎零部件,滾切工藝是其齒部成形的主要工藝,材料去除量大,切削油消耗大,導致車間環(huán)境污染嚴重,同時危害工人健康。高速干式滾齒技術(shù)完全消除切削油的使用,具有高效、綠色環(huán)保的特點,是未來齒輪滾切工藝發(fā)展的必然方向;由于缺少切削油的冷卻和潤滑作用,刀具磨損、機床剛性及熱變形、齒面精度等基礎關鍵問題與進給量、切屑厚度及其體積、切削負載等參數(shù)關系更加密切,需要新的理論和工具支撐。傳統(tǒng)滾齒工藝理論主要基于二維平面簡化模型,而且缺乏有效的數(shù)學工具支撐,難以滿足高速干切滾齒工藝基礎理論研究的需要。鑒于此,在國家863計劃項目(課題編號:2012AA040107)、國家自然科學基金項目(項目編號:51475058)等項目的資助下,論文重點開展了高速干切滾齒多刃斷續(xù)空間成形模型及其基礎應用研究,對高速干切滾齒成形過程、切屑幾何、滾切力、齒面誤差等參數(shù)進行了精確數(shù)學計算和三維可視化分析,以期為高速干切滾齒工藝參數(shù)優(yōu)化和加工誤差控制等領域的進一步深入研究提供理論和工具的支撐。首先,建立圓柱齒輪滾切多刃斷續(xù)切削空間成形模型,該模型根據(jù)齒輪設計的標準規(guī)范分析圓柱齒輪滾切加工工藝所涉及設計參數(shù)和計算參數(shù)之間的約束關系,并建立漸開線圓柱齒輪滾刀幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型;同時,根據(jù)齒輪滾切原理,在分析滾齒機床的結(jié)構(gòu)及其部組運動關系的基礎上建立滾齒機床各部組的運動函數(shù);基于上述結(jié)果,利用齊次坐標變換原理推導求得圓柱齒輪滾切過程中切削刃的空間成形界面的參數(shù)方程,實現(xiàn)對圓柱齒輪滾切成形過程幾何信息的完整精確表達。其次,基于圓柱齒輪滾切多刃斷續(xù)切削空間成形模型,采用數(shù)值計算方法對高速干切滾齒工藝成形過程的關鍵基礎參量進行計算和分析,包括:1)切屑的三維幾何形態(tài)及特征參數(shù)計算和分析;2)基于切屑三維幾何及Kienzle切削力經(jīng)驗公式的動態(tài)滾切力計算與分析;3)由切削刃空間成形軌跡曲面包絡成形的齒面形貌計算和分析。再次,提出一種高速干切機床的誤差模型,以滾刀與工件徑向誤差δx為重點,分析機床結(jié)構(gòu)誤差項對δx的影響,為機床剛性設計提供理論依據(jù)。結(jié)合多刃斷續(xù)切削空間成形模型對δx引起的成形誤差進行仿真分析。針對高速干切滾齒工藝面臨的熱變形問題,通過實驗研究基于M值的徑向熱變形誤差補償方法,有效減小由于機床熱變形導致的成形誤差。最后,以科學計算系統(tǒng)Methmatica為平臺開發(fā)一套適用于圓柱齒輪高速干式滾切工藝的仿真軟件,應用該軟件開展不同參數(shù)下高速干切滾齒過程仿真對比分析。
【關鍵詞】：高速干切 圓柱齒輪滾切 成形模型 熱變形 誤差
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG612
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 緒論10-28
• 1.1 論文選題背景10-16
• 1.1.1 綠色制造的戰(zhàn)略意義10-12
• 1.1.2 高速干切削—一種新型綠色制造切削工藝12-14
• 1.1.3 高速干切滾齒工藝—滾齒加工的綠色化趨勢14-16
• 1.2 國內(nèi)外相關領域的研究現(xiàn)狀分析16-23
• 1.2.1 高速干切削技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 高速干切滾齒工藝的國內(nèi)外相關研究現(xiàn)狀18-23
• 1.3 論文研究的意義及課題來源23-24
• 1.3.1 論文研究的意義23-24
• 1.3.2 論文的課題來源24
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容24-28
• 2 圓柱齒輪滾切多刃斷續(xù)切削空間成形數(shù)學模型28-52
• 2.1 概述28-29
• 2.2 齊次坐標變換原理29-30
• 2.3 滾刀幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)化數(shù)學建模30-41
• 2.3.1 滾刀和齒輪幾何參數(shù)約束關系30-33
• 2.3.2 基于參數(shù)化的滾刀切削刃數(shù)學模型33-38
• 2.3.3 切削刃在滾刀基本蝸桿創(chuàng)成面上的分布38-41
• 2.4 滾齒機床的運動學模型41-47
• 2.4.1 齒輪滾切原理41-42
• 2.4.2 滾齒機床的結(jié)構(gòu)42-43
• 2.4.3 滾切運動關系建模43-47
• 2.5 圓柱齒輪滾切多刃斷續(xù)切削成形幾何的數(shù)學模型47-49
• 2.5.1 切削刃空間成形界面齊次坐標47-48
• 2.5.2 齒輪毛坯的幾何邊界定義48-49
• 2.6 本章小結(jié)49-52
• 3 高速干切滾齒成形過程基礎參量數(shù)值計算及其特征分析52-76
• 3.1 概述52-53
• 3.2 高速干切滾齒過程切屑三維幾何數(shù)值計算及分析53-60
• 3.2.1 切屑三維幾何數(shù)值計算方法53-55
• 3.2.2 切屑三維幾何數(shù)值仿真計算流程55-56
• 3.2.3 切屑三維仿真案例及幾何參數(shù)計算與分析56-60
• 3.3 基于切屑幾何的動態(tài)滾切力數(shù)值計算及分析60-66
• 3.3.1 Kienzle切削力經(jīng)驗公式61-62
• 3.3.2 高速干切滾齒工藝滾切力數(shù)值計算原理62-64
• 3.3.3 高速干切滾齒工藝滾切力仿真與實驗對比分析64-66
• 3.4 齒面包絡波紋形貌數(shù)值計算及分析66-75
• 3.4.1 漸開線圓柱齒輪理論齒面的數(shù)學模型67-69
• 3.4.2 高速干切滾齒工藝齒面包絡波紋形貌數(shù)值計算69-72
• 3.4.3 滾切工藝參數(shù)對齒面包絡波紋形貌的影響72-75
• 3.5 本章小結(jié)75-76
• 4 高速干切滾齒機床滾切成形誤差計算及應用76-94
• 4.1 概述76
• 4.2 基于滾切成形運動學的高速干切滾齒機床誤差模型76-82
• 4.2.1 基于剛體運動學的六自由度誤差模型76-77
• 4.2.2 YE3120CNC7 型高速干切滾齒機床誤差建模77-80
• 4.2.3 機床結(jié)構(gòu)誤差項對徑向誤差的影響80-82
• 4.3 機床徑向誤差對滾切成形精度的影響規(guī)律82-85
• 4.3.1 滾刀與工件徑向誤差導致的成形誤差理論計算82-83
• 4.3.2 滾刀與工件徑向誤差導致的成形誤差仿真83-85
• 4.4 面向機床熱變形的高速干切滾齒成形誤差補償應用85-93
• 4.4.1 熱變形試驗平臺搭建85-87
• 4.4.2 基于M值控制的徑向熱變形誤差補償原理87-90
• 4.4.3 實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)分析90-93
• 4.5 本章小結(jié)93-94
• 5 高速干切滾齒工藝仿真分析軟件開發(fā)及應用94-106
• 5.1 概述94-95
• 5.2 軟件的功能結(jié)構(gòu)及運行流程95-96
• 5.3 軟件功能實現(xiàn)96-101
• 5.3.1 軟件的主界面96-97
• 5.3.2 基本參數(shù)參數(shù)設置97
• 5.3.3 仿真控制參數(shù)設置97-98
• 5.3.4 仿真結(jié)果數(shù)據(jù)可視化98-101
• 5.3.5 數(shù)據(jù)管理101
• 5.4 不同參數(shù)下高速干切滾齒過程仿真對比分析101-105
• 5.5 本章小結(jié)105-106
• 6 結(jié)論與展望106-108
• 致謝108-110
• 參考文獻110-118
• 附錄118-119
• A. 攻讀博士學位期間發(fā)表的論文118
• B. 攻讀博士學位期間在審的論文118
• C. 攻讀博士學位期間申請獲得軟件著作權(quán)118
• D. 攻讀博士學位期間參加的主要科研項目118-119

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本文編號：521642