基于四轴数控机床面齿轮磨削方法

为了制造出高精度硬齿面面齿轮,提高刀具的通用性并简化机床结构,提出一种基于四轴数控机床和盘形砂轮多线包络磨削面齿轮的加工方法。设计顶刃带有圆弧的盘形砂轮对插齿刀齿面进行仿形。建立盘形砂轮磨削面齿轮的数学模型,规划盘形砂轮的刀位轨迹。通过数值模拟方法探究刀具的顶刃圆弧半径和转矩角对齿面包络残差的影响规律。结合选用的四轴数控机床结构,推导盘形砂轮磨削面齿轮的数控运动规律,并在VERICUT软件中进行仿真加工。将仿真模型与理论齿面进行对比分析,得到齿面偏差的最大值为-4.3~4.7 μm,结果验证了所提出加工方法的正确性,也证明了根据齿面包络残差的影响规律选用合适的刀具加工参数,可以保证面齿轮齿面精度的同时提高加工效率。     

斜齿面齿轮齿面仿真及其轮齿接触分析

建立了斜齿面齿轮的加工和传动坐标系,推导了斜齿小齿轮和面齿轮的齿面方程,对面齿轮进行数值仿真并实现了齿面可视化;进行了斜齿面齿轮传动的轮齿接触分析,计算了斜齿面齿轮不同安装误差下的啮合轨迹和传动误差,并对不同旋向下的面齿轮齿面和啮合轨迹进行了对比,研究了通过轴向安装位移调整啮合轨迹的方法.      

中凹盘铣刀数控端铣弧齿锥齿轮

为了解决当前数控加工中通用刀具加工弧齿锥齿轮存在的加工效率低、易切削颤振等问题,提出了中凹盘铣刀数控端铣弧齿锥齿轮的方法.基于对弧齿锥齿轮齿面几何结构的研究,通过选择大直径、刀底内凹的盘形铣刀,主动改变刀具姿态角的设置顺序,并分离了前倾角和侧倾角的功能,可以实现弧齿锥齿轮的齿底无干涉和大切削带宽加工.先以切触点位置确定侧倾角避免过切齿槽底面,再以平底刀加工自由曲面的思想分别确定两侧齿面的前倾角,保证大的切削带宽和高加工效率.结果表明:以一个弧齿锥齿轮大轮为例,中凹盘铣刀端铣轮两侧齿面分别以7次、6次切削完成加工,最大加工误差分别为0.039 4mm和0.041 8mm.采用该方法加工弧齿锥齿轮,具有刀具耐用度高,切削带宽大,走刀次数少和加工精度高等优点.     

成形法加工的弧线齿面齿轮几何接触分析

研究了成形法加工的弧线齿面齿轮齿面接触分析及齿面修形.弧线产形齿条是由具有一定刀倾角的刀盘形成,用其推导展成加工的弧线齿圆柱齿轮和成形法加工的弧线齿面齿轮齿面方程,同时通过刀具抛物线齿廓对大轮齿面进行修形;在此基础上,建立了包括考虑安装误差在内的弧线齿面齿轮齿面接触分析(TCA)模型;最后通过算例的啮合性能分析,表明对大轮齿面修形可降低传动误差幅值和获得较好传动误差曲线,且该类传动装置对安装误差敏感性较低.      

面齿轮滚磨刀具基蜗杆齿廓奇异点研究

为了实现面齿轮的滚磨齿加工,采用包络原理对面齿轮滚磨齿刀具基蜗杆进行设计,并对基蜗杆齿廓曲面的奇异点进行分析.建立了刀具基蜗杆的包络坐标系,给出了刀具基蜗杆产形面方程,推导了刀具基蜗杆齿廓的曲面方程,利用Catia软件对基蜗杆进行了三维建模;推导了基蜗杆曲面的奇异点方程,给出基蜗杆曲面奇异点的计算方法,进行了基蜗杆曲面奇异点的实例计算;分别分析了基蜗杆半径、插齿刀模数、齿数、压力角对基蜗杆曲面奇异点位置的影响.      

渐开线碟形砂轮磨削面齿轮数控加工研究

为进行面齿轮数控精密加工,提出了一种渐开线碟形砂轮磨削面齿轮加工方法.根据面齿轮成形过程及磨削加工原理,推导了渐开线碟形砂轮磨削面齿轮齿面方程,进行了面齿轮磨削加工机床设计,给出了基于机床结构的面齿轮磨削加工方法,进行了磨削加工过程中的啮合点刀位计算;借助VERICUT软件进行了面齿轮数控磨削加工仿真,最后进行了面齿轮磨削加工试验,通过对面齿轮齿面进行检测,得到齿面偏差最大值为-10.1~12.1μm,结果验证了渐开线碟形砂轮磨削加工面齿轮方法的正确性.      

弧线齿面齿轮的齿面设计与加工

提出了一种新型弧线齿面齿轮传动及其加工方法,比直/斜齿形的面齿轮副具有更为优越的传动性能.弧线齿面齿轮传动是一种交错轴弧形齿圆柱齿轮与弧线齿面齿轮相啮合的传动.基于啮合理论,研究了弧线齿面齿轮副的切削理论以及相应的齿面设计、制造方法;建立了弧线齿面齿轮的加工模型,推导了弧线齿面齿轮的齿面方程,并建立了相应的有限元模型及三维仿真模型.提出了利用常规的格里森刀盘,在国内已有的数控加工中心或数控齿轮机床上加工弧线齿面齿轮的方法,制造工艺简单.      

基于齿顶结构设计的面齿轮接触性能优化

针对面齿轮传动系统存在边缘接触的问题，通过对面齿轮齿顶进行倒圆和削顶优化设计，改善面齿轮传动系统的接触 性能。利用有限元软件建立了含齿顶倒圆和削顶的面齿轮仿真分析模型，对传动系统进行准静态接触分析，研究了齿顶倒圆和削 顶对面齿轮传动系统啮合力、接触区域以及齿面最大接触应力的影响规律。结果表明：齿顶倒圆可以明显地改善面齿轮系统的边 缘接触并降低接触应力，但倒圆半径的增大会降低面齿轮的重合度，降低系统的承载能力，研究对象中面齿轮齿顶进行0.20倍模 数的倒圆较为合适。齿顶削顶可以降低面齿轮系统质量，但较大的削顶角度会恶化面齿轮接触性能，使齿轮副产生应力集中，从 而使齿轮接触应力增大，研究对象中面齿轮削顶角度为97.5°时较为合适。     

平面刀具加工面齿轮的理论分析

采用平面刀具加工面齿轮可提高刀具的通用性和降低设计制造成本.首先在对格林森方法仿真的基础上指出仅用高阶滚比是不能获得理想齿面的.然后提出了附加运动，通过这个附加运动与高阶滚比刀具在运动中可以实现虚拟渐开线的精确模拟.其三提出了确定高阶滚比、附加运动多项式系数的方法.其四建立了平面刀具的产形面和平面刀具加工的面齿轮的数学模型.最后进行了滚比与运动规律、轮齿接触分析等数值仿真，结果表明:算例中的最大齿面误差为-1.05mm，接触路径倾斜，接触椭圆长度为11.2mm，传动误差约为0″，被加工面齿轮与标准小轮的啮合表现出良好的“准共轭”特性.因此这种可粗切，亦可精磨的加工方法具备良好的可行性与实用性.      

基于碟形砂轮磨齿的面齿轮包络残差研究

介绍了采用碟形砂轮磨削面齿轮的原理及过程,研究了齿廓包络和齿宽包络两种包络方式产生包络残差的机理.分别建立了两种加工方式下包络残差的计算模型和方法,并研究了所产生包络残差的特点.通过数值算例分析了包络过程中刀具周向进给角度、齿宽方向进给量以及碟形砂轮外径对齿面包络残差的影响规律.计算结果表明:齿宽包络比齿廓包络具有更高的效率.进行了以齿廓包络方式的面齿轮磨齿加工实验,当刀具周向进给角度分别取为2°,1°,0.5°及0.2°时,齿面表面粗糙度逐渐明显提高,齿面磨削加工印痕的数目和方向与包络仿真计算结果一致.初步证明根据包络残差计算结果选取合适的进给量参数,可以保证面齿轮磨齿加工的表面粗糙度水平并能提高加工效率.      

全工序法弧齿锥齿轮加工参数计算方法

分析弧齿锥齿轮刀盘的结构特征与切齿运动特点,提出三个参考点的设置方法。以大轮采用展成法,小轮采用螺旋展成法加工的弧齿锥齿轮副为研究对象,提出了全工序法大轮加工参数的简化计算方法。总结螺旋锥齿轮的一般啮合规律,结合参考点设置方法,利用Free-Form型机床的柔性运动控制特征,建立了小轮的切齿控制优化模型,获得一组最优化的加工参数。以此计算方法开发了设计软件,基于国产全数控锥齿轮加工装备,以一对准双曲面齿轮为算例进行了网络化闭环制造,试验结果显示:齿轮副传动误差幅值达13.2″,两齿面接触区均位于齿面中部、呈内对角,验证了方法的正确性,有效解决了全工序法加工弧齿锥齿轮时双面接触特征同步调整困难的行业难题。      

预置接触区长度系数的Spirac切齿调整计算方法

基于参考点处瞬时接触椭圆大体决定接触区长度的方法,提出一种切齿调整计算方法.根据奥利康刀倾半展成法(Spirac)切齿原理,建立摆线齿准双曲面齿轮的数学模型,得到了大轮齿面参考点处瞬时接触椭圆参数;在满足参考点位置、压力角和螺旋角的基础上,将刀倾角也作为迭代变量,并将接触区长度系数等于预置值作为新增的迭代条件,迭代求解切齿调整参数.最后以一对摆线齿准双曲面齿轮副为例,对比该方法与Spirac切齿调整计算结果,验证了该方法的准确性,并对不同预置接触区长度系数得到的齿面进行齿面接触分析.结果表明,该方法解决了反复调整刀倾角的问题,并通过精确控制大轮齿面接触区长度系数等于设计值,实现了对大轮齿面接触区长度的预控.     

航空弧齿锥齿轮齿面坐标测量的数据处理

 针对复杂的航空弧齿锥齿轮齿面的误差测量，利用无转台、无专用软件系统的常规的三坐标测量仪，基于微分几何和空间啮合理论，准确地表达了理论齿面，高效处理了齿面测量数据，精确地反映了齿面的加工误差、加工变形、安装误差等因素综合产生的齿面误差，为制造高精度的航空弧齿锥齿轮提供了有效的手段。以两对航空弧齿锥齿轮为例，分别对专用格里森软件计算得到的齿面数据和常规的三坐标测量仪实测的齿面数据进行了数据处理，验证了本文方法的有效性和可行性。     

基于数控切齿的弧线齿面齿轮啮合特性研究

研究了弧线齿面齿轮的数控切齿及其啮合特性.基于假想产形齿轮的概念,同时考虑了刀具法向截面的修形,推导弧线齿面齿轮的齿面方程;以坐标变换为工具,建立其机床加工模型,确定各运动轴的多项式表达式;在此基础上,建立了考虑安装误差的弧线齿面齿轮副接触分析模型.计算结果表明:通过面齿轮的齿面修形,可以降低啮合转换点处的传动误差幅值,并获得较好的传动误差曲线.      

直齿锥齿轮低安装误差敏感性设计与实验验证

未修形直齿锥齿轮啮合时为线接触,为减小两齿面啮合对安装误差敏感性,对主动轮齿面采用鼓形修形,改变刨刀运动轨迹进行齿向抛物线修形、改变瞬时滚比进行齿廓修形,从而实现两齿面点接触啮合.为进一步降低安装误差的敏感性,以齿廓、齿向修形系数为优化变量,减小接触迹线上啮合点的差曲面高斯曲率波动,同时增大参考点的差曲面高斯曲率值,降低安装误差敏感性;为避免齿面接触应力过大,控制参考点的差曲面主曲率,保证瞬时接触椭圆的长度不小于齿宽的1/3.算例分析及加工和滚检实验显示:经过优化设计后的修形齿面安装误差敏感性较低,总轴向错位量和总轴向分离量分别达到法向模数的30%,齿面印痕仍具有较好的稳定性.      

非零变位弧齿锥齿轮的切齿设计与分析

借助于局部综合法,研究了非零变位弧齿锥齿轮的切齿设计。通过变位系数的选择,改善了齿面结构,提高了弧齿锥齿轮的承载能力;由局部综合法,利用二阶接触参数的可预控性,从而优化弧齿锥齿轮的啮合性能。从分圆型变位齿轮与Gleason轮坯计算所得齿轮之间的比较可以看出,由于节锥不变,轮坯外形尺寸不变,通过变位,齿根厚度增加,且在相同的大轮负荷力矩下,变位齿轮的最大拉伸应力、最大压缩应力和最大接触应力明显降低。