Reduction of cumulative pitch deviation for gears in grinding machines

为了减小齿轮磨削加工中的磨床系统分度误差,提高齿轮加工精度,分析了齿轮磨床分度误差、齿轮安装偏心和齿轮齿距偏差之间的关系,获得了分度误差的计算方法,并计算出了齿轮磨床的分度误差.依据计算得到的分度误差值调整磨床,降低磨床分度误差,减小齿轮齿距累积偏差,提高了齿轮加工精度.以Y7125大平面砂轮磨齿机床为例验证了提出方法的可行性.建立了齿轮安装偏心和齿廓偏差的数学模型,求出了齿轮安装偏心的幅值和相位角,然后由齿轮安装偏心、磨床分度误差和齿轮齿距偏差的关系得到磨床的分度误差值.根据计算得到的分度误差值调整磨床分度盘,使磨床的分度误差从17.7 μm减少为3.3μm,被加工齿轮的齿距累积总偏差由46.9 μm降低到11.5 μm,齿距精度达到三级.验证结果表明,按照这种方法调整磨床可以快速有效地降低磨床的系统分度误差,从而降低齿轮的齿距累积偏差.     

磨齿机分度误差传递规律

为预测被加工齿轮的齿距加工精度,研究了Y7125型大平面砂轮磨齿机系统分度误差的传递规律。采用全闭环测量法对用作角度测量基准的正36面棱体进行了高精度标定;基于该正36面棱体和相对测量法在机提取机床36个等分点系统分度误差曲线;最后在磨齿机上进行精密磨齿实验,通过比较齿轮试件的齿距累积偏差与机床原始系统分度误差的差异,研究机床分度误差的传递规律,并通过实验得到磨齿机分度误差传递过程中的不确定度。实验结果表明:采用全闭环测量法标定正36面棱体的测量不确定度达到±0.05;磨齿机系统分度误差传递到被加工齿轮后,齿距累积总偏差由2.1m增大到2.6m,相对误差增加了24%;通过磨齿实验得到磨齿机分度误差传递过程中的不确定度为±0.6m。得到的机床分度误差传递规律可用于预测齿轮的齿距累积加工精度,为制定科学的磨齿工艺提供技术支持。     

基于谐波分解的滚齿加工齿距误差在机补偿方法研究

为提高齿轮的滚齿加工精度,提出了一种基于谐波分解的滚齿加工齿距误差在机补偿方法。利用在机测量系统对含有加工余量的齿轮进行齿距累积偏差的测量,得到齿距累积偏差曲线;根据离散傅里叶变换求取齿距累积偏差曲线的幅值谱和相位谱,通过所求得的幅值谱和相位谱求解误差补偿量,以加工程序(NC程序)的形式输入数控系统;通过控制滚刀和工件之间的啮合关系,从而实现齿轮齿距累积偏差的在机补偿。通过VeriCut进行的齿轮加工仿真结果表明,该方法可以减小被加工齿轮的齿距累积偏差,使滚齿加工的齿距加工精度提高2-3个精度等级。     

齿轮渐开线样板安装偏心对齿廓倾斜偏差的影响

为提高齿轮渐开线样板的制造精度,本文研究了齿轮渐开线样板安装偏心对其齿廓倾斜偏差的影响。基于双滚轮-导轨式渐开线展成原理,建立了齿轮渐开线样板安装偏心对其齿廓倾斜偏差影响的数学模型,并依据该模型分离出齿廓形状偏差和齿廓倾斜偏差;基于该数学模型,推导出补偿特定齿轮渐开线样板齿廓倾斜偏差所对应的安装偏心;最后,搭建了齿轮渐开线样板实验装置进行验证。实验结果表明:通过对安装偏心的补偿,可将齿轮渐开线样板齿廓倾斜偏差由-3.53μm减小到-0.06μm,达到了1级齿轮渐开线样板对齿廓倾斜偏差的要求。研究齿轮渐开线样板安装偏心对其齿廓倾斜偏差的影响规律可以用于补偿齿轮渐开线样板的齿廓倾斜偏差,并为开发高精度齿轮渐开线样板提供技术支持。     

一种大型齿轮齿距偏差和累积偏差的测量方法

文中以一种大型齿轮为研究对象,提出了基于激光跟踪仪的测量齿距偏差和齿距累积偏差的相对测量法。与常规的测量方法相比,该方法扩大了大型齿轮齿距偏差和齿距累积偏差的测量范围。文中论述了相对测量法的原理,推导了齿距偏差和齿距累积偏差的计算模型,解决了大型齿轮齿距偏差和累积偏差的测量难题。该测量方法可以有效评估齿轮齿距偏差和齿距累积偏差,其测量系统精度可达到0.01 mm/m。     

夹紧变形条件下齿轮齿廓偏差和齿距偏差的评定

在对齿轮进行精度等级评定时,齿廓偏差和齿距偏差是两个重要的评定参数,为了精确计算齿轮磨削加工获得的实际齿廓偏差和齿距偏差,文中提出了齿轮齿廓偏差和齿距偏差的评定方法,综合考虑夹紧变形的影响,利用齐次坐标变换矩阵建立了齿面参数方程,并系统分析了各种位姿误差对齿廓偏差、齿距偏差的影响规律,为齿廓偏差和齿距偏差的计算提供了依据。     

端面弧齿联轴节加工参数误差对齿面误差的影响

为了研究机床加工参数调整误差对端面弧齿联轴节齿面几何精度的影响,推导了含多个加工参数调整误差的端面弧齿通用偏差齿面方程;结合齿面偏差(描述偏差理论齿面对标准齿面的偏离)、节距偏差两个误差指标,构建出轮齿齿面几何误差分析模型。并辅以实例分析轮齿磨削加工时各参数调整误差对其节距偏差及齿面偏差的影响,绘制了关系图定量描述其影响。     

基于激光跟踪仪的特大型直齿轮齿距偏差测量新方法

为了测量特大型齿轮齿距偏差,提出了基于激光跟踪仪的特大型直齿轮齿距测量新方法。利用激光跟踪仪的大空间测量能力测量齿轮齿槽,分别获得被测特大型直齿轮相邻两条齿距误差曲线。由于被测齿轮直径超过6 000 mm,可以根据点到直线距离公式近似计算单个齿距误差。首先,分析了传统方法下基于激光跟踪仪构建齿轮工件坐标系后的齿距测量模型,并根据特大型直齿轮的特点,提出了基于激光跟踪仪的无坐标系特大型直齿轮齿距误差测量模型。测量模型回避了特大型齿轮工件坐标系的建立,直接对齿槽进行双面接触测量;通过对两条齿槽测量直线进行误差评定即可获得单个齿距最大误差与单个齿距平均误差,通过转站测量实现齿距累积总偏差的测量;最后,采用蒙特卡罗法对不同测量方法的测量不确定度进行仿真分析,得出系统测量不确定度。实验结果表明,提出的基于激光跟踪仪的特大型直齿轮齿距偏差测量方法满足直径6 000 mm以上的8级精度特大型齿轮的单个齿距偏差测量要求,满足直径6 000 mm以上的10级精度特大型齿轮的齿距累积总偏差测量要求。     

大平面砂轮磨削面锥形误差对齿轮齿廓偏差的影响

以Y7125磨齿机为例,分析了大平面砂轮的修整质量,尤其是砂轮磨削面锥形误差对齿轮齿廓倾斜偏差和齿廓形状偏差的影响,并给出了数学表达式及误差补偿方法。分析结果表明:磨削面锥形误差对齿廓倾斜偏差的影响99%以上可以通过调整头架安装角进行补偿;补偿后的残余齿廓形状偏差从齿宽中截面向两端面逐渐增大;减小砂轮磨削面锥形误差,加工较小齿宽的齿轮并选择较小的头架安装角等措施可以提高被磨齿轮的齿廓精度。     

含几何偏心误差的变双曲圆弧齿线圆柱齿轮动力学分析

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮作为一种新型传动方式,为研究几何偏心误差对其传动精度的影响规律,利用基于旋转刀盘加工原理得到的齿面方程,运用MATLAB与UG建立起精确的含几何偏心误差的变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的三维模型,运用ADAMS分析得到该齿轮在啮合过程中的转角误差变化规律。得到了其几何偏心误差对传动精度的影响规律,将仿真分析结果与理论计算结果进行对比,得到理论几何偏心误差计算值与实际几何偏心误差仿真计算值相对偏差量较小。验证了基于ADAMS动力学分析齿轮几何偏心误差的可行性,同时验证了传统理论计算法在变双曲圆弧齿线圆柱齿轮上应用的正确性。得到通过测量齿轮间的动态传递误差可以来间接计算变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的几何偏心误差值。     

安装误差对直齿标准齿轮螺旋线偏差的影响规律

在齿轮螺旋线的实际测量过程中,不同轮齿的螺旋线倾斜偏差经常会出现较大差异。为提高齿轮螺旋线偏差的测量精度,分别研究了芯轴和齿轮安装误差对齿轮螺旋线偏差的影响规律。首先分别建立了芯轴安装偏心和倾斜误差及齿轮安装偏心和偏摆误差对齿轮螺旋线形状偏差和倾斜偏差影响的数学模型,然后制作了平垫圈(1#、4#)和楔角误差分别5.5μm/45mm(2#)和11.9μm/45mm(3#)的楔形垫圈,用于进行齿轮螺旋线偏差的精密测试实验。得到如下结果:采用2#楔形垫圈时,螺旋线倾斜偏差f_(Hβ)的最大值与理论模型相差0.17μm,相对误差为7%;采用3#楔形垫圈时,螺旋线倾斜偏差f_(Hβ)的最大值与理论模型相差0.06μm,相对误差为1%;而两次试验中齿轮螺旋线的形状偏差ffβ基本不变。实验结果表明:齿轮安装偏摆误差对螺旋线偏差的实测结果与理论值基本吻合,从而验证了所建数学模型的准确性。依据本文所建螺旋线的数学模型,得到通过调整齿轮安装偏摆误差补偿各齿轮螺旋线倾斜偏差差异的误差补偿方法。本文研究对于研制高精度标准齿轮具有重要研究意义。     

滚刀几何误差与齿轮几何精度的映射规律研究

高精度齿轮是高端装备满足高速、重载、冲击、低噪声(静音)等极端环境要求的必要支撑,为提高滚齿加工精度,实现部分“以滚带磨”,降低加工成本,针对滚刀几何误差与齿轮几何精度之间的定量映射规律研究不足,分别开展考虑机床运动精度的滚刀齿廓误差、滚刀螺旋线误差、滚刀安装角径向圆跳动误差与齿轮齿廓误差、基节误差之间的定量映射规律研究。通过产形齿条法,由渐开线滚刀齿廓方程包络生成齿轮齿廓方程。依据微分几何、包络原理,建立滚刀齿廓误差与齿轮齿廓误差之间的定量映射关系模型;建立滚刀螺旋线误差、滚刀安装角径向圆跳动误差与齿轮齿廓误差之间的定量映射规律模型。并根据齿轮齿廓误差与齿轮基节误差间的几何关系,计算得到上述因素对基节误差的映射规律。依据高斯分布规律,建立在考虑机床运动误差影响下,上述三种主要的滚刀误差对齿轮齿廓误差、齿轮基节误差的综合影响规律模型。最终通过仿真,并与实际加工经验进行对比,验证上述模型方法的正确性。从而揭示出滚齿加工过程中考虑机床运动误差的滚刀误差与影响齿轮主要几何精度的齿廓误差、基节误差的本质规律。为滚切更高精度的齿轮副打下理论基础。     

基于磨削齿轮方式修整齿轮误差的分析

为解决常规齿轮加工过程中所产生的误差,将精密磨齿加工与先进检测技术应用到提高齿轮等级中,通过对造成齿轮加工误差因素的分析,建立了误差因素与齿轮精度指标之间的对应关系,并结合精密磨削齿轮的加工特点及优势,提出了采用精密磨削齿轮改进齿轮精度的方法,即在已有齿轮误差的前提下,结合实验,就其误差成因、磨齿原理、修整方法等方面提出了较为完善的改进办法,并对其进行修整,从而避免了该误差对传动机构精度的影响。研究结果表明:采用精密磨齿方式进行齿轮误差的修整,是有效提高齿轮精度的捷径,在常规方法等级基础上可以提高2~3个等级。     

非标准原始廓形齿轮加工问题的探讨

介绍了用标准齿轮滚刀加工非标准圆柱齿轮时,滚刀的选择和机床的调整方法。分析了由于滚刀基节与齿轮基节不相等,造成的齿轮加工误差。此误差可通过在公法线长度方向上加大留磨量,进行磨齿予以消除。此方法对齿轮修配具有一定的指导作用。     

基于多齿分度改善高精度齿轮齿距精度

为了提高齿距精度,基于多齿分度理论对Y7125磨齿机分度系统进行改进,用多齿分度盘代替普通分度板实现分度。分析了多齿分度盘自由啮合状态下的分度精度,讨论了安装过程中多齿分度盘的轴向偏摆与径向偏移对其分度精度的影响。理论上满足加工高精度齿轮齿距精度的要求,为加工2级到1级高精度齿轮奠定了基础。     

数控随动磨床加工凸轮方法及其精度补偿策略

针对凸轮随动磨削中因工件轴转速差、伺服系统响应偏差、硬件制造误差等重复性误差影响因素造成的零件制造精度下降问题,将在线测量技术和Sinumerik 840D数控系统的插补表与电子齿轮功能应用到机床运动控制系统中,开展了随动磨削工艺的运动轨迹和控制方案分析,提出了由内嵌在系统PCU上的VB程序来处理在线测量获得的360个离散误差补偿数值,自动生成带插补表与电子齿轮功能的专用加工程序,利用同轴运动叠加控制方法,把补偿值叠加到进给轴上,使带误差补偿数据的凸轮加工NC程序不断根据实际加工状态更新,最后在工程样机上进行了磨削试验。试验结果表明,发动机凸轮轴的廓型最大加工误差降到了2.6μm以下,残余误差主要来源为机械振动、非线性摩擦扰动等随机性偏差。该运动控制和误差补偿方法能在实际加工中较好地补偿重复性误差因素对工件精度产生的影响。     

对角修形斜齿轮设计与数控磨齿研究

为了减小齿面振动,降低磨削误差,提出对角修形斜齿轮数控磨齿加工方法：通过设计对角修形曲线,经过3次B样条拟合为对角修形曲面;根据齿条展成渐开线齿面原理,建立平面砂轮磨削斜齿轮6轴联动Free-Form型数控磨齿模型,通过齿条与砂轮位矢等效转换,推导各轴运动关系;建立基于CNC机床各轴运动敏感性分析的齿面修正模型,各轴运动用6阶多项式表示,通过判断砂轮与齿面的接触状态,确定磨削齿面的误差,并分析各系数扰动对齿面误差的影响;以齿面误差平方和最小为目标函数,通过粒子群优化方法,得到机床各轴运动参数,该方法计算结果稳定且精度较高。通过算例表明：沿齿向方向压力角、螺旋角、展成角的微调可分别实现一定的对角修形加工;微调6轴联动机床各轴运动参数,可有效减小对角修形斜齿轮的磨削误差,通过机床运动敏感性分析验证理论和算法的正确性。     

内齿轮成形磨削及砂轮修形技术的研究

针对国内硬齿面内齿轮普遍采用插(拉)齿后氮化处理而未磨齿的加工现状,研究了内齿轮成形磨削方法和砂轮修形技术。基于自主研制的数控内齿轮成形磨齿机,提出了一种使用砂轮的一个端面磨削轮齿两个齿面的加工方案。采用跳齿磨削法控制分齿精度。研制了一种成形砂轮修整装置,开发了成形砂轮修形程序。仿真结果验证了该程序的可行性。

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