弧齿锥齿轮螺旋变性展成法切齿原理与仿真分析

传统加工方法加工弧齿锥齿轮副会使其接触区呈现对角线接触的不良现象,针对该现象,提出一种新型螺旋锥齿轮加工方法——螺旋变性展成法。为揭示螺旋变性展成法的切齿原理,根据机床、刀具和工件间的运动位置关系,以微分几何和齿轮啮合原理为基础,运用矢量分析法,以齿面中点为计算点建立切齿数学模型,分析推导机床调整参数计算公式;以一对弧齿锥齿轮为例进行了几何参数、刀具参数及机床调整参数的计算,建立弧齿锥齿轮三维虚拟仿真加工模型并进行齿面接触分析;最后,基于以上参数在数控铣齿机上进行切齿试验,齿面接触分析与滚检试验结果说明了螺旋变性展成法消除对角线接触的有效性。     

弧齿锥齿轮成形三维虚拟仿真研究

通过分析弧齿锥齿轮加工原理及加工机床的结构和运动关系,并基于空间啮合理论,建立了刀刃锥面方程和啮合方程,应用图形变换原理,推导了弧齿锥齿轮NC机床运动参数的计算方法。基于VERICUT软件平台,建立了弧齿锥齿轮NC机床模型及弧齿锥齿轮三维虚拟仿真加工模型,对一对具体的弧齿锥齿轮进行了几何参数、刀具参数和NC机床运动参数的计算,并在VERICUT环境下进行了虚拟仿真加工,验证了弧齿锥齿轮NC机床模型及三维虚拟仿真加工模型的正确性。     

对数螺旋锥齿轮加工中刀具走刀轨迹方程的分析与确定

在建立工件与刀盘两者之间的位置关系基础上,应用对数螺旋锥齿轮的啮合原理并结合数控机床加工的特点,分析对数螺旋锥齿轮加工刀具的运动轨迹;建立刀具的走刀轨迹方程,明确对数螺旋锥齿轮加工的特点及几何方法.走刀轨迹方程的建立,从理论上保证了在数控机床上加工对数螺旋锥齿轮工艺的可行性,进而可以实现在数控机床上对这种新型螺旋锥齿轮方便、快捷地加工.     

螺旋锥齿轮数控加工中刀盘误差的补偿

在进行螺旋锥齿轮数控加工过程中,用直廓截形代替盘状铣刀刀刃理论截形所产生的偏差会影响螺旋锥齿轮齿面加工精度。针对该问题,分析了螺旋锥齿轮数控加工原理,并在此基础上建立了从刀刃到形成齿面的数学模型;依据空间啮合理论计算盘状铣刀刀刃实际截形,分析并建立了盘状铣刀刀盘半径偏差与齿面误差的关系;进一步推导出刀具实际截形误差的计算过程;最后根据螺旋锥齿轮的加工原理对刀具的误差进行了补偿计算,并对补偿结果进行了仿真实验验证,证明了该算法的可靠性。     

弧齿锥齿轮双重螺旋法切齿原理及齿面接触分析研究

弧齿锥齿轮双重螺旋法具有高效、可实现干切削的特点,是Gleason制弧齿锥齿轮的先进加工方法。为揭示双重螺旋法的切齿原理,以大轮成形法加工的弧齿锥齿轮双重螺旋法为研究对象,以啮合原理和微分几何学为基础,根据刀盘、机床、工件之间的运动位置关系,利用矢量法、基于齿面3个参考点建立切齿数学模型,推导机床调整参数的计算过程;然后,以齿槽中点作为参考点,修正弧齿锥齿轮副的齿坯几何参数;另外,以小轮产形面方程代替其共轭齿面方程,提出新的齿面失配设计新方法,与传统方法相比简化计算过程。以一对7×43的准双曲面齿轮副为例进行设计计算和切齿加工,齿面接触分析与滚动检查结果验证所提出的双重螺旋法切齿原理的正确性,并根据该切齿原理开发弧齿锥齿轮双重螺旋法的设计软件,为该方法在国内的推广提供理论基础与技术支撑。     

基于球头刀具的螺旋锥齿轮齿廓倒棱轨迹规划

为解决螺旋锥齿轮在五轴数控机床上因额外的两个旋转轴而造成轨迹复杂、人工倒棱效率低且无法保证加工质量的问题,针对螺旋锥齿轮齿廓倒棱轨迹规划进行了研究。首先计算出螺旋锥齿轮齿廓线方程,在验证方程的准确性后获取齿廓线的目标离散点。其次,根据坐标转换原理计算出坐标变换矩阵,并依据球头刀的倒棱位姿计算出刀轴矢量。然后,对获得的刀具轨迹进行MATLAB和VERICUT倒棱仿真,分析不同加工深度下的倒棱结果。最后得出五轴数控机床下的倒棱轨迹,切削仿真结果表明加工表面相对均匀,能够实现齿廓在数控机床上的倒棱,替代人工倒棱并提高加工效率。     

加工螺旋槽用成形盘状刀具截形计算

生产中经常会遇到螺旋槽成形表面的加工,如螺杆、圆柱形铣刀及圆柱斜齿轮等。这就要求设计计算出加工用成形盘状刀具(如盘状铣刀、成形砂轮。本文简称“刀具”)的截形。工件螺旋槽表面是刀具切削刃回转面相对于工件作螺旋运动时所形成的包络面,刀具回转面与工件螺旋槽的接触线不在刀具轴向剖面内,而是一条空间曲线。因此,刀具回转面的轴向截形既不同于螺旋槽的法向廓形,也不同于工件任何剖面中的廓形。为此,刀具截形的设计计算方法可有图解法和计算法。     

五轴NC加工干涉检查与避免算法研究

利用刀具刃口回转面在两刀位点间运动形成的包络面方程与CAD模型面求交来实现五轴NC加工中干涉的判断与检验，依据检验结果对干涉进行处理，从而避免实际加工时干涉的发生。该方法考虑了刀具运动路径上全部刀位点的刀具与工件的位置关系，因而能够实现刀位轨迹全过程的干涉检验，避免了加工时对局部型面的破坏，有利于改善加工零件的表面质量。实际计算验证了该方法的可行性和实用性，具有一定的理论和实际意义。     

基于SolidWorks的螺旋锥齿轮的仿真加工

通过在VB中调用SolidWorks API的属性和方法,建立了齿轮毛坯和盘铣刀的三维参数化模型.控制刀具实体和毛坯实体的相对位置和相对运动关系,进行实体间的布尔运算,模拟真实齿轮的加工过程,得到螺旋锥齿轮的三维仿真加工几何模型;获取螺旋锥齿轮的齿面离散点,在此基础上实现了螺旋锥齿轮齿面的NURBS表示,并通过了实例验证.     

螺旋变性展成法加工锥齿轮副的建模与仿真分析

针对螺旋锥齿轮副接触区呈现对角线接触的传统加工,提出了一种新型的螺旋锥齿轮加工方法-螺旋变性展成法。该方法大轮采用展成法加工,小轮采用螺旋变性法加工。给出了刀具和工件的加工运动关系,利用齿轮啮合原理,分别建立了加工大轮和小轮的刀盘切削面方程及啮合方程。并由此获得大轮和小轮的齿面方程。依据齿面方程分别构建了齿轮副的三维模型,并进行啮合仿真分析。分析结果表明,使用螺旋变性展成法加工螺旋锥齿轮副可以从理论上避免接触区呈对角线接触的现象。     

参数曲线自适应加减速控制方法在弧齿锥齿轮数控加工中的应用

为研究弧齿锥齿轮数控加工方法,通过矢量变换实现铣齿加工的数控展成,将数控轴的展成运动表示为以工件齿轮转角为参数的五次参数样条函数。对轮廓误差引起的进给速度曲线进行分析,在保证加加速度满足要求的同时,对加速度的变化进行控制,提出参数曲线插补的自适应加减速控制方法。通过插补仿真表明,该方法可以有效地避免加速度和加加速度的突变对机械本体造成的冲击。将该加减速控制方法应用于弧齿锥齿轮数控加工中,并且在自主研制的弧齿锥齿轮数控铣齿机上进行切齿加工。试切加工结果证明该方法切实可行、有效,能够实现对弧齿锥齿轮数控加工的插补控制。     

Three-dimensional tool radius compensation for multi-axis peripheral milling

Few function about 3D tool radius compensation is applied to generating executable motion control commands in the existing computer numerical control (CNC) systems. Once the tool radius is changed, especially in the case of tool size changing with tool wear in machining, a new NC program has to be recreated. A generic 3D tool radius compensation method for multi-axis peripheral milling in CNC systems is presented. The offset path is calculated by offsetting the tool path along the direction of the offset vector with a given distance. The offset vector is perpendicular to both the tangent vector of the tool path and the orientation vector of the tool axis relative to the workpiece. The orientation vector equations of the tool axis relative to the workpiece are obtained through homogeneous coordinate transformation matrix and forward kinematics of generalized kinematics model of multi-axis machine tools. To avoid cutting into the corner formed by the two adjacent tool paths, the coordinates of offset path at the intersection point have been calculated according to the transition type that is determined by the angle between the two tool path tangent vectors at the corner. Through the verification by the solid cutting simulation software VERICUTwith different tool radiuses on a table-tilting type five-axis machine tool, and by the real machining experiment of machining a soup spoon on a five-axis machine tool with the developed CNC system, the effectiveness of the proposed 3D tool radius compensation method is confirmed. The proposed compensation method can be suitable for all kinds of threeto five-axis machine tools as a general form.     

基于Pro/E Wildfire的直齿圆锥齿轮虚拟制造

利用Pro/NC提供的数控编程功能,创建出了直齿圆锥齿轮精加工刀具轨迹,针对普通数控铣床利用普通铣刀,提出了“分块加工”的思想,改变了整体加工时的“过切”和“欠切”走刀错误现象,提高了加工精度。经过后置处理来生成直齿圆锥齿轮精加工的数控程序,并利用VERICUT软件进行加工仿真,验证了产品设计和加工的正确性。     

盘刀加工等基圆锥齿轮的刀具位姿及运动轨迹计算

为了实现使用盘形铣刀数控加工等基圆曲线齿锥齿轮,基于等基圆曲线齿锥齿轮理论,通过建立盘形铣刀加工数学模型,求解了决定刀具空间姿态的主要参数。通过盘形铣刀刀轴矢量、刀心坐标的求解,得到了轮坯坐标系下的刀位。结合通用五坐标数控机床,求得了五坐标数控加工等基圆锥齿轮运动轨迹的表达式。通过三维造型,对刀位求解进行了分析验证;通过仿真切削加工,验证了运动轨迹的正确性。结果表明,利用盘形铣刀数控加工等基圆锥齿轮的刀具位姿、运动轨迹的求解正确,在通用数控机床上利用盘形铣刀能够加工等基圆曲线齿锥齿轮。     

基于计算机数字控制弧齿锥齿轮加工机床的准双曲面齿轮的制造

基于五轴联动数控铣齿机的概念模型,提出一种新的加工准双曲面齿轮主动设计齿面的切齿原理.推导出相应的切齿啮合方程、工件齿面二阶参数展成控制方程和工件齿深控制方程,并给出机床运动函数、刀盘中心速度以及刀尖半径的具体求解方法.在求解过程中,不涉及刀盘中心加速度以及更高阶运动参数的计算,可简化求解过程.使用该切齿原理进行切齿时,可在有效保证齿深的前提下,在切齿加工过程中实现对沿工件齿面设计接触迹线切矢和切齿接触线切矢两个方向上齿面二阶参数的精确控制.同时,该切齿加工理论还可以推广到其他多种复杂点啮合齿面的加工过程中.     

弧齿锥齿轮成形法数控加工仿真建模与实现技术

针对半滚切法加工的弧齿锥齿轮,根据机床、刀具和被加工工件之间的位置关系和切齿过程,由齿轮啮合原理和弧齿锥齿轮切齿原理推导出弧齿锥齿轮齿廓曲面方程。根据实际的弧齿锥齿轮参数,基于CAT IA曲面建模方法,运用上述数学方程,建立了锥齿轮三维实体模型,验证了该方法的有效性。     

螺旋锥齿轮数控加工3维仿真研究

在分析了螺旋锥齿轮数控加工原理后，采用面向对象技术和计算机辅助设计系统中的3维建模功能，提出了CNC铣齿机床、齿轮毛坯和盘铣刀3维几何模型的具体构建方法；利用简化的齿轮毛坯实体模型和盘铣刀实体模型做布尔减运算，来实现模拟工件材料的去除过程；最终给出的加工仿真实例和实际加工结果，验证了加工仿真方法的正确性。所获得的仿真结果可为齿面接触分析、有限元应力分析和齿轮的数控加工等提供了精确的3维实体模型。     

螺旋锥齿轮精密数控加工误差补偿策略

为了更好地实现螺旋锥齿轮精密数控加工,结合螺旋锥齿轮加工特点,在欧式线性空间中建立了数控加工模型及误差补偿模型。补偿模型为二级补偿机制,以齿面误差作为判断依据,通过对机床安装调整误差的补偿和加工过程中运动误差的补偿及时修正加工质量。由此,通过逐齿动态补偿,使得加工过程中机床误差得到修正,齿面加工精度得到提升。经仿真实验验证,该方法可实现连续轨迹运动中的多轴协调,有效提高螺旋锥齿轮数控加工机床的加工精度。     

基于虚拟制造的弧齿锥齿轮仿真加工技术研究

通过分析弧齿锥齿轮加工原理及弧齿锥齿轮铣齿机的结构和运动关系,建立了弧齿锥齿轮铣齿机虚拟机床模型及虚拟机床加工坐标系,推导了弧齿锥齿轮铣齿机虚拟机床运动参数的计算方法,构建了弧齿锥齿轮仿真加工模型.计算了一对弧齿锥齿轮进行的几何参数、刀具参数和虚拟机床运动参数,并通过弧齿锥齿轮铣齿机虚拟机床对其进行了仿真加工,验证了弧齿锥齿轮铣齿机虚拟机床模型及仿真加工模型的正确性.