基于SolidWorks的滚齿过程几何仿真及切削力计算

滚齿切削力是制定合理的切削用量、优化刀具几何参数的基础,为研究滚齿切削力,提出了基于Solid Works的滚齿过程几何仿真及切削力计算方法。首先以Solid Works软件为平台建立齿坯、滚刀刀齿三维模型,实现滚刀刀齿对工件进行加工的可视化过程,获得加工后的工件以及产生的切屑的三维模型。然后用两种方法计算每齿切削力:通过提取切屑三维模型表面上的坐标点,利用切屑形状计算切削力的大小;将获得的工件三维模型导入ABAQUS中进行滚齿过程有限元仿真,计算滚齿切削力。最后将二者的结果进行对比分析,验证计算结果的正确性,为滚齿切削参数的选取奠定基础。     

弧齿锥齿轮成形加工切削力理论模型

针对弧齿锥齿轮成形法中切削力计算的问题，提出了一种理论计算方法，将铣齿过程中的复杂状况转化为力学模型，并对力学模型进行求解。首先，结合弧齿锥齿轮成形法加工状况，采用斜角切削理论推导出弧齿锥齿轮微观切削力模型；其次，分析成形法加工弧齿锥齿轮中的切削面积，结合弧齿锥齿轮微观切削力模型计算出弧齿锥齿轮成形法切削力；最后，计算一定工况条件下的切削力。计算结果与仿真、实验数据具有较好的一致性，表明理论模型适用于弧齿锥齿轮成形法切削力的预测，并且大幅缩短了计算时间。     

基于结构参数的齿轮滚削力计算和精度影响研究

通过分析圆柱齿轮的滚切加工过程,获得了每一个刀齿的切屑层状态;根据齿轮和刀具的结构参数,利用单位切削力的计算方法,推导出主切削力的计算公式,得到了切削过程的切削力的变化规律.通过建立滚刀的力学模型,对刀具进行了变形分析,并对变形影响齿轮展成加工精度的程度进行了研究;推导了刀齿发生径向误差和转角误差时被加工齿轮的实际包络方程和产生的齿轮法向误差计算公式;对滚齿机床设计、刀具的设计制造以及齿轮加工过程的进一步研究等方面具有一定的指导意义.     

基于改进瞬时刚性力模型的机床铣削加工监测

针对用于切削力预测的瞬时刚性力模型所需参数较多且依赖初步切削实验的问题,提出一种不需要切削实验的新型切削力预测方法,实现在实际工厂中监测机床铣削加工过程。在斜角切削模型和正交切削理论的基础上,对传统的瞬时刚性力模型进行改进,减少切削力预测所需的切削参数。改进后的模型仅需在铣削操作开始时从测量的主轴电机扭矩得到的剪切角参数,无需任何额外的传感器就可以实现铣削力预测。在所提模型中,刀具跳动的影响可通过每个切削刃处的旋转半径偏差表示,以精确预测切削力。为验证该模型的有效性,进行切削实验。结果表明：切削力的预测值与实测值吻合较好,在实际加工过程中,无需任何实验铣削或任何额外的力传感器就可以准确了解机床加工状态。     

通用立铣刀真实切削轨迹下五轴铣削力计算

针对五轴铣削中刀具位姿变化和刀具类型差异所导致的铣削力预测难的问题，提出通用立铣刀五轴铣削力计算方法。基于通用立铣刀结构形式，建立通用立铣刀几何模型；综合考虑刀齿真实运动轨迹和刀具姿态变化，构建刀具瞬时切屑厚度模型；将刀具沿轴线方向等分成若干切削刃微元，并根据线性切削力假设建立刀具微元铣削力；将微元铣削力从刀具坐标系转换至工件坐标系下，并沿刀具轴向铣削深度进行积分，获得通用立铣刀的五轴铣削力模型；最后，在混联五轴数控加工实验平台上开展了铣削力测试。实测结果表明:所提铣削力计算方法正确有效，可作为后续五轴铣削工艺参数优选的理论依据。     

变双曲圆弧齿线齿轮切削仿真及参数优化

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮（VH-CATT）是一种将圆弧齿线运用于齿轮齿线上的新型齿轮。由于缺少专用的加工机床,导致加工时其切削参数的调整较为复杂。为解决这个问题,根据其啮合原理及加工过程,利用ABAQUS对其切削加工过程进行模拟仿真;利用得到的数据,根据正交试验方法建立切削力的预测模型。利用鲸鱼算法,建立以加工效率与较小切削力为目标的函数优化模型,并通过加权求和法与归一化处理将它转化为单目标函数优化模型,通过鲸鱼算法得到优化后的切削参数。结果表明：所提出的单目标函数优化模型能够很好地对切削参数进行选定优化,以得到更好的加工效果;优化后的切削参数为主轴转速n=189.3 r/min,每齿进给量fz=0.046 mm,切削深度ap=1.89 mm。     

圆柱齿轮展成拉齿工艺研究

针对圆柱齿轮传统滚齿、铣齿加工效率偏低的问题,提出了展成拉齿加工的工艺方案,介绍了工艺方案的专用刀具、展成切削原理及其加工效率的计算方法,从理论上分析了该工艺的优越性;例举了双齿条分度机构改装方案,客观论证了圆柱齿轮展成拉齿加工工艺的可行性和可靠性.     

准对称铣削定子内螺旋曲面切削力预测与仿真

针对定尺寸盘形铣刀准对称铣削螺杆定子内螺旋面的切削方法,建立了铣削加工的几何模型,根据塑性理论推导出切削力预测的计算公式。采用有限元方法对切削过程进行了建模仿真。在相同切削参数下,对仿真结果和预测公式计算结果进行比较,为机床传动机构设计和切削参数优化提供了数据支持。     

基于MASTA汽车变速器齿轮的滚齿工艺和热处理分析

利用MASTA圆柱齿轮制造模块对某汽车变速器齿轮进行滚齿工艺和热处理模拟.仿真结果表明:滚齿加工具有适应性好、连续切削、无空行程,生产率较高的工艺特点;由MASTA软件仿真计算齿轮热处理变形量的最大值约为70 μm,而且热变形的变化趋势呈现先增大再减小后增大的趋势.     

钛合金TC4切削过程流动应力模型研究

运用有限元技术对切削过程进行仿真可以预测切削力、切削温度、应力分布,优化刀具参数和切削条件。建立适合于切削条件中大应变、高应变率条件下材料的流动应力模型,是切削过程有限元仿真的关键技术。文章通过正交切削实验和有限元迭代的方法,修正了难加工材料TC4在大应变、高应变率条件下的J-C流动应力模型,使修正模型能够适应切削仿真中的大应变、高应变率要求。计算结果表明,采用新的J-C流动应力模型进行计算,所得主切削力值与实验测量值的平均误差从36.28%降为12.06%,进给力的平均误差由原来的61.03%降为现在的25.57%。该修正的流动应力模型比用霍普金森实验所得到的流动应力模型更适合于切削过程的有限元仿真,可以提高切削仿真的计算精度。     

Chip geometry and cutting force prediction in gear hobbing

This paper presents a tri-dexel geometric engine integrated simulation model for the gear hobbing operation. The process kinematics are modeled and validated using CNC signals from a Liebherr LC500 hobbing machine. Workpiece geometry updating and cutter-workpiece engagement (CWE) calculations are efficiently realized in the tri-dexel engine. 3D force contributions at discretized nodes along the hob's cutting edges are computed considering the localized principal cutting directions, and rake and inclination angles. To measure cutting forces, a rotary dynamometer is successfully adapted and used alongside a Kalman filter to compensate for structural dynamics. The predicted forces agree well with their experimental counterparts.     

滚齿机床振动对齿轮几何精度的影响

滚齿机床切削加工过程中,刀刃成排轮流从切入到切出,切削力由小逐渐变大,再逐渐变小,在工件和刀具之间产生周期性的激振力,使刀刃和工件加工表面产生相对位移,对加工齿轮的几何精度产生影响。研究机床结构振动与被加工齿轮精度的关系,建立滚刀和工件加工表面产生的相对位移对齿轮几何精度影响的理论模型,定量推导出了由此相对位移产生的齿廓误差;通过大量实验,对滚刀和工件加工表面产生相对位移对应的齿轮齿廓误差进行在线精密测量;使用此齿廓误差减法运算新方法,对两组实验数据进行对比分析。结果表明:提出的运算新方法能够准确地处理数据,实验数据很好地验证了建立的理论模型的正确性,误差小于2%。     

滚齿机挂轮快速计算研究

针对在滚齿机上滚切圆拄齿轮的滚切原理及调整计算，建立了滚切圆柱齿轮传动比计算模型，并实现了用计算机进行辅助计算选择滚齿机的挂轮，将分齿挂轮和差动挂轮联合在一起计算。本程序自动识别齿轮类型、选择相应的调整计算公式来计算分齿挂轮和差动挂轮的传动比并选择出最高精度的挂轮，方便实用。     

Prognosis of the local tool wear in gear finish hobbing

Gear finish hobbing is a method for soft finishing of external cylindrical power transmission gears. The application of this process is required when the process chain of gear production is to be set up completely free of coolant. Since this finishing technology is relatively new, there is some practical experience, but no fundamental knowledge regarding economical process design. One challenge in process design is that unbalanced tool wear typically leads to geometrical deviations of the machined gear profile. The aim of the investigations described in this paper is to develop a wear model which is capable to predict the local tool wear of gear finish hobbing tools. This model is based on analogy cutting trials and geometrical analyses of the chip geometries in gear finish hobbing. The results of the model are validated by fly-cutting trials with different local loads on the tool. The validation shows that an optimization of the local tool wear development can be achieved by means of the prediction model. Therefore, an optimization of the technological process parameters can be carried out based on this model to reach an efficient process design.     

汽车齿轮车削和滚齿复合机床研究

根据汽车行业对高精度齿轮的需求,通过自主创新的途径,重点攻克了车削和滚齿复合机床总体结构、机床数控系统、高速干式滚切工艺系统温度场控制、硬质合金高速干切滚刀等关键技术难题,研发一种汽车齿轮高精度高速车削和滚齿复合机床。机床采用基于运动控制卡的开放式数控系统,采用3种方法减少滚齿加工机床热误差变形,采用三合一组合齿轮加工刀具。将齿轮加工的全部工艺集成在一台机床内,能通过一次装夹完成车削、滚齿和去毛刺加工。由于节省了上下料时间,生产效益得到了很大的提高,实现了齿轮滚切高效、高精度、节能环保加工。     

基于滚齿仿真的齿轮三维建模的研究与实现

提出了一种采用滚齿仿真来构建齿轮三维模型的新方法.在AutoCAD中,通过ActiveX Automation 开发技术,采用单齿槽建模的方法,成功实现了齿轮精确的三维造型.该方法提高了齿轮三维建模的效率与精度,并为齿轮的滚刀设计和有限元分析提供了理论依据.     

基于自适应控制技术的铣削参数优化

采用BP神经网络算法应用于铣齿功率建模能较准确地预测铣齿功率大小,进而运用STATISTICA的正交设计优化试验数据对滚齿机进行再制造,通过在主轴箱加设传感器实现了机床振动稳定性的的在线监控,分析各个切削状态下主轴箱振动同铣削功率的关系,进行优化切削参数,实现了数控系统与在线监控技术的自适应闭环监控.完成了4m大型滚齿机向高速铣齿机床SKX-4000的智能化再制造.结果表明,采用的控制策略能适应强力铣削的工况变化,稳定地控制加工过程,达到保护机床、刀具和提高加工效率的目的.     

高速干式滚齿加工及其关键技术

介绍了干式滚齿的产生和现状;归纳了干切削理论及其研究内容;重点从机床、刀具和工艺3个方面对高速干式滚齿加工的关键技术及其解决方案进行了分析和探索.研究表明:干态高速滚齿的顺利进行,需要在切削理论上的全面突破,以及刀具、机床和工艺技术的综合改进.     

基于VERICUT二次开发的数控加工切削力仿真研究

为解决传统有限元仿真软件在数控加工切削力仿真应用中效率低下的问题,论文介绍了一种基于VERICUT二次开发的数控加工过程切削力仿真的快速实现方法.在VC平台下,利用VERICUT软件提供的二次开发工具Optipath API(optimize path - application programming interface),在数控加工几何仿真完成后即时提取加工过程的切削参数.根据切削力经验模型,通过MFC(microsoftfoundation class)编程开发切削力仿真结果输出界面,得到数控加工过程中切削力数值的变化曲线,实现数控加工过程切削力仿真效率的显著提高.     

弧齿圆柱齿轮铣齿机的研制

在研究弧齿圆柱齿轮展成基本齿条及切齿方法的基础上,提出了弧齿圆柱齿轮切齿加工的双工位单面双铣加工方法。基于旋转刀盘加工原理,建立了弧齿圆柱齿轮齿面方程。基于双工位单面加工思想,设计了专用弧齿圆柱齿轮铣齿机,经过切齿加工验证,该机床具有加工效率高、可靠性高等优点。