基于Matlab的谐波齿轮及其刀具的设计与仿真

根据齿廓法线法和包络原理,利用Matlab软件强大的数据处理能力和图形显示功能,在Matlab软件中编写出求解刚、柔轮及其刀具齿形相应的齿廓法线法和包络法的运算程序。在对新齿形求解的过程中,用齿廓法线法对所设计的新齿形进行精确地求解,同时用包络法包络出相应的新齿形,并对齿廓法线法所求解出来的齿形进行对比验证。Matlab仿真结果表明:利用这种方法,能够实现了谐波齿轮传动刚、柔轮齿形及相应刀具新齿形的快速设计,并且能够及时对所求结果进行验证,利用所设计的两把刀具加工出的柔轮和刚轮在啮合仿真分析中的啮合侧隙在2μm以内。     

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%。     

摆线齿插齿加工刀具刃形设计

摆线轮是RV减速器中的关键零部件,其设计制造水平对RV减速器的传动性能影响巨大。现阶段,摆线轮制造能力难以适应RV减速器大批量生产的需要。为了提高摆线轮的加工效率,提出采用插齿加工方法加工摆线轮。依据插齿加工运动,建立切削刃设计计算坐标系。基于修形后的摆线轮齿形方程,推导插齿刀理论刃形方程。以某型号RV减速器中的摆线轮参数为例,进行插齿刀理论刃形设计。计算结果表明,设计的插齿刀刃形能与摆线轮齿形时刻处于"点接触"状态,证明提出的插齿刀刃形设计方法是可行的。进而提出了插齿刀前、后刀面的设计方法。最后通过切削仿真证明提出的摆线轮插齿刀刃形设计方法是正确的。     

双圆弧谐波齿轮齿形参数化设计仿真与验证

谐波减速器的应用领域对产品性能的要求日益提高，尤其是机器人行业，要求谐波减速器具备高寿命、高精度、高转矩容量等。传统的渐开线齿形由于同时啮合齿对数较少，传动能力有限，难以达到使用要求。而双圆弧谐波齿形能满足上述要求。但目前国产谐波减速器主要还是以渐开线齿形为主，对双圆弧谐波齿形的设计原理基本没有掌握。首先介绍了谐波减速器的研究概况，然后讲述了双圆弧谐波减速器齿轮传动的基本原理和双圆弧齿形计算机辅助设计软件的开发，提出了几种齿形设计中如何提高啮合精度的方法和基于复杂柔轮有限元变形分析的中性曲线的三次样条模型。通过理论计算模型开发出了双圆弧谐波齿轮计算机辅助设计软件，极大地提升了设计开发效率，降低了开发成本。通过有限元分析模拟了柔轮的真实变形，有限元模拟出的柔轮变形齿廓能与刚轮齿廓精确啮合，与理论计算出的刚柔轮齿廓能精确啮合达成一致，证明理论模型计算出的双圆弧齿廓是准确无误的。     

基于LC3000滚齿机的双头蜗轮滚齿误差分析与控制

在详细剖析蜗轮滚齿误差来源的基础上,针对蜗轮滚刀制造误差和滚切包络运动带来的齿形误差影响,通过对比分析,提出利用LC3000数控滚齿机自带的操作功能和数控程序相结合的方法,解决了双头蜗轮滚齿加工齿形误差控制难的问题。研究结果证明:该方法操作简单、效率较高、质量稳定,装配啮合良好。     

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.     

圆柱齿轮滚齿加工三向Dexel模型仿真与验证

针对基于实体建模技术的滚齿加工仿真问题,开发一种圆柱齿轮滚齿加工三向Dexel模型仿真方法。研究圆柱齿轮滚齿加工的运动学模型。根据滚刀和齿轮毛坯的几何参数创建三角形网格模型,并转换为引擎内的Dexel模型。同时,借助Delaunay三角剖分和Alpha形状重构进行高效的CWE计算和未变形切屑几何仿真。采用斜角切削模型来计算每个时间步上所有啮合节点的力分布。使用利勃海尔LC500滚齿机对所提仿真方法进行了验证,并结合旋转测力计和卡尔曼滤波器来补偿结构动力学,从而进行准确的切削力测量。结果表明：所提方法能够准确预测出沿滚刀刃口离散节点的三维力分布,预测误差(均方根和标准差)在4%～12%之间,且当切削条件变化时,仍然可以准确预测轴向和横向的切削力,有助于进一步提高滚齿加工仿真的效率与精度。     

范成包络面齿侧最优前角滚刀设计

现有齿轮滚刀采用替代蜗杆,滚刀顶刃前角固定为7°,这是造成齿形误差过大的重要原因。通过对滚刀造型原理分析、解析计算,回归到滚刀本身具有的渐开线几何特征,采用范成包络面取代阿基米德螺旋面作为刀齿侧面、最优分圆前角设计滚刀,再通过优化设计参数、工艺参数等,制造出的滚刀造型精度提高10倍以上,不仅新刀刃口可以达到很高的齿形精度,重磨后仍可保持齿形精度,所采用的"径向铲磨"增大了滚刀重磨角度,滚刀使用寿命延长。     

渐开线齿轮参数化建模及可转位盘形齿轮铣刀的设计

盘形渐开线齿轮铣刀常采用直角坐标法设计刃型,该方法为了提高设计精度需要尽量地增加取点数量。为了简化设计过程,本文通过分析渐开线形成的原理,推导出了渐开线标准齿廓和变位齿廓曲线的参数方程,并在此基础上通过UG NX表达式功能建立了齿形曲线的参数化模型。利用齿形曲线沿某一中心线旋转得到的包络面与特定平面相交,获得了铣刀的刃型曲线,并提出了盘形渐开线齿轮铣刀的简单设计方法。该方法设计可转位盘形铣刀时只需在表达式中输入齿轮参数,如齿数、模数、变位系数和刀具的半径等,就能生成一条准确的盘形铣刀刃型曲线,在减少设计失误的同时能够极大的提高设计效率。     

数控齿形／导程测量仪

日本大阪精密机械株式会社推出的CLP-35WIN型数控齿形／导程测量仪主要用于对传动装置及其它机械装置所用齿轮的齿形误差、齿向误差和齿距误差（含偏心）进行全自动、高精度快速测量。该仪器也可用于检测齿轮滚刀、剃齿刀、插齿刀等切齿刀具的相应精度参数，还能对蜗轮精度进行测量分析。仪器配备的测量数据管理图形软件可成为齿轮加工质量管理的有力工具。     

机床变形速度对滚齿加工精度的影响

滚齿加工中,滚刀与工件的相对位置会产生偏差。本文对刀具相对工件在各个方向的位移偏差变化速度与加工齿轮精度间的关系进行了讨论。结果表明,滚刀与工件间的相对偏差变化速度的快慢不仅影响到齿轮加工精度,还影响到误差补偿方法的选取。研究结果对于改进机床设计、减小加工偏差、实现机床的偏差补偿有一定的理论和实际意义。     

重载硬齿面齿轮滚切加工中的齿形精度分析

“大模数硬齿面齿轮的研制”是国家“六五”期间38项重大科技攻关项目之一。作者根据实践体会,就硬齿面齿轮滚切加工中的齿形精度问题进行了分析,揭示了产生齿形误差的原因,并对如何提高硬齿面齿轮的齿形精度作了探讨。     

关于硬质合金滚刀加工汽车齿轮的研究

硬质合金滚刀一般具有耐用性强、切削速度快和加工精度高等优点,但是容易发生崩刃.所以,这种刀具即使在稳定工况上也难于使用.久留米工业高等专科学校于1970年在世界上首次成功地将硬质合金滚刀投入实际应用,后来为多家生产厂所采用,但尚未被汽车厂在严酷工艺下使用.近年来,为了保护环境,对不用切削油加工齿轮的要求日益增长.为了在汽车厂批量生产线上实现这一目标,作者们结合高刚度计算机数控滚齿机成功地开发出硬质合金滚刀干加工系统.实验借助建立滚刀材料选择系统取得成功.然后试制了滚刀,并在滚齿机上进行了实际滚削加工.     

弧齿非圆形锥齿轮的铣削加工方法

弧齿非圆形锥齿轮的各个齿形参数不同,加工方法复杂。为解决其切削加工难题,基于圆锥齿轮的啮合原理,提出了一种弧齿非圆锥齿轮的数控铣削加工方法。根据非圆锥齿轮的节曲线数据和齿轮啮合理论,推导出加工参数及成型盘铣刀和被切轮坯的瞬时位置公式,并用Matlab数值法求解出一系列刀具和轮坯的位置坐标,计算结果作为数控加工程序的控制参数,可用五轴NC机床加工弧齿非圆锥齿轮。加工实例说明该方法正确,可以提高加工精度和加工效率。     

活齿中心轮齿形参数化设计及NC加工方法

以PRO／ENGINEER 2001为设计平台,进行了活齿中心轮齿廓的参数化设计,应用程序设计出一系列齿形的中心轮,并对中心轮进行了NC加工设计,生成数控加工程序。该方法促进了活齿传动的开发和推广,并实现了真正的数控加工。     

摆线轮齿廓逆向设计的仿真加工

为了缩短未知修形方式摆线轮加工周期,降低生产成本,提高加工效率,提出一种高阶分段拟合算法,使用该算法可以通过逆向工程的方式实现对未知修形方式摆线轮齿廓的重构。为了验证该算法的合理性,先对已知修形方式的RV320摆线轮齿廓点使用高阶分段拟合算法进行齿廓重构,之后通过VERICUT仿真加工出RV320摆线轮模型,并将仿真加工的RV320摆线轮模型与RV320摆线轮理论模型进行对比,最大加工误差约为0.016 86 mm。之后通过实验加工出RV320摆线轮并对其进行精度检测,检测结果显示通过高阶分段拟合算法加工出的摆线轮符合使用要求,进一步验证了该算法的合理性。由此可得,使用高阶分段拟合算法同样能够实现对未知修形方式摆线轮齿廓的重构,同时也为未知修形方式摆线轮的高精加工提供了一种方法。     

可靠度约束下摆线针轮减速器加工精度优化北大核心

摆线针轮减速器主要用于高精密传动场合,其在加工过程中,会产生影响传动精度的制造误差。为在实际加工中选取符合传动条件的最优加工参数,基于坐标变换与齿轮共轭接触原理,建立了考虑齿廓修形、制造误差的轮齿接触分析模型,分析了不同种类制造误差对传动误差的灵敏度,并设计一种基于传动可靠度的轮齿修形参数与加工精度优化方法。结果表明,基于DIRECT算法对样本的最佳化计算,可得到一组在许用传动误差条件下制造成本最低的减速器加工参数,且该组加工参数具有高可靠度特性。因此该方法可为制造高可靠度摆线针轮减速机提供理论优化参考。     

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。     

基于速度控制模块的数控滚齿加工联动结构设计

提出了一种基于齿轮加工数控机床的硬件插补结构,可满足齿轮切削加工速度、精度的要求,实现滚齿加工系统各控制坐标轴的联动与插补运算.给出了数控滚齿机联动关系数学模型、各控制坐标轴的插补算法、联动结构设计、典型切削类型以及系统的硬件体系结构.该系统已应用于YKQ3180滚齿机上,可实现圆柱直齿轮、斜齿轮、小锥度齿轮、椭圆齿轮、卵形齿轮的加工,直线坐标轴控制精度1μm,刀轴迴转精度可达3″,加工精度满足设计要求.     

齿轮轴齿形轧制成形的齿形分析

用楔横轧机轧制齿轮轴上的齿形时,对影响齿形成形的各种因素进行分析是提高齿形成形质量的关键。基于图像测量原理对齿形进行特征提取,获得齿形离散数据,然后运用数值计算方法最小二乘法把齿形离散数据拟合成齿形曲线,求解出基圆圆心,绘制出齿形。通过数学建模和实验,分析了模具齿形、齿坯相对模具的位置、坯料的初始形状以及轧制温度对成形齿形的影响。结果表明:模具齿形决定轧制成形的齿形,它们的齿廓是一对共轭曲线的关系;坯料相对模具的位置决定齿形的正负变位状态;通过改变坯料的初始形状可以补偿端面附近齿形下凹的成形缺陷;降低轧制温度可以减弱齿顶"拉尖"现象。