螺旋锥齿轮齿面点图像识别及其测量技术

利用计算机视觉测量系统对螺旋锥齿轮的加工进行测量,尝试了一种新的具有较高测量精度和测量效率的非接触测量方法。通过利用两个固定的摄像机对齿轮加工进行检测,然后对摄像机拍摄到的图像进行三维重建,从而可在计算机中得到螺旋锥齿轮的齿面坐标,再通过与理论齿面进行比较,可以得到加工齿面的误差,从而对加工参数进行修正。这大大简化了螺旋锥齿轮检测和修正的工序,为实现螺旋锥齿轮加工、检测、调整闭环系统提供了技术支持。     

螺旋锥齿轮真实齿面偏差修正研究

根据传统机械式的机床结构,运用4×4 Denavit-Hartenberg齐次变换矩阵、齿轮啮合理论等建立了成形法加工的螺旋锥齿轮齿面偏差识别方程,提出采用截断奇异值分解法(TSVD)与L曲线法求解识别方程,得到机床的修正参数,以指导六轴五联动数控螺旋锥齿轮机床的参数调整,从而达到对齿面偏差的修正.研究表明,采用此方法修正齿面偏差效果显著,这为提高螺旋锥齿轮的加工精度提供了另一条有效途径.     

准渐开线齿锥齿轮的齿面展成

分析准渐开线齿锥齿轮的啮合理论和加工原理,从ＣＮＣ机床所能控制的一般运动形式出发推导出双自由度、复杂加工运动的相对运动速度和啮合方程,解决准渐开线齿锥齿轮面坐标计算等问题,为齿面测量和机床调整数据修正提供依据。     

格利森制弧齿锥齿轮的齿面曲率特性研究

根据弧齿锥齿轮加工过程,通过计算机仿真方法编程计算得出格利森制弧齿锥齿轮不同加工方法齿面的精确三维坐标点;对不同齿面坐标点进行NURBS参数化曲面拟合,得到了不同齿面的统一数学表达模型;并据此计算格利森制弧齿锥齿轮齿面的曲率,绘制了不同齿面的等平均曲率线图;并研究了加工参数调整与齿面等平均曲率线图变化之间的联系,证明了依据齿面等曲率图的变化实现对弧齿锥齿轮齿面加工误差调整以及对齿面曲率定量修正的可行性.     

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。     

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。     

螺旋锥齿轮螺旋变性半展成法数控加工研究

螺旋锥齿轮齿面接触区的形状、大小和位置,对齿轮的平稳运转、使用寿命和噪声具有直接影响。针对齿轮副接触情况,利用数控铣齿机调整的灵活性,将螺旋运动应用于螺旋锥齿轮的小轮加工过程,在啮合原理和产形轮原理的基础上,提出了螺旋变性半展成法,研究了螺旋变性半展成法的加工原理和切齿方法,建立了螺旋锥齿轮副的切齿模型和数字化加工模型,给出了机床调整关系式。齿面接触分析(TCA)结果表明:使用螺旋变性半展成法加工螺旋锥齿轮副可以从本质上避免接触区呈对角接触的现象,降低了调整修正过程的复杂程度。     

水平轮位的高阶修正对弧齿锥齿轮齿形及接触区的影响

根据弧齿锥齿轮小轮展成法加工原理和相对运动学理论,建立了带有水平轮位高阶修正式的齿面方程。以一对弧齿锥齿轮的小轮工作齿面为例,利用Matlab软件编写程序求出水平轮位修正后的齿面坐标,通过对所求解出的齿面进行误差曲面构建和接触区可视化编程计算,分析了水平轮位的高阶修正对弧齿锥齿轮齿面形状和接触区的影响规律,研究结果为更自由的控制弧齿锥齿轮齿面形状和接触区位置提供理论依据和重要参考。     

螺旋锥齿轮齿面离散点空间坐标及法矢的计算

根据螺旋锥齿轮的切齿加工方法和齿轮啮合原理,运用矢量运算的方法建立了大轮成形法加工和小轮刀倾法加工的理论齿面方程并规划了齿面计算网格点区域.运用Visual Studi0 2008编程环境,编写了理论齿面各离散点空间坐标及法矢的计算软件,通过该软件可计算得到螺旋锥齿轮理论齿面各离散点在齿轮坐标系中的坐标值和单位法矢.将得到的理论齿面坐标点及法矢导入到三坐标测量机中进行测量获得各离散点的齿形误差,然后将获得该理论齿面坐标点及法矢的参数输入到CNC3906齿轮测量中心进行齿形误差测量,获得齿面上各离散点的齿形误差.将两组齿形误差测量数据进行对比分析,论证了所开发的计算软件的正确性,为螺旋锥齿轮齿面偏差的测量以及螺旋锥齿轮数字化闭环制造提供了正确的理论齿面数据.     

螺旋锥齿轮的齿面接触

螺旋锥齿轮齿面接触精度是影响螺旋锥齿轮副啮合质量最重要的质量环节。因此。螺旋锥齿轮的齿形设计、计算和加工的质量和精度对螺旋锥齿轮副起至关重要的作用。本文将从螺旋锥齿轮的切齿原理、计算理论基础、齿面接触修正等方面一一分析。     

弧齿锥齿轮的三维图形显示

提出一种在计算机上能立体显示弧齿锥齿轮的齿面及其轮辐的程序设计方法。首先，根据弧齿锥齿轮的齿面方程求出一个轮齿的齿面上点的数据，然后经过旋转变换便形成全部齿面的数据。其次，将三维坐标经过投影变换到平面坐标上（称为世界坐标），再将世界坐标变换到设备坐标上。最后通过绘图函数将变换后的数据用图形显示在屏幕上。本文方法为弧齿锥齿轮的切齿仿真提供了手段。本程序采用的方法是针对ＷＩＮＤＯＷＳ环境下的编程而言的，但其方法具有普遍性。     

奥利康准双曲面齿轮的理论齿面推导及仿真

根据奥利康制准双曲面齿轮的加工方法和切齿加工原理,分析了刀具、摇台及工件的相对位置和相对运动关系,建立了切齿加工坐标系.运用空间啮合原理,推导出理论齿面方程.将理论齿面进行数据离散后建立方程组,数值分析求解得到齿面离散点坐标.利用三维软件进行了理论齿面的三维仿真,从而为齿面接触分析(TCA)、齿面误差测量以及有限元分析等方面的研究提供了理论基础.     

螺旋锥齿轮切齿仿真和虚拟齿面误差检验

介绍了利用CATIA软件对螺旋锥齿轮整个齿轮进行完全自动化切齿的仿真方法,即在CATIA中通过编程输入机床的位置和运动参数,控制齿坯和刀具之间的关系,以便进行切齿仿真,实现了高精度齿面的虚拟加工。介绍了在CAT-IA中导入格里森TCA方法,得到理论齿面离散点后直接在软件中将仿真的齿面与理论齿面比较来验证齿面精度的方法,不仅可以仿真出高精度三维理论齿面与过渡曲面,还将为误差齿面的有限元分析以及研究机床的切齿误差形成原理及补偿方法(切齿调整)提供一个虚拟的三维齿面数据研究平台。     

球头铣刀余摆线加工表面形貌的建模与仿真研究

余摆线铣削因切削力小、表面质量和生产率高,而广泛应用于高速加工中。球头铣刀因适应性好,且姿态可灵活调整,而成为多轴加工复杂表面的常用刀具。然而,球头铣刀齿形复杂,余摆线铣削的运动轨迹方向不断变化,工件的材料去除和表面形貌的创成过程异常复杂,传统方法建模困难。提出一种球头铣刀余摆线加工表面形貌的数值仿真方法,根据齐次坐标矩阵变换原理建立刀齿的运动轨迹方程,通过改进Z-MAP算法完成了加工表面形貌的仿真。该算法通过建立刀齿微元的随动矩形包围圈和瞬时扫掠四边形,使用角度累加法快速地获取刀齿微元在单位时间步长内扫掠到的工件网格点,根据多元函数的泰勒公式,用线性插值的方法求出该网格点的高度坐标。仿真结果表明球头铣刀余摆线铣削的表面形貌整体上优于普通直线铣削。试验结果表明,在垂直和倾斜加工条件下,球头铣刀余摆线铣削获得的表面形貌与仿真结果具有较高的一致性,说明所提出的方法可以预测球头铣刀余摆线的加工表面形貌。     

实际加工过程的弧齿锥齿轮实体建模

在实际加工空间中建立机床与弧齿锥齿轮的几何模型,将刀刃切削面网格化并扩展,将连续的加工过程离散化。应用Matlab软件仿真齿面的加工过程,比较前后两次切削面后由记录的点构成保留面,由最终保留面的点的坐标在UG软件中生成齿面。用相同的方法获得另一齿面后,利用UG的建模功能得到轮齿和齿轮的实体模型。     

含过渡曲面的准双曲面齿轮精确三维几何建模方法

针对用HFT(hypoid gear formate tilt)法加工的准双曲面齿轮,根据齿轮的实际加工过程和啮合原理,通过传统机床各运动部件的齐次坐标变换,推导了齿面方程和过渡曲面方程,得到准双曲面齿轮齿面精确数学模型的解析表达式。另一方面用商用软件CATIA通过虚拟制造方法,模拟齿轮加工过程,得出齿面和过渡齿面的包络曲线族,对包络曲线族进行曲面拟合得到含有过渡曲面的准双曲面齿轮的三维几何模型。比较虚拟加工得到的齿轮三维几何模型和MATLAB中计算出的理论齿面离散点,分析结果表明:笔者给出的建立螺旋锥齿轮精确三维几何模型方法正确有效。     

The characteristics of cutting forces in the micro-milling of AISI D2 steel

The interaction effect of parameters to surface topography and cutting forces is investigated, and the magnitudes of these parameters are determined in the micro-milling of AISI D2 steel. The results show that the feed per tooth has a prominent impact on the surface topography. Due to the low feed per tooth to cutting edge radius ratio, a high surface roughness and a high amount of burrs are obtained in micro-milling. In micro cutting, the cutting forces present are small; in addition, the radial thrust cutting forces are greater than the principal cutting forces. This research proves that the micro-milling process can be applied to the manufacturing of AISI D2 steel micro parts and presents experimental evidence and possible solutions to the cutting parameters.     

非圆齿轮线切割加工数控程序计算机辅助设计研究

非圆齿轮,特别是螺线形非圆齿轮的切齿加工,在没有专用机床的条件下是非常困难的。本文作者利用计算机和数控线切割现代手段加工成一对阿基米德螺旋线形非圆齿轮。为了在线切割机床上进行齿形加工,必须计算出非圆齿轮每个齿的渐开线齿廓坐标。在计算中我们没有用标准渐开线方程,而是根据圆柱齿轮的啮合原理,找到齿面法线与节圆交点跟齿面之间的几何关系,利用这种关系算出每个齿的齿廓坐标,然后编成数控程序,由计算机打印出来并穿成孔带,由线切割机床加工成非圆齿轮。     

Surface integrity in broaching of AA 7075-T651 aluminum alloys

Special features as noncircular hole shapes are manufactured by the broaching process. The rise per tooth varies in different zones of the broaching tool. In this article, the effects of the two main process parameters (cutting speed and rise per tooth) on surface integrity (surface roughness, micro-hardness) and chip morphology will be studied. The experiments have been done on AA7075-T651 aluminum alloy. To investigate the effect of rise per tooth, one of the cutting edges of broaching tool is separated and the broaching process is implemented for nine samples. The samples are broached with three different cutting speeds (6, 12 and 18 m/min) and three rise per tooth (0.02, 0.05 and 0.1?mm). Also, the effect of cutting speed is investigated with a broaching needle (rise per tooth 0.1?mm). The results show that best surface roughness is obtained at cutting speed 12 m/min. The surface roughness will be improved by decreasing the rise per tooth. Also, the surface hardness decreases by increasing the cutting speed. The surface integrity (surface roughness and surface hardness) is comparable for single edge cutting tool and broaching needle. Continuous chips are formed during the broaching process and decreasing the cutting speed cause more compression of the chips.