螺旋锥齿轮HFT法加工的反调修正方法

针对高精度螺旋锥齿轮制造的机床调整参数反调修正计算问题,基于机床、刀具结构与螺旋锥齿轮刀倾法加工原理,建立刀倾法加工的螺旋锥齿轮理论齿面方程、误差齿面方程和齿面法向误差的数学模型,给出全齿面法向误差曲面表达式。研究机床调整参数与全齿面法向误差的变化规律,建立机床调整参数与齿面误差关联规律,给出全齿面敏感系数矩阵和理论齿面法向误差的计算公式,使用序列二次规划法求得机床调整参数修正量最优解,以一套HFT制造工艺参数验证了提出的齿面反调修正方法的正确有效性。     

数控强力刮齿加工误差分析及补偿

在数控强力刮齿加工过程中,针对因刮齿机床各项误差耦合造成的加工精度不高的问题,基于空间交错轴斜齿轮啮合原理,建立内齿圆柱齿轮强力刮齿加工的数学模型。由包含误差的齿面方程与理论齿面方程对比,得到机床各调整参数误差与全齿形法向偏差的变化规律,通过建立机床各调整参数误差与齿形偏差关联函数,提出一种基于建立齿形误差敏感系数矩阵的误差补偿方法。以一个内齿圆柱齿轮的刮齿加工计算实例验证本文所提方法的可行性。研究结果表明:因机床调整参数误差造成的齿形偏差得到了高精度补偿和修正,有效提高了强力刮齿的加工精度。     

误差补偿技术在直廓环面蜗杆高精度加工中的应用

针对如何在普通滚齿机上低成本地提高直廓环面蜗杆加工精度的问题，通过采用三坐标测量机对实际齿面进步坐标测量，由所得的测量结果与理论的蜗杆齿面进行比较分析，找出机床加工参数的调整误差，根据所得机床调整参数误差并基于误差补偿原理修正机床调整参数，从而明显地提高了直廓环面蜗杆的加工精度，同时，在保证有充足测点的条件下，只需沿着工件表面的一条螺旋线进行测量，使可较为准确地诊断出机床加工参数的调整误差，从而提高了蜗杆的检测效率。     

数控内齿珩轮强力珩齿拓扑修形方法研究

在圆柱斜齿轮进行珩削修形加工时,通常采用专用的金刚石修整轮对珩磨轮的齿廓和齿向进行修整,因此,齿轮修形参数不同,所使用的金刚轮也不同。为了增加金刚石修整轮的通用性,降低修形齿轮加工成本,缩短齿轮研发周期,文章在已有研究的基础上提出了一种基于调整内齿珩轮强力珩齿机床各轴运动参数的方法来实现齿轮修形加工。根据各轴的运动关系,建立内齿珩轮强力珩齿机床加工齿轮的齿面数学模型;将机床的A、B、X轴的运动表示为具有Φ_(C_1)、L_Z 2个变量的高阶多项式函数,分析多项式系数对齿面法向偏差的影响;建立齿面法向偏差的目标函数,利用粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)进行优化,得到机床的运动参数。仿真结果证明了该拓扑修形方法的有效性。     

平面刀具数控加工面齿轮与齿面偏差分析

为了面齿轮的切削、磨削刀具通用化,研究了格林森平面刀具加工面齿轮的数控方法。在获得平面刀具理论运动规律的基础上,简述了格林森数控机床系统的运动自由度,建立了数控系统的坐标系,通过坐标变换、运动等价要求及啮合方程建立了数控系统的运动规律和面齿轮数控加工模型,为降低原理性和数控齿面综合偏差,进一步建立了减小齿面误差的敏感矩阵模型,以修正机床运动规律。齿面仿真结果表明算例中平面刀具加工面齿轮的原理性误为-1.052mm,相对平面刀具的理论加工方法,数控加工齿面偏差为-12.77μm,修正机床运动规律后,综合齿面偏差降低到了-626.3μm.因此应用敏感矩阵法有利于降低平面刀具加工面齿轮的综合齿面误差和优化机床运动规律。     

减小螺旋锥齿轮齿面加工误差的参数修正方法

针对螺旋锥齿轮加工过程中因无法避免误差而导致齿面加工精度难以保证的问题，提出螺旋锥齿轮加工误差控制模型及加工参数修正方法。首先，基于实际加工中的刀具与工件相对位置与相对运动关系，依据坐标齐次变换与啮合原理，确定加工参数与加工曲面之间的函数关系，建立螺旋锥齿轮精确齿面模型；然后，计算实际加工齿面与理论齿面的法向距离，从而建立由加工参数驱动的齿面几何误差控制模型；接着，对加工参数进行敏感性分析，选取敏感性较高的加工参数作为误差补偿模型优化变量，以提高优化效率；最后，将齿面误差最小化问题转化为最小二乘法问题，基于改进的L-M算法进行求解，得到加工参数补偿量，以此对加工参数进行修正达到减小齿面加工误差的目的。采用一对由双重螺旋法磨削加工得到的螺旋锥齿轮副作为应用实例，对该方法进行实际加工验证，结果表明：加工参数调整后，螺旋锥齿轮齿面加工误差降低了65%以上，实际测量的齿面绝对误差均不超过0.005 mm,能够满足工程实际需求，证明该方法能够有效提升齿面加工精度。该方法可为螺旋锥齿轮乃至其他复杂曲面零件加工提供一种加工误差补偿思路。     

Ease-off拓扑修形准双曲面齿轮齿面数控修正

为了改善汽车驱动桥综合传动性能,提出基于ease-off拓扑修形准双曲面齿轮设计与加工方法.预置传动误差及抛物线修形参数设计小轮法向自由ease-off拓扑修形曲面,建立小轮拓扑修形齿面模型,可以准确获得任意自由ease-off修形齿面的解析表达式.结合齿面承载接触分析(loaded tooth contact analysis,LTCA)方法,优化承载传动误差幅值(amplitude of loaded transmission error,ALTE)为最小,确定最优ease-off曲面参数,并推导其相对小轮理论齿面的目标修形量.基于刀具和计算机数控(CNC)机床各运动轴参数误差敏感性的齿面修正模型,分析各参数扰动对齿面误差的影响,进而确定合理的参数边界,以目标修形量误差平方和最小为目标函数,通过最小二乘法确定最优ease-off拓扑修形齿面的加工参数.结果表明:CNC机床各轴主要引起齿厚和对角修正,增加刀刃修正可以实现ease-off拓扑修形齿面的高精度修正,为高性能齿面自由ease-off修形设计与加工提供理论参考.     

基于坐标测量的准双曲面齿轮齿形精度控制

建立了表达准双面齿轮齿形精度的几何模型,计算分析了各加工误差独立存在时对准以面齿轮齿形精度影响的主次及相关性,利用齿面坐标测量值诊断齿轮加工参数误差,并确定误差补偿参数及其修正量。齿轮的补偿加工表明本方法可提高齿形加工精度。     

基于三坐标测量的螺旋锥齿轮检测关键技术

文章从齿面方程的建立、网格点的划分、网格点的测量及齿面误差修正方法等方面对螺旋锥齿轮检测的关键技术进行了研究,通过实验得出三坐标测量机测量螺旋锥齿轮齿面偏差与齿距累计误差,并对测量中的数据进行处理。结果表明:基于三坐标测量的螺旋锥齿轮检测的齿面偏差与齿距累积误差明显小于普通齿轮检测仪的测量结果,测量精度高,可为指导螺旋锥齿轮的齿面修正与机床参数修正提供依据。     

弧齿锥齿轮齿面的高精度修形方法

为了改善齿轮的啮合传动性能,提出基于Ease-off的弧齿锥齿轮齿面修形优化方法.通过预置齿轮副重合度、对称抛物线传动误差及接触椭圆参数,分别沿接触路径和啮合线对小轮齿面进行双向修形,获得目标齿面;建立最小二乘法优化模型,采用基于置信域策略的列文伯格-马夸尔特优化算法反求与目标齿面高精度逼近的小轮机床调整参数.算例表明,经过有限次迭代优化,可获得逼近目标齿面的一组机床调整参数,实现预置传动性能,且齿面偏差不大于2.0μm;齿轮副的设计重合度、传动误差幅值及接触椭圆参数对修形优化的迭代次数和精度有直接的影响.     

弧齿锥齿轮硬齿面刮削过程的几何仿真

根据斜角直线齿形造形方法设计出的弧齿锥齿轮刮削刀盘产形面已不再是一个圆锥面,而是一个双曲面。这个变化对软齿面加工后的接触区产生影响,为了搞清这个影响,根据齿轮局部共轭原理进行了弧齿锥齿轮刮削和啮合的仿真分析。仿真结果表明,刀盘进行刮削后,接触区的走向稍有变化;不同的机床调整参数对接触区影响程度不同;刮削带来的接触区的变化是可以修正的。对刮削时机床调整参数的几何仿真与修正可以达到减少实际加工时的试切次数,提高刮削质量的目的。     

准双曲面齿轮螺旋变性半展成法加工调整方法

针对大轮和小轮加工刀盘轴线不平行造成接触区成对角接触及调整修正复杂的问题,提出了一种新的加工方法——螺旋变性半展成法,研究了螺旋变性半展成法的加工原理、切齿方法和曲率修正方法,建立了准双曲面齿轮副的切齿模型．给出了机床调整关系式．最后利用齿面接触分析对实例进行了验证,结果表明：采用螺旋变性半展成法加工准双曲面齿轮副时,大轮和小轮刀盘轴线互相平行,从本质上避免了接触区出现对角接触的现象,降低了调整修正过程的复杂程度．     

拓扑修形斜齿轮的数控成形磨齿加工

首先,设计齿廓、齿向修形曲线,经过3次B样条拟合为拓扑修形曲面,并与理论齿面叠加设计修形齿面;其次,根据成形磨削过程中砂轮与齿轮之间的运动关系,推导成形砂轮与齿面的接触条件方程,计算砂轮的廓形点,再通过3次B样条拟合得到精确的砂轮轴向廓形曲线;然后,建立成形砂轮磨削斜齿轮5轴联动Free-Form型数控磨齿机模型,根据砂轮位矢的等效转换,推导各轴运动关系;接着,建立基于数控机床各轴敏感性分析的齿面修正模型,用6阶多项式表示各轴的运动,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;最后,以齿面误差平方和最小为目标函数,通过粒子群优化方法,得到机床运动参数.结果表明,以齿廓修形齿面反算砂轮截形进行5轴数控成形磨齿加工,可有效降低磨削误差.     

改进的6σ设计的螺旋锥齿轮加工参数反调修正方法

针对螺旋锥齿轮传统加工参数反调过程中存在的多个加工参数之间的耦合作用难以控制、求解的反调量无实际意义等问题,提出了改进的6σ设计的螺旋锥齿轮加工参数反调修正计算方法。该方法考虑精确齿面几何形貌与齿面接触性能的协调优化,建立了螺旋锥齿轮形性协同制造的多目标反调优化(MOO)模型,计算了接触点位置处齿面误差对加工参数的敏感性系数;根据敏感性系数求得对齿面误差影响较大的加工参数的反调修正量;利用加工参数反调量,通过加载接触分析(LTCA)计算得到齿面加载接触性能评价项,减少了多个加工参数之间不必要的耦合作用对齿面接触性能的影响。计算结果表明:与不考虑敏感性系数的参数反调方法相比,该方法求解的齿面ease-off的最大值和最小值均至少减小2μm,且齿面接触性能评价项都满足给定的要求,进一步证明了该方法的可靠性与实用性。     

高重合度弧齿锥齿轮高阶传动误差设计与分析

为减少高重合度弧齿锥齿轮的振动和噪声,提出基于齿面曲率修正方法的高阶传动误差设计.首先,根据预设高阶传动误差曲线和齿面接触印痕,对与配对大轮完全共轭的小轮齿面进行修形,获得小轮目标齿面;然后,建立基于齿面曲率修正方法的小轮齿面数学模型;最后,建立齿面优化模型,并利用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-II)反求与目标齿面高度逼近的小轮齿面曲率修正系数.算例表明:通过齿面曲率修正方法能够获得满足设计要求的高阶传动误差;与传统的传动误差相比,高阶传动误差在降低高重合度弧齿锥齿轮的承载传动误差的同时可以改善齿轮副的载荷分布,改善齿轮副的啮合性能.     

基于权重控制的齿面重构技术及有限元分析

针对刀倾法加工的螺旋锥齿轮采用常用的样条拟合方法重构误差不均布,而影响齿面接触仿真分析的精度问题,提出根据齿面控制顶点权重系数实现自适应齿面分区重构的方法。由Newton-Raphson方法确定齿面理论控制顶点而实现齿面分区,基于双二次NURBS曲面权重系数的计算方法,得出齿面控制顶点的权重分布,根据控制顶点权重系数确定各区域最优插值节点数而实现齿面的重构。以刀倾法加工的螺旋锥齿轮小轮齿面为例,比较基于权重控制的齿面重构方与基于CATIA的样条线重构以及基于Spline的插值法重构,研究表明：通过CATIA重构的齿面,其齿面误差呈现随机性,齿面误差均值为2.62μm,齿长方向的误差敏感度更大,导致接触仿真分析存在斑点歧义;通过Spline插值重构方法,其齿面局部区域出现“过拟合”现象,齿高方向的误差敏感度更大,齿面误差均值为1.94μm,导致局部区域接触斑点异常;而采用控制顶点权重自适应分配插值节点数进行曲面拟合这一方法,整体上齿面误差分布均匀,齿面误差均值为0.79μm,且瞬时接触斑点具有唯一性,为齿轮接触区域修正提供了可靠的保证。     

渐开线齿轮的滚齿加工仿真及后处理研究

研究了滚齿加工的工作原理,分析了仿真加工的可行性。使用VB编程,实现了CATIA软件的二次开发,通过布尔差运算,完成了滚齿加工切削过程的仿真。研究了不同类型齿轮的加工实现方法,仿真加工了直齿轮和斜齿轮,以及正变位和负变位齿轮。对仿真加工得到的齿轮进行了齿面误差测量,测量结果表明仿真结果与理论齿形相比,误差控制在1μm以内。通过齿面重构,使得齿面缺陷得以修正,便于网格划分和接触分析,为后续有限元分析相关力学性能提供了高精度模型。     

拓扑修形斜齿轮齿面插齿修正

为了提高插齿刀精度和寿命并实现拓扑修形齿轮的加工,提出锥面砂轮轴向冲程点接触刃磨插齿刀及拓扑修形斜齿轮齿面插齿修正方法.首先根据啮合原理和磨削过程中砂轮和刀具之间的运动关系,建立插齿刀切削刃方程;然后通过修正砂轮齿形角、轴向廓形及展成运动,使重磨深度内切削刃误差最小.此外为提高刃磨效率,通过等粗糙度磨齿法,确定砂轮每次冲程的齿面径向位置及冲程总次数.根据切削刃方程,建立2自由度插齿模型;结合插齿齿面误差和给定的目标法向修形面,推导工件的实际插齿目标拓扑修形面,建立基于插齿刀刃形修正参数(砂轮压力角、轴向廓形及展成运动)和插齿运动修正参数(工件转角及插齿中心距)的齿面误差敏感性分析修正模型.通过优化算法求解各参数,实现了拓扑修形齿面插齿修正.     

蜗杆砂轮曲面与面齿轮齿面的对应关系

研究蜗杆砂轮磨削面齿轮的原理与方法。利用产形插齿刀作为中间曲面,通过计算面齿轮和插齿刀、插齿刀与蜗杆砂轮的接触线,得到蜗杆砂轮和面齿轮处于不同加工位置的接触点计算方法,给出蜗杆砂轮磨削面与面齿轮齿面对应关系模型,在VERICUT仿真软件中对蜗杆砂轮磨削面齿轮的方法进行仿真验证。研究结果表明:利用蜗杆砂轮磨削面齿轮齿面的关系模型可分析加工过程中面齿轮齿面对应的蜗杆砂轮工作曲面位置,为通过修整蜗杆砂轮对面齿轮齿面制造误差进行补偿修正提供技术基础。     

提高ZC1蜗杆制造精度的研究

在对ＺＣ１蜗杆齿面进行坐标测量的基础上,建立齿面偏差评价函数,按“最小区域”原则对蜗杆齿面轮廓度进行评价,根据评价结果将蜗杆的加工误差分析成蜗杆的安装位置误差和参数调整误差。并通过误差补偿对加工时的安装位置误差和参数调整误差进行修正,以期提高蜗杆的制造精度