基于四轴数控加工中心的螺旋锥齿轮加工仿真与试验

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螺旋锥齿轮在现代工业中应用广泛。由于其齿面形状复杂,目前要在专用铣齿机床上进行加工,制造门槛高,通用性较差。因此扩展其加工的多样性非常重要。基于此,本文提出在通用CNC四轴加工中心铣刀盘加工螺旋锥齿轮的方法与策略。论文的主要研究内容及结论如下:(1)提出了螺旋锥齿轮锥度双程滚切方法。根据微分几何学梅尼埃定理,得出了实现锥度双程滚切的刀盘条件;利用齿轮空间啮合原理,建立了螺旋锥齿轮大小轮加工坐标系,由铣刀盘的刀具方程推导出了螺旋锥齿轮的齿面方程;利用MATLAB软件进行编程,对齿面方程非线性方程组初值迭代并求解,将得到的离散点导入UG软件,构建了齿轮副的三维模型,并进行了接触斑点仿真。(2)提出了通用加工中心盘切螺旋锥齿轮的方法与策略。通过对传统机床、Free-form型机床与通用CNC加工中心的结构分析,建立了机床加工坐标系;利用坐标系空间位置的运动耦合,推导出了锥齿轮加工调整参数到相应加工机床运动参数之间的转换关系及其显性表达式;确定了适宜立式四轴轮坯倾斜、卧式四轴刀盘角度变换两种加工中心铣刀盘加工螺旋锥齿轮的编程策略与方法;针对大轮提出了大轮齿顶倒角修缘的数控加工策略及过渡曲面模型的构建方法。(3)通过仿真和切齿试验验证了CNC加工中心铣刀盘盘切螺旋锥齿轮的可行性。利用VERICUT软件建立了立式、卧式两种加工机床的物理运动模型,编制了相应的数控加工程序,分别对螺旋锥齿轮的大轮小轮进行切齿仿真;切齿仿真结果与理论齿面方程生成的设计模型相吻合。在四轴加工中心上,大轮采用双面法,小轮采用锥度双程滚切法对所仿真过的齿轮进行了切齿试验。最后,进行了齿面接触斑点滚检试验及大轮齿面偏差拓扑测量,所切齿轮接触斑点质量及齿面精度符合要求。研究工作结果达到了预期目的,为基于CNC加工中心的复杂螺旋锥齿轮的柔性化制造奠定了基础。
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