高速干切滾齒多刃斷續(xù)切削空間成形模型及其基礎(chǔ)應(yīng)用研究.pdf

1、隨著我國(guó)綠色制造戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)和深入發(fā)展，新型制造工藝及技術(shù)裝備的創(chuàng)新與應(yīng)用成為提升我國(guó)綠色制造技術(shù)水平的重要途徑。齒輪是一種量大面廣的基礎(chǔ)零部件，滾切工藝是其齒部成形的主要工藝，材料去除量大，切削油消耗大，導(dǎo)致車間環(huán)境污染嚴(yán)重，同時(shí)危害工人健康。高速干式滾齒技術(shù)完全消除切削油的使用，具有高效、綠色環(huán)保的特點(diǎn)，是未來(lái)齒輪滾切工藝發(fā)展的必然方向；由于缺少切削油的冷卻和潤(rùn)滑作用，刀具磨損、機(jī)床剛性及熱變形、齒面精度等基礎(chǔ)關(guān)鍵問(wèn)題與進(jìn)給量、切

2、屑厚度及其體積、切削負(fù)載等參數(shù)關(guān)系更加密切，需要新的理論和工具支撐。傳統(tǒng)滾齒工藝?yán)碚撝饕诙S平面簡(jiǎn)化模型，而且缺乏有效的數(shù)學(xué)工具支撐，難以滿足高速干切滾齒工藝基礎(chǔ)理論研究的需要。鑒于此，在國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目（課題編號(hào)：2012AA040107）、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：51475058）等項(xiàng)目的資助下，論文重點(diǎn)開(kāi)展了高速干切滾齒多刃斷續(xù)空間成形模型及其基礎(chǔ)應(yīng)用研究，對(duì)高速干切滾齒成形過(guò)程、切屑幾何、滾切力、齒面誤差等參數(shù)進(jìn)行

3、了精確數(shù)學(xué)計(jì)算和三維可視化分析，以期為高速干切滾齒工藝參數(shù)優(yōu)化和加工誤差控制等領(lǐng)域的進(jìn)一步深入研究提供理論和工具的支撐。
　　首先，建立圓柱齒輪滾切多刃斷續(xù)切削空間成形模型，該模型根據(jù)齒輪設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范分析圓柱齒輪滾切加工工藝所涉及設(shè)計(jì)參數(shù)和計(jì)算參數(shù)之間的約束關(guān)系，并建立漸開(kāi)線圓柱齒輪滾刀幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型；同時(shí)，根據(jù)齒輪滾切原理，在分析滾齒機(jī)床的結(jié)構(gòu)及其部組運(yùn)動(dòng)關(guān)系的基礎(chǔ)上建立滾齒機(jī)床各部組的運(yùn)動(dòng)函數(shù)；基于上述結(jié)果，利用齊次坐標(biāo)

4、變換原理推導(dǎo)求得圓柱齒輪滾切過(guò)程中切削刃的空間成形界面的參數(shù)方程，實(shí)現(xiàn)對(duì)圓柱齒輪滾切成形過(guò)程幾何信息的完整精確表達(dá)。
　　其次，基于圓柱齒輪滾切多刃斷續(xù)切削空間成形模型，采用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)高速干切滾齒工藝成形過(guò)程的關(guān)鍵基礎(chǔ)參量進(jìn)行計(jì)算和分析，包括：1）切屑的三維幾何形態(tài)及特征參數(shù)計(jì)算和分析；2）基于切屑三維幾何及 Kienzle切削力經(jīng)驗(yàn)公式的動(dòng)態(tài)滾切力計(jì)算與分析；3）由切削刃空間成形軌跡曲面包絡(luò)成形的齒面形貌計(jì)算和分析。

5、　　再次，提出一種高速干切機(jī)床的誤差模型，以滾刀與工件徑向誤差δx為重點(diǎn)，分析機(jī)床結(jié)構(gòu)誤差項(xiàng)對(duì)δx的影響，為機(jī)床剛性設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。結(jié)合多刃斷續(xù)切削空間成形模型對(duì)δx引起的成形誤差進(jìn)行仿真分析。針對(duì)高速干切滾齒工藝面臨的熱變形問(wèn)題，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究基于M值的徑向熱變形誤差補(bǔ)償方法，有效減小由于機(jī)床熱變形導(dǎo)致的成形誤差。
　　最后，以科學(xué)計(jì)算系統(tǒng)Methmatica為平臺(tái)開(kāi)發(fā)一套適用于圓柱齒輪高速干式滾切工藝的仿真軟件，應(yīng)用該軟件開(kāi)展