粉末冶金齿轮模具数控成形磨齿技术的研究

摘要

目前粉末冶金齿轮模具，尤其是精密斜齿轮模具难以达到所需的精度要求，成形的齿轮烧结后须磨齿以提高精度。如能通过模具磨齿精加工提高成形精度，使烧结后的齿轮直接达到使用要求，便可大幅度降低生产成本，充分发挥粉末冶金技术生产效率高，近终成形的优点。现有磨齿技术及设备主要用于外齿轮磨齿，要对粉末冶金齿轮模具进行磨齿则必须研制开发新技术与新装备。　　盘形砂轮数控内齿成形磨齿技术具有磨齿效率高，可降低磨齿成本，可磨削各种齿形且可进行修形和误差补偿等优点，适用于各种齿轮模具的磨齿，是提高粉末冶金齿轮模具精度的一项有效方法。　　本文对粉末冶金齿轮模具内齿数控成形磨削技术进行了理论研究和试验验证，主要完成了以下工作：　　1、提出采用截线式计算模型的成形砂轮廓形数值模拟计算方法，该算法在砂轮计算平面上设置截线式数值模拟计算模型，将已知工件齿形按相对位置关系转换到计算平面后对计算模型进行模拟切削，切削后模型截线端点形成砂轮廓形。验算结果和各种不同齿形的算例证明该算法理论正确，计算精度高，数据结构合理，可计算任意齿形及进行逆向验算，计算速度快。　　2、开发了内齿数控成形磨齿专用软件。该软件采用图形界面，通过标准文本格式进行图形数据交换和数控加工代码输出，可进行图形生成与处理、砂轮廓形计算及逆向计算、自动生成砂轮修整控制程序及磨齿控制程序。实际使用表明该软件功能全面，人机界面友好，实用性强，可满足数控成形磨齿技术的实用需要；　　3、研制了内齿数控成形磨齿系统。该系统在4坐标轴(3轴联动)数控机床上采用自行研制的内齿成形磨头和砂轮修整装置实现内齿数控磨削。内齿数控磨头结构紧凑，通过弧面配合实现砂轮安装角的任意调整，采用弹簧软轴和锥齿轮传递动力，刚度和砂轮回转精度满足要求。成形砂轮修整器采用单颗金刚石修整笔修整砂轮，具有笔尖辅助对正装置，修整过程中在数控分度头带动下可实现金刚笔的摆动，以适应砂轮廓形的不同斜率。　　4、对齿数z=44，法面模数mn=1.5mm，法向压力角an=20°，分度圆螺旋角β=30°的斜齿试件和齿数z=44，模数m=1.5mm，压力角a=20°的直齿试件进行了内齿成形磨削试验，对试验试件廓形进行了测量并进行了误差分析。试验研究验证了粉末冶金齿轮模具内齿数控成形磨削方法的正确性和粉末冶金齿轮模具数控成形磨齿系统的工程实用性。　　理论分析和试验研究表明，本文提出的粉末冶金齿轮模具内齿数控成形磨削方法正确，技术可行；本文开发的数控成形磨齿的专用软件功能全面，计算精度满足实用要求。内齿数控成形磨削技术为提高粉末冶金齿轮模具的精度和提高粉末冶金齿轮零件的精度提供了一条可行的途径。随着本项研究的进一步深入，将显著提高我国粉末冶金行业齿轮模具的制造技术水平。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1本课题的研究意义

1.2数控成形磨齿技术

1.3国内外研究现状

1.3.1砂轮廓形计算方法

1.3.2成数控形磨齿软件

1.3.3数控成形磨齿设备

1.4本课题的主要研究内容

1.5课题来源

第2章任意齿形模具成形砂轮廓形的数值模拟计算方法

2.1概述

2.2计算工件齿形在砂轮计算平面上的对应齿形

2.3计算砂轮廓形在工件计算平面上的对应廓形

2.4数值模拟包络算法

2.4.1计算方法

2.4.2算法的编程实现

2.5计算精度分析

2.6计算实例

2.6.1渐开线齿形计算实例

2.6.2其它齿形计算实例

2.7本章小结

第3章渐开线齿轮模具成形磨齿砂轮廓形的计算通式

3.1概述

3.2通式的建立

3.3通式的编程应用

3.4通式的正确性验证

3.5本章小结

第4章内齿数控成形磨齿软件的开发

4.1概述

4.1.1软件功能

4.1.2软件系统简介

4.2系统操作平台

4.2.1软件主界面

4.2.2显示控制工具栏

4.2.3视图缩放操作

4.2.4视角变换操作

4.2.5其它功能

4.3图形生成与处理模块

4.3.1图形生成及算法

4.3.2图形编辑及算法

4.3.3法向误差计算及算法

4.4砂轮廓形计算模块

4.4.1砂轮廓形计算

4.4.2工件齿形计算

4.5数控程序生成模块

4.5.1砂轮修整控制程序生成及仿真

4.5.2磨削控制程序生成及仿真

4.5.3程序自动策略及算法

4.6本章小结

第5章齿轮模具数控成形磨齿试验研究

5.1概述

5.2齿轮模具数控成形磨齿系统

5.3齿轮模具成形磨头的研制

5.3.1磨头研制的难点

5.3.2磨头的设计制造

5.3.3创新点及应用情况

5.4砂轮修整器的研制

5.4.1砂轮修整方法

5.4.2砂轮修整器的设计制造

5.5磨齿试验研究

5.5.1成形砂轮的选择

5.5.2磨削速度的选择

5.5.3砂轮修整试验

5.5.4磨齿试验

5.5.5磨齿试验结果

5.6试验结果讨论

5.7本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的相关论文

攻读博士学位期间取得的其它成果

附录

致谢