小型平面二次包络环面蜗杆副五轴数控加工变形分析与控制

摘要

平面二次包络环面蜗杆副由于其具有多齿线接触、良好润滑性等优点，在机械、航空、军事等领域得到广泛的应用。由于其包络面的复杂性，平面二次包络环面蜗杆副三维模型精度不高，且目前包络曲面的精加工通常采用磨削法，而磨削加工的效率较低。因此，如何建立小型平面二次包络环面蜗杆副的精准的三维数字化模型、合理的工艺方案及五轴数控加工变形控制方法是实现小型平面二次包络环面蜗杆副高效高精加工的一项重要课题。为此，本文综合运用多轴数控加工理论、数值模拟技术等理论方法和技术手段，研究小型平面二次包络环面蜗杆副五轴数控加工中齿廓变形规律，探索了平面二次包络环面蜗杆副五轴数控加工工艺参数优化方法。具体研究工作如下：
　　1）三维数字化模型的建立。通过向量运算法，传递矩阵、空间啮合原理和包络原理建立了精准的数字化CAD模型，为后期的五轴数控加工打下理论模型基础。
　　2）小型平面二次包络环面蜗杆副五轴数控加工工艺规划。通过分析小型平面二次包络环面蜗杆结构特点和加工方法，建立了五轴数控加工刀轨规划方案，并利用UG8.0软件CAM模块对加工刀轨方案进行实例分析，同时通过VERICUT软件对零件进行了加工仿真，以验证刀轨规划方案的正确性。
　　3）小型平面二次包络环面蜗杆副的五轴数控加工误差分析以及加工变形预测研究。通过设计正交试验获得不同加工工艺参数条件下，齿廓精加工的铣削力，利用回归方程建立铣削力预测模型，并对所建立的铣削力模型进行了实例对比分析；利用ANSYS软件对小型平面二次包络环面蜗杆副齿廓的五轴侧铣精加工变形误差进行了预测分析。
　　4）铣削参数的多目标优化。以各铣削参数为设计变量，铣削力和最大材料去除率为优化目标，结合各参数的约束范围，建立了铣削参数的多目标优化函数，并基于粒子群算法对加工过程中铣削参数优化，从而实现对加工误差的控制，以达到小型平面二次环面蜗杆副的高精、高效加工。
　　综上，本文的研究为小型平面二次包络环面蜗杆副五轴数控高效高精加工提供了有效决方案，并为小型传动件加工提供科学依据。

目录

声明

主要符号对照表

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 目前存在的主要问题

1.4 研究目标及内容

第2章 小型平面二次包络环面蜗杆副相关理论基础

2.1 引言

2.2 理论基础

2.3 小型平面二次包络环面蜗杆副的数字化模型

2.4 小型平面二次包络环面蜗杆的几何建模方法

2.5 小型平面二次包络环面蜗轮的几何建模方法

2.6 实例建模过程

2.7 本章小结

第3章 小型平面二次包络环面蜗杆副的五轴数控加工工艺规划

3.1 引言

3.2 小型平面二次包络环面蜗杆副的传统加工理论基础

3.3 基于UG的小型平面二次包络环面蜗杆副五轴数控加工理论基础

3.4 小型平面二次包络环面蜗杆副的五轴数控加工刀轨规划

3.5小型平面二次包络环面蜗杆副五轴数控加工仿真技术研究

3.6 本章小结

第4章 齿廓加工误差有限元预测

4.1 引言

4.2 铣削力的主要影响因素

4.3 铣削力试验准备

4.4 齿廓加工变形有限元分析

4.5 本章小结

第5章 平面二次包络环面蜗杆的齿面变形控制

5.1 引言

5.2 优化切削参数控制

5.3 基于粒子群算法多目标优化切削参数

5.4 基于AdvantEdge PM模块有限元仿真分析

5.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果