平面二次包络四轴四联动数控磨床建模及精度分析

摘要

平面二次包络环面蜗杆传动是我国二十世纪70年代首创的一种新型传动方式，与其它蜗杆传动相比，它具有承载能力大、传动效率高、使用寿命长等优点，因而具有广阔的发展空间。但由于设计和制造较复杂，阻碍了其推广和应用。为此西华大学数控技术研究所与重庆大学机械传动国家重点实验室联合开发了平面二次包络四轴四联动数控磨床。与传统加工方法相比，该磨床加工工艺范围大、机床调整方便、加工效率高。由于这种新型磨床联动轴数多，影响蜗杆精度的误差因素多，所以有必要对其进行精度分析。 本文首先介绍了平面二次包络环面蜗杆的传统加工方法，阐述了新型平面二次包络四轴四联动数控磨床的加工原理，分析了各联动轴的运动参数。通过对比，指出了新型四联动加工工艺的优点。 其次，采用刚体运动学法建立了理想状态下的该磨床的数学加工模型，以及蜗杆齿面的瞬时接触线方程、一界、二界界限曲线方程。通过计算可以精确的确定数控加工过程中任意时刻蜗杆齿面任意点的坐标值，为精度检测提供标准值依据。 针对环面蜗杆参数多的特点，开发了参数设计和仿真系统，实现了Visual Basic、Excel、Matlab三者间的无缝链接。在设计阶段就可以进行仿真分析，查看蜗杆的齿面形状和各界限曲线图形。通过观察界限曲线的分布，可以判断啮合质量的好坏，以便改进设计参数进一步提高啮合质量。利用该系统可以明显缩短计算时间，提高设计效率。 介绍了影响数控机床加工精度的误差因素——几何误差、热致误差和力致误差。建立了含24项几何误差的四联动数控磨床综合误差数学模型。重点分析了A轴的几何偏心误差、回转误差，X、Z轴的插补误差，以及Y轴的回转误差对加工精度的影响。在磨床设计和制造阶段，已经采取一系列措施，使机床精度达到设计要求。针对不同误差对蜗杆加工精度影响不同，今后应重点提高Z轴传动精度和砂轮回转台绕Y轴的转动精度。 提高加工精度的方法主要有误差防止技术和误差补偿技术两种。随着精加工要求的不断提高，采用误差防止来提高加工精度变得越来越困难。误差补偿技术作为一种经济、有效的方法，可以在六个自由度方向进行全方位的补偿，具有广阔的发展前景。由于误差补偿是一项复杂的技术，本文仅仅分析了其中的误差辨识技术，介绍了激光干涉仪、球杆仪的工作原理，为即将开展的误差补偿研究工作做了技术准备。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1平面二次包络环面蜗杆副

1.2平面二次包络环面蜗杆副数控加工现状

1.3数控加工精度分析

1.4研究的目的、意义、课题来源及主要研究内容

2平面二次包络四轴四联动数控磨床

2.1环面蜗杆的传统加工方法

2.2新型四联动磨床加工方案

2.3四轴联动方案的优点

3平面二次包络四轴四联动数控磨床建模

3.1齐次坐标变换理论

3.2四联动数控磨床数学建模

3.3平面二次包络环面蜗杆数控加工模型

3.4平面二次包络环面蜗杆副的参数设计

3.5平面二次包络环面蜗杆的数字仿真

4平面二次包络四轴四联动数控磨床精度分析

4.1影响数控机床加工精度的因素分析

4.2四联动磨床的综合误差建模

4.3影响蜗杆加工精度的因素分析

5提高机床精度的措施

5.1提高精度的试验研究

5.2误差辨识技术

6结论与展望

参考文献

作者在读期间科研成果简介

致谢