電子齒輪箱高速高精度控制及誤差補償算法研究.pdf

1、齒輪作為機械行業(yè)重要的基礎件，對其加工效率和精度的要求越來越高。數(shù)控齒輪加工是實現(xiàn)齒輪高速高精加工的重要手段，對提高齒輪加工質(zhì)量和效率具有十分重要作用，而高性能的齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)是實現(xiàn)高速高精度齒輪加工的關鍵。電子齒輪箱(EGB)作為高性能齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的核心技術，其控制精度直接決定了數(shù)控系統(tǒng)性能以及齒輪加工的精度。開展電子齒輪箱(EGB)高速高精度控制及誤差補償算法研究，對于提升齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的性能，實現(xiàn)齒輪高效高精度數(shù)控加工具有

2、重要的理論和應用意義。
　　論文針對高性能蝸桿砂輪磨齒加工數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)，在研究了蝸桿砂輪磨齒加工基本原理和數(shù)控蝸桿砂輪磨齒機機床結構的基礎上，分析了實現(xiàn)蝸桿砂輪磨齒加工機床的運動過程，推導了蝸桿砂輪磨齒加工與蝸桿砂輪修整加工的聯(lián)動數(shù)學模型，并通過EGB相位同步控制技術實現(xiàn)磨齒加工、蝸桿砂輪修整時蝸桿和齒輪、蝸桿和金剛石滾輪的自動相位同步。在以上理論工作基礎上，設計了蝸桿砂輪磨齒加工、蝸桿砂輪修整加工電子齒輪箱(EGB)聯(lián)動控制結構

3、模型，并以全軟件的方式實現(xiàn)，通過軟件測試驗證了蝸桿砂輪磨齒加工數(shù)控系統(tǒng)軟件的正確性和電子齒輪箱控制系統(tǒng)的性能。
　　論文針對EGB高速高精度跟蹤控制問題，構建了伺服驅動控制系統(tǒng)的動力學模型，基于無偏最小二乘方式實現(xiàn)了系統(tǒng)參數(shù)辨識，提出了“基于動力學模型前饋控制+級聯(lián)最優(yōu)PID/PI控制+速度/加速度前饋控制”的復合跟蹤控制器，實現(xiàn)EGB控制系統(tǒng)中單進給軸高速高精軌跡跟蹤控制。同時分析了電子齒輪箱多軸同步控制誤差對齒輪加工誤差的影響

4、，為實現(xiàn)EGB控制系統(tǒng)多軸之間高精度同步控制，提出了針對電子齒輪箱系統(tǒng)高速高精度同步控制的多軸耦合控制策略，實驗證明能夠有效提升EGB系統(tǒng)多軸同步控制精度。
　　多軸協(xié)調(diào)控制領域輪廓誤差是比跟蹤誤差更為重要的指標，論文針對蝸桿形刀具齒輪展成加工的輪廓誤差控制問題，研究了EGB控制誤差與齒輪加工誤差之間的映射關系，構建了齒輪展成加工輪廓誤差模型，通過對蝸桿形刀具展成加工過程建模分析，精確估算了EGB控制誤差引起的齒面加工輪廓誤差，基

5、于所構建的輪廓誤差模型，實現(xiàn)齒輪加工精度的準確預測。
　　為實現(xiàn)多軸系統(tǒng)高精度輪廓誤差控制，論文在傳統(tǒng)的輪廓誤差補償控制的基礎上，提出EGB輪廓誤差預補償控制方法，根據(jù)EGB控制系統(tǒng)伺服控制模型，采用分析預測的方式預估EGB控制系統(tǒng)中各軸的跟蹤誤差以及由此引起的齒面加工輪廓誤差，通過前置輪廓誤差補償模塊，實現(xiàn)預估的輪廓誤差提前補償。
　　論文針對現(xiàn)有非圓齒輪離散加工方式，破壞刀具和工件之間的展成聯(lián)動關系，同時加工過程中機床各

6、軸運行軌跡不具備連續(xù)平滑特性等問題，結合非圓齒輪滾、插齒加工聯(lián)動控制模型提出了非圓齒輪連續(xù)展成加工方法，設計了實現(xiàn)非圓齒輪連續(xù)展成加工的滾、插齒加工非勻速比EGB模型，并在自主研發(fā)的齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)，通過實例對所提加工方式的機床各軸的運行軌跡進行分析，結果表明加工過程中機床各軸運動軌跡平滑連續(xù)，有利于實現(xiàn)非圓齒輪高效高精加工。同時針對非圓齒輪加工過程中機床對實時變速變加速軌跡控制跟蹤誤差范圍波動較大的問題，提出非勻速比EGB重復學