數(shù)控高效銑、滾齒復(fù)合機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、目前，世界機(jī)床技術(shù)正向高速、高效、高精度、柔性和環(huán)保的方向快速發(fā)展，越來(lái)越多的復(fù)雜零件采用復(fù)合機(jī)床進(jìn)行加工，復(fù)合加工機(jī)床已成為機(jī)床的一個(gè)重要發(fā)展方向。極坐標(biāo)數(shù)控銑、滾齒復(fù)合機(jī)床是一種大模數(shù)外齒輪加工的高效、多功能復(fù)合機(jī)床，具有高效銑削外齒與精密滾切外齒的功能。本文以極坐標(biāo)數(shù)控銑、滾齒復(fù)合機(jī)床為研究對(duì)象，對(duì)復(fù)合機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。從銑、滾齒加工性能參數(shù)要求出發(fā)，確定復(fù)合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)方案，在此基礎(chǔ)上建立機(jī)床幾何誤差模型和銑、滾齒切削力

2、模型，進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析、有限元分析以及機(jī)電異構(gòu)分析。
　　 基于模塊化設(shè)計(jì)理論，在已有的“SKXC-2500數(shù)控銑齒機(jī)床”基礎(chǔ)上增加相應(yīng)的滾齒模塊，建立銑、滾齒復(fù)合機(jī)床實(shí)體模型，分析了銑、滾齒加工的幾何誤差?；诙囿w運(yùn)動(dòng)學(xué)理論和極坐標(biāo)數(shù)控銑、滾齒加工原理，利用空間直角坐標(biāo)系和空間極坐標(biāo)系建立了極坐標(biāo)數(shù)控銑、滾齒復(fù)合機(jī)床的幾何誤差模型，提出了簡(jiǎn)化計(jì)算模型，為機(jī)床誤差補(bǔ)償提供了理論依據(jù)。對(duì)于坐標(biāo)軸的平移運(yùn)動(dòng)，采用直角坐標(biāo)系建立誤差模

3、型比較方便；對(duì)于坐標(biāo)軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，采用極坐標(biāo)系建立誤差模型比較方便；對(duì)于坐標(biāo)軸平移和回轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)，采用統(tǒng)一坐標(biāo)系建立誤差模型比較方便。
　　 通過對(duì)物理樣機(jī)的測(cè)量，借助MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論和算法應(yīng)用于建立大模數(shù)齒輪的銑齒功率模型，解決了傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)公式誤差較大的問題，為機(jī)床傳動(dòng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，物理樣機(jī)的振動(dòng)測(cè)試修正了銑齒功率測(cè)量值。針對(duì)滾齒切削力計(jì)算方法不統(tǒng)一的現(xiàn)狀，研究了國(guó)內(nèi)外大模數(shù)齒輪的滾齒切削力的計(jì)

4、算方法、影響因素及變化規(guī)律，提出了大模數(shù)齒輪粗加工和精加工的滾齒切削力計(jì)算公式，為合理選擇滾齒工藝參數(shù)提供了理論依據(jù)。為了提高滾齒加工效率，在機(jī)床剛度允許的條件下，應(yīng)采用高的切削速度和大的軸向進(jìn)給速度；為了增大滾刀耐用度，應(yīng)采用高硬度的材料(HRC50-60)和大的軸向進(jìn)給速度。
　　 基于多體動(dòng)力學(xué)理論，借助多體動(dòng)力學(xué)軟件ADAMS和有限元軟件ANSYS建立了銑、滾齒復(fù)合機(jī)床的剛?cè)狁詈夏Ｐ?，研究了系統(tǒng)剛?cè)狁詈弦?guī)律；以節(jié)點(diǎn)耦合的

5、方法來(lái)模擬機(jī)床的螺栓結(jié)合面，以彈簧--阻尼單元COMBIN14模擬機(jī)床導(dǎo)軌結(jié)合部，建立了銑、滾齒復(fù)合機(jī)床關(guān)鍵部件以及整機(jī)靜、動(dòng)力學(xué)有限元模型；由模態(tài)分析可知結(jié)合面是機(jī)床結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，但由于機(jī)床的激振頻率遠(yuǎn)小于其固有頻率，所以結(jié)合面的振幅較小，完全滿足機(jī)床精度要求。
　　 系統(tǒng)研究了復(fù)合機(jī)床機(jī)電異構(gòu)建模和仿真技術(shù)。對(duì)數(shù)控銑、滾齒復(fù)合機(jī)床水平進(jìn)給伺服系統(tǒng)的速度環(huán)和位置環(huán)PID控制器參數(shù)進(jìn)行整定，通過ADAMS/Controls模塊

6、將控制系統(tǒng)參數(shù)添加到機(jī)械系統(tǒng)模型中，建立數(shù)控銑、滾齒復(fù)合機(jī)床進(jìn)給伺服機(jī)電異構(gòu)系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)。在MATLAB7.0中進(jìn)行機(jī)電異構(gòu)仿真；仿真結(jié)果表明了水平進(jìn)給伺服系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性，同時(shí)驗(yàn)證了雙閉環(huán)控制方案的正確性和參數(shù)設(shè)置的合理性。此外，借助ITI SimulationX機(jī)電異構(gòu)仿真模塊，對(duì)數(shù)控銑、滾齒復(fù)合機(jī)床主軸系統(tǒng)各傳動(dòng)軸的機(jī)械系統(tǒng)特性參數(shù)和控制系統(tǒng)性能參數(shù)進(jìn)行聯(lián)合仿真。仿真結(jié)果為控制系統(tǒng)的研究提供分析方法，同時(shí)為機(jī)