數(shù)控高效銑、滾齒復合機床關鍵技術研究.pdf

1、目前，世界機床技術正向高速、高效、高精度、柔性和環(huán)保的方向快速發(fā)展，越來越多的復雜零件采用復合機床進行加工，復合加工機床已成為機床的一個重要發(fā)展方向。極坐標數(shù)控銑、滾齒復合機床是一種大模數(shù)外齒輪加工的高效、多功能復合機床，具有高效銑削外齒與精密滾切外齒的功能。本文以極坐標數(shù)控銑、滾齒復合機床為研究對象，對復合機床的關鍵技術進行研究。從銑、滾齒加工性能參數(shù)要求出發(fā)，確定復合機床的總體設計方案，在此基礎上建立機床幾何誤差模型和銑、滾齒切削力

2、模型，進行了動力學分析、有限元分析以及機電異構(gòu)分析。
　　 基于模塊化設計理論，在已有的“SKXC-2500數(shù)控銑齒機床”基礎上增加相應的滾齒模塊，建立銑、滾齒復合機床實體模型，分析了銑、滾齒加工的幾何誤差。基于多體運動學理論和極坐標數(shù)控銑、滾齒加工原理，利用空間直角坐標系和空間極坐標系建立了極坐標數(shù)控銑、滾齒復合機床的幾何誤差模型，提出了簡化計算模型，為機床誤差補償提供了理論依據(jù)。對于坐標軸的平移運動，采用直角坐標系建立誤差模

3、型比較方便；對于坐標軸的回轉(zhuǎn)運動，采用極坐標系建立誤差模型比較方便；對于坐標軸平移和回轉(zhuǎn)相關聯(lián)的運動，采用統(tǒng)一坐標系建立誤差模型比較方便。
　　 通過對物理樣機的測量，借助MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡工具箱將BP神經(jīng)網(wǎng)絡的理論和算法應用于建立大模數(shù)齒輪的銑齒功率模型，解決了傳統(tǒng)經(jīng)驗公式誤差較大的問題，為機床傳動設計提供依據(jù)，物理樣機的振動測試修正了銑齒功率測量值。針對滾齒切削力計算方法不統(tǒng)一的現(xiàn)狀，研究了國內(nèi)外大模數(shù)齒輪的滾齒切削力的計

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，在機床剛度允許的條件下，應采用高的切削速度和大的軸向進給速度；為了增大滾刀耐用度，應采用高硬度的材料(HRC50-60)和大的軸向進給速度。
　　 基于多體動力學理論，借助多體動力學軟件ADAMS和有限元軟件ANSYS建立了銑、滾齒復合機床的剛?cè)狁詈夏Ｐ停芯苛讼到y(tǒng)剛?cè)狁詈弦?guī)律；以節(jié)點耦合的

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

6、將控制系統(tǒng)參數(shù)添加到機械系統(tǒng)模型中，建立數(shù)控銑、滾齒復合機床進給伺服機電異構(gòu)系統(tǒng)的虛擬樣機。在MATLAB7.0中進行機電異構(gòu)仿真；仿真結(jié)果表明了水平進給伺服系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性、準確性和快速性，同時驗證了雙閉環(huán)控制方案的正確性和參數(shù)設置的合理性。此外，借助ITI SimulationX機電異構(gòu)仿真模塊，對數(shù)控銑、滾齒復合機床主軸系統(tǒng)各傳動軸的機械系統(tǒng)特性參數(shù)和控制系統(tǒng)性能參數(shù)進行聯(lián)合仿真。仿真結(jié)果為控制系統(tǒng)的研究提供分析方法，同時為機