弧齒錐齒輪數(shù)控銑齒機運動分析及控制系統(tǒng)研究.pdf

1、弧齒錐齒輪以其良好的動態(tài)性能，在機械行業(yè)中占有相當重要的地位，在航空、航海、汽車和各種精密機床等行業(yè)應(yīng)用廣泛。但是弧齒錐齒輪的設(shè)計加工相當復(fù)雜，而且當前擁有該技術(shù)的Gleason公司等搞技術(shù)壟斷，促使許多國家對該項技術(shù)進行研究和探討，因而對弧齒錐齒輪傳動的設(shè)計、制造和檢測技術(shù)的研究一直是齒輪制造中非?；钴S的領(lǐng)域。盡管國內(nèi)有多家企業(yè)研制開發(fā)了不同系列的弧齒錐齒輪數(shù)控加工機床，但是其控制系統(tǒng)都是采用SIEMENS、FANUC等國外高檔數(shù)控系

2、統(tǒng)，使得國內(nèi)在弧齒錐齒輪設(shè)計、加工等方面仍然受制于國外少數(shù)壟斷企業(yè)，嚴重制約著我國制造業(yè)水平的提高。 本文在江蘇省自然科學基金（招標）項目（BK2003005）和江蘇省科技廳科技攻關(guān)項目（BE2003031）的資助下，對弧齒錐齒輪數(shù)控加工理論進行了研究和探討，自主開發(fā)設(shè)計基于運動控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng)，研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的弧齒錐齒輪數(shù)控銑齒機控制系統(tǒng)。 首先研究了弧齒錐齒輪的加工原理、齒面修正的方法以及機床參數(shù)的調(diào)整計

3、算。在保證弧齒錐齒輪加工過程中刀盤相對于工件的運動關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過矢量變換實現(xiàn)銑齒加工的數(shù)控展成運動。將數(shù)控軸的展成運動表示為五次參數(shù)樣條函數(shù)，以工件齒輪的轉(zhuǎn)角作為參數(shù)，大大減少了計算時間，插補算法易于實現(xiàn)，可以保證實現(xiàn)精確地數(shù)控展成運動。 考慮到采用擬牛頓法來求解齒面接觸點時，計算過程容易發(fā)散，同時沒有考慮變量的區(qū)間約束問題，提出將接觸點求解轉(zhuǎn)換為約束優(yōu)化求極小值問題，采用復(fù)合形法進行求解?？紤]到復(fù)合形法搜索速度較慢，當變量

4、個數(shù)較多時尤其如此。本文根據(jù)大輪和小輪在接觸點法線重合這一條件，對問題進行簡化，建立了只含有3個設(shè)計變量的約束優(yōu)化問題。對數(shù)控加工切削產(chǎn)生的弧齒錐齒輪進行齒面接觸分析，提出在數(shù)控系統(tǒng)中對切齒計算進行修正以改善輪齒齒面接觸狀況的方法。 其次提出一種參數(shù)曲線插補的自適應(yīng)加減速控制方法。在插補預(yù)處理中，對輪廓誤差引起的速度變化曲線進行分析，在保證加加速度滿足要求的同時，對加速度的變化進行控制。這樣，不僅可以保證插補的輪廓誤差滿足要求，

5、而且可以使進給速度變化平滑，有效地避免了加速度和加加速度的變化對機械本體造成的沖擊。將這種參數(shù)曲線插補的自適應(yīng)加減速控制方法與弧齒錐齒輪數(shù)控切齒加工相結(jié)合，提出了弧齒錐齒輪數(shù)控加工高精度參數(shù)插補控制算法，應(yīng)用于自主開發(fā)的弧齒錐齒輪數(shù)控銑齒機中，實現(xiàn)切齒加工的控制。 自主研發(fā)了基于運動控制器的六軸四聯(lián)動開放式數(shù)控系統(tǒng)。該數(shù)控系統(tǒng)基于PC總線，采用486級微處理器及可編程邏輯器件（CPLD、FPGA）為核心構(gòu)成運動控制器?；谏鲜龅?/p>