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《天津大学》 2004年
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基于多体系统运动学的数控插齿机加工误差分析与实验研究

李彦征  
【摘要】:齿轮是机械工业中重要的基础传动元件,具有恒功率输出、承载能力大、 传动效率高、使用寿命长、传动比稳定、结构紧凑等优点。由于齿轮在机械传 动中的重要作用及其形状的复杂性,它的设计、制造水平已成为一个国家现代 工业技术水平的标志之一,也是各国学术界和企业界关注和研究的热点所在。 因此,研究齿轮及齿轮加工的相关技术具有很大的理论和现实意义。 为了提高齿轮加工精度,首先必须研究齿轮加工过程中产生误差的原因。 传统的齿轮加工机床不是数字控制方式,而是通过一系列挂轮和较长的传动链 来加工齿轮的。齿轮精度与加工机床传动链的每一个环节的制造精度密切相关。 近几年,随着齿轮机床数控技术的发展,传统齿轮机床传动链大大简化,这为 进一步提高和改进齿轮加工精度提供了技术基础。本论文根据国内外对齿轮加 工误差的研究现状和存在的问题,并以对数控插齿机床为研究对象,开展了如 下几个方面的研究工作。 1 首先以多体系统为理论基础,建立了数控插齿机床运动学模型。根据数控 插齿机床的具体运动情况(在实际的工程对象中,由于组成机器的各个零件的 制造和安装误差,各运动件的实际运动轨迹与理想运动轨迹产生偏差,使应有 的运动得不到完成),建立运动参考坐标系以及相应的误差矢量和误差变换矩 阵,提出了数控插齿机床的几何误差描述方法。以该误差描述方法为基础,推 导出有误差情况下,一般数控插齿机床运动学方程。 2 从齿轮加工工艺出发,分析研究影响齿轮精度的各种因素。将多体系统 运动学理论与齿轮啮合原理相结合,建立齿轮误差及传动链误差分析模型。基 于该模型,本文提出了齿轮数控加工的敏感误差因素,获得了精确的齿轮齿面 方程,并对齿轮的齿形和齿面进行了数值仿真。结合齿轮加工误差分类及检验 项目,推导出了齿轮的齿形误差、相邻周节误差、周节累积误差的计算公式, 实现了齿轮的数控加工误差定量计算。 3 针对 YK5120 数控插齿机,使用 Renishaw 公司的 ML 10 双频激光干涉仪, 和 Renishaw/RX10 转台以及其他光学组件,实现了对数控插齿机的主轴回转误 差的测量和补偿。在误差补偿前后,分别进行了齿轮的加工实验。实验结果表 明,齿轮的齿形误差、周节累积误差和周节误差分别提高了一个等级。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TG613

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