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数控滚齿机精密传动系统精度研究

赵江坤  
【摘要】:齿轮是装备制造业中极为重要的基础件,精密超精密齿轮加工是机械制造业的发展方向,高精度齿轮机床是实现精密齿轮加工的首要条件。齿轮机床的精密传动系统的性能直接决定机床的加工精度和性能。然而,我国的精密齿轮传动装置设计制造关键技术与精度理论研究仍然处于瓶颈期,多尺度多场耦合下的齿轮副传动性能机理并未完全揭示。驱动和传动部件等重要装备主要性能同国外同类产品相比差距明显。因此,开展齿轮机床精密机械传动系统设计、制造关键技术及精度理论研究,提高齿轮机床关键机械传动系统的精度和性能具有十分重要的意义。本文主要研究了传动链传动元件制造装配误差、传动元件力致几何误差、机电耦合对机床精密传动系统精度的影响。主要研究内容如下:(1)研究了机械传动链传动件制造装配误差对传动链线性误差的影响规律,揭示了精密机械传动链的误差传递机理。本文针对某型滚齿机刀架传动链系统,建立了相应的线性误差模型,分析得到了各个传动件误差对整条传动链传动误差的贡献量。最后从多因素的角度(传动元件制造装配误差、力致几何误差、机电耦合)分析了传动链传动精度,提出了多因素影响下传动链系统精度模型。(2)考虑了齿轮副啮合刚度、传动轴扭转刚度、轴承刚度对传动链系统机械刚度的影响,建立了传动链等效机械刚度数学模型,得到了系统刚度矩阵。根据蜗轮蜗杆受力特点将传动链等效机械刚度数学模型推广到蜗轮蜗杆副传动链。针对某型滚齿机刀架传动链系统,进行了机械刚度灵敏度仿真,找出了传动链中的刚度薄弱环节。最后通过传动链机械刚度实验,验证了理论模型的正确性。(3)针对某型滚齿机刀架传动链系统,从全局机电耦合角度,建立了该系统的机电耦合模型。分析了传动链系统机械刚度、伺服刚度与闭环系统控制参数之间的匹配关系。应用Matlab/Simulink对系统耦合模型进行了仿真研究,仿真分析了传动链系统机械刚度、伺服刚度、传动装置传动误差、传动装置间隙对系统动态性能的影响。(4)针对某型滚齿机刀架传动链系统,建立了结合系统机电耦合仿真模型与ITAE准则的系统优化Simulink模型,利用遗传算法优化了调节器参数。


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