基于六轴机床的摆线锥齿轮切齿运动转换及切削特性研究

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1、ＴｖＵＭＶＥＲＳＩＴＹＩＡＭＪｉｒＪ中国第－臟代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５博士学位论文—级学科动力工程及工程热物理：学科专业：机械制造及其自动化作者姓名：Ｉ太勇教授指导教师：天津大学研究生院２０１７年４月天津大学博士学位论文基于六轴机床的摆线锥齿轮切齿运动转换及切削特性研究Studyonthemachiningmotionconversionandcuttingcharacteristicsoftheepicycloidbevelgearbasedonthesix-axismachinetool学科专业：机

2、械制造及其自动化研究生：王勇指导教师：王太勇教授天津大学机械工程学院2017年4月中文摘要摆线锥齿轮作为平稳、高效及高载的传动部件，广泛用于汽车、轮船、飞机等设备，其需求量非常大。由于传统机械式齿轮加工设备的专一性、功能有限性及加工设置复杂性将逐渐被裁减，而采用全数控理论实现摆线锥齿轮的先进加工是当前智能制造发展的趋势。本文利用自主研发的开放式数控系统，在六轴数控机床上对摆线锥齿轮的切齿运动转换关系、切削力和切削进给进行研究。论文的主要研究内容如下：1、在切齿运动学转换方面，根据摆线锥齿轮齿面成型原理，对摆线齿锥齿轮切齿时各轴运动关系进行分析，提出了基于统

3、一等效转换原理的切齿点计算方法，利用VERICUT软件对切齿代码进行仿真，研究了在开放式数控系统上完成切齿所需工艺流程和程序算法，并在六轴机床上进行了切齿实验研究。该研究为在通用六轴数控机床上制造摆线锥齿轮提供了一种便捷的加工方式。2、在摆线锥齿轮切削力建模方面，为解决在通用六轴机床上加工摆线锥齿轮时切削力波动过大问题，对大轮切入法加工的切削力模型进行研究。根据切入法加工摆线锥齿轮的几何原理和合理的切齿运动关系假设，推导了切齿任意瞬间切屑厚度和切屑宽度的计算方法，建立了摆线锥齿轮大轮切入法加工的动态铣削力简化模型，通过样件的加工实验标定了切削力系数，编写了

4、切入法加工大轮的瞬时切削力仿真程序。设计实验夹具，通过切削力实验验证了切削力模型的有效性。3、在摆线锥齿轮切削进给优化方面，为解决常进给下切削力和切削振动对六轴机床切齿的影响，提出了一种基于等切削面积的摆线锥齿轮变进给速率控制方法。该方法以切入法加工摆线锥齿轮的瞬时切削力数学模型为基础，研究切齿刀片在恒进给速度下的切削面积变化规律，利用粒子群优化算法对刀盘主轴进给速度进行分段优化，通过与常进给切齿方式进行对比，验证了变进给切削方式达到了减少切削力波动和切削振动目的。本文研究成果为在通用数控机床上加工摆线锥齿轮制造提供了依据，扩展了通用数控机床的利用空间。关

5、键词：六轴数控加工，摆线锥齿轮，统一转换原理，切削力，变进给速率IABSTRACTBeinganefficient,stableandhigh-loadtransmissionpart，theepicycloidbevelgeariswidelyusedinautomobiles,ships,aircraftsandotherequipment,andisingreatneed.Asthetraditionalmechanicalgearmachiningtoolhasthefollowingcharacteristicssuchasitsspecific

6、ity,limitedfunctionsandcomplexityofprocessingsettings,itwillbegraduallyreduced,whiletheapplicationofNCtheorytoachievetheadvancedepicycloidbevelgearmachiningisthecurrenttrendinthedevelopmentofintelligentmanufacturing.Inthispaper,weusetheTDNC-H8CNCsystemdevelopedtostudytherelationsh

7、ipofthegear-cuttermovement,thecuttingforceandthecuttingfeedrateoftheepicycloidbevelgearonthesix-axisCNCmachinetool.Themaincontentsofthispaperareasthefollowingaspects:Firstly,thetransformationofcuttingkinematics.Accordingtotheprincipleoftoothformingofepicycloidbevelgear,themotionre

8、lationofeachaxisinepicycloidbevel