数控高效铣、滚齿复合机床关键技术研究.pdf

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1、ResearchonKeyTechnologyfortheHigh—EfficiencyComplicatingNCMachineToolfromGearMillingandHobbingDissertationSubmittedtoNanjingUniversityofTechnologyinpartialfulfillmentofrequirementforthedegreeofMasterofEngineeringByChunjianYUSupervisor：Prof．XiaodiaoHUANGJune2008硕士学位论文摘要目前，世界机床技术正向高

2、速、高效、高精度、柔性和环保的方向快速发展，越来越多的复杂零件采用复合机床进行加工，复合加工机床已成为机床的一个重要发展方向。极坐标数控铣、滚齿复合机床是一种大模数外齿轮加工的高效、多功能复合机床，具有高效铣削外齿与精密滚切外齿的功能。本文以极坐标数控铣、滚齿复合机床为研究对象，对复合机床的关键技术进行研究。从铣、滚齿加工性能参数要求出发，确定复合机床的总体设计方案，在此基础上建立机床几何误差模型和铣、滚齿切削力模型，进行了动力学分析、有限元分析以及机电异构分析。基于模块化设计理论，在已有的“SKXC．2500数控铣齿机床”基础上增加相应的滚齿模块，建立铣

3、、滚齿复合机床实体模型，分析了铣、滚齿加工的几何误差。基于多体运动学理论和极坐标数控铣、滚齿加工原理，利用空间直角坐标系和空间极坐标系建立了极坐标数控铣、滚齿复合机床的几何误差模型，提出了简化计算模型，为机床误差补偿提供了理论依据。对于坐标轴的平移运动，采用直角坐标系建立误差模型比较方便；对于坐标轴的回转运动，采用极坐标系建立误差模型比较方便；对于坐标轴平移和回转相关联的运动，采用统一坐标系建立误差模型比较方便。通过对物理样机的测量，借助MATLAB神经网络工具箱将BP神经网络的理论和算法应用于建立大模数齿轮的铣齿功率模型，解决了传统经验公式误差较大的问题

4、，为机床传动设计提供依据，物理样机的振动测试修正了铣齿功率测量值。针对滚齿切削力计算方法不统一的现状，研究了国内外大模数齿轮的滚齿切削力的计算方法、影响因素及变化规律，提出了大模数齿轮粗加工和精力n-r_的滚齿切削力计算公式，为合理选择滚齿工艺参数提供了理论依据。为了提高滚齿加工效率，在机床刚度允许的条件下，应采用高的切削速度和大的轴向进给速度；为了增大滚刀耐用度，应采用高硬度的材料(HRCS0．60)和大的轴向进给速度。基于多体动力学理论，借助多体动力学软件ADAMS和有限元软件ANSYS建立了铣、滚齿复合机床的刚柔耦合模型，研究了系统刚柔耦合规律；以节

5、点耦合的方法来模拟机床的螺栓结合面，以弹簧——阻尼单元COMBnql4模拟机床导轨结合部，建立了铣、滚齿复合机床关键部件以及整机静、动力学有限元模型；由模态分析可知结合面是机床结构的薄弱环节，但由于机床的激振频率远小于其固有频率，所以结合摘要面的振幅较小，完全满足机床精度要求。系统研究了复合机床机电异构建模和仿真技术。对数控铣、滚齿复合机床水平进给伺服系统的速度环和位置环PID控制器参数进行整定，通过ADAMS／Controls模块将控制系统参数添加到机械系统模型中，建立数控铣、滚齿复合机床进给伺服机电异构系统的虚拟样机。在MATLAB7．0中进行机电异构

6、仿真；仿真结果表明了水平进给伺服系统具有较好的稳定性、．准确性和快速性，同时验证了双闭环控制方案的正确性和参数设置的合理性。此外，借助ITISimulationX机电异构仿真模块，对数控铣、滚齿复合机床主轴系统各传动轴的机械系统特性参数和控制系统性能参数进行联合仿真。仿真结果为控制系统的研究提供分析方法，同时为机床机械与电气参数的匹配提供了理论依据。关键词：铣、滚齿复合机床虚拟样机多体系统理论有限元机电异构H硕士学位论文ABSTRACTAtpresent，theworldmachinetooltechnologyisdevelopingrapidlytow

7、ardsthetrendofhi曲speed,higllefficiency,hi曲accuracy,flexibilityandenvironmentprotection．Increasingcomplexaccessoriesaremanufacturedbycomplexmachinetool，whichhasbeenanimportantdevelopmentdirection．ThecomplexNCmachinetoolfromgearmillingandhobbingunderpolarcoordinatessystem，whichisahi

8、曲efficiencyandmulti-functioncompl