高速干切滾齒多刃斷續(xù)切削空間成形模型及其基礎應用研究.pdf

1、隨著我國綠色制造戰(zhàn)略的不斷推進和深入發(fā)展，新型制造工藝及技術裝備的創(chuàng)新與應用成為提升我國綠色制造技術水平的重要途徑。齒輪是一種量大面廣的基礎零部件，滾切工藝是其齒部成形的主要工藝，材料去除量大，切削油消耗大，導致車間環(huán)境污染嚴重，同時危害工人健康。高速干式滾齒技術完全消除切削油的使用，具有高效、綠色環(huán)保的特點，是未來齒輪滾切工藝發(fā)展的必然方向；由于缺少切削油的冷卻和潤滑作用，刀具磨損、機床剛性及熱變形、齒面精度等基礎關鍵問題與進給量、切

2、屑厚度及其體積、切削負載等參數(shù)關系更加密切，需要新的理論和工具支撐。傳統(tǒng)滾齒工藝理論主要基于二維平面簡化模型，而且缺乏有效的數(shù)學工具支撐，難以滿足高速干切滾齒工藝基礎理論研究的需要。鑒于此，在國家863計劃項目（課題編號：2012AA040107）、國家自然科學基金項目（項目編號：51475058）等項目的資助下，論文重點開展了高速干切滾齒多刃斷續(xù)空間成形模型及其基礎應用研究，對高速干切滾齒成形過程、切屑幾何、滾切力、齒面誤差等參數(shù)進行

3、了精確數(shù)學計算和三維可視化分析，以期為高速干切滾齒工藝參數(shù)優(yōu)化和加工誤差控制等領域的進一步深入研究提供理論和工具的支撐。
　　首先，建立圓柱齒輪滾切多刃斷續(xù)切削空間成形模型，該模型根據(jù)齒輪設計的標準規(guī)范分析圓柱齒輪滾切加工工藝所涉及設計參數(shù)和計算參數(shù)之間的約束關系，并建立漸開線圓柱齒輪滾刀幾何結構參數(shù)化模型；同時，根據(jù)齒輪滾切原理，在分析滾齒機床的結構及其部組運動關系的基礎上建立滾齒機床各部組的運動函數(shù)；基于上述結果，利用齊次坐標

4、變換原理推導求得圓柱齒輪滾切過程中切削刃的空間成形界面的參數(shù)方程，實現(xiàn)對圓柱齒輪滾切成形過程幾何信息的完整精確表達。
　　其次，基于圓柱齒輪滾切多刃斷續(xù)切削空間成形模型，采用數(shù)值計算方法對高速干切滾齒工藝成形過程的關鍵基礎參量進行計算和分析，包括：1）切屑的三維幾何形態(tài)及特征參數(shù)計算和分析；2）基于切屑三維幾何及 Kienzle切削力經(jīng)驗公式的動態(tài)滾切力計算與分析；3）由切削刃空間成形軌跡曲面包絡成形的齒面形貌計算和分析。

5、　　再次，提出一種高速干切機床的誤差模型，以滾刀與工件徑向誤差δx為重點，分析機床結構誤差項對δx的影響，為機床剛性設計提供理論依據(jù)。結合多刃斷續(xù)切削空間成形模型對δx引起的成形誤差進行仿真分析。針對高速干切滾齒工藝面臨的熱變形問題，通過實驗研究基于M值的徑向熱變形誤差補償方法，有效減小由于機床熱變形導致的成形誤差。
　　最后，以科學計算系統(tǒng)Methmatica為平臺開發(fā)一套適用于圓柱齒輪高速干式滾切工藝的仿真軟件，應用該軟件開展