電子齒輪箱高速高精度控制及誤差補(bǔ)償算法研究.pdf

1、齒輪作為機(jī)械行業(yè)重要的基礎(chǔ)件，對其加工效率和精度的要求越來越高。數(shù)控齒輪加工是實(shí)現(xiàn)齒輪高速高精加工的重要手段，對提高齒輪加工質(zhì)量和效率具有十分重要作用，而高性能的齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)高速高精度齒輪加工的關(guān)鍵。電子齒輪箱(EGB)作為高性能齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的核心技術(shù)，其控制精度直接決定了數(shù)控系統(tǒng)性能以及齒輪加工的精度。開展電子齒輪箱(EGB)高速高精度控制及誤差補(bǔ)償算法研究，對于提升齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的性能，實(shí)現(xiàn)齒輪高效高精度數(shù)控加工具有

2、重要的理論和應(yīng)用意義。
　　論文針對高性能蝸桿砂輪磨齒加工數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)，在研究了蝸桿砂輪磨齒加工基本原理和數(shù)控蝸桿砂輪磨齒機(jī)機(jī)床結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，分析了實(shí)現(xiàn)蝸桿砂輪磨齒加工機(jī)床的運(yùn)動(dòng)過程，推導(dǎo)了蝸桿砂輪磨齒加工與蝸桿砂輪修整加工的聯(lián)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，并通過EGB相位同步控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)磨齒加工、蝸桿砂輪修整時(shí)蝸桿和齒輪、蝸桿和金剛石滾輪的自動(dòng)相位同步。在以上理論工作基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了蝸桿砂輪磨齒加工、蝸桿砂輪修整加工電子齒輪箱(EGB)聯(lián)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)

3、模型，并以全軟件的方式實(shí)現(xiàn)，通過軟件測試驗(yàn)證了蝸桿砂輪磨齒加工數(shù)控系統(tǒng)軟件的正確性和電子齒輪箱控制系統(tǒng)的性能。
　　論文針對EGB高速高精度跟蹤控制問題，構(gòu)建了伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，基于無偏最小二乘方式實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)參數(shù)辨識，提出了“基于動(dòng)力學(xué)模型前饋控制+級聯(lián)最優(yōu)PID/PI控制+速度/加速度前饋控制”的復(fù)合跟蹤控制器，實(shí)現(xiàn)EGB控制系統(tǒng)中單進(jìn)給軸高速高精軌跡跟蹤控制。同時(shí)分析了電子齒輪箱多軸同步控制誤差對齒輪加工誤差的影響

4、，為實(shí)現(xiàn)EGB控制系統(tǒng)多軸之間高精度同步控制，提出了針對電子齒輪箱系統(tǒng)高速高精度同步控制的多軸耦合控制策略，實(shí)驗(yàn)證明能夠有效提升EGB系統(tǒng)多軸同步控制精度。
　　多軸協(xié)調(diào)控制領(lǐng)域輪廓誤差是比跟蹤誤差更為重要的指標(biāo)，論文針對蝸桿形刀具齒輪展成加工的輪廓誤差控制問題，研究了EGB控制誤差與齒輪加工誤差之間的映射關(guān)系，構(gòu)建了齒輪展成加工輪廓誤差模型，通過對蝸桿形刀具展成加工過程建模分析，精確估算了EGB控制誤差引起的齒面加工輪廓誤差，基

5、于所構(gòu)建的輪廓誤差模型，實(shí)現(xiàn)齒輪加工精度的準(zhǔn)確預(yù)測。
　　為實(shí)現(xiàn)多軸系統(tǒng)高精度輪廓誤差控制，論文在傳統(tǒng)的輪廓誤差補(bǔ)償控制的基礎(chǔ)上，提出EGB輪廓誤差預(yù)補(bǔ)償控制方法，根據(jù)EGB控制系統(tǒng)伺服控制模型，采用分析預(yù)測的方式預(yù)估EGB控制系統(tǒng)中各軸的跟蹤誤差以及由此引起的齒面加工輪廓誤差，通過前置輪廓誤差補(bǔ)償模塊，實(shí)現(xiàn)預(yù)估的輪廓誤差提前補(bǔ)償。
　　論文針對現(xiàn)有非圓齒輪離散加工方式，破壞刀具和工件之間的展成聯(lián)動(dòng)關(guān)系，同時(shí)加工過程中機(jī)床各

6、軸運(yùn)行軌跡不具備連續(xù)平滑特性等問題，結(jié)合非圓齒輪滾、插齒加工聯(lián)動(dòng)控制模型提出了非圓齒輪連續(xù)展成加工方法，設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)非圓齒輪連續(xù)展成加工的滾、插齒加工非勻速比EGB模型，并在自主研發(fā)的齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，通過實(shí)例對所提加工方式的機(jī)床各軸的運(yùn)行軌跡進(jìn)行分析，結(jié)果表明加工過程中機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)軌跡平滑連續(xù)，有利于實(shí)現(xiàn)非圓齒輪高效高精加工。同時(shí)針對非圓齒輪加工過程中機(jī)床對實(shí)時(shí)變速變加速軌跡控制跟蹤誤差范圍波動(dòng)較大的問題，提出非勻速比EGB重復(fù)學(xué)