高速干切滾齒機(jī)床多參量熱平衡控制模型及熱變形誤差補(bǔ)償.pdf

1、高速干切滾齒工藝是一種典型的綠色制造工藝，是滾齒加工的重要發(fā)展趨勢，具有廣闊的市場前景。在我國，隨著節(jié)能減排戰(zhàn)略的深入推廣和廣大企業(yè)環(huán)境意識的提高，高速干切滾齒工藝技術(shù)與裝備的產(chǎn)業(yè)化推廣已成為齒輪加工行業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢。在高速干切滾齒加工中，使用壓縮空氣對切削區(qū)域進(jìn)行冷卻，高速干切滾齒機(jī)床熱平衡和熱變形與傳統(tǒng)濕切滾齒機(jī)床具有較大的區(qū)別。干式切削工藝于近二十年左右才逐步實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，目前關(guān)于干式切削的研究多集中于干式車削銑削的刀具及

2、難加工材料，缺乏從整機(jī)角度對高速干切滾齒機(jī)床熱平衡調(diào)控及熱變形誤差補(bǔ)償?shù)难芯?。在工業(yè)生產(chǎn)中，雖然高速干切滾齒機(jī)床多用于工件齒部的粗加工及半精加工，然而高速干切滾齒機(jī)床的熱能累積和熱變形對產(chǎn)品精度、生產(chǎn)率、機(jī)床適用性等仍造成了較大的不良影響。因此，高速干切滾齒機(jī)床的熱平衡調(diào)控及熱變形誤差補(bǔ)償問題，是工業(yè)生產(chǎn)及學(xué)術(shù)研究中急需解決的關(guān)鍵問題之一。
　　鑒于此，本論文在國家863計劃課題、機(jī)械傳動國家重點實驗室科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項項目、國家自然

3、科學(xué)基金項目等項目的資助下，結(jié)合高速干切滾齒加工工藝及高速干切滾齒機(jī)床的特性，對高速干切滾齒機(jī)床的熱平衡調(diào)控和熱變形誤差補(bǔ)償問題進(jìn)行了研究，并開展了一系列相關(guān)實驗。本論文的主要研究內(nèi)容如下：
　　在分析了高速干切滾齒機(jī)床與傳統(tǒng)濕切滾齒機(jī)床的冷卻方式、結(jié)構(gòu)及部件的不同的基礎(chǔ)上，建立了高速干切滾齒機(jī)床的電機(jī)、已加工工件、切屑、壓縮空氣、氣流、電機(jī)冷卻液、潤滑油、液壓油、機(jī)床外表面對流換熱、輻射等因素與高速干切滾齒機(jī)床熱能累積量之間的數(shù)

4、學(xué)模型，進(jìn)而建立了高速干切滾齒機(jī)床多參量驅(qū)動熱平衡模型。
　　建立了噴嘴出口處壓縮空氣的溫度、速度、壓強(qiáng)及質(zhì)量流量與壓縮空氣冷卻系統(tǒng)相關(guān)變量的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，進(jìn)而結(jié)合高速干切滾齒機(jī)床多參量驅(qū)動熱平衡模型，提出了基于壓縮空氣冷卻的高速干切滾齒機(jī)床熱平衡調(diào)控方法。以高速干切滾齒機(jī)床熱變形誤差為評價標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實例對高速干切滾齒機(jī)床多參量驅(qū)動熱平衡模型的精度及基于壓縮空氣冷卻的高速干切滾齒機(jī)床熱平衡調(diào)控的效果進(jìn)行了驗證。
　　針對高速

5、干切滾齒加工中存在工件熱變形誤差的問題，對其進(jìn)行分析后提出通過機(jī)床熱變形誤差補(bǔ)償方法同時對高速干切滾齒機(jī)床熱變形誤差及工件熱變形誤差進(jìn)行補(bǔ)償。建立了高速干切滾齒加工工件的熱變形誤差補(bǔ)償量和已加工工件溫度之間的關(guān)系模型，進(jìn)一步通過實驗建模法建立了高速干切滾齒機(jī)床已加工工件溫度預(yù)測模型，進(jìn)而得到高速干切滾齒機(jī)床及工件熱變形誤差補(bǔ)償模型。
　　根據(jù)研究需求開發(fā)了高速干切滾齒機(jī)床溫度場/熱變形實驗平臺，該實驗平臺的硬件系統(tǒng)主要使用美國國家