修形齿面蜗杆砂轮磨削加工误差溯源机理及等效补偿方法

项目来源

国家自然科学基金(NSFC)

项目主持人

李国龙

项目受资助机构

重庆大学

项目编号

51875066

立项年度

2018

立项时间

未公开

项目级别

国家级

研究期限

未知 / 未知

受资助金额

60.00万元

学科

工程与材料科学-机械设计与制造-制造系统与智能化

学科代码

E-E05-E0510

基金类别

面上项目

关键词

磨削 ; 齿轮 ; 加工误差补偿 ; 五轴数控加工 ; 复杂曲面 ;

参与者

李先广;刘达斌;蒋林;徐凯;董鑫;操兵;任唯贤;陶小会;李彪

参与机构

重庆机床(集团)有限责任公司

项目标书摘要:精密修形齿轮是高端机械装备极其重要的基础件,其齿面五轴联动蜗杆砂轮磨削加工误差来源复杂,高效、高精、短周期的误差补偿要求难以满足,高精度机床和温控环境等误差消减“硬技术”显著增加制齿成本。本项目基于前期探明的齿面创成点矢量族包络原理及齿轮机床同步轴误差补偿机理,针对齿面蜗杆砂轮磨削加工误差溯源机理及等效补偿的关键科学难题开展研究。建立基于齿面创成特性的误差评定模型,实现全齿面误差的加工接触迹表征;研究蜗杆砂轮磨齿的数字化计算原理,建立叠加刀具—轨迹—工件误差的齿面创成耦合模型,揭示齿面误差与创成运动误差的映射规律;研究创成模型的解耦方法,通过刀具误差分离及五轴轨迹误差的两轴溯源,实现基于虚拟轴的等效误差补偿;研制误差补偿系统并进行实验验证。项目研究为蜗杆砂轮磨齿加工误差补偿提供运动几何学原理与方法支撑,对于打破国外高端磨齿机垄断,提升我国高端齿轮制造水平,具有重要的社会和经济价值。

Application Abstract: Precision modified gears are the key components in advanced mechanical equipment.The error source of tooth surface is complex in the five-axis continuous generating grinding process and the error compensation is difficult to meet with the requirements of high efficiency,high precision,and short period.Some error subduction technologies such as high precision machine tools and thermal controlling environment remarkably increase the cost of gear production.Based on the point-vector group envelope theory of tooth surface generation and the error compensation of synchronized axis which are proved,the traceability mechanism of the error in the process of continuous generating grinding and the key scientific problems of equivalent compensation are studied in this research.Firstly,an error evaluation model based on the characteristics of tooth surface generation is established to achieve the representation of the whole tooth surface error with the machining contact trace.Next,the digital generation principle of tooth surface in the continuous generating grinding is studied and the coupling model including the errors of the tool,trajectory,and work piece is established to reveal the mapping law between tooth surface error and generation motion error;Then,the decoupling method for the generation model is studied to realize equivalent error compensation based on the virtual axis function by separating the tool error and simplifying traceability of five-axis trajectory error with two axes.Finally,an error compensation system is developed and the experimental verification is performed.The study of this project provides the principle and method of motion geometry support for machining error compensation of continuous generating grindingand it has important social and economic value for breaking the monopoly of foreign high-end gear grinding machines and raising the domestic level of advanced gear manufacturing.

项目受资助省

重庆市

项目结题报告(全文)

本项目针对齿面蜗杆砂轮磨削加工误差溯源机理及等效补偿的关键科学难题开展研究。建立基于齿面误差测点的误差曲面拟合模型,研究齿面误差评定方法;基于蜗杆砂轮磨齿的数字化计算原理,建立叠加刀具—轨迹—工件误差的齿面创成耦合模型,揭示齿面误差与创成运动误差的映射规律;研究齿面误差解耦方法,分离蜗杆砂轮磨削加工过程中的刀具误差及轴运动误差,实现等效误差补偿;研制蜗杆砂轮磨削加工误差补偿系统并进行仿真与实验验证,并通过误差补偿系统的研制实现了研究成果转化。依托本项目,正式发表EI/SCI论文13篇,CSCD论文2篇,网络出版SCI论文1篇,授权发明专利5项,公开发明专利6项,授权软件著作权2项,出版学术专著1本。项目研究为蜗杆砂轮磨齿加工误差补偿提供了运动几何学原理与方法支撑,对于打破国外高端磨齿机垄断,提升我国高端齿轮制造水平,具有重要的社会和经济价值。

  • 排序方式:
  • 1
  • /
  • 1.基于球杆仪测量的五轴数控机床几何误差辨识及补偿研究

    • 关键词:
    • 五轴数控机床;球杆仪;几何误差辨识;敏感度分析;误差补偿
    • 陶小会
    • 指导老师:重庆大学 李国龙
    • 学位论文

    五轴数控机床由于能实现各轴之间的联动,且精度较高,被用于加工各种复杂曲面和精密部件,在航天、船舶、军事装备等方面都有重要应用。随着制造水平的提升,对机床加工精度的要求也更高,机床正朝着高精度的方向发展,而误差补偿是提高机床加工精度的有效方法。几何误差对机床加工精度影响较大,且测量耗时耗力,因此本文分析几何误差建模过程,提出快速测量与辨识几何误差的方法,分析加工过程中几何误差的敏感度,研究误差补偿方法,论文的主要研究内容如下:①基于旋量理论建立双转台五轴数控机床几何误差模型。将旋量理论引入到机床几何误差建模过程中,用指数矩阵表示刚体间的运动变换矩阵,推导出表示机床运动学的指数积公式;分析机床各运动轴的几何误差,推导几何误差模型。②基于球杆仪快速测量辨识五轴数控机床直线轴和旋转轴的几何误差。用球杆仪对直线轴几何误差进行测量,分别在XY、YZ、ZX平面内执行一次测量,即可辨识出直线轴的21项几何误差;通过A轴和C轴轴向和径向测量模式辨识旋转轴位置无关几何误差,将球杆仪测量数据拟合圆圆心偏差与几何误差联系起来,克服了在测量结果中取特殊位置点进行辨识的缺陷,提高了辨识精度;提出锥形测量法测量旋转轴位置相关几何误差,推导几何误差与球杆仪杆长变化量的矩阵关系式,结合测量结果,即可得到误差值,使辨识过程更高效。③分析圆锥台试件加工过程中几何误差对空间误差的敏感度,识别出关键几何误差项。基于Sobol法对几何误差模型进行方差分析,推导出敏感度系数的计算公式;在圆锥台试件加工过程中取若干加工位置点,计算加工点处几何误差对空间位置和姿态误差的一阶和全局敏感度系数,识别出工件加工过程中影响空间误差的关键几何误差项,为几何误差补偿提供理论基础。④提出一种五轴数控机床几何误差补偿策略。构造机床位置误差和姿态误差的雅克比矩阵,先补偿姿态误差再补偿位置误差,计算得到直线轴和旋转轴的补偿量;在华中数控HMU20型五轴数控机床上,执行本文所提出的几何误差建模、测量、辨识和补偿方法,并对补偿结果进行验证;结合圆锥台试件加工过程中敏感度分析的结果,有侧重性地进行补偿,对比补偿所有误差与仅补偿关键误差的效果,根据补偿效果对误差模型进行修正,简化补偿过程,提高建模和补偿效率。

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