大模数凸形刃刮削滚刀及其刃磨装置的研究

作     者：耿冬妮 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：祝佩兴

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：凸曲前刀面 刮削滚刀 刃磨运动 有限元 静力分析 

摘      要：本文综述了硬质合金齿轮刮削滚刀发展现状，针对平前刀面齿轮刮削滚刀存在的崩刃现象严重以及重磨后精度下降快的两个缺点，在硬齿面刮削滚刀构形理论研究的基础上，提出了一种新颖的滚刀构形方法。此种方法不仅克服了传统平前刀面刮削滚刀存在的缺点，同时也解决了凸曲前刀面齿轮刮削滚刀在大模数时构形误差随模数增大而增大的问题。大模数凸形刃齿轮刮削滚刀的构形方法的提出，奠定了此种刮削滚刀以后能够用于生产实际加工的基础，同时研制出一种经济、简易的适合中小企业应用的大模数凸形刃齿轮刮削滚刀的刃磨装置，使此种滚刀可以方便地在普通平面磨床上进行刃磨，因此研究设计这种滚刀的刃磨装置具有一定的实际意义与价值。 首先本文通过论述吉林大学全玉璋教授的专利项目——凸曲前刀面刮削滚刀，探讨了此种滚刀的存在的不足，即随着滚刀模数的增大刀刃构形误差也增大，因此这种构形方法在大模数范围内难于应用到实际的生产加工，本课题着眼于在前人的基础上研究一种新的滚刀构形方法，使凸曲前刀面刮削滚刀能够在大模数时，也符合构形误差要求。 本文在现有的硬质合金刮削滚刀的构形方法研究的基础上，在Windows XP环境下，借助基于MATLAB环境下的图形软件开发包研究探讨滚刀构形误差问题，使用MATLAB编程环境，根据大模数凸形刃齿轮刮削滚刀的构形机理以及模拟退火算法，进行编译程序并进行优化计算。首先根据凸曲前刀面的构形算法进行计算，根据误差曲线图分析误差变化规律，再根据误差变化规律进行编程优化，得出最优解，并最终得到优化后的误差曲线，完成对大模数凸形刃刮削滚刀的构形方法的研究，获得加工大模数凸形刃刮削滚刀的参数数据。 通过对大模数凸形刃刮削滚刀的刃磨过程的研究，此种滚刀需要根据展成原理进行刃磨，本文初步设计出滚刀的刃磨装置。根据运动传递路线以及运动方式的不同，同时依据刃磨过程得知，要实现大模数凸形刃刮削滚刀的刃磨，需要有直线进给系统以及旋转运动系统配合完成。直线运动是由伺服电机带动丝杠轴的转动，丝杠轴是通过轴承固定在底座上的，通过丝杠螺母驱动滑板使下壳体沿着导轨滑动;旋转运动是由伺服电机驱动蜗杆轴，蜗杆轴与蜗轮定比传动，实现了主轴的转动，同时实现了安装在主轴上的滚刀的旋转。滚刀的分度是由安装在主轴末端的编码器发信号到数控装置实现的。在设计过程中，利用CATIA强大的建模功能进行零件的三维建模设计和虚拟装配，得到了刃磨装置的装配模型，检查各零件之间是否干涉，最后建成整体的虚拟样机模型。 本文最后对设计的刃磨装置进行关键部件的静力分析。由于滚刀刃磨过程中刃磨装置的关键零件的变形会对滚刀刃磨精度造成影响，因此利用ANSYS软件对主轴和壳体进行静力分析，分析结果表明这些零件的强度能够满足实际加工要求，其刚度能够保证刃磨过程中滚刀获得足够的精度。