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直面微型薄壁微细铣削变形与在线补偿研究

湖南大学学报（自然科学版） 2023年第4期50卷 87-96页

作者：李阳程祥凌四营郑光明山东理工大学机械工程学院山东淄博255000 大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

薄壁特征在切削加工中的弹性变形一直是制约其加工质量的关键因素,针对这一问题开展弹性变形预估与补偿研究.首先,基于有限元对不同厚度的直面微型薄壁特征进行分层铣削建模,研究薄壁沿高度方向和沿长度方向的变形规律,建立考虑材料去... 详细信息

薄壁特征在切削加工中的弹性变形一直是制约其加工质量的关键因素,针对这一问题开展弹性变形预估与补偿研究.首先,基于有限元对不同厚度的直面微型薄壁特征进行分层铣削建模,研究薄壁沿高度方向和沿长度方向的变形规律,建立考虑材料去除对薄壁刚度影响的悬臂梁法薄壁变形模型.其次,研制了单自由度切削力测量与实时切削参数补偿装置,基于薄壁切削过程中实时测量的切削力与变形模型,预估薄壁变形量,作为补偿值对径向切削参数进行实时补偿.最后,进行直面微型薄壁特征的微细铣削对比试验.结果表明:经过径向切削参数补偿后,薄壁的平均相对误差从6.86%减少到2.19%,验证了所建立模型的可靠性与所研发补偿装置的有效性.

关键词：薄壁微细铣削悬臂梁法变形在线补偿

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基于1级精度基准标准齿轮的超精密磨齿工艺

光学精密工程 2011年第7期19卷 1596-1604页

作者：凌四营王立鼎李克洪马勇大连理工大学精密特种加工及微系统教育部重点实验室辽宁大连116023 大连理工大学微纳米技术及系统辽宁省重点实验室辽宁大连116023

为建立超精密磨齿工艺的科学原理与技术框架,以研制ISO 1328-1∶1995中1级精度的基准标准齿轮为目标,研究了超精密齿轮磨齿工艺原理与方法。首先,依据渐开线齿轮最佳成型原理,考虑机床关键元部件易精化及结构刚度高的特点,选择Y7125型... 详细信息

为建立超精密磨齿工艺的科学原理与技术框架,以研制ISO 1328-1∶1995中1级精度的基准标准齿轮为目标,研究了超精密齿轮磨齿工艺原理与方法。首先,依据渐开线齿轮最佳成型原理,考虑机床关键元部件易精化及结构刚度高的特点,选择Y7125型大平面砂轮磨齿机为工具机。然后,从齿坯工艺与基准修复、机床参数的优化调整及科学的磨齿操作等方面对超精密磨齿工艺进行了探讨与研究。最后,通过磨齿实验研制出了m2和m4一级精度的基准标准齿轮。该项工艺的研究对我国齿轮制造技术与水平的全面提升具有指导作用。

关键词：基准标准齿轮超精密磨齿磨齿工艺

环境温度对双滚轮-导轨式渐开线测量仪的影响

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仪器仪表学报 2022年第12期43卷 104-111页

作者：凌明凌四营张衡王奉涛王立鼎大连理工大学微纳米技术及系统辽宁省重点实验室大连116023 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116023 汕头大学智能制造技术教育部重点实验室汕头515063

双滚轮-导轨式渐开线测量仪是一种无阿贝误差、误差源少、测量精度高的渐开线测量仪器,常用来测量高精度标准齿轮和齿轮渐开线样板。本文研究了环境温度对双滚轮-导轨式渐开线测量仪及齿轮渐开线样板的影响,发现当双滚轮-导轨式渐开线... 详细信息

双滚轮-导轨式渐开线测量仪是一种无阿贝误差、误差源少、测量精度高的渐开线测量仪器,常用来测量高精度标准齿轮和齿轮渐开线样板。本文研究了环境温度对双滚轮-导轨式渐开线测量仪及齿轮渐开线样板的影响,发现当双滚轮-导轨式渐开线测量仪的滚轮与待测齿轮渐开线样板的热膨胀系数相同时,环境温度的变化不会带来齿廓倾斜偏差,而滚轮与齿轮渐开线样板的热膨胀系数不同时,在20℃±5℃范围内环境温度的变化带来的齿廓倾斜偏差是随环境温度线性变化的,而且上述两种情况环境温度的变化均只带来纳米量级的齿廓形状偏差,可以忽略。通过ANSYS进行了渐开线样板、滚轮和导轨的热膨胀仿真验证,并通过GCr15钢和SiC陶瓷材料的滚轮对材料为GCr15钢的渐开线样板的同一齿面进行了不同环境温度下的齿廓偏差测量实验,环境温度变化时,GCr15钢材料滚轮测得的齿廓倾斜偏差未发生明显改变,SiC陶瓷材料滚轮测得的齿廓倾斜偏差的变化量为0.71μm/℃,与理论值0.73μm/℃基本一致,两种材料滚轮测得的齿廓形状偏差均未发生明显改变。

关键词：渐开线齿廓偏差齿轮测量热膨胀误差补偿

基于多齿定位分度机构的高精度齿距样板的研制

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光学精密工程 2023年第20期31卷 2951-2963页

作者：凌四营刘远航龚海锋王奉涛凌明汕头大学智能制造技术教育部重点实验室广东汕头515063 大连理工大学微纳米技术及系统辽宁省重点实验室辽宁大连116023

齿距样板是用于校准齿轮测量仪器齿距累积总偏差测量示值误差、单个齿距偏差测量重复性和回转台角定位误差的标准计量器具。为研制高精度齿距样板,本文首先基于误差均化原理设计了一种多齿定位爪用于磨齿机定位分度机构,然后对多齿定位... 详细信息

齿距样板是用于校准齿轮测量仪器齿距累积总偏差测量示值误差、单个齿距偏差测量重复性和回转台角定位误差的标准计量器具。为研制高精度齿距样板,本文首先基于误差均化原理设计了一种多齿定位爪用于磨齿机定位分度机构,然后对多齿定位分度机构的误差均化效应和分度精度保持性进行了数据仿真,最后分别采用单齿和多齿定位分度机构进行了对比加工实验。实验结果表明:相较于单齿定位分度机构,采用多齿定位分度机构时被加工齿距样板的单个齿距偏差降低了30.0%~36.4%;齿距累积总偏差降低了30.4%~48%,最终实现了法向模数mn=4 mm、齿数z=30、单个齿距偏差fp=0.6μm、齿距累积总偏差Fp=1.4μm的齿距样板的超精密加工,其齿距精度优于圆柱齿轮国家标准GB/T 10095.1-2022对该规格1级精度齿距公差的要求(fpT=1.7μm,FpT=5.0μm),本研究为高精度齿距样板的制造提供了支撑。

关键词：齿距偏差齿距样板分度机构磨齿机

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高精度齿轮渐开线样板与测量仪器研究进展

光学精密工程 2023年第23期31卷 3457-3473页

作者：凌四营凌明林虎王奉涛王立鼎汕头大学智能制造技术教育部重点实验室广东汕头515063 大连理工大学微纳米技术及系统辽宁省重点实验室辽宁大连116023 中国计量科学研究院北京100029

渐开线圆柱齿轮是量大面广的关键机械基础件,为了实现渐开线量值的统一,通常需要将渐开线样板作为渐开线的实体标准器进行渐开线齿廓偏差的量值溯源、量值传递与量值比对。本文回顾了各国高精度单基圆参数、多基圆参数渐开线样板、集成... 详细信息

渐开线圆柱齿轮是量大面广的关键机械基础件,为了实现渐开线量值的统一,通常需要将渐开线样板作为渐开线的实体标准器进行渐开线齿廓偏差的量值溯源、量值传递与量值比对。本文回顾了各国高精度单基圆参数、多基圆参数渐开线样板、集成其他几何参数的齿轮样板、非渐开线式样板及高精度渐开线测量仪器的研究进展,并对渐开线样板的使用展开长度提出了建议,对高精度渐开线样板的发展做出了展望。

关键词：渐开线样板渐开线齿廓偏差渐开线测量仪标准器

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1级齿轮渐开线样板的国内量值比对

光学精密工程 2022年第22期30卷 2869-2875页

作者：凌四营凌明石照耀柏林王立鼎大连理工大学微纳米技术及系统辽宁省重点实验室辽宁大连116023 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室辽宁大连116023 北京工业大学北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心北京100124 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

齿轮渐开线样板国家标准GB/T 6467-2010中的最高等级为1级,其齿廓形状公差在1.0~2.1μm之间,目前我国商品渐开线测量仪的测量不确定度暂不满足1级齿轮渐开线样板的测量要求。为了验证大连理工大学高精度齿轮研究室研制的齿轮渐开线样板... 详细信息

齿轮渐开线样板国家标准GB/T 6467-2010中的最高等级为1级,其齿廓形状公差在1.0~2.1μm之间,目前我国商品渐开线测量仪的测量不确定度暂不满足1级齿轮渐开线样板的测量要求。为了验证大连理工大学高精度齿轮研究室研制的齿轮渐开线样板的制造精度,大连理工大学联合中国计量科学研究院、东北国家计量测试中心、重庆市计量质量检测研究院对编号GIA db100-200-262:06的具有3种基圆参数的新型齿轮渐开线样板进行了国内量值比对。根据各单位计量室提供的齿轮渐开线样板基圆半径和齿廓形状偏差的测量结果和测量不确定度,采用加权平均法计算该齿轮渐开线样板的齿廓形状偏差参考值,最终测量结果的归一化偏差|E_(n)|<1,证明了各计量室测量结果的真实有效性。在95%的置信区间内,该齿轮渐开线样板4个齿面计值范围内的齿廓形状偏差f_(fα)=(0.27~0.43)±0.53μm,满足我国齿轮渐开线样板国家标准GB/T 6467-2010对1级齿轮渐开线样板齿廓形状公差和计值范围的要求。

关键词：齿轮渐开线样板渐开线齿廓偏差量值比对

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虑及计值范围的1级齿轮渐开线样板精密成型

仪器仪表学报 2021年第11期42卷 35-44页

作者：凌明凌四营刘祥生杨洋王立鼎大连理工大学微纳米技术及系统辽宁省重点实验室大连116023 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116023

齿轮渐开线样板是渐开线齿轮齿廓偏差溯源与量值传递的基准,是校准各种渐开线测量仪器的标准计量器具,但是目前国内外没有满足我国齿轮渐开线样板国家标准GB/T 6467-2010要求的1级齿轮渐开线样板。1级齿轮渐开线样板对计值范围和齿廓形... 详细信息

齿轮渐开线样板是渐开线齿轮齿廓偏差溯源与量值传递的基准,是校准各种渐开线测量仪器的标准计量器具,但是目前国内外没有满足我国齿轮渐开线样板国家标准GB/T 6467-2010要求的1级齿轮渐开线样板。1级齿轮渐开线样板对计值范围和齿廓形状偏差要求极为严格,齿根部非计值范围内的齿面弧长仅0.1 mm左右,极易受加工误差影响,导致齿根部加工根切或加工不完整,使齿轮渐开线样板的齿根部齿廓形状偏差超差。本文建立了起始展开角误差与齿轮渐开线样板齿根部齿廓偏差映射关系的数学模型,分析了齿根部齿廓形状偏差超差的原因,通过Siemens NX运动仿真和CAD仿真对模型进行了验证,并提出一种渐次加工的齿轮渐开线样板齿根部工艺,利用该工艺对一件具有3种基圆参数的新型齿轮渐开线样板进行了磨削实验,4个齿面均满足在计值范围内齿廓形状偏差f_(fα)<1μm,满足我国齿轮渐开线样板国家标准GB/T 6467-2010对1级齿轮渐开线样板计值范围和齿廓形状偏差的要求,研究成果为1级齿轮渐开线样板的精密制造提供了工艺方法的支持。

关键词：齿轮渐开线样板渐开线齿廓偏差磨齿工艺精密加工

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渐开线纯滚动测量中展开长度的确定方法

仪器仪表学报 2022年第8期43卷 101-108页

作者：凌明凌四营刘祥生石照耀王立鼎大连理工大学微纳米技术及系统辽宁省重点实验室大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室北京工业大学北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心

双滚轮-导轨式渐开线测量仪一种无阿贝误差、误差源少、测量精度高的渐开线测量仪器，常用来测量1级齿轮渐开线样板或1级标准齿轮，但是双滚轮-导轨式渐开线测量仪不易准确获得渐开线的齿廓偏差与展开长度的对应关系。而渐开线齿面的齿... 详细信息

双滚轮-导轨式渐开线测量仪一种无阿贝误差、误差源少、测量精度高的渐开线测量仪器，常用来测量1级齿轮渐开线样板或1级标准齿轮，但是双滚轮-导轨式渐开线测量仪不易准确获得渐开线的齿廓偏差与展开长度的对应关系。而渐开线齿面的齿根部容易累积较多的加工误差和测量误差，1级齿轮渐开线样板要求齿廓偏差需要从展开长度3或5 mm处开始计值，如果展开长度存在偏差将会影响齿廓偏差的测量结果。为了获得齿廓偏差与展开长度较为准确的对应关系、实现齿轮渐开线样板的精确计值，本文研究了双滚轮-导轨式渐开线测量仪测量齿轮渐开线样板时齿轮渐开线样板齿顶圆角、齿顶圆偏差和滚轮半径偏差对展开长度的影响，提出一种基于机器视觉的双滚轮-导轨式渐开线测量仪测量策略和展开长度修正方法，通过机器视觉判断渐开线样板理论齿顶点和起始测量位置，并根据滚轮半径对展开长度进行修正。本文对一件齿轮渐开线样板进行了测量实验，齿廓形状偏差的测量结果与齿轮测量中心的差异不大于0.1μm,且齿廓偏差曲线具有一致性，说明该测量策略可以获得齿廓偏差与展开长度的对应关系。

关键词：齿轮渐开线样板渐开线测量展开长度渐开线齿廓偏差机器视觉

双滚轮-导轨式渐开线测量仪的空间几何误差补偿方法

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光学精密工程 2022年第6期30卷 689-701页

作者：凌四营孔玉梅赵昌明凌明王立鼎大连理工大学精密特种加工教育部重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学微纳米技术及系统辽宁省重点实验室辽宁大连116024

为解决1级齿轮渐开线样板的精密测量难题,提出了一种基于双滚轮-导轨式渐开线测量仪的空间几何误差补偿新方法。首先,建立了空间几何误差与渐开线齿廓偏差之间映射关系的数学模型;然后,基于该模型对齿轮渐开线样板、基圆盘与芯轴的综合... 详细信息

为解决1级齿轮渐开线样板的精密测量难题,提出了一种基于双滚轮-导轨式渐开线测量仪的空间几何误差补偿新方法。首先,建立了空间几何误差与渐开线齿廓偏差之间映射关系的数学模型;然后,基于该模型对齿轮渐开线样板、基圆盘与芯轴的综合安装误差和基圆盘的圆度误差进行了具体分析;最后,通过改变渐开线展开长度对应的基圆盘使用圆弧段、综合安装偏心量及相位等参数,实测了齿轮渐开线样板的齿廓偏差,并得出以下结论:基圆盘的圆度误差引起的齿廓偏差实测值与理论值之差不大于0.04μm;以偏心量e为3.46μm为例,纯滚动组件按照最大齿廓倾斜偏差相位(λ_(1)=λ_(2)=λ_(3)=70°)装配时,齿廓倾斜偏差f;的实测值与理论值相差-0.16μm,相对误差约为4%;按照最大齿廓形状偏差相位(λ_(1)=λ_(2)=λ_(3)=160°)装配时,齿廓形状偏差f;的实测值与理论值相差0.01μm,相对误差约为2%。实验结果证明了空间几何误差补偿方法的有效性,该补偿方法为实现1级齿轮渐开线样板的制造提供了测量手段。

关键词：空间几何误差齿廓偏差齿轮渐开线样板误差补偿渐开线测量

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