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全数控立式锥齿轮铣齿机坐标控制方法及软件开发

全数控立式锥齿轮铣齿机坐标控制方法及软件开发

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作者：王琅重庆理工大学

学位级别：硕士

全数控螺旋锥齿轮立式铣齿机的刀具主轴布置在竖直方向的立柱上,工件主轴垂直于水平面,它具有立式结构机床的高刚性,同时切屑流动性更好,是一种适应了螺旋锥齿轮加工高速、高精、干切要求的新型装备。目前国内部分厂家和科研人员已经尝... 详细信息

全数控螺旋锥齿轮立式铣齿机的刀具主轴布置在竖直方向的立柱上,工件主轴垂直于水平面,它具有立式结构机床的高刚性,同时切屑流动性更好,是一种适应了螺旋锥齿轮加工高速、高精、干切要求的新型装备。目前国内部分厂家和科研人员已经尝试针对全数控立式锥齿轮铣齿机开展研究。针对其机床结构研究切齿加工和齿轮测量时的运动规律,提出与立式铣齿机配套的运动控制方法并开发控制软件是必要的。本项研究针对不同切齿加工方法之间的差异,分析其刀具和工件齿轮的相对位置和相对运动关系,根据机械式铣齿机结构,建立了切齿加工时的基本机床模型,确定了机械式铣齿机中展成时刀具和齿轮的相对运动关系;对比分析全数控立式铣齿机和机械式铣齿机的结构差异,将基本机床模型进行转换,形成了立式铣齿机切齿时的机床运动模型,确定了立式铣齿机切齿时刀具和工件相对运动,求解了其切齿运动刀位点,转换为机床坐标;实现了立式铣齿机切齿运动控制。根据测量机构在机床中的安装方式,分析了测量时测头和齿轮的位置和运动关系,建立了立式铣齿机测量运动控制模型,设计了测头标定方法。针对螺旋锥齿轮齿距误差和齿形误差的定义,设计了在立式铣齿机上进行测量时的方法,规划了测头的测量路径,并将测头位置转换为机床坐标,实现测量运动控制。对测量结果进行误差分析,得出被测齿轮的齿距误差和齿形误差。根据齿形误差建立误差曲面方程,将误差曲面方程分解为高阶几何特性参数的方程,以调整参数为优化变量,建立了逼近理论齿面的数学模型,采用最小二乘法求解,得出切齿反调参数。分析840Dsl数控系统各组件之间通讯方式,参照帮助文档确定了针对全数控立式铣齿机数控系统二次开发方式。针对螺旋锥齿轮生产过程,设计了软件的功能和各功能之间的逻辑关系,完成软件界面的开发和软件框架的搭建;应用MFC库实现各功能的响应,应用BCGControl库对界面显示进行美化;根据研究的切齿和测量时机床运动规律,编写切齿和测量控制算法;并通过动态链接的方式实现软件和算法库的链接。构建机床运动仿真平台及工装模型,调整参数和测量参数通过参数输入界面输入软件,得到NC程序。将NC程序导入仿真平台进行运动仿真。以测量NC代码对仿真加工后的齿轮模型进行测量,验证了加工测量算法的正确性;应用现有装备,设计误差反调实验,得出误差反调结果,通过对比反调前后测量的齿形偏差,以及实际接触区和理论接触区的差异,验证了算法的正确性。经过本文的研究,推导了国产全数控立式铣齿机切齿和测量时的运动原理,实现了国产全数控立式铣齿机运动控制,完成了机床的配套软件的编写。对国产立式铣齿机的发展作出贡献。

关键词：立式铣齿机运动控制软件开发螺旋锥齿轮的切齿和测量

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