弧齒錐齒輪數(shù)控銑齒機(jī)運(yùn)動(dòng)分析及控制系統(tǒng)研究.pdf

1、弧齒錐齒輪以其良好的動(dòng)態(tài)性能，在機(jī)械行業(yè)中占有相當(dāng)重要的地位，在航空、航海、汽車(chē)和各種精密機(jī)床等行業(yè)應(yīng)用廣泛。但是弧齒錐齒輪的設(shè)計(jì)加工相當(dāng)復(fù)雜，而且當(dāng)前擁有該技術(shù)的Gleason公司等搞技術(shù)壟斷，促使許多國(guó)家對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研究和探討，因而對(duì)弧齒錐齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)技術(shù)的研究一直是齒輪制造中非常活躍的領(lǐng)域。盡管?chē)?guó)內(nèi)有多家企業(yè)研制開(kāi)發(fā)了不同系列的弧齒錐齒輪數(shù)控加工機(jī)床，但是其控制系統(tǒng)都是采用SIEMENS、FANUC等國(guó)外高檔數(shù)控系

2、統(tǒng)，使得國(guó)內(nèi)在弧齒錐齒輪設(shè)計(jì)、加工等方面仍然受制于國(guó)外少數(shù)壟斷企業(yè)，嚴(yán)重制約著我國(guó)制造業(yè)水平的提高。 本文在江蘇省自然科學(xué)基金（招標(biāo)）項(xiàng)目（BK2003005）和江蘇省科技廳科技攻關(guān)項(xiàng)目（BE2003031）的資助下，對(duì)弧齒錐齒輪數(shù)控加工理論進(jìn)行了研究和探討，自主開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)基于運(yùn)動(dòng)控制器的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的弧齒錐齒輪數(shù)控銑齒機(jī)控制系統(tǒng)。 首先研究了弧齒錐齒輪的加工原理、齒面修正的方法以及機(jī)床參數(shù)的調(diào)整計(jì)

3、算。在保證弧齒錐齒輪加工過(guò)程中刀盤(pán)相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過(guò)矢量變換實(shí)現(xiàn)銑齒加工的數(shù)控展成運(yùn)動(dòng)。將數(shù)控軸的展成運(yùn)動(dòng)表示為五次參數(shù)樣條函數(shù)，以工件齒輪的轉(zhuǎn)角作為參數(shù)，大大減少了計(jì)算時(shí)間，插補(bǔ)算法易于實(shí)現(xiàn)，可以保證實(shí)現(xiàn)精確地?cái)?shù)控展成運(yùn)動(dòng)。 考慮到采用擬牛頓法來(lái)求解齒面接觸點(diǎn)時(shí)，計(jì)算過(guò)程容易發(fā)散，同時(shí)沒(méi)有考慮變量的區(qū)間約束問(wèn)題，提出將接觸點(diǎn)求解轉(zhuǎn)換為約束優(yōu)化求極小值問(wèn)題，采用復(fù)合形法進(jìn)行求解。考慮到復(fù)合形法搜索速度較慢，當(dāng)變量

4、個(gè)數(shù)較多時(shí)尤其如此。本文根據(jù)大輪和小輪在接觸點(diǎn)法線重合這一條件，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立了只含有3個(gè)設(shè)計(jì)變量的約束優(yōu)化問(wèn)題。對(duì)數(shù)控加工切削產(chǎn)生的弧齒錐齒輪進(jìn)行齒面接觸分析，提出在數(shù)控系統(tǒng)中對(duì)切齒計(jì)算進(jìn)行修正以改善輪齒齒面接觸狀況的方法。 其次提出一種參數(shù)曲線插補(bǔ)的自適應(yīng)加減速控制方法。在插補(bǔ)預(yù)處理中，對(duì)輪廓誤差引起的速度變化曲線進(jìn)行分析，在保證加加速度滿足要求的同時(shí)，對(duì)加速度的變化進(jìn)行控制。這樣，不僅可以保證插補(bǔ)的輪廓誤差滿足要求，

5、而且可以使進(jìn)給速度變化平滑，有效地避免了加速度和加加速度的變化對(duì)機(jī)械本體造成的沖擊。將這種參數(shù)曲線插補(bǔ)的自適應(yīng)加減速控制方法與弧齒錐齒輪數(shù)控切齒加工相結(jié)合，提出了弧齒錐齒輪數(shù)控加工高精度參數(shù)插補(bǔ)控制算法，應(yīng)用于自主開(kāi)發(fā)的弧齒錐齒輪數(shù)控銑齒機(jī)中，實(shí)現(xiàn)切齒加工的控制。 自主研發(fā)了基于運(yùn)動(dòng)控制器的六軸四聯(lián)動(dòng)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。該數(shù)控系統(tǒng)基于PC總線，采用486級(jí)微處理器及可編程邏輯器件（CPLD、FPGA）為核心構(gòu)成運(yùn)動(dòng)控制器?；谏鲜龅?/p>