以车铣复合机床为研究对象,利用Solidworks建立三维模型,基于吉村允孝法计算出主要结合面参数,利用ANSYS Workbench建立整机的动力学模型,通过模态分析和谐响应分析确定立柱为影响整机动态性能的关键部件。以立柱的一阶固有频率、质量和静变形量为目标函数,以立柱两侧各筋板厚度为设计变量,利用响应面法对立柱进行多目标优化求解得出最优解集。最后对优化后的立柱进行分析验证,结果表明立柱的质量减少了12.37%,整机验证显示各阶频率均有所提高,由优化前后谐响应分析得出最大响应峰值明显减小。该设计方法有效改善了整机的动态性能。

针对当前非圆齿轮插齿加工效率低、切削力波动大的问题,在对插齿切削力建模,建立切削力与切削面积的关系的基础上,提出了一种基于恒定切削力约束的圆周进给量优化方法。以提高工件的加工效率并减少切削力的波动为优化目标,以机床参数和恒定的切削面积为约束,并以节曲线曲率半径为分段依据,建立了变圆周进给量优化模型。通过3阶椭圆齿轮插削实例分析,验证了变圆周进给优化模型的有效性;采用分段优化,避免了各运动轴速度的频繁剧烈变化,实现了非圆齿轮插齿加工工艺参数优化。

滚齿是重要的齿轮加工工艺之一,其加工成形过程复杂,并且涉及较多切削参数。为了量化切削参数对滚切力的影响,研究了一种基于三维几何仿真的滚齿切削力预测方法。根据滚刀和工件的几何参数以及切削参数确定加工过程中滚刀和工件的相对位置和运动关系,在CAD环境中实现滚齿运动过程的三维仿真,并得到未变形切屑的三维模型;根据选定的切削力模型,利用未变形切屑模型的截面尺寸计算单个切削刃的瞬时切削力,得到滚齿的整体受力过程;定量分析了不同切削参数对滚齿切削力的影响。该预测模型有助于滚齿加工工艺过程的优化设计,以提升加工质量和效率,降低加工成本。

采用内啮合强力珩齿工艺加工工件,通常需要用与工件相对应的定制金刚石修整轮对珩磨轮进行修整。为了增加金刚石修整轮的通用性,降低内啮合强力珩齿工艺的成本,提出了一种基于珩磨轮柔性修整的内啮合强力珩齿修形方法。首先,根据珩齿机各轴运动关系,建立珩磨轮修整和工件珩削的齿面数学模型;然后,将珩磨轮修整时机床的多轴联动以多项式形式表示,将各轴运动对最终工件齿面的影响表示为敏感度矩阵,以修形齿面为目标优化各轴多项式系数;最后,根据优化后的机床运动参数计算最终工件齿面,对所得工件进行齿面接触分析。结果表明,该工艺方法可以实现采用标准金刚石修整轮对珩磨轮进行柔性修整,最终加工出有效的修形齿轮工件。

珩齿已经成为齿轮精加工的一种重要方法。研究珩齿加工机理,准确把握珩削速度和磨粒粒度等因素对齿面粗糙度的影响大小,对于提升被加工齿轮表面质量有着重要意义。根据内齿珩轮强力珩齿加工特点,通过对内齿珩轮和工件相对运动的分析,建立了内齿珩轮与加工工件表面各点运动线速度方程;基于实际加工参数,应用经典磨削理论实现对珩齿加工工件粗糙度的预测,探究齿面不同齿高处粗糙度变化规律;使用三维形貌仪对内啮合珩齿工件齿轮表面粗糙度进行测量,并将粗糙度预测结果和测量结果进行了对比分析,验证了该规律的正确性。研究对提升珩齿加工质量具有重要意义。

文章为提高自主设计制造的五轴义齿加工中心的动态性能建立了可信的仿真模型,对该仿真模型和样机分别采用有限元模态分析、模态试验等方法进行研究。对义齿加工中心整机进行了有限元建模与仿真分析,获得了整机模态频率、振型等模态参数;采用多参考点最小二乘复频域法PolyMAX对义齿加工中心进行了整机结构模态试验,获得了相应的整机试验模态参数;通过对仿真数据和试验数据的对比分析,验证了分析模型的正确性;综合考虑模态分析结果和实际工作状况,初步识别出整机结构的薄弱环节,并提出相应的优化方案。实验结果表明,仿真模型与实验结果固有频率误差在11.5%以内,各阶模态之间的MAC值基本在10%以内,优化后关键模态固有频率由343 Hz变为445 Hz。结构优化使整机固有频率有效避开了设备加工频率,达到了改善其动态性能的目的。

文章在DEFORM-3D中运用二次回归正交旋转组合设计剪切仿真的试验方案,研究剪刃间隙、剪切角度、剪切速度对剪切断面质量的影响规律,从仿真结果得出塌角、光亮带、撕裂带、毛刺大小的预测模型以及不同工艺参数组合对剪切断面质量的影响显著;以4个预测模型的附加权重之和达到最优值为目标,建立评定多目标的剪切断面质量的数学模型,并运用二次规划函数对综合剪切断面质量数学模型进行优化分析,得出最佳剪切工艺参数,并进行了仿真验证。

数控内齿强力珩齿机是一种高效、高精度的齿轮加工机床，床身是整机的重要基础件，提高床身的动态特性对保障珩齿机的加工精度有重要意义。文章通过有限元软件建立了床身的有限元模型，并通过模态分析得到床身的前4阶模态频率和振型；对床身进行了模态试验，并通过整体多项式拟合法得到床身的前4阶试验模态参数，通过对比模态试验和仿真结果验证了有限元模型的正确性；在仿真分析和模态试验的基础上，提出了2种床身结构优化方案，并再次通过模态分析得到最佳的优化方案；最终，在保证床身质量变化较少的前提下将床身的一阶固有频率从178．33Hz增加到203．14Hz，为床身的结构优化设计提供了一定的理论依据。

针对非圆齿轮加工中,由齿坯节曲线曲率变化所引起的分次进刀过程中齿面加工余量分布不均的问题,提出一种匀化非圆齿轮齿面加工余量的工艺方法。以非圆齿轮插削工艺为研究对象,基于插齿加工原理,对齿面加工余量分布不均的成因进行了分析;在此基础上建立了非圆齿轮匀化工艺插削联动模型,通过实时调整插刀与齿坯的几何位置关系,实现了非圆齿轮齿面加工余量的匀化;开发了非圆齿轮插齿CAM系统,利用CAM系统对齿面加工余量匀化工艺进行了仿真验证,仿真结果表明,所提工艺方法正确、可行;将匀化工艺集成到自主开发的齿轮加工数控系统中,进行了非圆齿轮插削加工试验,试验结果表明,所提工艺方法能够有效匀化齿面加工余量;对加工出的非圆齿轮齿面进行了三维形貌检测,检测结果表明,所提工艺方法能够显著提高非圆齿轮的加工精度与表面质量。

定轴交角修整珩磨轮会导致珩磨轮负变位,引起珩齿接触条件和切削参数的改变。在分析工件齿面纹理形成机制和定轴交角修整珩磨轮造成负变位的原因的基础上,提出一种保证工件齿面加工纹理恒定的变轴交角修整珩磨轮工艺策略,即在珩磨轮每次修整时,轴交角作为中心距的函数不断地变化,在加工工件时轴交角和珩磨轮修整时保持一致。通过仿真分析得知,该工艺可以使珩磨轮在寿命周期内获得与工件恒定的接触和切削参数,且加工后的齿面纹理不会发生变动。同时保证在珩磨轮寿命中,轮齿齿型形状几乎不变,大幅提高了珩磨轮可修整次数。