基于加工中心的螺旋锥齿轮“全齿面主动修形”策略与方法研究

In recent years, teeth's processing of spiral bevel gear on a machining center has entered the industrial application stage, the large spiral bevel gear manufacturing in machining centers presents more advantages than a dedicated milling machine. The theory and methods of the spiral bevel gear modification is still using dedicated milling machine equivalent conversion mode, in many ways failed to achieve the advantages of the machine center. This project aims at overcoming restrictions of special milling machine, which modification is based on adjusting the process parameters. In this project, tooth surface modification will base on CNC machining .The study includes:1) building the digital model of spiral bevel gear based on discrete points conjugate tooth surface; 2) tooth surface modification strategy to meet the good meshing performance; 3) computer simulation of the modification effect and testing meshing performance. The project will provide a new way to improve the transmission performance of spiral bevel gears and develop the key technical support for spiral bevel gear digital closed-loop manufacturing system based on machining center.

近几年来，螺旋锥齿轮在加工中心上切齿已进入工业应用阶段，大型螺旋锥齿轮在加工中心上制造比专用铣齿机呈现出更多的优越性。目前国内外关于螺旋锥齿轮修形理论及方法仍然是沿用专用铣齿机的等效转换模式，在很多方面未能发挥加工中心的优点。本项目突破专用铣齿机基于加工调整参数对齿面修形的限制，研究与加工中心相配套的螺旋锥齿轮齿面修形策略与方法。研究内容包括：1）基于离散点的共轭齿面数字化建模，齿面离散点的数值计算方法；2）满足良好啮合性能的齿面修形策略与方法的研究；3）修形效果的计算机仿真及啮合性能的检验方法。该项目的研究将为提高螺旋锥齿轮的传动性能提供一条新的途径；为基于加工中心的螺旋锥齿轮数字化设计、制造的闭环控制系统提供技术支持。

近几年来，在加工中心上对螺旋锥齿轮进行切齿已进入工业应用阶段，大型螺旋锥齿轮在加工中心上制造比专用铣齿机呈现出更多的优越性。目前国内外关于螺旋锥齿轮修形理论及方法仍然是沿用专用铣齿机的等效转换模式，在很多方面未能发挥加工中心的优点。本项目突破了专用铣齿机依赖加工参数调整对齿面修形的限制，研究与加工中心相配套的螺旋锥齿轮齿面修形策略与方法。主要研究成果和创新点如下：.1、研究了螺旋锥齿轮齿面的数字化方法，实现了基于三坐标测量仪的高精度齿面点云测量方法以及基于加工中心大轮成形法的数学建模及齿面数字化求解。.2、基于啮合原理，根据大轮离散齿面数据反求出小轮共轭离散齿面。本项目采用现代微分几何工具，建立齿面啮合方程，使齿面设计不再依赖于专机和机床加工参数，不再依赖于参考坐标系。.3、根据共轭齿面点云反求原理，提出以齿面瞬时接触线和接触轨迹线为基础，进行组合修形的方法，可以在全齿面范围内主动控制接触区域的位置、大小、和方位，同时实现对传动误差的独立控制，摆脱了依赖机床加工调整参数实现齿面修形的限制。.4、借助计算机模拟仿真的方法，建立了可视化TCA分析方法，有利于动态观察齿面的接触状况；新方法克服了传统TCA方法初始值难于确定的问题，为齿面接触分析提供了一种新的手段。.5、研究了多轴联动加工中心针对螺旋锥齿轮的切齿工艺，对被加工齿轮进行了切齿实验和滚动检查，所加工的齿轮传动平稳，噪声低，为螺旋锥齿轮在加工中心上进行切齿提供了理论依据和技术支持。.本项目的研究不仅简化了螺旋锥齿轮复杂的空间曲面设计，而且能够在全齿面范围内对螺旋锥齿轮啮合性能进行主动控制，为提升螺旋锥齿轮的啮合性能和开发设计新的齿形提供了新的途径，所做的研究工作具有重要的科学意义和实际应用价值。