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平面二次包络环面蜗杆副数控加工的编程与仿真技术研究

作　者: 王永鑫
导　师: 胡自化
学　校: 湘潭大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 平面二次包络环面蜗杆副数控加工前置处理后置处理加工仿真
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

平面二次包络环面蜗杆副具有承载能力强、传动效率高、使用寿命长等优点,广泛的应用于冶金矿山机械、轧钢机的压下装置、化工机械和国防工业等领域。目前平面二次包络环面蜗杆副主要采用传统的对偶范成法加工,国产平面二次包络环面蜗杆副产品的性能与国外类似产品相比仍然存在较大差距,市场的占有率还很低。究其原因是平面二次包络环面蜗杆副工作廓面为复杂曲面,其制造需要配备专用复杂精密机床和专用复杂刀具,而国内平面二次包络环面蜗杆副的制造手段不健全,整体水平还很滞后,严重制约了国产平面二次包络环面蜗杆副产品的高精、高效开发和推广应用。如何实现平面二次包络环面蜗杆副高效、低成本加工是目前平面二次包络环面蜗杆副产品制造中的一项重要课题。因此,迫切亟待深入研究平面二次包络环面蜗杆副数控加工技术,以弥补传统的对偶范成法加工的诸多不足。为此,本文利用平面二次包络环面蜗杆副的成形原理、计算机辅助几何理论、数控加工原理、UG及其开发工具、VC++等手段,探索平面二次包络环面蜗杆副的实体造型、刀轨规划、后置处理、加工仿真等技术,具体研究工作如下:1)综述了平面二次包络环面蜗杆副的研究现状,推导了蜗杆和蜗轮的齿面方程,阐述了数控加工编程原理,为后续研究奠定了基础。2)探索了平面二次包络环面蜗杆副数控编程前置处理技术,包括蜗杆和蜗轮三维实体建模、虚拟装配与运动仿真,并通过设计加工方案,推导了蜗杆、蜗轮数控加工刀轨规划算法。3)研究了平面二次包络环面蜗杆副数控编程后置处理技术,通过蜗杆和蜗轮数控加工对机床配置要求的分析,进行了最佳虚拟数控机床的设计及相应后置处理算法的推导,和相应后置处理器开发。4)研究了平面二次包络环面蜗杆副数控加工仿真技术,基于上述研究工作,利用VERICUT建立了虚拟机床,分别对蜗杆和蜗轮进行数控加工过程仿真,仿真结果表明前置处理和后置处理算法正确有效。综上,本文的研究为平面二次包络环面蜗杆副实现高效、低成本加工提供了有效途径,为拓展数控加工技术在平面二次包络环面蜗杆副加工中的应用奠定了理论基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 研究现状综述  10-13
    1.2.1 环面蜗杆概述  10-11
    1.2.2 平面二次包络环面蜗杆副的相关理论研究概述  11-12
    1.2.3 平面二次包络环面蜗杆副的三维建模及实体造型研究现状  12
    1.2.4 平面二次包络环面蜗杆副的数控加工研究现状  12-13
    1.2.5 目前存在的主要问题  13
  1.3 研究目标及主要内容  13-14
    1.3.1 研究目标  13-14
    1.3.2 研究内容  14
  1.4 小结  14-15
第2章相关理论基础  15-30
  2.1 引言  15
  2.2 平面二次包络环面蜗杆副的成形原理  15-16
  2.3 平面二次包络环面蜗杆副的计算机辅助几何描述方法  16-24
    2.3.1 蜗杆的几何描述方法  16-21
    2.3.2 蜗轮的几何描述方法  21-24
  2.4 数控加工的编程仿真原理  24-29
    2.4.1 数控加工基本原理  24-25
    2.4.2 数控编程原理  25-26
    2.4.3 前置处理方法  26-28
    2.4.4 后置处理方法  28
    2.4.5 加工过程仿真方法  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章平面二次包络环面蜗杆副数控加工前置处理技术研究  30-43
  3.1 引言  30
  3.2 平面二次包络环面蜗杆副的三维建模与分析  30-37
    3.2.1 蜗杆的三维建模  30-33
    3.2.2 蜗轮的三维建模  33-36
    3.2.3 平面二次包络环面蜗杆副的装配与运动仿真  36-37
  3.3 平面二次包络环面蜗杆副数控加工刀轨规划算法  37-42
    3.3.1 蜗杆数控加工刀轨规划算法  37-39
    3.3.2 蜗轮数控加工刀轨规划算法  39-42
  3.4 本章小结  42-43
第4章平面二次包络环面蜗杆副数控加工后置处理技术研究  43-51
  4.1 引言  43
  4.2 平面二次包络环面蜗杆副数控加工对机床的配置要求  43-45
    4.2.1 蜗杆数控加工对机床的配置要求  43-44
    4.2.2 蜗轮数控加工对机床的配置要求  44-45
    4.2.3 满足理想配置要求的虚拟数控机床设计  45
  4.3 平面二次包络环面蜗杆副数控加工的后置处理算法  45-49
    4.3.1 蜗杆数控加工机床的后置处理算法  45-48
    4.3.2 蜗轮数控加工机床的后置处理算法  48-49
  4.4 后置处理器开发  49-50
  4.5 本章小结  50-51
第5章平面二次包络环面蜗杆副数控加工的仿真研究  51-57
  5.1 引言  51
  5.2 VERICUT 简介  51-52
  5.3 虚拟机床的创建  52-54
    5.3.1 蜗杆数控加工虚拟机床的创建  52-53
    5.3.2 蜗轮数控加工虚拟机床的创建  53-54
  5.4 数控加工过程仿真  54-56
    5.4.1 蜗杆数控加工过程仿真  54-55
    5.4.2 蜗轮数控加工过程仿真  55-56
  5.5 小结  56-57
结论与展望  57-58
参考文献  58-62
致谢  62-63
攻读硕士学位期间发表的论文及研究成果  63

平面二次包络环面蜗杆副数控加工的编程与仿真技术研究

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