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齿轮是机械工业中重要的基础传动元件,由于齿轮在机械传动中的重要作用及其形状的复杂性,它的设计、制造水平已成为一个国家现代工业技术水平的标志之一。随着对齿轮的传动精度、平稳性、承载均匀性等要求不断提高,对齿轮加工机床的加工精度和可靠性提出了更高的要求。
本论文研究的内容是结合江苏省科技攻关项目“高速高精度数控插齿机的开发”进行的。以YT5140型高速数控插齿机为研究对象,以提高机床加工精度为目标,基于现代机床设计方法,运用多体系统动力学理论,借助Solid Works、ADAMS、ANSYS软件,对机床进行动力学建模及仿真分析。
为了建立插齿机的动力学模型,首先分析了YT5140数控插齿机的工作原理,利用SolidWorks建立机床简化实体建模,以实体模型为基础在ADAMS中建立了插齿机的多刚体动力学模型,并通过理论计算验证模型的正确性;进一步考虑对机床的关键结合面和柔性较大的零件连杆的变形对机床性能的影响,建立了机床刚柔耦合动力学模型。
在正确建模的基础上,首先,对插齿机进行多刚体动力学分析,发现让刀凸轮轮廓曲线不理想,利用ADAMS的运动学分析功能,根据从动件的运动规律设计其轮廓曲线,使刀具在切削工件时无跳动;其次,对插齿机刚柔耦合动力学模型进行仿真,得到机床工作时连杆的载荷谱,利用所得到的载荷谱在ANSYS中对连杆进行应力分析,为零部件的校核提供了一种新的方法;再次,利用ADAMS的参数化分析功能研究结合面刚度对机床加工精度的影响,发现X向滚珠丝杠副对刀尖点X向的跳动影响较大,当其轴向刚度增加到原来的250%即518.6N/μm时,刀尖点跳动量减少6.1μm,减少23%;最后,研究了爬行现象,通过仿真得到插齿机产生爬行现象的临界速度为0.29mm/s,并提出一些减少插齿机产生爬行现象的方法。
通过以上方法对插齿机进行动力学建模和分析,较传统的机床动力学分析方法,可以研究机床加工过程中的动态性能,考虑柔性较大的零部件的变形对机床性能的影响,更精确地建立机床动力学模型,并能很直观方便地得到分析结果。