精密螺旋内齿轮拉刀设计及制造工艺研究

论文摘要

内斜齿轮是各类发动机的重要部件,在其众多加工方式中,采用螺旋拉刀加工可以获得极高精度,因而越来越多的受到重视。虽然螺旋拉刀较普通直拉刀来说具有强度高、切削平稳等特点,但由于其结构的复杂性和其对精度的较高要求,其研制难度大。目前我国的螺旋拉刀还主要依靠进口,价格十分昂贵。因此目前急需从现有的技术条件出发,设计制造出可以达到国际领先的加工精度的螺旋拉刀。本文即针对上述内容做一探索性研究。首先,在研究拉削原理的基础上,针对现有拉削方式的不足提出改进方案,设计出可以达到更高加工精度的拉削方式。并以此拉削方式为基础,设计相应的齿形,并针对设计的齿形计算在设计齿升量下的拉削力;设计拉刀的齿距、容削槽尺寸等其他结构,并针对目前处于设计前沿的装配式拉刀提供设计方案。其次,利用有限元仿真软件对拉削过程进行仿真分析,针对不同的前角、后角和侧刃后角分别分组模拟仿真,测量在不同的角度下的拉削力,刀尖表面最大应力以及拉削热,通过综合比较,确定最优的刀具角度,并将仿真计算的切削力与理论计算的切削力作比较,验证两者的符合性;针对受力较大的齿侧精拉削齿进行强度校核,检验其最大应力和变形量是否满足要求,这对拉刀设计与制造十分重要。最后,确定螺旋拉刀的整个加工工艺流程,对其中的重点工序进行详细的分析。结合目前直齿拉刀广为采用的成形法磨削方式,解决因磨削斜齿而造成的砂轮廓型改变的问题,计算针对磨削螺旋拉刀的砂轮齿廓方程并进行曲线拟合。设计出便于工人进行齿形误差计算的交互式系统,主要涵盖量柱距、公法线和弦齿厚等常用检测项。并利用现有的检测条件,对现有的检测方法进行改进,以优化检测方案,使其可以适用于螺旋拉刀的螺旋线误差测量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪 论
• 1.1 课题的背景及研究意义
• 1.2 国内外研究历史与发展现状
• 1.2.1 拉削机理方法的改进
• 1.2.2 国内外新型拉刀结构及拉削装置的发展
• 1.2.3 螺旋拉刀制造工艺的发展
• 1.2.4 拉削刀具在线监测技术的发展
• 1.3 螺旋拉刀制造目前存在的主要问题及发展方向
• 1.3.1 限制我国螺旋拉刀制造的主要问题
• 1.3.2 螺旋拉刀的发展方向
• 1.4 本课题主要的研究内容
• 第2章 精密螺旋拉刀的设计及拉削载荷理论计算
• 2.1 引言
• 2.2 拉削方式优化分析
• 2.2.1 现有拉削方式分析
• 2.2.2 针对精密螺旋拉刀拉削方式的优化
• 2.3 精密螺旋拉刀几何结构设计方案
• 2.3.1 拉削前角的设计
• 2.3.2 拉削后角的设计
• 2.3.3 拉削侧刃后角的设计
• 2.3.4 齿升量af的优化设计
• 2.3.5 容削槽尺寸的优化设计
• 2.3.6 拉刀刀齿齿形的设计
• 2.4 拉削载荷计算
• 2.4.1 拉削力的确定与分解
• 2.4.2 拉削区域面积的积分运算
• 2.4.3 常数KT和KC的确定与拉削力的计算
• 2.5 装配式拉刀结构设计
• 2.5.1 现有装配式拉刀结构及不足
• 2.5.2 装配式拉刀结构设计优化
• 2.6 本章小结
• 第3章 螺旋拉刀拉削过程有限元仿真
• 3.1 引言
• 3.2 刀具角度变化对切削力影响分析
• 3.2.1 前角对切削力的影响
• 3.2.2 后角对切削力的影响
• 3.2.3 侧刃后角对切削力的影响
• 3.3 刀具角度变化对刀尖应力影响分析
• 3.3.1 前角对刀尖应力的影响
• 3.3.2 后角对刀尖应力的影响
• 3.3.3 侧刃后角对刀尖应力的影响
• 3.4 切削热分析
• 3.4.1 前角对切削热的影响
• 3.4.2 拉削速度对切削热的影响
• 3.5 拉削力计算与理论误差分析
• 3.6 齿侧精拉削齿强度与变形量校核
• 3.6.1 齿侧精拉削齿强度校核
• 3.6.2 齿侧精拉削齿变形量校核
• 3.7 本章小结
• 第4章 精密螺旋拉刀的齿廓加工及检测方案
• 4.1 精密螺旋拉刀制造工艺优化
• 4.1.1 螺旋拉刀制造工艺流程的确定
• 4.1.2 针对现有加工的主要工序优化
• 4.2 磨削螺旋拉刀的砂轮截面廓型计算
• 4.2.1 齿面方程计算与坐标转化
• 4.2.2 啮合方程求解
• 4.2.3 砂轮齿廓的计算
• 4.3 刀齿齿形精度检测
• 4.3.1 在线检测辅助交互式计算系统建立
• 4.3.2 离线测量方案
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢