超聲輔助珩齒加工的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、超聲波珩磨內(nèi)圓已經(jīng)廣泛應(yīng)用實(shí)際生產(chǎn)，但超聲波輔助珩齒工藝卻還處于實(shí)驗(yàn)研究階段。這種基于超聲波理論和應(yīng)用及傳統(tǒng)珩齒工藝和刀具研究的基礎(chǔ)上提出來(lái)的齒輪精工方法既能提高加工效率,又能把珩輪的精度復(fù)制給被加工工件,提高齒輪的形狀精度和齒輪表面的輪廓均勻性。
　　 研究超聲輔助珩齒加工效率以及被加工工件的精度一個(gè)很重要研究的方面。在前期理論研究的基礎(chǔ)上，本課題著重研究超聲輔助珩齒加工理論及加工實(shí)驗(yàn)。具體內(nèi)容如下：
　　 1、理論分

2、析：(a)本文建立了參與交錯(cuò)軸齒輪傳動(dòng)的單個(gè)斜齒輪的齒面球面坐標(biāo)系的方程，并求出了單個(gè)齒面的法矢量、曲率參數(shù)和主方向。(b)基于一對(duì)交錯(cuò)軸齒輪嚙合的傳動(dòng)原理，第三章重點(diǎn)研究了超聲珩齒過程中刀具珩磨輪與工件齒輪參與嚙合的共軛齒面的形成,而共軛齒面上的瞬時(shí)嚙合線方程是通過求解兩嚙合齒面和在固定坐標(biāo)系中的任意一點(diǎn)的坐標(biāo)值來(lái)完成的。(c)在超聲珩齒過程中，刀具珩輪與工件齒輪的嚙合屬于空間嚙合運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)嚙合齒輪分別位于空間兩個(gè)不同的坐標(biāo)系中，必須

3、將它們通過坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)化到同一個(gè)固定坐標(biāo)系中才能討論它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。利用坐標(biāo)變換法，并結(jié)合超聲簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程，對(duì)超聲輔助珩齒加工進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，推導(dǎo)出珩磨輪與工件齒輪在嚙合點(diǎn)的相對(duì)滑移速度。從嚙合中接觸線的疊加作用分析了超聲珩齒加工提高表面精度的原因；(d)本文建立了變幅桿的縱向振動(dòng)及彎曲振動(dòng)方程，按照實(shí)際齒輪加工裝夾方式確定邊界條件，推導(dǎo)出頻率方程，求出變幅桿設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)值解,在此基礎(chǔ)上，加工出圓錐型變幅桿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。(e)加工刀具也是

4、影響整個(gè)超聲珩齒加工精度及效率的關(guān)鍵，因此刀具的成型工藝及刀具磨粒磨損機(jī)理的研究就顯得尤為重要。本文分別介紹了激光釬焊和電鍍兩種珩齒刀上磨粒的固結(jié)工藝的原理及工藝流程。研究了刀具上磨粒的磨損狀況，并重點(diǎn)討論了立方氮化硼磨粒的破損機(jī)理。
　　 2、數(shù)值模擬：用ANSYS軟件對(duì)設(shè)計(jì)的變幅桿進(jìn)行模態(tài)分析，求出了變幅桿的固有頻率及變幅桿上沿長(zhǎng)度方向的振幅曲線；然后，用阻抗分析儀測(cè)試由超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿組成的系統(tǒng)的諧振頻率，并將

5、兩種結(jié)果進(jìn)行比較，最終證明了采用軟件分析與儀器測(cè)定的變幅桿模態(tài)結(jié)果非常接近，而且與設(shè)計(jì)頻率也一致。
　　 3、實(shí)驗(yàn)研究：(a)在測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，本文得出了系統(tǒng)諧振頻率與變幅桿端部的振幅、加速度的變化關(guān)系。(b)在加工過程中，分別從引入超聲振動(dòng)系統(tǒng)的超聲輔助珩齒加工和無(wú)超聲振動(dòng)系統(tǒng)的傳統(tǒng)珩齒加工兩種方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，改變主軸轉(zhuǎn)速、切削深度、進(jìn)給量等切削參數(shù)，將加工后的工件進(jìn)行高倍電子掃描電鏡觀察顯微圖像，并用粗糙度儀測(cè)定粗糙度值，將兩種方