齿轮作为机械行业重要的基础件,对其加工效率和精度的要求越来越高。数控齿轮加工是实现齿轮高速高精加工的重要手段,对提高齿轮加工质量和效率具有十分重要作用,而高性能的齿轮加工数控系统是实现高速高精度齿轮加工的关键。电子齿轮箱(EGB)作为高性能齿轮加工数控系统的核心技术,其控制精度直接决定了数控系统性能以及齿轮加工的精度。开展电子齿轮箱(EGB)高速高精度控制及误差补偿算法研究,对于提升齿轮加工数控系统的性能,实现齿轮高效高精度数控加工具有重要的理论和应用意义。论文针对高性能蜗杆砂轮磨齿加工数控系统开发,在研究了蜗杆砂轮磨齿加工基本原理和数控蜗杆砂轮磨齿机机床结构的基础上,分析了实现蜗杆砂轮磨齿加工机床的运动过程,推导了蜗杆砂轮磨齿加工与蜗杆砂轮修整加工的联动数学模型,并通过EGB相位同步控制技术实现磨齿加工、蜗杆砂轮修整时蜗杆和齿轮、蜗杆和金刚石滚轮的自动相位同步。在以上理论工作基础上,设计了蜗杆砂轮磨齿加工、蜗杆砂轮修整加工电子齿轮箱(EGB)联动控制结构模型,并以全软件的方式实现,通过软件测试验证了蜗杆砂轮磨齿加工数控系统软件的正确性和电子齿轮箱控制系统的性能。论文针对EGB高速高精度跟踪控制问题,构建了伺服驱动控制系统的动力学模型,基于无偏最小二乘方式实现了系统参数辨识,提出了“基于动力学模型前馈控制+级联最优PID/PI控制+速度/加速度前馈控制”的复合跟踪控制器,实现EGB控制系统中单进给轴高速高精轨迹跟踪控制。同时分析了电子齿轮箱多轴同步控制误差对齿轮加工误差的影响,为实现EGB控制系统多轴之间高精度同步控制,提出了针对电子齿轮箱系统高速高精度同步控制的多轴耦合控制策略,实验证明能够有效提升EGB系统多轴同步控制精度。多轴协调控制领域轮廓误差是比跟踪误差更为重要的指标,论文针对蜗杆形刀具齿轮展成加工的轮廓误差控制问题,研究了 EGB控制误差与齿轮加工误差之间的映射关系,构建了齿轮展成加工轮廓误差模型,通过对蜗杆形刀具展成加工过程建模分析,精确估算了 EGB控制误差引起的齿面加工轮廓误差,基于所构建的轮廓误差模型,实现齿轮加工精度的准确预测。为实现多轴系统高精度轮廓误差控制,论文在传统的轮廓误差补偿控制的基础上,提出EGB轮廓误差预补偿控制方法,根据EGB控制系统伺服控制模型,采用分析预测的方式预估EGB控制系统中各轴的跟踪误差以及由此引起的齿面加工轮廓误差,通过前置轮廓误差补偿模块,实现预估的轮廓误差提前补偿。论文针对现有非圆齿轮离散加工方式,破坏刀具和工件之间的展成联动关系,同时加工过程中机床各轴运行轨迹不具备连续平滑特性等问题,结合非圆齿轮滚、插齿加工联动控制模型提出了非圆齿轮连续展成加工方法,设计了实现非圆齿轮连续展成加工的滚、插齿加工非匀速比EGB模型,并在自主研发的齿轮加工数控系统中实现,通过实例对所提加工方式的机床各轴的运行轨迹进行分析,结果表明加工过程中机床各轴运动轨迹平滑连续,有利于实现非圆齿轮高效高精加工。同时针对非圆齿轮加工过程中机床对实时变速变加速轨迹控制跟踪误差范围波动较大的问题,提出非匀速比EGB重复学习控制策略实现变速变加速重复运动轨迹稳定精度跟踪控制。实验表明本章所提出的连续展成加工方式能够有效提升非圆齿轮加工精度,减小流量计示值误差最高可达90%以上。