齿轮传动被广泛应用在航空航天,汽车变速箱,机器人,轨道交通和其它机械传动设备等领域,齿轮的加工精度对传动和齿面接触性能有很大的影响。作为一种高效的齿轮精加工磨削工艺,内齿珩轮强力珩齿能够对热处理之后的齿轮进行齿面抛光和消除轮齿表面偏差,很大程度上提高齿形和齿向方向上的几何精度。为了改善齿轮传动的齿面接触性能、噪音振动,传动精度和承载能力,提高使用寿命,目前几乎所有的高速高精传动齿轮箱的齿轮都需要进行修形。在齿轮珩削工艺过程中,珩磨轮和工件齿轮或金刚石修整轮之间要保持一种由电子齿轮箱(EGB)定义的严格的运动关系,电子齿轮箱的同步精度直接影响到齿轮加工精度。齿面轮廓误差作为直接反应齿面轮廓精度的指标,其定义为实际齿面上的点与理论齿面之间的法向偏差,研究齿面轮廓误差建模和补偿方法能有效提高齿轮加工精度。为了提高内齿珩轮强力珩齿加工精度,本文设计开发了内齿珩轮强力珩齿电子齿轮箱和修形电子齿轮箱结构,并将其嵌入到了自主开发的基于以太网总线的开放式数控系统中。并对齿面轮廓误差建模与补偿,基于多轴联动的全齿面修形方法,电子齿轮箱同步误差建模与补偿等内容进行了研究。论文的主要研究工作如下:(1)开发了基于以太网总线的齿轮数控系统,将内齿珩轮强力珩齿电子齿轮箱功能无缝嵌入到了数控系统当中。结合数控系统中传感器、执行器和控制器的执行时序,研究了伺服驱动系统中总线传输延时机制及其对控制性能的影响,结果表明伺服控制系统的稳态误差与位置反馈延时和目标速度成正比,而不受控制指令延时的影响,从而提出了一种使用位置反馈值和速度反馈值来估计当前周期的实际位置值的总线延时补偿策略。研究了网络数控运动系统下的电子齿轮箱同步控制问题,建立了网络诱导延时下的电子齿轮箱齿距误差和螺旋线偏差的模型,仿真和实验结果表明所提补偿方法能有效提高电子齿轮箱展成控制精度。(2)建立了内齿珩轮强力珩齿电子齿轮箱同步误差模型,通过将EGB期望轨迹表示在空间坐标系的期望平面上,寻找期望平面上离实际位置最近的点,即同步位置,来精确地在线估计同步误差及其轴分量。将同步误差轴分量按比例地补偿到各伺服位置闭环中,可以显著减小同步误差。对于需要主动轴的反馈位置来计算跟随轴期望位置的EGB,使用忽略高阶无穷小量的泰勒展开式来补偿插补周期滞后误差,提出一种EGB跟随轴预补偿策略,可以有效地提高插补位置同步精度。仿真和实验在自主开发的嵌入式内齿珩轮强力珩齿数控平台上进行,结果表明在线估计和控制补偿算法可以将同步误差减小到未补偿的40%左右,预补偿策略可以有效地消除插补轨迹同步误差。(3)提出了一种齿面轮廓误差的通用建模方法和自适应电子齿轮箱控制策略(AECCC)。误差的建模结果表明齿面轮廓误差可以表示为各轴跟踪误差的线性组合,所提控制器方法主要由电子齿轮箱交叉耦合和模糊PID控制器组成。为了避免因为模糊PID参数选取不当造成的控制性能下降,使用粒子群优化算法优化初始PID参数和模糊隶属度函数论域。在内齿珩轮强力珩齿机Fassler HMX-400数控系统的仿真平台和实验平台上验证了所提建模方法和控制方法的有效性,和无补偿控制策略相比较,AECCC控制策略能显著地提高跟踪精度和齿面轮廓精度。此外,通过改变电子齿轮箱关系,本章所提的建模方法和控制方法也可以用到其他齿轮加工机床中,比如插齿机,滚齿机和磨齿机中。(4)分析了运动控制误差对齿面轮廓的影响规律,在此基础上人为改变各轴的运动,在A轴和B轴上增加微小的周期性运动,主动控制齿面轮廓的形状,从而实现仅需多轴联动即可进行齿面拓扑修形的目的。首先使用齐次坐标变换和啮合原理构建了珩磨轮和工件齿轮的齿面模型,建立了工件齿轮齿面轮廓误差模型。然后将内齿珩轮强力珩齿珩削过程中轴交角A轴和基座摆动B轴的运动表示为沿工件齿轮轴向进给的两个四阶多项式函数。修整工艺中用来修磨内齿珩磨轮的金刚石修整轮为标准渐开螺旋面形状,不需要为了一种特定修形形状的工件齿轮专门制作一个金刚石修整轮,节约了时间和成本。接着计算了齿轮齿面法向偏差关于修形多项式系数的敏感度矩阵,分析了各个多项式系数对齿面法向偏差的影响规律。所给定的被珩齿轮的修形齿面可以通过最小二乘法和敏感度矩阵迭代优化修形多项式系数来逼近,最小二乘法的优化目标为使齿面法向偏差最小。最后使用数值仿真实例来研究运动控制误差对齿面轮廓误差的影响规律,并模拟内齿珩轮强力珩齿珩削斜齿圆柱齿轮来验证本章所提的拓扑齿面修形方法的正确性,仿真结果表明所提方法能有效地实现工件齿轮齿面的修形加工。(5)提出了一种修形电子齿轮箱广义同步误差在线估计与补偿策略。首先将修形电子齿轮箱的5个轴的运动放在一个五维空间中来考虑,通过寻找插补小线段上离实际位置最近的点,即同步位置,进而估计连续轨迹上离实际位置最近的点,来精确估计广义同步误差及其轴分量。其次将估计得到的广义同步误差的轴分量按比例地补偿到各轴的位置控制环中,并分析所提控制系统的稳定性。仿真结果表明所提估计方法可以精确地估计修形电子齿轮箱的广义同步误差,所提的控制补偿方法可以成倍地减小广义同步误差。在自主开发的内齿珩轮强力珩齿数控实验平台上进行的实验同样证明了所提方法的有效性。