[发明专利]一种错齿铣刀盘加工精度的微进给包络检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种错齿铣刀盘加工精度的微进给包络检测方法，属于机械加工精度检测领域。

背景技术

错齿铣刀盘是加工大模数齿轮的成形刀具，通过旋转运动和齿向进给运动，包络加工齿轮，高效的去除毛坯材料，完成齿轮齿槽部分的粗铣加工或者半精铣加工，所留有的余量再通过磨齿等后道工序实现齿轮的精加工，成为解决了大型齿轮齿加工瓶颈约束的有效方案，满足国内外风力发电、工程机械、矿山机械、冶金机械、港口机械等行业的需求。错齿铣刀盘铣齿工艺具有多刃断续切削和变切屑厚度等特点，属于典型的非自由强力切削，基于该工艺系统的静态特性和动态特性，通过齿向精度和齿形精度等综合评价加工精度。第一，静态特性方面可通过提高机床运动精度、刀具的制造精度等手段，进而提高加工精度。第二，动态特性与机床本身结构刚性、刀具安装、工件形状、夹具形式、导轨结合面以及切削力等因素相关，同时由于错齿铣刀盘上刀片的不对称安装特性，切入、切中、切出三个阶段工况的差异，动态特性也明显不一致，加工精度变得错综复杂。为了确定加工精度，可应用三坐标或者齿轮检测仪进行评价，而对于大型齿轮而言，相应的检测装备比较庞大，非常昂贵，一般企业没有能力配置。同时铣齿工艺一般属于前处理工序，不需要在这些精密设备上进行检测。因此迫切需要一种有效的检测方法对该种工艺进行评价，以便后道工序的进行。

发明内容

本发明提供一种错齿铣刀盘加工精度的微进给包络检测方法，首先基于错齿铣刀盘铣齿工艺形成的切屑拓扑结构，进而求得三向动态切削力，作为切削过程中所表征出来的关键物理量，间接反应了机床的动态特性，进而提出影响加工精度的主要差异化因素，其次在保持错齿铣刀盘不更换的情况下，确定错齿铣刀盘与加工后工件齿面接触的位置，再次，在切削深度方向上逐次微进给Δ，采用与原加工运动方式进行包络，应用表格纸进行精度检测，最后获得全程加工范围内的铣齿加工精度。

本发明的技术方案如下：

一种错齿铣刀盘加工精度的微进给包络检测方法，包括以下步骤：

1)设置错齿铣刀盘(1)和齿轮(2)，其中错齿铣刀盘(1)上刀片为错齿布置；设定坐标轴X、Y和Z向分别为齿轮(2)的径向、轴向和切向；

2)设置切削深度为X向错齿铣刀盘(1)与齿轮(2)的接触长度；

3)设定错齿铣刀盘(1)旋转运动速率为w并在齿向方向上设定错齿铣刀盘(1)的进给运动速率为v，进行齿形包络加工；

4)获得切屑拓扑结构；

5)在保持错齿铣刀盘(1)不更换的情况下，确定错齿铣刀盘(1)与加工后齿轮(2)齿面接触的位置；

6)在切削深度方向上逐次微进给，微进给距离为Δ，采用与原加工运动方式进行包络，应用表格纸将接触与不接触区分开进而进行精度检测；最后获得全程加工范围内的铣齿加工精度，在表格纸中齿向与齿形位置一致的表格中，可获得该区域的加工精度。

步骤5)包括以下步骤：

根据铣齿工艺的运动方式，切屑拓扑结构由铣齿工艺已成形切屑表面(3)和铣齿工艺当前成形切屑表面(4)组成；

采用指数经验模型F_t＝K_t·h^a·l求出切向力，式中Kt、a为系数，h为切屑厚度，l为切屑长度，由切屑拓扑结构的铣齿工艺已成形切屑表面(3)可知，不同时刻、不同位置h和l均变化，将切屑拓扑结构进行离散，获得每一段切削力，进而积分获得瞬时切向力式中l_d、l_u分别为积分的上限和下限。瞬时径向力F_r与瞬时轴向力F_a是切向力的指数倍。结合错齿铣刀盘上刀片的分布情况，将F_t、F_r、F_a投影到坐标轴X、Y和Z上，获得铣齿工艺三向典型载荷：X向载荷、Y向载荷呈现倒梯形形式，而Z向载荷在一个区间内呈现正负变化，为典型的交变载荷；根据切削的位置情况，确定切入、切中、切出三个阶段的分界线。

步骤6)包括以下步骤：

a)铣齿工艺结束后，退刀并记录该位置为0，在齿面均匀涂有着色剂(21)；

在X向，将错齿铣刀盘(1)退出已加工齿槽距离L，设已加工齿槽距离L为0.20mm，初始化微进给距离Δ＝0.01mm，设置计数器i＝0；

b)在上述步骤a位置，将错齿铣刀盘(1)在切削深度方向进行微进给，微进给距离为Δ，计数器i增加1，重复铣齿工艺时的包络运动一次，检测错齿铣刀盘包络面与齿形表面的接触情况；