[发明专利]一种面齿轮精微修正方法

权利要求书

1.一种面齿轮精微修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对面齿轮齿面沿齿长、齿高方向进行网格节点划分和测量，建立面齿轮的理论坐标系，并依据齿面方程计算出齿面网格节点的理论坐标值以及对应的齿面法向矢量；

S2：选择一种三维测量与处理系统，使S1中的理论坐标系与所述三维测量与处理系统的测量坐标系重合，根据S1中的计算得到的面齿轮齿面网格节点的理论坐标值和齿面法向矢量，在测量坐标系内测得齿面网格节点处的实际坐标值；

S3：根据S1、S2得到的齿面网格节点的理论坐标值和齿面法向矢量以及实际坐标值，对面齿轮的实际齿面与理论齿面的法向偏差进行测算，确定修正厚度ΔH；

S4：规划激光修正路径轨迹，并根据三温复耦合模型确定激光工艺参数；所述三温复耦合模型为

其中T_e与T_i分别为所加工金属材料的电子温度和晶格温度；C_e与C_i分别为电子热容和晶格热容；S为热源项；Q_G为齿轮材料成分间互温感应模型；Q_HJ为材料变厚度变焦效应模型；Q_C为脉冲间能量串行耦合效应模型；

S5：根据实际齿面扫描节点和齿面法向矢量，动态调节激光的焦距，保持激光聚焦点位于实际齿面节点处，并且法向入射，按预先设定的激光工艺参数，控制激光聚焦点在齿面上的运动轨迹；

S6：激光根据S4规划的路径轨迹完成一层的修正后，重复S4、S5，直至完成齿一个侧面的修正；

S7：修正齿的一个侧面后，激光加工平台移动、转位分度到相邻下一个齿的同一侧面，直至所有齿的同一侧面修正完成；再定位到齿的另一侧面，直至修正完成齿轮的所有另一侧面；

S8：齿面修正完成后，测量齿面误差Dev、粗糙度Ra、烧蚀深度h评价指标，通过正交试验，采用极差分析法、方差分析法与综合平衡法进行分析，得到激光工艺参数与修正工艺参数的优化组合。

2.根据权利要求1所述的面齿轮精微修正方法，其特征在于，所述S1的具体步骤为，

(1)对面齿轮齿面沿着齿根锥的齿长和齿高方向进行网格划分，取轴截面齿长方向的m个点、齿高方向的n个点，在轴截面内建立二维坐标系，原点为齿顶节点；网格中任意一点的位置表达式为

式中i＝1，…，m；j＝1，…，n；r₁为面齿轮内圈半径，r₂为面齿轮外圈半径，H为面齿轮齿全高；

(2)将网格中任意一点代入齿面方程，得出齿面网格节点的理论坐标值与齿面法向矢量。

3.根据权利要求1所述的面齿轮精微修正方法，其特征在于，所述S3中的所述修正厚度ΔH＝Δr·n₁，Δr为实际齿面与理论齿面对应点之差，n₁为理论齿面的单位法向矢量。

4.根据权利要求1所述的面齿轮精微修正方法，其特征在于，所述S4中规划激光修正路径轨迹的方法包括面齿轮齿面的分片规划和面齿轮齿面的单元分层处理。

5.根据权利要求4所述的面齿轮精微修正方法，其特征在于，所述S4中的激光修正路径轨迹为齿面上同一层的各坐标点连接所形成的轨迹路线；所述坐标点的坐标根据网格节点所投影齿面的齿面矢量方程求得。

6.根据权利要求1所述的面齿轮精微修正方法，其特征在于，所述S4中齿轮材料成分间互温感应模型为

其中U₀为材料成分吸收的单位质量能量密度，m_i为第i种成分质量，X_i为第i种成分比例，β_i为第i种成分的吸收率。

7.根据权利要求1所述的面齿轮精微修正方法，其特征在于，所述S4中的脉冲间能量串行耦合效应模型为

其中β为合金材料的吸收速率，b为吸收系数；I₀为脉冲激光能量密度，a为脉冲数，s为能量累积系数。