[发明专利]一种面齿轮精微修正方法

说明书

本发明提供一种面齿轮精微修正方法，本方法对面齿轮齿面进行网格离散化处理，并根据差曲面法确定修正厚度，对面齿轮的齿面进行分片规划和单元分层处理，规划激光精微修正轨迹，建立三温复耦合模型，预测‑反馈‑调整相关激光工艺参数；根据划分的精微修正轨迹以及相应齿面方程、齿面法向矢量，使激光聚焦点位于实际齿面节点处，并且法向入射；加工完成后采用正交试验极差分析法、方差分析法与综合平衡法等进行分析，得到激光工艺参数与修正工艺参数的优化组合。本发明对留有一定机械加工余量的面齿轮，采用飞秒激光替代传统刀具，进行最后工序的精微烧蚀加工，加工效率更高，加工精度更好，并有效解决了飞秒激光在齿面难以精准动态聚焦的问题。

技术领域

本发明涉及齿轮精微修正加工领域，更具体地，涉及一种面齿轮精微修正方法。

背景技术

面齿轮传动是一种圆柱齿轮与面齿轮相啮合的传动。面齿轮是实现空间相交或交错传动的关键复杂件，具有互换性好、重合度大、承载能力强、传动比恒定、传动平稳等诸多优势，在大型装备、工程机械、交通运输、航空航天等领域，具有广阔的应用前景。面齿轮齿面较为复杂，加工难度大，为了有效降低齿面粗糙度和提高其齿面精度，需要对面齿轮齿面进行精微修正加工。

目前所采用的常规齿轮修正技术有成形磨齿、珩齿等。成形磨齿具有机床简单、效率较高、成本较低等优点，但由于成形磨齿砂轮修整困难、易产生噪声和磨损较快等缺点，妨碍了成形磨齿工艺在生产中的应用。珩齿是目前高精度硬齿面齿轮加工的主要方法，普通珩齿工艺采用的盘形珩轮加工效率很高，1～2min就能加工1个齿轮，但是很难把珩齿精度提高到4级以上。目前国外面齿轮加工精度比我国高2级左右，但国外数控精密磨齿机和珩齿机以及面齿轮先进制造技术对我国进行封锁，需要探索研究面齿轮新的加工理论和工艺方法。

飞秒激光加工采用超短脉冲和极高峰值功率，加工材料作用机理不同于传统机械加工和长脉冲激光加工，存在时间/空间多尺度下的三个物理过程：激光束吸收过程作用时间短(飞秒级)，为光子与电子之间传热与温度变化过程；材料相变过程的作用时间较长(皮秒级)，为电子与晶格之间传热与温度变化过程；材料成分间互温感应等效应作用下，对晶格的作用时间长(微秒级)，为晶格与晶格之间传热与温度变化过程，这三步能量传热和温度变化过程需采用三温复耦合模型进行分析。飞秒激光加工具有加工区域精确、可精密加工任何材料等突出特点，使得其快速发展和广泛应用。采用飞秒激光精微修正加工面齿轮是一种新的先进精密制造方法，对于提高其加工质量和降低制造成本，具有重大科学理论意义和广泛工程应用前景。

激光制造在航空航天零件加工、齿类件再制造与修复、标准渐开线微齿轮加工等方面已有应用，但目前没有报道飞秒激光精微修正面齿轮。因为面齿轮齿面复杂，飞秒激光在齿面精准动态聚焦较为困难，使得难以实际应用飞秒激光修正面齿轮；此外飞秒激光三维加工金属技术还不成熟，飞秒激光加工三维零件的可控可调化还需深入研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种面齿轮精微修正方法，其具体技术方案，包括以下步骤：

S1：对面齿轮齿面沿齿长、齿高进行网格划分和测量，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，将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以及齿面法向矢量和实际坐标值，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理论确定激光工艺参数；所述三温复耦合模型为