[发明专利]基于动态效应机理的精微加工曲面齿轮激光参数控制方法

权利要求书

1.基于动态效应机理的精微加工曲面齿轮激光参数控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，将Q_HJ模型、Q_D模型、Q_X模型、Q_A模型和Q_C模型的动态效应作用机理进行耦合形成Q_Z模型；其中，Q_HJ为材料变厚度变焦效应模型；Q_D为等离子体冲击波效应模型；Q_X为材料动态吸收效应模型；Q_A为多脉冲能量串行耦合效应模型；Q_C为齿轮材料成分间互温感应模型；Q_Z为多脉冲能量串行耦合效应模型；

步骤S2，在所述Q_Z模型中分别输入激光参数，并获得输出的齿轮表面加工质量参数；

步骤S3，判断所述齿轮表面加工质量参数是否符合预设标准；

步骤S4，若否，则调整所述激光参数，并执行所述步骤S2；

步骤S5，若是，则输出所述激光参数。

2.根据权利要求1所述的基于动态效应机理的精微加工曲面齿轮激光参数控制方法，其特征在于，所述Q_HJ模型中，确定点接触共轭齿面差曲面的铣削厚度H的公式如下：

H＝(r₂-r₁)n₁＝Δrn₁

其中，H为铣削厚度；r1为曲面∑1上的单位径矢；n1为曲面∑1上的单位法矢；r2为曲面∑2上的单位径矢；Δr为两曲面间的单位径失差。

3.根据权利要求1所述的基于动态效应机理的精微加工曲面齿轮激光参数控制方法，其特征在于，所述Q_D模型中，时间t内激光辐射到等离子体冲击波中的总能量Q_D(t)由如下公式确定：

其中，为脉冲激光总能量；b为材料吸收系数；τ为激光脉宽；σ为与激光脉冲形状有关的值；

等离子体绝热膨胀的动力学方程如下：

其中，X₀、Y₀、Z₀分别表示等离子体膨胀结束时三个方向的边缘坐标；X(t)、Y(t)、Z(t)分别表示等离子体膨胀坐标随时间的变化函数；k为玻尔兹曼常数；m为粒子质量；T₀为初始等离子体温度。

4.根据权利要求1所述的基于动态效应机理的精微加工曲面齿轮激光参数控制方法，其特征在于，所述Q_X模型中，激光辐照下齿轮材料吸收的激光能量密度为：

ΔE＝IQ_X(t)dt

齿面温度随时间的变化规律用下式表示：

T(0，t)＝Ct+[(Ct)²+Dt]^1/2

吸收率β随时间t的变化关系可表示为：

β(t)＝A₀+A₁[Ct+(C²t²+Dt)^1/2]

其中，I为激光功率密度；A₀为室温下材料对激光的吸收率；A₁为材料常系数；α为材料热扩散系数；k为材料热导率。

5.根据权利要求1所述的基于动态效应机理的精微加工曲面齿轮激光参数控制方法，其特征在于，所述Q_A模型中，确定激光入射到距齿面x处的激光能量密度的公式如下：

根据齿轮材料的能量累积系数s，第N个脉冲烧蚀时的烧蚀阈值F_th(N)与单脉冲的烧蚀阈值F_th(1)之间的关系用下式表示：

F_th(N)＝F_th(1)N^s-1

在材料内部距离齿面x处，建立第N个激光脉冲辐照后的能量密度累积效应基本模型Q_A用下式表示：

其中，I₀为入射到齿面的最大激光能量密度；β为材料吸收率。