[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

说明书

本发明公开了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，其包括：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；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；判断所述齿轮表面加工质量参数是否符合预设标准；若否，则调整所述激光参数，并执行所述步骤S2；若是，则输出所述激光参数。这种控制方法通过仿真模拟并根据模拟结果反向判断是否满足要求，能够有效地寻找到所需的激光参数。相对于现有技术，本发明能够有效控制激光参数，从而提升加工精度。

技术领域

本发明主要涉及齿轮精微修正加工技术领域，尤其涉及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。

背景技术

曲面齿轮是实现空间相交或交错传动的关键件，主要有螺旋锥齿轮和面齿轮等类型，具有重合度大、承载能力强、高速传动平稳等诸多优势，广泛应用于航空航天、大型装备、交通运输、工程机械等领域。因此，曲面齿轮的精密制造是世界制造强国在传动领域长期竞争的技术高地和前沿研究领域之一。

曲面齿轮的齿形复杂，技术要求高，制造困难，其制造方法有插或滚、铣、磨等。目前仅有少数发达国家具备该类齿轮的高精度加工能力，国外曲面齿轮精密制造先进技术和设备对我国进行封锁，国内曲面齿轮的加工精度一般比国外低2级左右。针对这些长期存在的严重技术瓶颈，需要研究新的加工方法和工艺。

激光作为20世纪四大发明之一，激光加工工艺正逐步更新换代传统制造工艺。飞秒激光采用极短的脉冲宽度和极高的峰值功率，具有热影响区小、加工区域极其精确(可小于聚焦尺寸)、可精密加工任何材料等突出特点，使得飞秒激光加工技术快速发展和广泛应用。因此，采用飞秒激光精密加工点接触共轭曲面齿轮是一种新的先进制造方法，对于提升共轭曲面齿轮的加工质量和传动性能，具有重大的科学理论意义和广泛的工程应用前景。

研究飞秒激光与金属材料相互作用的理论模型主要有：双温模型、分子动力学模型、流体力学模型和混合模型，其中双温模型能较简单和准确地描述飞秒激光加工金属材料中光子与电子、电子与晶格的热传递机制。Gamaly等人利用飞秒激光对铜、铝、钢、铅等四种金属靶材进行了实验研究，证明了非平衡烧蚀的存在，得到新的双温模型。张端明等人提出了统一双温方程，较有效的描述脉宽由纳秒到飞秒的激光烧蚀热物理现象。姜澜等人提出了改进双温模型，采用量子力学处理计算热学和光学特性，扩展了双温度方程的应用范围和精度。周明等人在双温模型的基础上，研究了对自旋系统、电子系统和晶格系统等三个独立系统进行描述的温度复耦合模型。

现有技术中对于激光参数的控制尚未形成系统性的方法，从而可能导致因参数设定偏差导致加工精度下降。

发明内容

本发明的主要目的是克服上述现有技术中的不足，以解决激光参数控制能力不足导致的加工精度不高的问题。

为实现上述目的，本发明公开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，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；