[发明专利]一种螺旋锥齿轮铣齿加工进给速度优化方法

说明书

本发明公开了一种螺旋锥齿轮铣齿加工进给速度优化方法，其包括如下步骤：步骤一，以预设的恒定进给速度f_const对齿坯进行铣齿切削，获得刀位点铣齿过程中的切向切削力与时间的关系曲线；步骤二，以切向切削力与时间的关系曲线中的峰值作为刀具许用切削力F_lim，或者基于等式求得刀具许用切削力F_lim，然后基于计算式对进给速度进行调整优化，式中i＝1，2，3，...，C，f(i)为优化后的第i次加工时的进给速度，F_c(i)为以恒定进给速度铣齿的第i次加工时刀位点的切向切削力，C为刀位轨迹中刀位点序号总数，其能够优化进给速度，以提高铣齿效率，延长刀具使用寿命。

技术领域

本发明涉及螺旋锥齿轮铣齿加工技术领域，具体涉及螺旋锥齿轮铣齿加工进给速度优化 方法。

背景技术

螺旋锥齿轮，又称螺旋伞齿轮，泛指齿面节线为曲线的锥齿轮，作为传递两相交或交错 轴间运动的重要基础元件，具有重叠系数大、传递平稳和承载能力高的优点。在制造装备业 起着举足轻重的作用，广泛应用于精密机床、矿山、飞机、车辆、船舶和能源等领域。螺旋 锥齿轮传递运动主要依靠一对齿轮啮合的共轭齿面，该共轭齿面加工切削运动复杂，通常采 用多轴铣齿机床联动(通常需要3-5轴)控制铣齿刀与齿坯之间的相对展成运动或成形运动 铣削得到。这种复杂的铣齿原理，导致铣齿过程中未变形的切屑形状实时变化，切削力难以 预测，合理的工艺参数难以选定，铣齿刀磨损状态不易监测。实际生产过程中，工艺参数通 常根据经验方法选取，导致不能完全发挥现有铣齿刀的切削性能；铣齿刀磨损状态通常采用 人为观察判断的方法，但该方法的观察结果因人而异。现有的相关研究主要集中在立铣刀铣 削加工和圆柱齿轮加工两个方面，且多采用了有限元分析方法得到加工过程中的切削力，使 得分析时间成本增高。同时，铣齿加工工艺参数和铣齿刀磨损状态是影响铣齿加工效率、成 本和齿面质量的主要因素；为了提高铣齿加工效率、确保加工质量和降低生产成本，对螺旋 锥齿轮铣齿工艺参数优化和对刀具磨损状态监测十分必要。

铣齿加工工艺参数是影响铣齿效率、齿面加工质量和铣齿刀磨损的主要因素。增大进给 速度，增加了单位时间材料去除率，但同时会导致切削力过大，造成刀具磨损加速，齿面加 工质量下降；较少的切削用量，在一定程度上确保了齿面加工质量和减缓了刀盘磨损，但延 长了加工时间，降低加工效率，增加了生产成本。因此，选择合理的铣削工艺参数，不仅能 提高加工效率和确保齿面加工质量，也有利于减缓铣齿刀磨损延长铣齿刀使用寿命。目前铣 齿工艺参数选择通常采用依据现有文献和相关经验选取的方法，该方法具有局限性(通常参 数选取较保守不能很好发挥铣齿刀的切削性能)，降低了铣齿切削效率。并且根据锥齿轮加工 原理，切齿加工过程中的切削面积实时变化，为了保证每次切削面积差异不大，切削力较为 平稳，每次切削进给速度等加工参数应相应变化。对于传统机械式铣齿机，纯机械结构制约 了这种在切削过程中的工艺参数优化方法。但随着数控技术发展，全数控螺旋锥齿轮铣齿机 (铣齿机摒弃传统摇台、刀倾和变性等复杂机构，建立六轴联动)被广泛应用到锥齿轮加工 中，为灵活控制切削加工过程中的参数提供了可行性。目前，切削加工参数优化研究主要是 通过有限元分析技术得到切削过程中的切削力实现进给率优化，但该方法分析时间成本高， 且研究多集中在铣削加工和圆柱齿轮加工过程。因此，为了提高铣齿加工效率，确保铣齿加 工质量，对铣齿加工工艺参数优化的研究具有必要性。

发明内容

本发明的目的是提供一种螺旋锥齿轮铣齿加工进给速度优化方法，其能够优化进给速度 提高铣齿效率，减少刀具磨损，延长刀具使用寿命。

本发明所述的螺旋锥齿轮铣齿加工进给速度优化方法，其包括如下步骤：

步骤一，以预设的恒定进给速度f_const对齿坯进行铣齿切削，获得刀位点铣齿过程中的切 向切削力与时间的关系曲线；