[发明专利]基于滚刀主轴振动响应模型的滚齿工艺参数优化方法

摘要

本发明公开了一种基于滚刀主轴振动响应模型的滚齿工艺参数优化方法，包括如下步骤，基于欧拉梁理论和材料力学弯曲变形，从微元角度分析滚刀主轴受力，建立滚刀主轴作用力平衡方程和力矩平衡方程；通过求解获取滚刀主轴各阶固有频率和滚刀主轴振动关于各加工工艺参数的多元数学函数关系式，对滚齿加工工艺参数进行分类，确定加工齿轮工艺参数与滚刀主轴工艺参数，最后优化加工过程工艺参数。本发明方法基于振动机理建立的滚刀主轴振动量与各加工工艺参数之间的数学函数关系式，进而分析加工工艺参数对滚齿加工的影响度，获得最优加工工艺参数或者获得满足滚齿机滚刀主轴精度要求的加工工艺参数取值范围，从而减小滚齿加工的振动量与提高加工效率。

主权项

1.一种基于滚刀主轴振动响应模型的滚齿工艺参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、建立滚刀主轴振动量关于各加工工艺参数的数学函数关系式：基于欧拉梁理论和材料力学弯曲变形，从微元角度分析滚刀主轴受力，建立滚刀主轴作用力平衡方程和力矩平衡方程；通过求解作用力平衡方程和力矩平衡方程获取滚刀主轴各阶固有频率和滚刀主轴振动关于各加工工艺参数的多元数学函数关系式，如下式所示：式中：x(s,t)表示滚刀主轴沿X方向的振动位移；z(s,t)表示滚刀主轴沿Z方向的振动位移；a_x(s,t)表示滚刀主轴沿X方向的振动加速度；a_z(s,t)表示滚刀主轴沿Z方向的振动加速度；A₁,A₂,A₃,A₄,A₅,A₆,A₇,A₈所代表含义以及其对应的加工工艺参数影响项如下表所示：S2、对滚齿加工工艺参数进行分类：分析影响滚刀主轴振动量的加工工艺参数，将其分为加工齿轮工艺参数、滚刀主轴工艺参数以及加工过程工艺参数三类；其中加工齿轮工艺参数包含齿轮模数m、齿轮齿数Z_w、齿形角α_n、齿轮螺旋角β_w、工件材料修正系数K_m、工件硬度修正系数K_h、螺旋角修正系数K_a；滚刀主轴工艺参数包括滚刀密度ρ、滚刀弹性模量E，滚刀导程角β_s，滚刀头数Z_d，滚刀长度L和滚刀直径d；加工过程工艺参数包含工作转速v、进给量S和吃刀深度T；S3、确定加工齿轮工艺参数与滚刀主轴工艺参数：将齿轮设计时确定的齿轮工艺要求作为加工齿轮工艺参数，再根据步骤S1中确定的振动关于滚刀主轴工艺参数的数学函数关系式，分析滚刀主轴振动位移与振动加速度角度的变化关系，即A₂,A₃关于滚刀导程角的变化，如下式所示：基于上述条件从刀库中选取所有适合加工该齿轮的滚刀，然后选取刚度最大的滚刀，使由于滚刀主轴导致的滚刀主轴振动量变为最小，从而确定最优的滚刀主轴工艺参数；S4、优化加工过程工艺参数：滚削加工过程的加工过程工艺参数在滚削过程中应满足以下约束条件：式中：V为滚刀设定转速，V_min和V_max分别为滚刀主轴最低转速和最高转速；ω₀为滚刀主轴的一阶固有频率；d为滚刀主轴直径；T为滚刀主轴的吃刀深度，T_min和T_max分别为滚刀主轴最小吃刀深度和最高吃刀深度，h为齿轮的全齿高；S为滚刀主轴的进给量，S_min和S_max分别为滚刀主轴最小进给量和最高进给量；S5、对步骤S1获取的滚刀主轴振动与加工工艺参数之间的数学函数关系式，分别将各加工过程工艺参数细分为多个微小段，利用MATLAB绘出滚刀主轴转速、吃刀深度、进给量共同作用下的滚刀主轴振动量的四维图，以直观表现振动量与滚刀主轴转速、吃刀深度、进给量的关系；同时将分成的微小段进行组合，绘出每一个组合点对应的滚刀主轴振动量曲线图，在精度要求的条件下确定满足振动要求的所有的参数组合，然后根据最短加工时长要求，在满足要求的组合参数中选取主轴转速最快的那组参数作为加工过程工艺参数的组合。