弧齒錐齒輪數控銑齒機切削力及切削參數優(yōu)化研究.pdf

1、切削力研究及切削參數優(yōu)化對于弧齒錐齒輪數控銑齒機提高切齒效率、改善加工質量具有重要意義，也是弧齒錐齒輪開發(fā)設計重要的基礎性數據。本文從提高弧齒錐齒輪數控粗加工效率和精加工齒面精度出發(fā)，以最新的數控銑齒加工理論、嚙合仿真技術、優(yōu)化算法為基礎，利用動態(tài)切削力仿真、切削參數多目標優(yōu)化、齒面精加工平均殘余高度仿真等方法，對弧齒錐齒輪數控加工過程進行物理仿真和實驗研究。
　　論文的主要研究成果和創(chuàng)新點如下：
　　(1)根據成形法加工弧

2、齒錐齒輪的幾何理論，推導了任意時刻未變形切屑厚度和切屑寬度的計算公式，建立了成形法加工弧齒錐齒輪大輪的動態(tài)銑削力模型，通過正交實驗標定了銑削力系數，編寫了成形法加工弧齒錐齒輪大輪動態(tài)切削力仿真程序。為驗證動態(tài)切削力模型的有效性，設計了實驗裝置。動態(tài)切削力計算結果和實驗結果的相對誤差不超過±15％，證明了切削力建模和仿真的正確性。
　　(2)基于四軸數控銑齒機滾切法加工弧齒錐齒輪的幾何原理，推導了粗銑小輪過程中切削層瞬時未變形切屑面

3、積的計算公式。采用傳統(tǒng)切削力模型，建立了滾切法加工弧齒錐齒輪小輪的切削力計算方法，開發(fā)了切削力仿真程序，并設計了驗證方案。結果表明：采用不同切削用量時，相應的主電機電源輸入功率計算結果與主電機變頻器輸出功率測量結果幅值基本一致。
　　(3)提出了一種瞬時切向切削力基本恒定約束下的變進給速度控制方法。該方法以成形法加工弧齒錐齒輪的瞬時切削力模型為基礎，通過使銑齒機NC代碼進給速度關鍵字的值動態(tài)變化，實現了變進給速度控制，達到了減小切

4、削力波動，減小數控銑齒過程中的振動、異響，提高數控銑齒的質量和加工效率，延長刀具的使用壽命的目的。并通過成形法加工實驗驗證了此方法的可行性。
　　(4) 給出了一種基于和聲搜索算法（HSA）的弧齒錐齒輪粗銑參數優(yōu)化方案，它以單件最短工序時間（最大生產率）和單件最低加工成本為目標函數，以刀片的許用最高切削速度，切削功率，刀具耐用度為約束條件，以切削速度，X、Y 聯(lián)動軸移動速度，單步插補度數為優(yōu)化變量，建立了數控滾切法粗銑弧齒錐齒輪切

5、削參數優(yōu)化模型。用MatLab 編寫優(yōu)化程序，最終獲得最佳的粗銑切削用量，并通過某具體實例驗證了所建模型的有效性。
　　(5) 依據數控滾切法精銑弧齒錐齒輪的加工原理，建立了齒面平均殘留高度與切削參數（切削速度，聯(lián)動軸移動速度，單步插補度數）間的解析關系，分析了切削參數對齒面平均殘留高度的影響規(guī)律，并通過實驗驗證了結果的正確性。研究表明：刀片切削速度增加可以降低齒面的平均殘留高度，但效果不明顯；聯(lián)動軸移動速度增加時齒面平均殘余高度