插齒切削穩(wěn)定性研究及應(yīng)用.pdf

1、插齒是加工圓柱齒輪的重要工藝技術(shù)，高效加工是插齒技術(shù)恒久追求的目標(biāo)。高速化是實(shí)現(xiàn)高效插齒的主要途徑。此外，還可以從插齒原理上挖掘加工潛力，如采用變圓周進(jìn)給插齒方法，進(jìn)一步提高加工效率。穩(wěn)定切削是實(shí)現(xiàn)高效插齒的前提。目前為止，關(guān)于插齒穩(wěn)定性的研究鮮見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道，有待完善。為此，本文針對(duì)插齒穩(wěn)定性開(kāi)展研究，解析插齒穩(wěn)定性規(guī)律，優(yōu)化插齒工藝，為高效插齒的應(yīng)用提供理論依據(jù)。
　　由于插齒過(guò)程較復(fù)雜，加之插齒機(jī)床技術(shù)規(guī)格限制，難以直接進(jìn)行切削

2、穩(wěn)定性試驗(yàn)。為此，本文采用相似模型與原型相結(jié)合的分析與試驗(yàn)方法對(duì)插齒穩(wěn)定性進(jìn)行研究。首先，在建立插齒動(dòng)力學(xué)方程及再生顫振模型基礎(chǔ)上，對(duì)插齒切削穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測(cè)；其次，基于相似理論，依據(jù)插齒動(dòng)力學(xué)模型，導(dǎo)出插齒動(dòng)力學(xué)相似準(zhǔn)則，并以此為據(jù)設(shè)計(jì)插齒的相似模型——間斷車(chē)削試驗(yàn)，通過(guò)理論建模分析與試驗(yàn)研究，獲得相似模型（間斷車(chē)削）的再生顫振及穩(wěn)定性規(guī)律，進(jìn)而依據(jù)相似理論獲得原型（插齒）切削穩(wěn)定性規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，提出了滿(mǎn)足插齒穩(wěn)定性要求的變圓周進(jìn)給

3、高效插齒策略及工藝優(yōu)化模型。本文的主要成果如下：
　　工藝系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)是動(dòng)力學(xué)建模及穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)?；谠偕澱駲C(jī)理，結(jié)合典型插齒機(jī)（YK5132）模態(tài)測(cè)試分析，明確了插齒徑向進(jìn)給方向?yàn)樵偕澱穹较?；同時(shí)獲得了插齒工藝系統(tǒng)在再生顫振方向的質(zhì)量、阻尼和剛度等動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
　　切削力是工藝系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模及穩(wěn)定性分析的關(guān)鍵要素。針對(duì)插齒切削力建模，提出了插齒等效切削寬度和等效切削厚度的概念：定義插齒刀與工件齒輪間的接觸線(xiàn)長(zhǎng)度

4、為等效切削寬度，單個(gè)插齒沖程切削面積除以等效切削寬度為等效切削厚度；通過(guò)插齒過(guò)程的幾何仿真分析，獲得了一個(gè)插齒周期（插齒刀與工件齒輪対滾一個(gè)節(jié)距）的插齒切削面積、等效切削寬度和等效切削厚度及其與加工位置（沖程序號(hào)）的關(guān)系；基于插齒切削力實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立了多項(xiàng)式形式的插齒切削力模型，該模型能夠較精確地描述等效切削厚度與切削力之間非線(xiàn)性關(guān)系，進(jìn)而保證再生顫振及穩(wěn)定性分析的有效性?；诓妪X切削力建模模型，導(dǎo)出了動(dòng)態(tài)切削力模型。
　　基于上

5、述成果，建立了插齒動(dòng)力學(xué)方程及再生顫振模型，獲得了插齒切削穩(wěn)定性曲線(xiàn)，預(yù)測(cè)出低速區(qū)（沖程次數(shù)小于200次/分鐘）和高速區(qū)（沖程次數(shù)2000～3000次/分鐘）兩個(gè)高穩(wěn)定區(qū)，二者分別對(duì)應(yīng)于常規(guī)插齒和高速插齒的沖程次數(shù)范圍；基于對(duì)動(dòng)態(tài)切削力與等效切削厚度參數(shù)關(guān)系的非線(xiàn)性特性分析，提出了利用切削力非線(xiàn)性，降低切削力對(duì)切削厚度波動(dòng)的敏感性，增大切削穩(wěn)定性域的構(gòu)想；基于這種構(gòu)想，預(yù)測(cè)了插齒的最佳等效名義切削厚度，采用該最佳等效名義切削厚度可以?xún)?yōu)化

6、插齒工藝，提高加工效率。
　　為了驗(yàn)證上述插齒切削穩(wěn)定性預(yù)測(cè)結(jié)果，采用相似理論的方程分析法，依據(jù)插齒動(dòng)力學(xué)方程，導(dǎo)出了插齒動(dòng)力學(xué)相似指標(biāo)方程；依據(jù)相似指標(biāo)方程建立了原型（插齒）的相似模型（間斷車(chē)削）的動(dòng)力學(xué)模型，解析相似模型（間斷車(chē)削）的動(dòng)力學(xué)模型，獲得了相似模型（間斷車(chē)削）的穩(wěn)定性葉瓣圖，并試驗(yàn)驗(yàn)證了穩(wěn)定性葉瓣圖的有效性；進(jìn)而依據(jù)相似模型（間斷車(chē)削）的穩(wěn)定性規(guī)律，利用相似指標(biāo)方程推演出了原型（插齒）穩(wěn)定性曲線(xiàn)。插齒穩(wěn)定性推演結(jié)果

7、與預(yù)測(cè)結(jié)果吻合良好，表明本文獲得的插齒穩(wěn)定性規(guī)律與結(jié)論是合理有效的，可以作為優(yōu)化插齒工藝的依據(jù)。
　　基于插齒穩(wěn)定性研究成果，針對(duì)低速和高速插齒，提出了兩種變圓周進(jìn)給高效加工策略：(1)對(duì)于不受切削穩(wěn)定性制約的低速插齒（沖程次數(shù)200次/分鐘以下），采用等切削面積策略；(2)對(duì)于高速插齒（沖程次數(shù)2000次/分鐘以上），采用等切削厚度策略；基于上述兩種加工策略，建立了變圓周進(jìn)給高效插齒的工藝優(yōu)化模型，獲得了變圓周進(jìn)給參數(shù)，等切削面