弧齒錐齒輪數(shù)控銑齒機(jī)切削力及切削參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、切削力研究及切削參數(shù)優(yōu)化對(duì)于弧齒錐齒輪數(shù)控銑齒機(jī)提高切齒效率、改善加工質(zhì)量具有重要意義，也是弧齒錐齒輪開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)重要的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。本文從提高弧齒錐齒輪數(shù)控粗加工效率和精加工齒面精度出發(fā)，以最新的數(shù)控銑齒加工理論、嚙合仿真技術(shù)、優(yōu)化算法為基礎(chǔ)，利用動(dòng)態(tài)切削力仿真、切削參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化、齒面精加工平均殘余高度仿真等方法，對(duì)弧齒錐齒輪數(shù)控加工過(guò)程進(jìn)行物理仿真和實(shí)驗(yàn)研究。
　　論文的主要研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　(1)根據(jù)成形法加工弧

2、齒錐齒輪的幾何理論，推導(dǎo)了任意時(shí)刻未變形切屑厚度和切屑寬度的計(jì)算公式，建立了成形法加工弧齒錐齒輪大輪的動(dòng)態(tài)銑削力模型，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)標(biāo)定了銑削力系數(shù)，編寫(xiě)了成形法加工弧齒錐齒輪大輪動(dòng)態(tài)切削力仿真程序。為驗(yàn)證動(dòng)態(tài)切削力模型的有效性，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)裝置。動(dòng)態(tài)切削力計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)誤差不超過(guò)±15％，證明了切削力建模和仿真的正確性。
　　(2)基于四軸數(shù)控銑齒機(jī)滾切法加工弧齒錐齒輪的幾何原理，推導(dǎo)了粗銑小輪過(guò)程中切削層瞬時(shí)未變形切屑面

3、積的計(jì)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(jì)算方法，開(kāi)發(fā)了切削力仿真程序，并設(shè)計(jì)了驗(yàn)證方案。結(jié)果表明：采用不同切削用量時(shí)，相應(yīng)的主電機(jī)電源輸入功率計(jì)算結(jié)果與主電機(jī)變頻器輸出功率測(cè)量結(jié)果幅值基本一致。
　　(3)提出了一種瞬時(shí)切向切削力基本恒定約束下的變進(jìn)給速度控制方法。該方法以成形法加工弧齒錐齒輪的瞬時(shí)切削力模型為基礎(chǔ)，通過(guò)使銑齒機(jī)NC代碼進(jìn)給速度關(guān)鍵字的值動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)了變進(jìn)給速度控制，達(dá)到了減小切

4、削力波動(dòng)，減小數(shù)控銑齒過(guò)程中的振動(dòng)、異響，提高數(shù)控銑齒的質(zhì)量和加工效率，延長(zhǎng)刀具的使用壽命的目的。并通過(guò)成形法加工實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shù)優(yōu)化方案，它以單件最短工序時(shí)間（最大生產(chǎn)率）和單件最低加工成本為目標(biāo)函數(shù)，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(dòng)軸移動(dòng)速度，單步插補(bǔ)度數(shù)為優(yōu)化變量，建立了數(shù)控滾切法粗銑弧齒錐齒輪切

5、削參數(shù)優(yōu)化模型。用MatLab 編寫(xiě)優(yōu)化程序，最終獲得最佳的粗銑切削用量，并通過(guò)某具體實(shí)例驗(yàn)證了所建模型的有效性。
　　(5) 依據(jù)數(shù)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(shù)（切削速度，聯(lián)動(dòng)軸移動(dòng)速度，單步插補(bǔ)度數(shù)）間的解析關(guān)系，分析了切削參數(shù)對(duì)齒面平均殘留高度的影響規(guī)律，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了結(jié)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(dòng)軸移動(dòng)速度增加時(shí)齒面平均殘余高度