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。高速化是實現(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，如采用變圓周進給插齒方法，進一步提高加工效率。穩(wěn)定切削是實現(xiàn)高效插齒的前提。目前為止，關(guān)于插齒穩(wěn)定性的研究鮮見文獻報道，有待完善。為此，本文針對插齒穩(wěn)定性開展研究，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)。
　　由于插齒過程較復雜，加之插齒機床技術(shù)規(guī)格限制，難以直接進行切削

2、穩(wěn)定性試驗。為此，本文采用相似模型與原型相結(jié)合的分析與試驗方法對插齒穩(wěn)定性進行研究。首先，在建立插齒動力學方程及再生顫振模型基礎(chǔ)上，對插齒切削穩(wěn)定性進行預(yù)測；其次，基于相似理論，依據(jù)插齒動力學模型，導出插齒動力學相似準則，并以此為據(jù)設(shè)計插齒的相似模型——間斷車削試驗，通過理論建模分析與試驗研究，獲得相似模型（間斷車削）的再生顫振及穩(wěn)定性規(guī)律，進而依據(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，提出了滿足插齒穩(wěn)定性要求的變圓周進給

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)的動力學參數(shù)是動力學建模及穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)?；谠偕澱駲C理，結(jié)合典型插齒機（YK5132）模態(tài)測試分析，明確了插齒徑向進給方向為再生顫振方向；同時獲得了插齒工藝系統(tǒng)在再生顫振方向的質(zhì)量、阻尼和剛度等動力學參數(shù)。
　　切削力是工藝系統(tǒng)動力學建模及穩(wěn)定性分析的關(guān)鍵要素。針對插齒切削力建模，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長度

4、為等效切削寬度，單個插齒沖程切削面積除以等效切削寬度為等效切削厚度；通過插齒過程的幾何仿真分析，獲得了一個插齒周期（插齒刀與工件齒輪対滾一個節(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）的關(guān)系；基于插齒切削力實驗結(jié)果，建立了多項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性關(guān)系，進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，導出了動態(tài)切削力模型。
　　基于上

5、述成果，建立了插齒動力學方程及再生顫振模型，獲得了插齒切削穩(wěn)定性曲線，預(yù)測出低速區(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）兩個高穩(wěn)定區(qū)，二者分別對應(yīng)于常規(guī)插齒和高速插齒的沖程次數(shù)范圍；基于對動態(tài)切削力與等效切削厚度參數(shù)關(guān)系的非線性特性分析，提出了利用切削力非線性，降低切削力對切削厚度波動的敏感性，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優(yōu)化

6、插齒工藝，提高加工效率。
　　為了驗證上述插齒切削穩(wěn)定性預(yù)測結(jié)果，采用相似理論的方程分析法，依據(jù)插齒動力學方程，導出了插齒動力學相似指標方程；依據(jù)相似指標方程建立了原型（插齒）的相似模型（間斷車削）的動力學模型，解析相似模型（間斷車削）的動力學模型，獲得了相似模型（間斷車削）的穩(wěn)定性葉瓣圖，并試驗驗證了穩(wěn)定性葉瓣圖的有效性；進而依據(jù)相似模型（間斷車削）的穩(wěn)定性規(guī)律，利用相似指標方程推演出了原型（插齒）穩(wěn)定性曲線。插齒穩(wěn)定性推演結(jié)果

7、與預(yù)測結(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，針對低速和高速插齒，提出了兩種變圓周進給高效加工策略：(1)對于不受切削穩(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，建立了變圓周進給高效插齒的工藝優(yōu)化模型，獲得了變圓周進給參數(shù)，等切削面