齒輪高速干切加工的滾刀控制優(yōu)化仿真

曹建　王玉生　張毅

摘要：齒輪高速干切加工是軸承齒輪成形加工的主要環(huán)節(jié)，針對傳統(tǒng)的數(shù)控滾齒加工誤差較大的問題，提出一種基于主軸振動響應(yīng)函數(shù)模型推導(dǎo)的齒輪高速干切加工滾刀控制模型。采用內(nèi)齒干涉插值修正方法進行齒輪高速干切加工的模量分解，構(gòu)建加工滾刀控制的約束參量模型，采用自適應(yīng)誤差反饋修正方法進行加工誤差修正，構(gòu)建齒輪滾刀控制的主軸振動響應(yīng)函數(shù)，根據(jù)函數(shù)優(yōu)化向量解的推導(dǎo)模型實現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化，實現(xiàn)滾刀優(yōu)化控制。仿真結(jié)果表明，采用該方法進行齒輪高速干切加工的滾刀控制，提高加工精度，優(yōu)化了加工工藝參數(shù)。

關(guān)鍵詞：齒輪；高速干切加工；滾刀控制；仿真

0引言

齒輪高速干切加工工藝是應(yīng)用最廣泛的齒部成形加工工藝，齒輪高速干切加工在優(yōu)化滾子軸承、壓縮機軸承的強度和韌帶方面具有重要的應(yīng)用意義。隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，對齒輪高速干切加工工藝的優(yōu)化提出了更高的要求。齒輪干切工藝由傳統(tǒng)濕式干切向高速干式切割方向發(fā)展，研究高效自動化的齒輪高速干切加工控制方法，將優(yōu)化后的加工工藝參數(shù)傳遞到刀具和工件上，對提高機床功率和改善刀具壽命都具有重要意義，研究齒輪高速干切加工的滾刀控制方法，在提高齒輪的加工效率，減少加工成本，發(fā)揮加工工藝性能方面都具有很好的促進作用。

目前，國內(nèi)外已經(jīng)有多位學(xué)者針對齒輪高速干切加工的滾刀控制方法和工藝參數(shù)的優(yōu)化進行了研究，典型的滾刀控制方法有齒輪工件的邊緣分布估計控制方法、切削速度步進控制方法和多目標變參數(shù)優(yōu)化方法等，通過優(yōu)化齒輪工件的幾何參數(shù)，為后續(xù)齒輪高速干切加工工藝參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的開發(fā)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和計算基礎(chǔ)，并取得了一定的研究成果。其中，文獻中提出一種改進的球頭銑刀曲面多軸加工的刀具接觸區(qū)半解析建模模型，基于接觸線沿齒寬曲率修正方法進行復(fù)合修正，實現(xiàn)對齒輪高速干切加工的球頭銑刀曲面多軸加工修正，提高了加工精度，但是該方法在受到較大的振動誤差影響下加工進刀軌跡的收斂性不好；文獻中提出一種斜齒輪成形磨削接觸線優(yōu)化模型，基于多軸聯(lián)動加工切削深度誤差修正方法進行齒輪高速干切加工中切削深度優(yōu)化量算，結(jié)合自適應(yīng)聯(lián)動特征分解方法進行控制優(yōu)化，提高了加工工藝，但該方法受到曲率修正半徑影響較大，導(dǎo)致滾刀控制的魯棒性不高。

針對上述問題，本文提出一種基于主軸振動響應(yīng)函數(shù)模型推導(dǎo)的齒輪高速干切加工滾刀控制模型。首先采用內(nèi)齒干涉插值修正方法進行齒輪高速干切加工的模量分解，構(gòu)建加工滾刀控制的約束參量模型，采用自適應(yīng)誤差反饋修正方法進行加工誤差修正，然后構(gòu)建齒輪滾刀控制的主軸振動響應(yīng)函數(shù)，根據(jù)函數(shù)優(yōu)化向量解的推導(dǎo)模型實現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化，實現(xiàn)滾刀優(yōu)化控制。最后進行仿真實驗分析，得出有效性結(jié)論，展示了本文方法在優(yōu)化齒輪干切加工性能方面的優(yōu)越性。