[发明专利]一种超声振动加工齿轮齿面形貌加工及控制方法

权利要求书

1.一种超声振动加工齿轮齿面形貌加工及控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、依据对齿轮加工过程中加工效率的要求，初步确定刀具的切削参数的取值范围，即刀具的转速、切削深度和每齿进给量的取值范围；

B、依据表面粗糙度的要求，调整步骤A中的每齿进给量使其满足表面粗糙度要求；

C、在步骤A中的切削参数取值范围内选择多组切削深度a_i及转速r_i；

D、依据步骤C选取的切削参数，再根据刀具的刀齿数n，得到切削参数引起的激励频率w_i，w_i＝r_i·n；

E、依据机床的模态函数Φ_k(w)，从多组激励频率w_i中筛选出能避开机床模态的激励频率w_c，激励频率w_c对应的切削参数转速为r_c；

F、将工件要求的表面形貌，通过表面形貌分析设备拟合成函数Φ_C；

G、依据激励频率w_c，设定柔性件的固有频率为w₁，所述柔性件固定在机床的工作台上，工件则连接在柔性件上进行加工，通过计算获得柔性件的刚度K₁、阻尼系数C₁和质量M₁；

H、依据机械振动理论，建立动力学模型，获得切削力f₁(T)，再通过切削力模型得出切削深度h和每齿进给量f_z；

I、若切削深度h符合步骤C的取值范围，每齿进给量f_z符合步骤B的取值范围，则按照切削深度h、每齿进给量f_z和转速为r_c的切削参数对工件进行加工，若切削深度h或每齿进给量f_z在步骤A和步骤C的取值范围外，则在保证切削力不变的前提下，修改切削深度和每齿进给量，直到符合要求再按照符合要求的切削参数对工件进行加工；

J、刀具按照步骤I中符合要求的切削参数进行加工的同时，在五轴铣削加工机床上增加一套超声振动辅助加工系统及柔性件，其中超声振动辅助加工系统与机床主轴连接，柔性件固定连接在工作台上，工件固定在柔性件的一端，采用球头铣刀加工工件的表面形貌，超声振动辅助加工系统给刀具施加超声振动，通过刀具超声振动的挤压作用切除工件表面的残留高度并改变工件表面波纹，形成光滑的表面形貌。

2.根据权利要求1所述的超声振动加工齿轮齿面形貌加工及控制方法，其特征在于：所述步骤C中的切削深度a_i及转速r_i是根据机床的模态、工件的材料特性、切削力系数，通过颤振稳定性分析理论得出的。

3.根据权利要求1所述的超声振动加工齿轮齿面形貌加工及控制方法，其特征在于：所述步骤E中，激励频率w_c选取范围在机床相邻频率的中间区域。

4.根据权利要求1所述的超声振动加工齿轮齿面形貌加工及控制方法，其特征在于：所述步骤H中，动力学模型如下：

M₁为切削系统等效质量；

C₁(T)为切削加工系统等效阻尼系数；

K₁(T)为切削加工系统等效刚度；

x₁(T)表示振动位移函数，与工件要求的表面形貌为Φ_C一致；

T表示时间。

5.根据权利要求1所述的超声振动加工齿轮齿面形貌加工及控制方法，其特征在于：所述步骤G中，柔性件的固有频率w₁的限定范围[0.9w_c，1.1w_c]。

6.根据权利要求5所述的超声振动加工齿轮齿面形貌加工及控制方法，其特征在于：所述柔性件的刚度K₁、阻尼系数C₁和质量M₁是通过有限元计算获得。