[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

说明书

本发明公开了一种超声振动加工齿轮齿面形貌加工及控制方法，首先初步确定刀具的切削参数的取值范围；在切削参数取值范围内选择一些切削深度及转速；根据柔性件的参数和工件要求的表面形貌通过计算得出切削深度h和每齿进给量f_z；再对切削深度h和每齿进给量f_z进行判断和调整，符合要求后，便按照上述切削参数进行加工，在加工过程中，机床系统给刀具施加超声振动。本发明通过引入柔性件，能够有效避免在机床多自由度下的模态特性的干扰，通过优化切削参数，可得到满足工件要求的表面形貌，超声振动则可切除毛刺，形成光滑的表面形貌。

技术领域

本发明涉及齿轮机械加工领域，特别是涉及一种超声振动加工齿轮齿面形貌加工及控制方法。

背景技术

目前，在切削加工的零件中，表面质量是工件的使用性能一个重要指标。为了满足一些重要的结合面或相对滑动面的使用要求，通常会对工件的表面粗糙度、残余应力、硬度等指标提出要求。但对使用工况复杂的高性能齿轮的表面质量中，传统的表面质量要求已不能满足要求，对工件齿面形貌提出了更高的要求，这是由于工件表面形貌对传动过程中的摩擦及传递层的形成中有决定性影响，不合适的齿面形貌会严重影响工件表面的性能，如图1所示，刀具切削刃与工件接触中会存在毛刺或残留高度，使工件表面形成非光滑的表面形貌。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本发明提出一种能准确获得预期工件表面形貌且表面光滑的超声振动加工齿轮齿面形貌加工及控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超声振动加工齿轮齿面形貌加工及控制方法，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；