[发明专利]一种剃齿加工参数全局优化设计方法

说明书

本发明公开了一种剃齿加工参数全局优化设计方法，该方法基于剃削原理将剃齿加工离散为n次往复剃削运动，根据弹性力学推导出剃齿齿形误差迭代方程，并得到了加工齿轮的齿形方程与中凹误差函数。以剃齿齿形中凹误差为评价指标建立优化目标函数，采用聚散优化算法(GAD)设计了剃齿加工参数的全局优化方法。通过该方法可以实现剃后工件齿轮齿形中凹误差的准确预测以及寻找出剃齿加工参数的最优组合，降低了剃齿加工设计的复杂性，有效地提高了剃齿工艺的生产效率和加工精度。

技术领域

本发明属于齿轮加工领域的方法，更具体的说，涉及一种剃齿加工参数全局优化设计方法。

背景技术

剃齿加工是齿轮精加工生产中的高效工艺，是保证齿面表面精度、纠正齿轮误差的重要环节。剃齿工艺广泛应用于机床、汽车、船舶、航空航天等产业的齿轮生产，具有效率高、成本低、适应性强和调整方便等优点。然而，剃齿齿形中凹误差问题却是齿轮制造中长期存在的一个技术难题，它是齿轮传动产生振动、噪音的主要因素之一，不但严重影响工件齿轮齿面精度和啮合传动状态，而且限制了剃齿加工在高精密场合的生产应用。

为减小剃齿齿形中凹误差，会根据剃后工件齿轮齿形对剃齿刀进行相应地修形，其基本步骤是：

①在标准渐开线剃齿刀的基础上在相应齿廓处进行刃磨；

②对工件齿轮进行试剃；

③对剃后工件进行精度检测，如果符合要求则认为此时的剃齿刀齿形已符合加工要求可投入使用；

④若试剃结果不满足生产要求，则对比剃后齿轮齿形进行针对性地刃磨修正，反复以上①、②、③的过程直至满足加工精度要求。

由此可见剃齿刀修形是一个凭借工程经验反复修正与试剃的过程。实际加工中产品工艺的变化及新产品的投产会使得这一过程相当复杂，过分依赖刃磨技术人员的经验，也降低了剃齿工艺的效率。若能直接在设计阶段预测出齿形中凹误差曲线，并针对性地进行优化设计，将会大大提高剃齿工艺的生产效率和加工精度。因此，本领域亟需寻找更为准确的剃齿齿形中凹误差预测和剃齿加工参数的优化设计方法，以满足剃齿加工中对高质量、高效率的要求。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种剃齿加工参数全局优化设计方法。

为实现上述任务，本发明通过以下的技术解决方案予以实现：

一种剃齿加工参数全局优化设计方法，其特征在于，包括：

S1：剃齿齿形中凹误差模型

将剃削过程视为n次往复剃削运动的叠加，并通过计算n次往复剃削运动中工件齿轮沿齿廓展开角上的背吃刀量来得到加工后的剃齿齿形中凹误差；

根据剃齿啮合原理可求出工件坐标系S(o-x_py_pz_p)中啮合点的初始坐标方程为：

其中r_b1为剃齿刀基圆半径；u₁为剃齿刀渐开线上该点处压力角和展角的和；λ₁为剃齿刀渐开线齿廓从起始处沿着z轴转过的角度；为剃齿刀的旋转角度；Σ、ΔΣ分别为剃齿刀与工件齿轮的轴交角和轴交角误差；l₂为”

工件齿轮在z_p轴方向移动的距离；p₁为剃齿刀齿面螺旋参数；i₂₁和i为工件齿轮角速度与剃齿刀角速度、工件齿轮轴向进给速度的传动比。

啮合点的背吃刀量由径向进给量、啮合点压下量和轮齿的弯曲程度决定，由此推出啮合点的背吃刀量a_p为：