[發(fā)明專利]一種超聲振動加工齒輪齒面形貌加工及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811149459.2
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN109332820B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐進(jìn)元;關(guān)先磊;陳雪林
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: B23F19/02
• 分類號: B23F19/02;B24B1/04
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 伍傳松

1.一種超聲振動加工齒輪齒面形貌加工及控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

A、依據(jù)對齒輪加工過程中加工效率的要求，初步確定刀具的切削參數(shù)的取值范圍，即刀具的轉(zhuǎn)速、切削深度和每齒進(jìn)給量的取值范圍；

B、依據(jù)表面粗糙度的要求，調(diào)整步驟A中的每齒進(jìn)給量使其滿足表面粗糙度要求；

C、在步驟A中的切削參數(shù)取值范圍內(nèi)選擇多組切削深度a_i及轉(zhuǎn)速r_i；

D、依據(jù)步驟C選取的切削參數(shù)，再根據(jù)刀具的刀齒數(shù)n，得到切削參數(shù)引起的激勵頻率w_i，w_i＝r_i·n；

E、依據(jù)機(jī)床的模態(tài)函數(shù)Φ_k(w)，從多組激勵頻率w_i中篩選出能避開機(jī)床模態(tài)的激勵頻率w_c，激勵頻率w_c對應(yīng)的切削參數(shù)轉(zhuǎn)速為r_c；

F、將工件要求的表面形貌，通過表面形貌分析設(shè)備擬合成函數(shù)Φ_C；

G、依據(jù)激勵頻率w_c，設(shè)定柔性件的固有頻率為w₁，所述柔性件固定在機(jī)床的工作臺上，工件則連接在柔性件上進(jìn)行加工，通過計(jì)算獲得柔性件的剛度K₁、阻尼系數(shù)C₁和質(zhì)量M₁；

H、依據(jù)機(jī)械振動理論，建立動力學(xué)模型，獲得切削力f₁(T)，再通過切削力模型得出切削深度h和每齒進(jìn)給量f_z；

I、若切削深度h符合步驟C的取值范圍，每齒進(jìn)給量f_z符合步驟B的取值范圍，則按照切削深度h、每齒進(jìn)給量f_z和轉(zhuǎn)速為r_c的切削參數(shù)對工件進(jìn)行加工，若切削深度h或每齒進(jìn)給量f_z在步驟A和步驟C的取值范圍外，則在保證切削力不變的前提下，修改切削深度和每齒進(jìn)給量，直到符合要求再按照符合要求的切削參數(shù)對工件進(jìn)行加工；

J、刀具按照步驟I中符合要求的切削參數(shù)進(jìn)行加工的同時，在五軸銑削加工機(jī)床上增加一套超聲振動輔助加工系統(tǒng)及柔性件，其中超聲振動輔助加工系統(tǒng)與機(jī)床主軸連接，柔性件固定連接在工作臺上，工件固定在柔性件的一端，采用球頭銑刀加工工件的表面形貌，超聲振動輔助加工系統(tǒng)給刀具施加超聲振動，通過刀具超聲振動的擠壓作用切除工件表面的殘留高度并改變工件表面波紋，形成光滑的表面形貌。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動加工齒輪齒面形貌加工及控制方法，其特征在于：所述步驟C中的切削深度a_i及轉(zhuǎn)速r_i是根據(jù)機(jī)床的模態(tài)、工件的材料特性、切削力系數(shù)，通過顫振穩(wěn)定性分析理論得出的。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動加工齒輪齒面形貌加工及控制方法，其特征在于：所述步驟E中，激勵頻率w_c選取范圍在機(jī)床相鄰頻率的中間區(qū)域。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動加工齒輪齒面形貌加工及控制方法，其特征在于：所述步驟H中，動力學(xué)模型如下：

M₁為切削系統(tǒng)等效質(zhì)量；

C₁(T)為切削加工系統(tǒng)等效阻尼系數(shù)；

K₁(T)為切削加工系統(tǒng)等效剛度；

x₁(T)表示振動位移函數(shù)，與工件要求的表面形貌為Φ_C一致；

T表示時間。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動加工齒輪齒面形貌加工及控制方法，其特征在于：所述步驟G中，柔性件的固有頻率w₁的限定范圍[0.9w_c，1.1w_c]。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲振動加工齒輪齒面形貌加工及控制方法，其特征在于：所述柔性件的剛度K₁、阻尼系數(shù)C₁和質(zhì)量M₁是通過有限元計(jì)算獲得。