[發明專利]一種超聲振動加工齒輪齒面形貌加工及控制方法

有效

• 申請號: 201811149459.2
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN109332820B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 唐進元;關先磊;陳雪林
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B23F19/02
• 分類號: B23F19/02;B24B1/04
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 伍傳松

本發明公開了一種超聲振動加工齒輪齒面形貌加工及控制方法，首先初步確定刀具的切削參數的取值范圍；在切削參數取值范圍內選擇一些切削深度及轉速；根據柔性件的參數和工件要求的表面形貌通過計算得出切削深度h和每齒進給量f_z；再對切削深度h和每齒進給量f_z進行判斷和調整，符合要求后，便按照上述切削參數進行加工，在加工過程中，機床系統給刀具施加超聲振動。本發明通過引入柔性件，能夠有效避免在機床多自由度下的模態特性的干擾，通過優化切削參數，可得到滿足工件要求的表面形貌，超聲振動則可切除毛刺，形成光滑的表面形貌。

技術領域

本發明涉及齒輪機械加工領域，特別是涉及一種超聲振動加工齒輪齒面形貌加工及控制方法。

背景技術

目前，在切削加工的零件中，表面質量是工件的使用性能一個重要指標。為了滿足一些重要的結合面或相對滑動面的使用要求，通常會對工件的表面粗糙度、殘余應力、硬度等指標提出要求。但對使用工況復雜的高性能齒輪的表面質量中，傳統的表面質量要求已不能滿足要求，對工件齒面形貌提出了更高的要求，這是由于工件表面形貌對傳動過程中的摩擦及傳遞層的形成中有決定性影響，不合適的齒面形貌會嚴重影響工件表面的性能，如圖1所示，刀具切削刃與工件接觸中會存在毛刺或殘留高度，使工件表面形成非光滑的表面形貌。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題。為此，本發明提出一種能準確獲得預期工件表面形貌且表面光滑的超聲振動加工齒輪齒面形貌加工及控制方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種超聲振動加工齒輪齒面形貌加工及控制方法，包括如下步驟：

A、依據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的取值范圍，即刀具的轉速、切削深度和每齒進給量的取值范圍；

B、依據表面粗糙度的要求，調整步驟A中的每齒進給量使其滿足表面粗糙度要求；

C、在步驟A中的切削參數取值范圍內選擇多組切削深度a_i及轉速r_i；

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

E、依據機床的模態函數Φ_k(w)，從多組激勵頻率w_i中篩選出能避開機床模態的激勵頻率w_c，激勵頻率w_c對應的切削參數轉速為r_c；

F、將工件要求的表面形貌，通過表面形貌分析設備擬合成函數Φ_C；

G、依據激勵頻率w_c，設定柔性件的固有頻率為w₁，所述柔性件固定在機床的工作臺上，工件則連接在柔性件上進行加工，通過計算獲得柔性件的剛度K₁、阻尼系數C₁和質量M₁；

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

I、若切削深度h符合步驟C的取值范圍，每齒進給量f_z符合步驟B的取值范圍，則按照切削深度h、每齒進給量f_z和轉速為r_c的切削參數對工件進行加工，若切削深度h或每齒進給量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給量，直到符合要求再按照符合要求的切削參數對工件進行加工；