[發明專利]基于動態效應機理的精微加工曲面齒輪激光參數控制方法

在審

• 申請號: 202110675584.2
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113199137A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 李灣;明興祖;徐海軍;賈松權;朱正塏;龍達地;朱俊華;明瑞
• 申請（專利權）人: 湖南汽車工程職業學院
• 主分類號: B23K26/06
• 分類號: B23K26/06;B23K26/0622;B23K26/38;B23K26/70
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 厲田

本發明公開了基于動態效應機理的精微加工曲面齒輪激光參數控制方法，其包括：將Q_HJ模型、Q_D模型、Q_X模型、Q_A模型和Q_C模型的動態效應作用機理進行耦合形成Q_Z模型；在所述Q_Z模型中分別輸入激光參數，并獲得輸出的齒輪表面加工質量參數；判斷所述齒輪表面加工質量參數是否符合預設標準；若否，則調整所述激光參數，并執行所述步驟S2；若是，則輸出所述激光參數。這種控制方法通過仿真模擬并根據模擬結果反向判斷是否滿足要求，能夠有效地尋找到所需的激光參數。相對于現有技術，本發明能夠有效控制激光參數，從而提升加工精度。

技術領域

本發明主要涉及齒輪精微修正加工技術領域，尤其涉及基于動態效應機理的精微加工曲面齒輪激光參數控制方法。

背景技術

曲面齒輪是實現空間相交或交錯傳動的關鍵件，主要有螺旋錐齒輪和面齒輪等類型，具有重合度大、承載能力強、高速傳動平穩等諸多優勢，廣泛應用于航空航天、大型裝備、交通運輸、工程機械等領域。因此，曲面齒輪的精密制造是世界制造強國在傳動領域長期競爭的技術高地和前沿研究領域之一。

曲面齒輪的齒形復雜，技術要求高，制造困難，其制造方法有插或滾、銑、磨等。目前僅有少數發達國家具備該類齒輪的高精度加工能力，國外曲面齒輪精密制造先進技術和設備對我國進行封鎖，國內曲面齒輪的加工精度一般比國外低2級左右。針對這些長期存在的嚴重技術瓶頸，需要研究新的加工方法和工藝。

激光作為20世紀四大發明之一，激光加工工藝正逐步更新換代傳統制造工藝。飛秒激光采用極短的脈沖寬度和極高的峰值功率，具有熱影響區小、加工區域極其精確(可小于聚焦尺寸)、可精密加工任何材料等突出特點，使得飛秒激光加工技術快速發展和廣泛應用。因此，采用飛秒激光精密加工點接觸共軛曲面齒輪是一種新的先進制造方法，對于提升共軛曲面齒輪的加工質量和傳動性能，具有重大的科學理論意義和廣泛的工程應用前景。

研究飛秒激光與金屬材料相互作用的理論模型主要有：雙溫模型、分子動力學模型、流體力學模型和混合模型，其中雙溫模型能較簡單和準確地描述飛秒激光加工金屬材料中光子與電子、電子與晶格的熱傳遞機制。Gamaly等人利用飛秒激光對銅、鋁、鋼、鉛等四種金屬靶材進行了實驗研究，證明了非平衡燒蝕的存在，得到新的雙溫模型。張端明等人提出了統一雙溫方程，較有效的描述脈寬由納秒到飛秒的激光燒蝕熱物理現象。姜瀾等人提出了改進雙溫模型，采用量子力學處理計算熱學和光學特性，擴展了雙溫度方程的應用范圍和精度。周明等人在雙溫模型的基礎上，研究了對自旋系統、電子系統和晶格系統等三個獨立系統進行描述的溫度復耦合模型。

現有技術中對于激光參數的控制尚未形成系統性的方法，從而可能導致因參數設定偏差導致加工精度下降。

發明內容

本發明的主要目的是克服上述現有技術中的不足，以解決激光參數控制能力不足導致的加工精度不高的問題。

為實現上述目的，本發明公開的基于動態效應機理的精微加工曲面齒輪激光參數控制方法，包括以下步驟：

步驟S1，將Q_HJ模型、Q_D模型、Q_X模型、Q_A模型和Q_C模型的動態效應作用機理進行耦合形成Q_Z模型；其中，Q_HJ為材料變厚度變焦效應模型；Q_D為等離子體沖擊波效應模型；Q_X為材料動態吸收效應模型；Q_A為多脈沖能量串行耦合效應模型；Q_C為齒輪材料成分間互溫感應模型；Q_Z為多脈沖能量串行耦合效應模型；

步驟S2，在所述Q_Z模型中分別輸入激光參數，并獲得輸出的齒輪表面加工質量參數；