齒輪高速干切加工的滾刀控制優(yōu)化仿真

曹建　王玉生　張毅

摘要：齒輪高速干切加工是軸承齒輪成形加工的主要環(huán)節(jié)，針對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)控滾齒加工誤差較大的問(wèn)題，提出一種基于主軸振動(dòng)響應(yīng)函數(shù)模型推導(dǎo)的齒輪高速干切加工滾刀控制模型。采用內(nèi)齒干涉插值修正方法進(jìn)行齒輪高速干切加工的模量分解，構(gòu)建加工滾刀控制的約束參量模型，采用自適應(yīng)誤差反饋修正方法進(jìn)行加工誤差修正，構(gòu)建齒輪滾刀控制的主軸振動(dòng)響應(yīng)函數(shù)，根據(jù)函數(shù)優(yōu)化向量解的推導(dǎo)模型實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)滾刀優(yōu)化控制。仿真結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行齒輪高速干切加工的滾刀控制，提高加工精度，優(yōu)化了加工工藝參數(shù)。

關(guān)鍵詞：齒輪；高速干切加工；滾刀控制；仿真

0引言

齒輪高速干切加工工藝是應(yīng)用最廣泛的齒部成形加工工藝，齒輪高速干切加工在優(yōu)化滾子軸承、壓縮機(jī)軸承的強(qiáng)度和韌帶方面具有重要的應(yīng)用意義。隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)齒輪高速干切加工工藝的優(yōu)化提出了更高的要求。齒輪干切工藝由傳統(tǒng)濕式干切向高速干式切割方向發(fā)展，研究高效自動(dòng)化的齒輪高速干切加工控制方法，將優(yōu)化后的加工工藝參數(shù)傳遞到刀具和工件上，對(duì)提高機(jī)床功率和改善刀具壽命都具有重要意義，研究齒輪高速干切加工的滾刀控制方法，在提高齒輪的加工效率，減少加工成本，發(fā)揮加工工藝性能方面都具有很好的促進(jìn)作用。

目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有多位學(xué)者針對(duì)齒輪高速干切加工的滾刀控制方法和工藝參數(shù)的優(yōu)化進(jìn)行了研究，典型的滾刀控制方法有齒輪工件的邊緣分布估計(jì)控制方法、切削速度步進(jìn)控制方法和多目標(biāo)變參數(shù)優(yōu)化方法等，通過(guò)優(yōu)化齒輪工件的幾何參數(shù)，為后續(xù)齒輪高速干切加工工藝參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和計(jì)算基礎(chǔ)，并取得了一定的研究成果。其中，文獻(xiàn)中提出一種改進(jìn)的球頭銑刀曲面多軸加工的刀具接觸區(qū)半解析建模模型，基于接觸線(xiàn)沿齒寬曲率修正方法進(jìn)行復(fù)合修正，實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪高速干切加工的球頭銑刀曲面多軸加工修正，提高了加工精度，但是該方法在受到較大的振動(dòng)誤差影響下加工進(jìn)刀軌跡的收斂性不好；文獻(xiàn)中提出一種斜齒輪成形磨削接觸線(xiàn)優(yōu)化模型，基于多軸聯(lián)動(dòng)加工切削深度誤差修正方法進(jìn)行齒輪高速干切加工中切削深度優(yōu)化量算，結(jié)合自適應(yīng)聯(lián)動(dòng)特征分解方法進(jìn)行控制優(yōu)化，提高了加工工藝，但該方法受到曲率修正半徑影響較大，導(dǎo)致滾刀控制的魯棒性不高。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出一種基于主軸振動(dòng)響應(yīng)函數(shù)模型推導(dǎo)的齒輪高速干切加工滾刀控制模型。首先采用內(nèi)齒干涉插值修正方法進(jìn)行齒輪高速干切加工的模量分解，構(gòu)建加工滾刀控制的約束參量模型，采用自適應(yīng)誤差反饋修正方法進(jìn)行加工誤差修正，然后構(gòu)建齒輪滾刀控制的主軸振動(dòng)響應(yīng)函數(shù)，根據(jù)函數(shù)優(yōu)化向量解的推導(dǎo)模型實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)滾刀優(yōu)化控制。最后進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析，得出有效性結(jié)論，展示了本文方法在優(yōu)化齒輪干切加工性能方面的優(yōu)越性。