[发明专利]一种采用飞秒激光加工面齿轮的方法

说明书

本发明公开了面齿轮加工技术领域的一种采用飞秒激光加工面齿轮的方法，该方法具有加工的面齿轮精度等级高、加工过程可操作度大等特点。包括：将待加工面齿轮通过夹装工具固定在飞秒激光加工平台上并扫描定位；基于待加工面齿轮的差曲面，对待加工面齿轮进行基于加工区域的分组，并根据待加工面齿轮的差曲面绘制等高线图；待加工面齿轮翻转至设定角度，用于使待加工面齿轮的待加工面与水平面保持在给定的误差范围内；设置加工参数，并按照给定的分组加工顺序逐一加工；以整个齿面作为加工区域，基于待加工面齿轮的等高线图进行二次加工；对二次加工后的面齿轮进行检测分析，得到加工差曲面检测报告。

技术领域

本发明属于面齿轮加工技术领域，具体涉及一种采用飞秒激光加工面齿轮的方法。

背景技术

面齿轮是实现空间相交或交错传动的关键件，具有重合度大、承载能力强、高速传动平稳等诸多优势，在交通运输、大型装备、航空航天、工程机械等领域，具有广阔的应用前景。因此，面齿轮的精密制造是世界制造强国在传动领域长期竞争的技术高地和前沿研究领域之一。

面齿轮的齿形复杂，技术要求高，制造困难。随着国内外研究深入，特别是多轴数控机床的出现，使得该类齿轮已越来越多地应用于高速、重载荷的航空器上，目前国内已研发出七轴五联动螺旋锥齿轮磨齿机、试制了面齿轮磨床，面齿轮加工精度一般达4~5级（GB10095-2001），比国外要低2级左右，这严重制约了这类齿轮传动的优势性能在我国高、精、尖装备上的应用。因此，开展面齿轮精密制造的新理论和技术研究，是我国国防安全和传动技术发展的迫切需要。

面齿轮的传统机械加工，其半精和精加工方法一般采用插齿或滚齿或铣齿+磨齿，磨齿是曲面齿轮的精密机械加工方法之一。由于共轭曲面齿轮是一种变齿厚齿形，一般需采用范成法加工，磨齿机复杂、调整困难、磨削效率和精度较低，加工成本高，而目前国外数控精密磨齿机和曲面齿轮先进制造技术对我国进行封锁。针对这些长期存在的严重技术瓶颈，需要探索研究新的加工理论、方法和工艺。

飞秒激光加工采用超短脉冲和极高峰值功率，加工材料作用机理不同于传统机械加工和长脉冲激光加工，涉及在时间/空间上动态效应多尺度作用影响的科学问题。飞秒激光加工具有加工区域精确、可精密加工任何材料等突出特点，使得其快速发展和广泛应用。采用飞秒激光精微修正加工面齿轮是一种新的先进精密制造方法，对于提高其加工质量和降低制造成本，具有重大科学理论意义和广泛工程应用前景。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种采用飞秒激光加工面齿轮的方法，具有加工的面齿轮精度等级高、加工过程可操作度大等特点。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种采用飞秒激光加工面齿轮的方法，包括：将待加工面齿轮通过夹装工具固定在飞秒激光加工平台上，对固定好的面齿轮进行扫描定位；基于待加工面齿轮的差曲面，对待加工面齿轮进行基于加工区域的分组，得到面齿轮分组，并根据待加工面齿轮的差曲面绘制等高线图；通过调整夹装工具将待加工面齿轮翻转至设定角度，用于使待加工面齿轮的待加工面与水平面保持在给定的误差范围内；基于给定的面齿轮分组，设置加工参数，并按照给定的分组加工顺序逐一加工；以整个齿面作为加工区域，基于待加工面齿轮的等高线图进行二次加工；对二次加工后的面齿轮进行检测分析，得到加工报告。

进一步地，在所述面齿轮分组中，每一个分组对应一组加工参数；所述加工参数包括基于面齿轮的材质确定的系统参数、飞秒激光的扫描速度以及扫描间距。

进一步地，在所述按照给定的分组加工顺序逐一加工的过程中，每加工完成一个齿，需要旋转面齿轮进行下一个齿的加工，当面齿轮转动一个齿位后，以轮齿大端边缘作为定位直线，对齿轮进行新的定位修正。

进一步地，所述对待加工面齿轮进行基于加工区域的分组，包括：基于待加工面齿轮的差曲面，分析各个齿面之间的误差，对相似曲面进行标记分类，实现对齿面进行分区域分组加工。