[发明专利]一种滚齿加工电子齿轮箱运动速度波动优化方法

说明书

本发明公开了一种滚齿加工电子齿轮箱运动速度波动优化方法，包括：(1)构建滚刀齿形轮廓在滚刀坐标系下的方程；(2)构建加工过程中滚刀在工件坐标系下的切削轨迹；(3)在工件坐标系下确定滚刀和工件的瞬时切削平面并计算，获得加工过程中瞬时切削力随时间的变化和电子齿轮箱速度波动；(4)调整加工参数，重新执行步骤(1)～(3)，直至获得电子齿轮箱速度波动符合要求的加工参数，即优化后的加工参数。本发明可解决现有高速滚齿加工过程中电子齿轮箱运动速度波动大，难以进行准确地控制、反馈和补偿的问题。采用优化后的加工参数可降低电子齿轮箱速度的波动，使电子齿轮箱的运动速度更加平稳，从而提高加工效率。

技术领域

本发明属于滚齿加工技术领域，具体涉及一种滚齿加工电子齿轮箱运动速度波动优化方法。

背景技术

滚齿加工属断续加工，加工中存在冲击导致主轴产生速度波动。与数控插齿、数控铣齿等其他一些齿轮加工方法不同，滚齿加工主轴要参与展成运动以形成齿廓，而主轴一般工作在速度模式，为保证滚齿加工精度，通常采用俗称的电子齿轮箱运动控制算法，即把滚刀旋转、滚刀切向移动以及滚刀沿工件轴向移动轴定义为主动轴，工件回转轴定义为从动轴，建立主从跟随运动控制模型，实现高精度运动控制。

随着滚齿加工技术的发展，高速、干切硬滚技术越来越受到市场的认可。然而高速硬滚加工时，滚削力较大的波动会导致滚刀主轴转速也产生较大的波动，从而降低主从跟随运动精度，无法保证齿轮的高精度加工要求。为保证高速干切硬滚的加工精度，需从滚齿加工动力学与工艺层面，通过工艺参数优化，控制切削力的波动，使主轴运动速度更加平滑，速度波动更小，从而保证电子齿轮箱主从跟随运动精度，满足市场需求。

通常研究滚削力是采用建立经验模型，通过多次实验采集滚削力，通过线性拟合的方法，获得滚削力与相关加工参数的关系式，但是该方法无法准确地计算出时变滚削力的大小，无法运用到电子齿轮箱运动速度波动控制中。

发明内容

为了解决背景技术中所指出的问题，本发明提供了一种滚齿加工电子齿轮箱运动速度波动优化方法，将该方法优化方法应用到滚齿加工，可降低电子齿轮箱的运动速度波动，从而保证滚齿的高精度加工。

本发明提供的一种滚齿加工电子齿轮箱运动速度波动优化方法，包括：

(1)构建滚刀齿形轮廓在滚刀坐标系下的方程f(x)；

(2)构建加工过程中滚刀在工件坐标系下的切削轨迹；本步骤具体为：

选任一刀齿定义为参考刀齿，将参考刀齿的齿形轮廓曲线离散为等距的齿廓点，构建齿廓点在滚刀坐标系下的空间矩阵H_h；H_h的第一、二、三行分别为齿廓点在滚刀坐标系下的x、y、z轴坐标，第四行为附加单位行向量；

基于参考刀齿和其他刀齿的位置关系，利用H_h构建其他刀齿的齿形轮廓在滚刀坐标系下的空间矩阵H_hp；

将空间矩阵H_hp转换到工件坐标系，获得任意刀齿的齿形轮廓在工件坐标系下的空间矩阵H_g；

连续时刻下的H_g构成滚刀加工过程的切削轨迹；

(3)在工件坐标系下确定滚刀和工件的瞬时切削平面并计算，获得加工过程中瞬时切削力随时间的变化和电子齿轮箱速度波动；本步骤具体为：

在各时刻下，基于空间矩阵H_g中不共线的齿廓点构成一平面J(x,y,z)；构建工件轮廓在工件坐标系下的方程K(x,y,z)；计算J(x,y,z)和K(x,y,z)的相交区域；利用微积分计算瞬时切削面积；基于瞬时切削面积获得瞬时切削力，从而模拟瞬时切削力随时间的变化和电子齿轮箱速度波动；

(4)参数优化，本步骤具体为：