螺旋锥齿轮形性协同加工参数混合反调修正方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109343466A(43)申请公布日2019.02.15(21)申请号201811027862.8(22)申请日2018.09.04(71)申请人中南大学地址湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号中南大学新校区机电工程学院(72)发明人唐进元丁撼(74)专利代理机构长沙永星专利商标事务所(普通合伙)43001代理人邓淑红(51)Int.Cl.G05B19/18(2006.01)G05B19/404(2006.01)G05B19/408(2006.01)G05B19/4097(2006.01)B23F9/00(2006.01)权利要求书4页说明书15页附图14页(54)发明名称螺旋锥齿轮形性协同加工参数混合反调修正方法(57)摘要本发明公开了一种螺旋锥齿轮形性协同加工参数混合反调修正方法，给出一种几何与物理性能协同优化方案，优化目标是可任意预设的ease-off齿面，优化结果是带反调量的精确加工参数，使反调过程变成理论设计齿面向预设ease-off目标齿面的无穷最小化逼近过程，逼近程度定义残余ease-off来评判。考虑ease-off齿面的高阶性能，建立考虑误差齿面高阶特性的可预设制造精度的通用加工参数反调模型，优化加工参数为最优设计变量，考虑建立目标函数的强烈非线性，并探究其原因，提供更高效更精确更稳定的非线性最小二乘鲁棒性算法，获得可靠稳定的数值解。同时借助齿面接触性能分析的主要手段有限元LTCA技术，提出几何与物理性能协同优化的通用加工参数混合反调的主动创成方法。CN109343466ACN109343466A权利要求书1/4页1.一种螺旋锥齿轮形性协同加工参数混合反调修正方法，包括以下两个步骤：i)通过几何性能残余ease-off的高阶加工参数反调修正来评价齿面几何性能；ii)利用有限元LTCA的比例反调，对步骤i)考虑几何性能反调后的齿面进行物理性能评价与决策，输出最终优化的精确加工参数；iii)确定形性协同制造的决策方案；其中步骤i)包括以下分步：i.1)将ease-off定义为任何设计齿面相对于其基本齿面的几何修正量，将ease-off根据制造精度要求预设为一个理论设计与实际加工之间的容差，并根据预设ease-off要求来确定最终的目标齿面；i.2)建立考虑误差齿面高阶特性的可预设加工精度的通用加工参数反调模型，确定其目标函数；i.3)通过非线性最小二乘鲁棒性算法对已确定的目标函数进行精确计算求解，实现参数驱动设计齿面并达到与目标齿面的精确匹配；步骤ii)包括以下分步：ii.1)确定基于LTCA的齿面物理性能评价指标最大齿面接触应力CPMAX；最大载荷传动误差LTEMAX和齿面重合度εγ；ii.2)考虑几何与物理性能协同的比例反调基于敏感性分析的优化加工参数选择；确定考虑几何与物理性能的形性协同制造参数的比例反调方案。2.如权利要求1所述的螺旋锥齿轮加工参数反调修正方法，其特征在于：步骤i.1)的具体步骤如下：通过离散化获得基本齿面网格点，在基本齿面采样点网格中，第i个点的矢量及其法向矢量表示为式中(u，θ)是曲面表达高斯参数，而φ则是最基本的运动参数；x(0)表示初始加工参数，即在万能运动展成(UGM)框架下的的通用加工参数分别为：滚比Ra,刀位Sr,垂直轮位Em,床(0)位XB,水平轮位XD,机床安装角γm,刀倾角σ,刀转角ζ；一旦某一套加工参数被给定x＝x，一个基本齿面即可通过建模得到；相对于该基本齿面，一个设计齿面的第i个目标离散点为(0)式中，设计齿面与基本齿面之间的偏差值hi就是ease-off。3.如权利要求2所述的螺旋锥齿轮加工参数反调修正方法，其特征在于：步骤i.2)的具体步骤如下：(0)(0)当一个含有m个离散点pi的基本齿面通过给定的初始加工参数x建模求得后，含预*设ease-off值的离散点pi所组成的目标齿面为在无穷小逼近目标齿面过程中，设计齿面与目标齿面的法向偏差hi∈h＝(h1,…,hm)(i∈[1,m])定义为残余ease-off，用来评价其精度，ease-off的单位阈值可以根据实际齿面2CN109343466A权利要求书2/4页CMM测量来确定；同样的，所求点的法向矢量表示为n＝(n1,…,nm)；则该匹配过程也是一个3预设ease-off的有效补偿过程，它构成了含4个未知标量即(μ,θ,φi)∈R及hi∈R的系统，其中，刀具与齿坯的相对速度vc-b为c-b(c)(c)(b)v((μ,θ,φi),x)＝ω((u,θ,φi),x)×r((u,θ,φi),x)-ω((u,θ,φi),x)×r(b)((u,θ,φi),x)(5)式中，ω和r分别表示角速度和位移矢量，上标c和b分别表示刀盘刀具和齿坯；很显然，f