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齿轮滚切工艺是应用最广泛的齿轮加工工艺之一,高速干切工艺的出现和逐步成熟为齿轮滚切实现绿色环保加工以及高效自动化生产提供了技术条件。但由于高速干式滚齿工艺切削速度高且缺少切削油/液的冷却润滑,不同工艺参数形成的切屑厚度不同,直接影响带走的切削热量,因而工艺参数对机床热变形误差、刀具寿命和工件质量等影响很大。高速干切滚齿工艺参数与传统滚齿的适用取值差别很大,高速干切滚齿工艺参数的优化面向大批量自动化生产应用并需要综合考虑干切滚齿工艺特性,目前相关研究较少。 针对上述问题,论文在国家863计划等项目(课题编号:2012AA040107)、国家自然科学基金项目(项目编号:51475058)的资助下,对高速干切滚齿工艺参数优化模型及应用系统开发展开研究。论文开展的具体研究工作如下: 首先,论文基于工艺原理建立了高速干切滚齿工艺参数体系及基本工艺参数与切削参数之间的计算方法,并同时建立了齿轮加工效率、加工成本、加工误差等工艺性能参数的评价模型。 其次,论文基于工艺参数推荐值计算方法,建立了一种高速干切滚齿工艺参数在机优化模型。以自动化加工效率为优化目标,以额定成本、加工节拍、工件质量为约束条件,综合考虑工件材料、刀具涂层等因素对切削速度和滚刀顶刃最大切屑厚度进行优化。模型采用自适应实验迭代的方法进行求解,其优化效率随着基础数据的积累越来越高。 然后,论文基于工艺参数优化模型求解过程中获得的刀具寿命参数建立了高速干切滚刀预估模型。以单个刀齿切削长度作为高速干切滚刀寿命评价指标并建立相应的计算模型,开展高速干切滚刀寿命实验,建立高速干切滚刀寿命多元线性回归模型,采用 MATLAB求解得到该实验条件下的高速干切滚刀寿命经验公式。最后基于此提出了优化滚齿切削参数以及采用新型窜刀方式等高速干切滚刀寿命优化方法。 最后,为实现高速干切滚齿工艺参数优化模型在齿轮自动化生产线上的应用,基于西门子840D数控系统开发了高速干切滚齿工艺参数优化支持系统,该系统实现了机床参数、工件参数、滚刀参数等参数的自定义,主轴转速、进给速度等工艺参数的精确计算及其对应数控代码的自动生成,并将工艺参数优化模型运用到实际生产中。该系统在某轿车齿轮自动生产线的生产实践中得到应用,取得了良好的效果。