齿轮高速干切加工的滚刀控制优化仿真

曹建　王玉生　张毅

摘要：齿轮高速干切加工是轴承齿轮成形加工的主要环节，针对传统的数控滚齿加工误差较大的问题，提出一种基于主轴振动响应函数模型推导的齿轮高速干切加工滚刀控制模型。采用内齿干涉插值修正方法进行齿轮高速干切加工的模量分解，构建加工滚刀控制的约束参量模型，采用自适应误差反馈修正方法进行加工误差修正，构建齿轮滚刀控制的主轴振动响应函数，根据函数优化向量解的推导模型实现工艺参数优化，实现滚刀优化控制。仿真结果表明，采用该方法进行齿轮高速干切加工的滚刀控制，提高加工精度，优化了加工工艺参数。

关键词：齿轮；高速干切加工；滚刀控制；仿真

0引言

齿轮高速干切加工工艺是应用最广泛的齿部成形加工工艺，齿轮高速干切加工在优化滚子轴承、压缩机轴承的强度和韧带方面具有重要的应用意义。随着数控加工技术的发展，对齿轮高速干切加工工艺的优化提出了更高的要求。齿轮干切工艺由传统湿式干切向高速干式切割方向发展，研究高效自动化的齿轮高速干切加工控制方法，将优化后的加工工艺参数传递到刀具和工件上，对提高机床功率和改善刀具寿命都具有重要意义，研究齿轮高速干切加工的滚刀控制方法，在提高齿轮的加工效率，减少加工成本，发挥加工工艺性能方面都具有很好的促进作用。

目前，国内外已经有多位学者针对齿轮高速干切加工的滚刀控制方法和工艺参数的优化进行了研究，典型的滚刀控制方法有齿轮工件的边缘分布估计控制方法、切削速度步进控制方法和多目标变参数优化方法等，通過优化齿轮工件的几何参数，为后续齿轮高速干切加工工艺参数优化系统的开发提供数据基础和计算基础，并取得了一定的研究成果。其中，文献中提出一种改进的球头铣刀曲面多轴加工的刀具接触区半解析建模模型，基于接触线沿齿宽曲率修正方法进行复合修正，实现对齿轮高速干切加工的球头铣刀曲面多轴加工修正，提高了加工精度，但是该方法在受到较大的振动误差影响下加工进刀轨迹的收敛性不好；文献中提出一种斜齿轮成形磨削接触线优化模型，基于多轴联动加工切削深度误差修正方法进行齿轮高速干切加工中切削深度优化量算，结合自适应联动特征分解方法进行控制优化，提高了加工工艺，但该方法受到曲率修正半径影响较大，导致滚刀控制的鲁棒性不高。

针对上述问题，本文提出一种基于主轴振动响应函数模型推导的齿轮高速干切加工滚刀控制模型。首先采用内齿干涉插值修正方法进行齿轮高速干切加工的模量分解，构建加工滚刀控制的约束参量模型，采用自适应误差反馈修正方法进行加工误差修正，然后构建齿轮滚刀控制的主轴振动响应函数，根据函数优化向量解的推导模型实现工艺参数优化，实现滚刀优化控制。最后进行仿真实验分析，得出有效性结论，展示了本文方法在优化齿轮干切加工性能方面的优越性。