本发明专利技术公开了一种超声辅助精密加工高强度超硬齿轮键槽的方法与系统，本方法通过获取超声辅助精密加工装置中多种切削深度下的切削力、超声振动幅值以及切削力系数；根据切削力和超声振动幅值，计算单位切削力幅值，并根据切削力和加工齿轮键槽的刀具的长度，计算刀具角度变化值和位移变化值；根据位移变化值、切削力系数和单位切削力幅值，计算工件切削深度值；根据刀具角度变化值，计算刀具实际前角和刀具实际后角，并对刀具实际前角和刀具实际后角进行约束，获得前角约束和后角约束；根据前角约束、后角约束和工件切削深度值加工齿轮键槽。本发明专利技术能够提高加工精度、加工效率、工件质量和刀具寿命。质量和刀具寿命。质量和刀具寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种超声辅助精密加工高强度超硬齿轮键槽的方法与系统
[0001]本专利技术涉及齿轮机械加工
，尤其是涉及一种超声辅助精密加工高强度超硬齿轮键槽的方法与系统。
技术介绍
[0002]高强度齿轮广泛应用于航空发动机传动系统中，为了满足高转速、高承载力、高温的要求，高强度齿轮的硬度与强度越来越高。这类高强度齿轮通过内孔与传动轴连接，齿轮啮合过程中形成的动态高频力不断的冲击内孔与轴连接的面，对轴面的形状精度、尺寸精度、微观形貌、结合面的接触性能提出了更高的要求。高强度齿轮材料的高硬度、高强度与低韧性等特性使得传统工艺切削加工时，切削力系数大，切屑断裂频率高，切削力高频大幅值波动，这造成刀具易磨损，加工质量低，工件易报废等工程难题。最新的高强度齿轮钢CH1900，屈服强度超过1700MPa，硬度超过68HRC，其切削力系数，切削力振荡频率，振荡幅值更大，在加工内径低于20mm时，以上工程问题更加明显。此外，在通过热处理淬火提高接触面硬度时，热处理淬火后硬度也达到了68HRC，连接轴面也会发生变形，需要精加工，在精加工时也会遇到同样的难题。因而，当前热处理淬火的齿轮与后续的高强度超硬齿轮的加工均会存在同样的难题。另外，现有工艺加工齿轮键槽时，由于接触面硬度高，精加工时切削深度较小，单位切削力大。尽管超声切削能够显著降低切削力，但是在负载下超声振动装置难以产生设定的幅值，也造成了径向偏移。
技术实现思路
[0003]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种超声辅助精密加工高强度超硬齿轮键槽的方法与系统，能够提高加工精度、加工效率、工件质量和刀具寿命。
[0004]第一方面，本专利技术实施例提供了一种超声辅助精密加工高强度超硬齿轮键槽的方法，所述超声辅助精密加工高强度超硬齿轮键槽的方法包括：
[0005]获取多种切削深度下的切削力、超声振动幅值以及切削力系数；
[0006]根据所述切削力和所述超声振动幅值，计算单位切削力；
[0007]获取加工齿轮键槽的刀具的长度，并根据所述切削力和所述长度，计算刀具角度变化值和位移变化值；
[0008]根据所述位移变化值、所述切削力系数和所述单位切削力，计算工件切削深度值；
[0009]根据所述刀具角度变化值，计算刀具实际前角和刀具实际后角；
[0010]对所述刀具实际前角和所述刀具实际后角进行约束，获得前角约束和后角约束；
[0011]根据所述前角约束、所述后角约束和所述工件切削深度值加工所述齿轮键槽。
[0012]与现有技术相比，本专利技术第一方面具有以下有益效果：
[0013]本方法通过获取超声辅助精密加工装置中多种切削深度下的切削力、超声振动幅值以及切削力系数，根据切削力和超声振动幅值，计算单位切削力幅值，并根据切削力和加
工齿轮键槽的刀具的长度，计算刀具角度变化值和位移变化值，本方法考虑了切削力引起的刀具角度变化和位移变化，能够减少后续加工齿轮键槽时偏离设计参数而导致加工误差和刀具磨损；根据位移变化值、切削力系数和单位切削力幅值，计算工件切削深度值，根据刀具角度变化值，计算刀具实际前角和刀具实际后角，并对刀具实际前角和刀具实际后角进行约束，获得前角约束和后角约束，根据前角约束、后角约束和工件切削深度值加工齿轮键槽，通过对前角和后角的约束，能够优化切削路径，从而提高了加工精度，并且提高了加工效率、工件质量和刀具寿命。
[0014]根据本专利技术的一些实施例，通过如下方式计算所述刀具角度变化值和所述位移变化值：
[0015]计算所述刀具角度变化值为：
[0016][0017]计算所述位移变化值为：
[0018][0019]其中，α
c
表示所述刀具角度变化值，F
x
表示所述切削力x方向的分量切削力，l表示加工齿轮键槽的刀具的长度，E表示弹性模量，I表示极惯性矩，L
c
表示所述位移变化值。
[0020]根据本专利技术的一些实施例，通过如下方式计算所述工件切削深度值：
[0021][0022]其中，h表示所述工件切削深度值，b表示切削宽度，k
f
表示所述切削力系数，h
d
表示理想切削深度，ε
i
表示所述单位切削力幅值。
[0023]根据本专利技术的一些实施例，通过如下方式计算所述理想切削深度：
[0024]h
d
＝h
v
+h
‑
L
c
[0025]其中，h
v
表示超声振动幅值。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，通过如下方式计算所述刀具实际前角和所述刀具实际后角：
[0027]计算所述刀具实际前角为：
[0028]α
s
＝α
c
+α
t
+α
v
[0029]计算所述刀具实际后角为：
[0030]β
s
＝α
c
+β
t
+α
v
[0031]其中，α
s
表示所述刀具实际前角，α
c
表示所述刀具角度变化值，α
t
表示刀具理论前角，α
v
表示超声振动引起的刀具角度变化量，β
s
表示所述刀具实际后角，β
t
表示刀具理论后角。
[0032]根据本专利技术的一些实施例，通过如下方式计算所述超声振动引起的刀具角度变化量：
[0033][0034]其中，v表示插齿床控制的切削速度，v
v
表示超声振动引起的切削速度，v
v
＝2πf
v
h
v
，f
v
表示超声振动频率，h
v
表示超声振动幅值。
[0035]根据本专利技术的一些实施例，所述对所述刀具实际前角和所述刀具实际后角进行约束，获得前角约束和后角约束，包括：
[0036]对所述刀具实际前角进行约束，获得前角约束：
[0037][0038]对所述刀具实际后角进行约束，获得后角约束：
[0039][0040]其中，F
i
表示所述切削力，l表示加工齿轮键槽的刀具的长度，E表示弹性模量，I表示极惯性矩，f
v
表示超声振动频率，h
v
表示超声振动幅值，v表示插齿床控制的切削速度。
[0041]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种超声辅助精密加工高强度超硬齿轮键槽的系统，所述超声辅助精密加工高强度超硬齿轮键槽的系统包括：
[0042]数据获取单元，用于获取超声辅助精密加工装置中多种切削深度下的切削力、超声振动幅值以及切削力系数；
[0043]第一计算单元，用于根据所述切削力和所述超声振动幅值，计算单位切削力幅值，并根据所述切削力和加工齿轮键槽的刀本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超声辅助精密加工高强度超硬齿轮键槽的方法，其特征在于，所述超声辅助精密加工高强度超硬齿轮键槽的方法包括：获取超声辅助精密加工装置中多种切削深度下的切削力、超声振动幅值以及切削力系数；根据所述切削力和所述超声振动幅值，计算单位切削力幅值，并根据所述切削力和加工齿轮键槽的刀具的长度，计算刀具角度变化值和位移变化值；根据所述位移变化值、所述切削力系数和所述单位切削力幅值，计算工件切削深度值；根据所述刀具角度变化值，计算刀具实际前角和刀具实际后角，并对所述刀具实际前角和所述刀具实际后角进行约束，获得前角约束和后角约束；根据所述前角约束、所述后角约束和所述工件切削深度值加工所述齿轮键槽。2.根据权利要求1所述的超声辅助精密加工高强度超硬齿轮键槽的方法，其特征在于，通过如下方式计算所述刀具角度变化值和所述位移变化值：计算所述刀具角度变化值为：计算所述位移变化值为：其中，α
c
表示所述刀具角度变化值，F
x
表示所述切削力x方向的分量切削力，l表示加工齿轮键槽的刀具的长度，E表示弹性模量，I表示极惯性矩，L
c
表示所述位移变化值。3.根据权利要求2所述的超声辅助精密加工高强度超硬齿轮键槽的方法，其特征在于，通过如下方式计算所述工件切削深度值：其中，h表示所述工件切削深度值，b表示切削宽度，k
f
表示所述切削力系数，h
d
表示理想切削深度，ε
i
表示所述单位切削力幅值。4.根据权利要求3所述的超声辅助精密加工高强度超硬齿轮键槽的方法，其特征在于，通过如下方式计算所述理想切削深度：h
d
＝h
v
+h
‑
L
c
其中，h
v
表示超声振动幅值。5.根据权利要求1所述的超声辅助精密加工高强度超硬齿轮键槽的方法，其特征在于，通过如下方式计算所述刀具实际前角和所述刀具实际后角：计算所述刀具实际前角为：α
s
＝α
c
+α
t
+α
v
计算所述刀具实际后角为：β
s
＝α
c
+β
t
+α
v
其中，α
s
表示所述刀具实际前角，α
c
表示所述刀具角度变化值，α
t
表示刀具理论前角，α
v
表...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐进元，陈雪林，周元生，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：
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