数控内齿珩轮强力珩齿机理研究

CNC power internal gear honing is a precise and efficient machining process. The most prominent advantage of gear honing is the generation of a surface structure on the tooth flank which improves the noise behavior of the gears. So the process is applied widely on automobile transmission. But the machining accuracy DIN 5 to 7 is not enough for a gear precision process and due to the accuracy gear honing cannot be used more widely. The project build error correction mathematical model of internal honing tool on the real tooth surface meshing principle; Based on the analysis of the meshing condition of honing tool and workpiece, build force model and cutting depth model of power honing to study the effect of parameters such as tooth number and crossed axis angle on tooth profile error; Using the Johnson transformation and linear filtering technique to build the random distribution abrasive model and based on the particle swarm neural network optimization algorithm to study the effect of parameters, such as honing tool rotation speed and feed speed, on comprehensive accuracy of tooth surface. The project research on the error mechanism of internal gear honing, analysis the influence of machining error and establish the prediction model of machining accuracy, to improve the machining accuracy of power honing.

数控内齿珩轮强力珩齿加工，是齿轮精密加工工艺，加工精度和效率较高，尤其是加工的齿轮齿面上具有弧线纹理特性，可以有效降低齿轮传动噪音，因此在汽车变速箱等领域广泛应用，但内齿珩轮强力珩齿精度一般在DIN 5到7级，加工精度等级不够高制约了其更加广泛的应用。项目基于真实齿面啮合原理，建立内齿珩轮误差修正数学模型；分析内齿珩轮强力珩齿加工过程中任意时刻珩磨轮与齿轮珩削啮合状态，建立内齿珩轮强力珩齿加工切削力模型和珩削深度模型，研究齿数和轴交角等参数变化对内齿珩轮强力珩齿加工齿形误差影响机制；通过Johnson变换和线性滤波技术建立内齿珩轮不规则随机分布磨粒模型，基于粒子群-神经网络优化算法研究内齿珩轮强力珩齿转速、进给速度等加工参数对工件齿面综合精度的影响规律。项目研究内齿珩轮强力珩齿机理，分析其加工误差影响规律和产生机制，建立加工精度预测模型，提高内齿珩轮强力珩齿加工精度。

内齿珩轮强力珩齿和蜗杆砂轮磨齿作为两种主要的齿轮精加工工艺，互有特点相互补充，应用广泛。本课题从工件齿面珩削纹路生成机理、粗糙度、综合轮廓误差、拓扑齿面修形等方面对数控内齿珩轮强力珩齿工艺进行系统深入地研究。完成的研究内容如下：①在建立内啮合珩齿空间坐标系以及工件螺旋渐开面方程的基础上，基于齿面啮合原理对珩磨轮与工件的共轭啮合方程进行了推导，并进一步得到了工件齿面接触线以及珩磨轮非渐开线齿面，对工件齿面纹路形成机理和变化规律进行了探究。②提出了一种变轴交角修整珩磨轮的工艺策略，在珩磨轮每次修整时，轴交角作为珩磨轮径向修正量的的函数不断的变化，该工艺可以保证齿型形状、接触状况、受力状态几乎保持不变，同时大幅提高珩磨轮可修整次数。③基于磨削原理，分析了内齿珩轮强力珩齿珩削过程，确定了影响珩削力大小的工艺参数；通过方差分析法，对预测模型的准确性进行分析，分析了各个珩削工艺参数对珩削力的影响规律，发现了影响珩削力的主次因素。④提出了一种基于啮合磨削理论的内齿珩轮强力珩齿工件齿面粗糙度微观质量的建模方法，分别建立工件齿面齿形和齿向方向粗糙度微观质量数学模型，并通过粗糙度检测试验进行验证，基于所验证的模型，分析了变轴交角珩齿加工工艺对齿形和齿向方向粗糙度微观质量所造成的影响。⑤基于Box-Behnken试验设计方法，提出了一种对各项齿面轮廓误差施加同等精度权重配比的数控内齿珩轮强力珩齿工件齿面综合轮廓误差宏观质量建模方法，并基于智能优化算法达到了内齿珩轮强力珩齿工艺参数的优化效果和齿轮精度的提升。⑥提出了一种基于电子齿轮箱的全齿面拓扑修形方法，只需要数控机床各轴之间联动即可实现齿轮修形加工，不需要针对不同的修形齿轮制作不同的金刚石修整轮。本项目完善了内齿珩轮强力珩齿理论体系，一定程度改观了珩齿工艺理论受制于西方发达国家的局面，成果突出，具有很好的理论意义与工程应用价值。