基于数控加工技术的螺旋锥齿轮齿面电化学光整加工工艺基础研究

The research on improving the machining quality and service performance of spiral bevel gears is a hot topic in gear industry. Based on advantages of the electrochemical finishing in improving the machining quality and service performance of parts, according to the present state of spiral bevel gears machining in domestic automobile area, the project combined with the development direction of the spiral bevel gears processing technology is put forward. In view of the processing method, electrochemical anodic dissolution, spherical involute and scattered point cloud model, the digital model of function-oriented active tooth contact area design and control is built. The cubic NURBS spline, wavelet analysis and skin technology are applied to design the surface of spiral bevel gears. The dynamic pressure effect is formed in the environment of pumping mechanism based on micro modeling of cathode surface. Then, the small gap, mechanical activation and pulse effect to error high precision removal are used for improving the locality of electrochemical anodic dissolution, and the active control of surface contact area with the envelope trajectory planning is achieved .The affected zone and main vector of electrochemical anodic dissolution are used for normal vector with third-order modification of cubic NURBS spline. By studying on multi axis synchronous fine interpolation technology of electrochemical anodic dissolution, the realization of spiral bevel gears tooth surface with electrochemical finishing on the basis of CNC machining and the construction of the theoretical framework and technology have important scientific significance and practical application value in improving the level of precision machining.

提高螺旋锥齿轮加工质量、使用性能是齿轮行业研究的热点。针对国内量大面广的汽车用螺旋锥齿轮精加工现状，基于电化学光整加工在提高零件加工质量和改善使用性能方面的优势，结合螺旋锥齿轮加工技术的发展方向，项目申请人提出了本课题；基于电化学阳极溶解，在考虑加工方法的基础上，借助球面渐开线及离散点云模型，采用三次NURBS样条、小波分析及蒙皮技术，建立基于接触区主动设计与控制的螺旋锥齿轮齿面数字化模型；基于阴极表面微造型建立的泵送机制形成动压效应，利用小间隙、机械活化及脉冲效应影响误差高点精准去除，提高电化学阳极溶解的定域性，借助包络轨迹的规划，实现齿面接触区主动控制；利用电化学阳极溶解影响区及其主法矢，对三次NURBS样条的法矢进行三阶修正，研究基于电化学阳极溶解的多轴同步精细插补技术，实现基于数控加工的螺旋锥齿轮齿面电化学光整加工，构建理论框架和技术，对提高精密加工水平具有科学意义和现实应用价值。

针对国内量大面广的汽车用螺旋锥齿轮精加工现状，基于电化学光整加工在提高零件加工质量和改善使用性能方面的优势 ，结合数控加工技术的发展方向，项目申请人提出了本课题，并对其涉及到的螺旋锥齿轮数字化模型、电化学光整加工结合数控加工技术、提高电化学阳极溶解定域能力方面以及球面渐开线接触区控制等方面的主要内容开展了研究。研究结果表明：.（1）基于齿轮拟合定律建立的球面渐开线数学模型，可利用B样条小波基和双正交小波基实现球面渐开线的重构与数字化加工，基于不同小波基重构的球面渐开线的误差以及热处理后的变形均存在一定的差异；.（2）经磨削加工与电化学光整加工的表面微观几何形貌的分形特性参数不同，并影响表面微观动压效应集成的压力场的波动性，压力场的波动性是摩擦副间隙产生泵送效应和振动的主要因素；.（3）细化步长并非数控加工技术中精细化插补技术唯一的发展方向，借助电化学阳极溶解材料的加工方式，可提高插补拐点的光顺化，提高零件的加工精度;.（4）有效利用非线性电解液和机械活化作用影响电势的高低和电流密度的大小并非是提高电化学阳极溶解定域性的唯一手段，借助磁场改变极间电解液中带电粒子的运动轨迹以及改变脉冲电流的波形可以影响电化学阳极溶解的定域性，但其对双电层的影响规律与作用机理有待进一步研究；.（5）齿轮动力学是接触区主动设计与控制的基础，轴的柔性及轴间距和轴交角位移偏误差均影响接触区的空间位置,可利用基于遗传算法解决测量路径优化和螺旋锥齿轮点云测量的扫描实现基于通用测量装备的螺旋锥齿轮的加工精度的测量；.（6）由于多自由度机械臂可以提供更多的拟合曲线，同时电化学光整加工没有明显的机械力作用，因此基于多自由度机械臂的螺旋锥齿轮齿面电化学光整加工工艺具有更显著的优势和发展空间。