一种“滚-磨-珩”多工艺参数协同优化与决策方法技术

本发明专利技术公开一种“滚

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种“滚
‑
磨
‑
珩”多工艺参数协同优化与决策方法


[0001]本专利技术涉及工件加工领域，具体是一种“滚
‑
磨
‑
珩”多工艺参数协同优化与决策方法。

技术介绍

[0002]高速齿轮是新能源汽车驱动传动系统核心基础零部件，为保证高转速、高效率、低噪声、长寿命的服役性能，对齿轮加工的几何精度、齿面修形和表面纹理等加工质量提出了极高的要求。新能源汽车高速齿轮的常见加工工艺流程主要包括滚齿加工、磨齿加工和珩齿加工。高速齿轮对齿轮表面一致性、齿面纹理优化、提升综合加工效率等的需求促使生产企业对“滚
‑
磨
‑
珩”三种工序间余量及精度一体化分配以及工艺协同优化进行研究，从而提升加工效率及加工质量。目前仅有关于单种齿轮加工工艺的工艺参数优化，且通常将加工余量视为定值，未考虑其变化的影响。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种“滚
‑
磨
‑
珩”多工艺参数协同优化与决策方法，包括以下步骤：1)根据汽车高速齿轮加工过程中齿轮加工工艺的特性，选择待优化的工艺参数变量，并构建所述“滚
‑
磨
‑
珩”工艺优化模型；所述待优化的工艺参数变量包括滚齿工艺的工艺参数、磨齿工艺的工艺参数和珩齿工艺的工艺参数；所述滚齿工艺的工艺参数包括滚刀切削速度v
h
、滚刀轴向进给量f
h
、滚刀直径d
h0
、滚刀头数z
h0
、滚齿加工余量x1；所述磨齿工艺的工艺参数包括砂轮切削速度v
g
、砂轮轴向进给量f
g
、砂轮切削深度a
g
、磨齿加工余量x2；所述珩齿工艺的工艺参数包括工件主轴转速n
ph
、珩磨轮X轴进给量f
phx
、珩磨轮Z轴进给量f
phz
、无火花珩削循环时间t
phs
、珩齿加工余量x3。所述“滚
‑
磨
‑
珩”工艺优化模型的优化目标包括滚齿加工工艺、磨齿加工工艺、珩齿加工工艺的总加工时间T、总加工成本C以及最后一道工艺完成后的齿轮表面加工质量F；其中，总加工时间T如下所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，T
h
表示滚齿工艺所需时间；T
g
表示磨齿工艺所需时间；T
ph
表示珩齿工艺所需时间；其中，滚齿工艺所需时间T
h
、磨齿工艺所需时间T
g
、珩齿工艺所需时间T
ph
分别如下所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，t
hba
、t
gba
、t
phba
分别表示滚齿工艺、磨齿工艺、珩齿工艺的基本加工时间；t
hau
、t
gau
、t
phau
分别表示滚齿工艺、磨齿工艺、珩齿工艺的辅助加工时间；t
hc
、t
gc
、t
phc
分别表示滚齿工艺、磨齿工艺、珩齿工艺的换刀或修整所用时间；N
h0
，N
g0
，N
ph0
分别表示滚齿工艺、磨齿工艺、珩齿工艺使用的滚刀、砂轮、珩磨轮在修整后可加工的齿轮个数；其中，基本加工时间t
hba
、基本加工时间t
gba
、基本加工时间t
phba
分别如下所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
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(5)式中，d
g
为砂轮直径，B为工件齿轮宽度；C
T
为干切滚刀的接近行程；U
e
为干切滚刀的接近安全允量；U
a
为干切滚刀的退出安全允量；O
T
为干切滚刀的超越行程；z0为干切滚刀的滚刀头数；z1为工件齿轮齿数；d
ha0
为干切滚刀的滚刀外径；a
g
为砂轮切削深度；其中，干切滚刀的接近行程C
T
和干切滚刀的超越行程O
T
分别如下所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)式中，d
ha1
为工件齿轮齿顶圆直径；
훿
为干切滚刀的滚刀安装角；
훼
为工件齿轮压力角；m
n
为工件齿轮法向模数；x1为滚齿加工余量；总加工成本C如下所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)式中，C
h
表示滚齿工艺单件成本；C
g
表示磨齿工艺加工单个工件的成本；C
ph
表示珩齿工艺加工单个工件的成本；C
wg
表示单件工件齿轮材料成本；滚齿工艺加工单个工件的成本C
h
如下所示：(8)式中：C
hm
为单位时间分摊的高速干切滚齿机床的折旧成本，C
hl
为单位时间分摊的高速干切滚齿机床的人力成本，C
he
为单位时间分摊的高速干切滚齿机床的电力成本，C
ht0
为高速干切滚刀的购置成本，C
h1
为高速干切滚刀的重涂层成本，C
h2
为高速干切滚刀的重磨成
本，k
h
为滚刀可刃磨次数；N
h
为滚齿工艺使用的滚刀在更换后可加工的齿轮个数；磨齿工艺加工单个工件的成本C
g
如下所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)式中，C
gm
为单位时间分摊的蜗杆砂轮磨齿机床的折旧成本，C
gl
为单位时间分摊的蜗杆砂轮磨齿机床的人力成本，C
ge
为单位时间分摊的蜗杆砂轮磨齿机床的电力成本，C
gc
为单位时间分摊的蜗杆砂轮磨齿机床的切削液成本，C
gt0
为蜗杆砂轮购置成本；N
g
为磨齿工艺使用的砂轮在更换后可加工的齿轮个数；珩齿工艺加工单个工件的成本C
ph
如下所示：
ꢀꢀꢀ
(10)式中，C
phm
为单位时间分摊的内啮合强力珩齿机床的折旧成本，C
phl
为单位时间分摊的内啮合强力珩齿机床的人力成本，C
phe
为单位时间分摊的内啮合强力珩齿机床的电力成本，C
phc
为单位时间分摊的内啮合强力珩齿机床的切削液成本；C
pht0
为珩磨轮购置成本；N...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种“滚
‑
磨
‑
珩”多工艺参数协同优化与决策方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据汽车高速齿轮加工过程中齿轮加工工艺的特性，选择待优化的工艺参数变量，并构建所述“滚
‑
磨
‑
珩”工艺优化模型；2)采用多目标蛇优化算法对“滚
‑
磨
‑
珩”工艺优化模型进行迭代求解，获得帕累托协同工艺参数解集；3)基于熵权－TOPSIS决策方法对帕累托协同工艺参数解集进行评价和排序，得出最优工艺参数。2.根据权利要求1所述的一种“滚
‑
磨
‑
珩”多工艺参数协同优化与决策方法，其特征在于，所述待优化的工艺参数变量包括滚齿工艺的工艺参数、磨齿工艺的工艺参数和珩齿工艺的工艺参数；所述滚齿工艺的工艺参数包括滚刀切削速度v
h
、滚刀轴向进给量f
h
、滚刀直径d
h0
、滚刀头数z
h0
、滚齿加工余量x1；所述磨齿工艺的工艺参数包括砂轮切削速度v
g
、砂轮轴向进给量f
g
、砂轮切削深度a
g
、磨齿加工余量x2；所述珩齿工艺的工艺参数包括工件主轴转速n
ph
、珩磨轮X轴进给量f
phx
、珩磨轮Z轴进给量f
phz
、无火花珩削循环时间t
phs
、珩齿加工余量x3。3.根据权利要求1所述的一种“滚
‑
磨
‑
珩”多工艺参数协同优化与决策方法，其特征在于，所述“滚
‑
磨
‑
珩”工艺优化模型的优化目标包括滚齿加工工艺、磨齿加工工艺、珩齿加工工艺的总加工时间T、总加工成本C以及最后一道工艺完成后的齿轮表面加工质量F；其中，总加工时间T如下所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，T
h
表示滚齿工艺所需时间；T
g
表示磨齿工艺所需时间；T
ph
表示珩齿工艺所需时间；其中，滚齿工艺所需时间T
h
、磨齿工艺所需时间T
g
、珩齿工艺所需时间T
ph
分别如下所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，t
hba
、t
gba
、t
phba
分别表示滚齿工艺、磨齿工艺、珩齿工艺的基本加工时间；t
hau
、t
gau
、t
phau
分别表示滚齿工艺、磨齿工艺、珩齿工艺的辅助加工时间；t
hc
、t
gc
、t
phc
分别表示滚齿工艺、磨齿工艺、珩齿工艺的换刀或修整所用时间；N
h0
，N
g0
，N
ph0
分别表示滚齿工艺、磨齿工艺、珩齿工艺使用的滚刀、砂轮、珩磨轮在修整后可加工的齿轮个数；其中，基本加工时间t
hba
、基本加工时间t
gba
、基本加工时间t
phba
分别如下所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
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(5)式中，d
g
为砂轮直径，B为工件齿轮宽度；C
T
为干切滚刀的接近行程；U
e
为干切滚刀的接近安全允量；U
a
为干切滚刀的退出安全允量；O
T
为干切滚刀的超越行程；z0为干切滚刀的滚刀头数；z1为工件齿轮齿数；d
ha0
为干切滚刀的滚刀外径；a
g
为砂轮切削深度；其中，干切滚刀的接近行程C
T
和干切滚刀的超越行程O
T
分别如下所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)式中，d
ha1
为工件齿轮齿顶圆直径；
훿
为干切滚刀的滚刀安装角；
훼
为工件齿轮压力角；m
n
为工件齿轮法向模数；x1为滚齿加工余量；总加工成本C如下所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)式中，C
h
表示滚齿工艺单件成本；C
g
表示磨齿工艺加工单个工件的成本；C
ph
表示珩齿工艺加工单个工件的成本；C
wg
表示单件工件齿轮材料成本；滚齿工艺加工单个工件的成本C
h
如下所示：(8)式中：C
hm
为单位时间分摊的高速干切滚齿机床的折旧成本，C
hl
为单位时间分摊的高速干切滚齿机床的人力成本，C
he
为单位时间分摊的高速干切滚齿机床的电力成本，C
ht0
为高速干切滚刀的购置成本，C
h1
为高速干切滚刀的重涂层成本，C
h2
为高速干切滚刀的重磨成本，k
h
为滚刀可刃磨次数；N
h
为滚齿工艺使用的滚刀在更换后可加工的齿轮个数；磨齿工艺加工单个工件的成本C
g
如下所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)式中，C
gm
为单位时间分摊的蜗杆砂轮磨齿机床的折旧成本，C
gl
为单位时间分摊的蜗杆砂轮磨齿机床的人力成本，C
ge
为单位时间分摊的蜗杆砂轮磨齿机床的电力成本，C
gc
为单位时间分摊的蜗杆砂轮磨齿机床的切削液成本，C
gt0
为蜗杆砂轮购置成本；N
g
为磨齿工艺使用的砂轮在更换后可加工的齿轮个数；珩齿工艺加工单个工件的成本C
ph
如下所示：
ꢀꢀꢀ
(10)式中，C
phm
为单位时间分摊的内啮合强力珩齿机床的折旧成本，C
phl
为单位时间分摊的内啮合强力珩齿机床的人力成本，C
phe
为单位时间分摊的内啮合强力珩齿机床的电力成本，C
phc
为单位时间分摊的内啮合强力珩齿机床的切削液成本；C
pht0
为珩磨轮购置成本；N
ph
为珩
齿工艺使用的珩磨轮在更换后可加工的齿轮个数；表面加工质量F如下所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)式中，α1、α2、α3是权重函数；f
α0
、f
β0
、f
p0
是齿轮加工精度齿轮齿廓总偏差、齿轮螺旋线总偏差和齿距累计总偏差指标期望值；f
α
、f
β
、f
p
是通过实际试验检测珩齿加工质量并采用方程进行拟合得到的拟合参数。4.根据权利要求1所述的一种“滚
‑
磨
‑
珩”多工艺参数协同优化与决策方法，其特征在于：所述“滚
‑
磨
‑
珩”工艺优化模型的约束条件包括滚齿工艺加工过程约束、磨齿工艺加工过程约束、各齿轮工艺加工余量约束、滚齿工艺参数约束、磨齿工艺参数约束、珩齿工艺参数约束；滚齿工艺加工过程约束如下所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)式中，R
gal
为左齿面粗糙度，R
gar
为右齿面粗糙度；r
h
为滚刀刀尖半径，R
ha
为滚齿齿面粗糙度，R
hamax
为可以进行下一道工艺加工所允许的最大滚齿齿面粗糙度；F
chmax
为保证加工精度的最大切削力；F
ch
为滚齿工艺的切削力；
휂
h
为电机功率系数，P
eh
为保证额定电机功率；R
gamax
为粗糙度上限；磨齿工艺加工过程约束如下所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)式中，d
g0
为砂轮直径，C
b
为齿轮材料烧伤临界值；各齿轮工艺加工余量约束如下所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)式中，x
1min
，x
2min
，x
3min
分别表示滚齿、磨齿、珩齿工艺所需的最小加工余量，x
1max
，x
2max
，x
3max
分别表示滚齿、磨齿、珩齿工艺所需的最大加工余量；x为总加工余量；x
r
为偏差；滚齿工艺参数约束如下所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)式中，v
hmax
、v
hmin
分别表示滚刀切削速度v
h
的上下限；f
hmax
、f
hmin
分别表示滚刀轴向进给
量f
h
的上下限；d
h0max
、d
h0min
分别表示滚刀直径d
h0
的上下限；z
h0max
、z
h0min
分别表示滚刀头数z
h0
的上下限；磨齿工艺参数约束如下所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ

【专利技术属性】
技术研发人员：曹华军，黄潇辉，刘德永，蒋林，杨勇，刘宇虎，黄淇，李成超，
申请(专利权)人：重庆机床集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：