一种强力珩齿工艺齿面形貌正向预测方法

本申请属于机械加工制造，具体涉及一种强力珩齿工艺齿面形貌正向预测方法。

背景技术：

1、齿轮产品的性能优劣，直接依赖于加工后的表层质量。强力珩齿通常作为齿轮制造工艺链中的最后一道工序，目的是消除齿形变形，达到所需的几何精度和表面质量。强力珩齿表面质量正向预测技术在提高加工效率、优化产品性能、节约资源和成本以及指导工业应用方面具有重要意义。

2、由于工件几何形状和加工原理的不同，强力珩齿表面质量预测模型与平面磨削预测模型有本质区别。相关技术中，强力珩齿表面质量预测技术为了简化计算，将复杂的随机磨粒假设为理想的球形。虽然该预测建立了齿面形貌和齿轮齿形之间的映射关系，但该预测的假设和简化使模拟结果与实际加工表面形貌存在一定差距，造成预测的精度不高。

3、因此，实有必要提供一种强力珩齿工艺齿面形貌正向预测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

技术实现思路

1、本申请提供一种强力珩齿工艺齿面形貌正向预测方法，可以真实反应珩磨轮的表面形貌，实现对工件齿轮齿面形貌的准确预测。

2、为解决上述技术问题，本申请的技术方案在于：

3、一种强力珩齿工艺齿面形貌正向预测方法，包括如下步骤：

4、步骤s1，基于表面复制法得到珩磨轮的表面形貌数据；

5、步骤s2，在强力珩齿机床空间坐标系中，根据强力珩齿工艺过程中珩磨轮与工件齿轮的坐标位置关系，将珩磨轮的表面形貌数据映射到工件齿轮坐标系；

6、步骤s3，生成工件齿轮理论的光滑齿面，并划分网格，将珩磨轮与工件齿轮的相互作用视为珩磨轮上磨粒与工件齿轮空间轨迹相减的布尔运算，计算任意时刻下磨粒对工件齿轮的磨削量uct，若uct大于0，则将网格点的坐标替换为该时刻下磨粒的坐标；反之，则保持网格点的坐标不变，以此对网格实时进行更新，得到强力珩齿后工件齿轮的表面形貌数据；

7、步骤s4，构建预测模型，将工件齿轮的齿形参数、强力珩齿工艺中的加工参数、珩磨轮的表面形貌数据以及强力珩齿后工件齿轮的表面形貌数据送入所述预测模型进行训练，直至模型收敛；

8、步骤s5，针对任意一次强力珩齿工艺齿面形貌正向预测，将工件齿轮的齿形参数、强力珩齿工艺中的加工参数及珩磨轮的表面形貌数据作为输入送入所述预测模型进行预测，输出对强力珩齿后工件齿轮表面形貌数据的预测值。

9、优选的，步骤s1具体包括如下步骤：

10、步骤s11，采用乙烯基聚硅氧烷材料完整复制珩磨轮任意一个单齿形成复制体，利用白光干涉仪对所述复制体的局部表面进行扫描，得到所述复制体的局部表面形貌数据；

11、步骤s12，评估所述复制体的局部表面形貌数据是否符合正态分布，若是，则基于所述复制体的局部表面形貌数据进行插值，得到所述复制体的完整表面形貌数据；若否，则采用johnson变换，将所述复制体的局部表面形貌数据转换为标准正态分布的数据，然后再基于转换后的数据进行插值，最后再采用逆johnson变换对得到所述复制体的完整表面形貌数据；

12、步骤s13，将所述复制体的完整表面形貌数据等效扩展至所述珩磨轮的所有齿上，得到珩磨轮的表面形貌数据。

13、优选的，johnson变换的过程表示为：

14、

15、式中，z表示转换后的标准正态分布数据；x表示测量数据；sinh-1(·)表示反双曲正弦函数，γ、η表示转换系数，决定分布形状；ε表示中心偏移量；α表示比例因子；

16、逆johnson变换的过程表示为：

17、

18、优选的，珩磨轮的表面形貌数据向工件齿轮坐标系的映射关系表示为：

19、r2(λ,θ；t)＝m21(t)r1(λ,θ)；

20、式中，r2(λ,θ；t)表示t时刻珩磨轮在工件齿轮坐标系下的坐标；m21(t)表示t时刻珩磨轮坐标系向工件齿轮坐标系的转换关系；r1(λ,θ)表示工件齿轮在工件齿轮坐标系下的坐标；θ表示螺旋面上升角；λ表示展开角；

21、

22、式中，和分别表示工件齿轮和珩磨轮转动的角度；∑表示工件齿轮轴线与珩磨轮轴线的轴交角。

23、优选的，工件齿轮的齿形参数包括模数、齿数、压力角和螺旋角；强力珩齿工艺中的加工参数包括珩磨轮转速、珩磨轮进给速度和珩磨深度。本申请的有益效果在于：

24、(1)利用乙烯基聚硅氧烷对珩磨轮的表面形貌进行复制，可以获得珩磨轮的真实形貌，有效解决现有技术中将复杂的随机磨粒假设为理想的球形所带来的预测精度不高问题；

25、(2)通过布尔运算以珩磨轮的表面形貌运算生成齿面形貌，可以生成大量数据用于后续的预测训练，进一步提升预测的精准性。

技术特征：

1.一种强力珩齿工艺齿面形貌正向预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的强力珩齿工艺齿面形貌正向预测方法，其特征在于，步骤s1具体包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的强力珩齿工艺齿面形貌正向预测方法，其特征在于，johnson变换的过程表示为：

4.根据权利要求1所述的强力珩齿工艺齿面形貌正向预测方法，其特征在于，珩磨轮的表面形貌数据向工件齿轮坐标系的映射关系表示为：

5.根据权利要求1所述的强力珩齿工艺齿面形貌正向预测方法，其特征在于，工件齿轮的齿形参数包括模数、齿数、压力角和螺旋角；强力珩齿工艺中的加工参数包括珩磨轮转速、珩磨轮进给速度和珩磨深度。

技术总结
本申请提供一种强力珩齿工艺齿面形貌正向预测方法，属于机械加工制造技术领域。本申请基于表面复制法得到珩磨轮的表面形貌数据，对珩磨轮与齿轮的运动关系进行分析，构建从珩磨轮形貌到齿面微观形貌的映射模型，通过离散时间点，分析不同时刻下珩磨轮和齿轮的相互作用，将珩磨轮与工件齿轮的相互作用视为珩磨轮上磨粒与工件齿轮空间轨迹相减的布尔运算，计算任意时刻下磨粒对工件齿轮的磨削量UCT，若UCT大于0，则将网格点的坐标替换为该时刻下磨粒的坐标；反之，则保持网格点的坐标不变，以此对网格实时进行更新，得到工件齿轮的最终表面形貌，可以有效实现对工件齿轮齿面形貌的准确预测。

技术研发人员：周长江,张法,刘黎阳,邓明明
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/5