本發(fā)明涉及一種基于航空齒輪齒面磨削燒傷控制的磨削參數(shù)優(yōu)化方法，適用于航空齒輪的磨削加工。

背景技術(shù)：

航空齒輪在磨削時容易發(fā)生磨削燒傷，導(dǎo)致齒面硬度下降，耐磨性降低，在高速重載的工況下易發(fā)生點(diǎn)蝕以及材料脫落，嚴(yán)重影響航空產(chǎn)品的整體性能。目前對于控制磨削燒傷所采取的措施幾乎都是消極降低磨削效率的方法，以犧牲效率為代價降低磨削燒傷發(fā)生的概率。因此，迫切需要對磨削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，在確保齒輪未發(fā)生磨削燒傷的前提下，提高生產(chǎn)效率和齒面質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為：在確保齒面未發(fā)生磨削燒傷的前提下，優(yōu)化磨削參數(shù)，提高齒面質(zhì)量和生產(chǎn)效率，解決實(shí)際生產(chǎn)中因避免磨削燒傷而導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下的問題，同時提高齒輪的使用性能。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于航空齒輪齒面磨削燒傷控制的磨削參數(shù)優(yōu)化方法，其實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟(1)、齒輪磨削時，齒輪材料、磨削液因素是一定的，磨削深度a、砂輪速度V_s、砂輪粒度M和橫向進(jìn)給速度V_w是變化的，選擇這4個因素作為正交實(shí)驗(yàn)因素，根據(jù)磨削工藝經(jīng)驗(yàn)推薦值，每因素分別取若干個不同水平值，建立正交試驗(yàn)表，開展磨削試驗(yàn)，記錄每組磨削試驗(yàn)后齒輪的表面粗糙度R_a、磨削變質(zhì)層深度h和磨除率Z_w；

步驟(2)、利用極差分析法，確定各因素對于評價指標(biāo)的影響權(quán)重，其中，R_a和h為偏小型評價指標(biāo)，極差值越小越好；而Z_w為偏大型評價指標(biāo)，極差值越大越好；

步驟(3)、利用綜合平衡法，綜合齒輪的表面粗糙度R_a、磨削變質(zhì)層深度h和磨除率Z_w3個評價指標(biāo)，得到兼顧R_a、h和Z_w指標(biāo)的磨削工藝參數(shù)優(yōu)化的最終解。

更進(jìn)一步的，所述步驟(2)中，設(shè)k_i表示任一列上水平號為i(i＝1、2、3、4)時所對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果之和的平均值，任一列上的極差R＝max{k₁,k₂,k₃,k₄}-min{k₁,k₂,k₃,k₄}，各列的極差不相等，說明各因素的水平變化對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響不同，極差最大的那一列，就是該列因素的水平改變對實(shí)驗(yàn)評價指標(biāo)的影響最大，也就是最主要的因素。

更進(jìn)一步的，所述步驟(3)中綜合平衡法，設(shè)單因素評價指標(biāo)集U＝{y_mn}，其中y_mn值分別為3個評價指標(biāo)值，m＝1，2，3；n＝1，2，…16；各實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的影響函數(shù)集O＝{η_mn}，其中η_mn值在0～10之間，對于實(shí)驗(yàn)中最優(yōu)秀評價指標(biāo)的影響函數(shù)值定為10，再根據(jù)其它實(shí)驗(yàn)指標(biāo)值與優(yōu)秀指標(biāo)值的差異按比例確定各影響函數(shù)值，對于R_a、h偏小型評價指標(biāo)，其影響函數(shù)值為η_mn：

對于Z_w偏大型評價指標(biāo)，其影響函數(shù)值η_mn為：

設(shè)采用綜合平衡法得到的綜合評價指標(biāo)集為V，為尋求U和V之間的關(guān)系，需確定權(quán)重分配集γ＝{γ₁,γ₂,γ₃}，它反映各指標(biāo)的重要程度，分別代表R_a、h、Z_w的權(quán)重大小，對于齒輪磨削，R_a、h重要程度較高，其權(quán)重可取較大值，Z_w取較小值，權(quán)重分配集確定為{0.4，0.4，0.2}，則綜合評價指標(biāo)集V＝{v_n}中各綜合評價指標(biāo)值v_n為：

本發(fā)明的原理：基于正交試驗(yàn)和極差分析法，得到不同因素對于評價指標(biāo)的影響權(quán)重，結(jié)合綜合平衡法，最終得到兼顧R_a、h和Z_w指標(biāo)的磨削工藝參數(shù)優(yōu)化解。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：目前齒輪磨削過程中為避免磨削燒傷多采取降低生產(chǎn)效率的方法，本發(fā)明建立了基于齒面燒傷控制的磨削加工方法，可以在保證齒面未發(fā)生磨削燒傷的前提下，提高生產(chǎn)效率和齒面質(zhì)量，大大降低齒輪的生產(chǎn)成本，同時有效提高了齒輪的使用性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法流程圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明。

本發(fā)明是針對航空圓柱齒輪磨削參數(shù)優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法。下面實(shí)施例以優(yōu)化某型號航空發(fā)動機(jī)中的圓柱直齒輪磨削參數(shù)為例，具體說明本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過程?；緟?shù)為：①機(jī)床：平面磨床②砂輪：綠碳化硅砂輪，粒度45～120#③齒輪：材料12Cr2Ni4A，模數(shù)2.5mm④磨削用量：砂輪線速度16～55m/s，橫向進(jìn)給速度2.5～8m/min，磨削深度0.02～0.11mm⑤磨削液：5％乳化液⑥磨削方式：順磨⑦修整工具：金剛石滾輪，修整深度0.01mm，軸向進(jìn)給速度20mm/min，修整速比＝2.5。但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例：

步驟(1)：固定齒輪材料、磨削液等因素，選擇磨削深度a、砂輪速度V_s、砂輪粒度M和橫向進(jìn)給速度V_w4個因素作為正交實(shí)驗(yàn)因素，根據(jù)磨削工藝經(jīng)驗(yàn)推薦值，每因素分別取若干個不同水平值，如表1所示。

表1磨削正交試驗(yàn)的因素和水平

建立正交試驗(yàn)表，開展磨削試驗(yàn)，記錄每組磨削試驗(yàn)后齒輪的表面粗糙度R_a、磨削變質(zhì)層深度h和磨除率Z_w，如表2所示。

表2磨削正交試驗(yàn)結(jié)果

步驟(2)：對于3個實(shí)驗(yàn)評價指標(biāo)的極差計(jì)算分析如表3-表5所示。從表3可看出，對表面粗糙度R_a影響最大的因素是a、其次是M和V_s，V_w的影響最弱，優(yōu)選方案為A₁C₃B₄D₃；從表4可看出，對變質(zhì)層深度h影響最大的因素是a，V_s和V_w的影響次之，M的影響最弱，優(yōu)選方案為A₁B₁D₄C₃；從表5可看出，對磨除率Z_w影響最大的因素是a，其次是V_s和M，V_w的影響最弱，優(yōu)選方案為A₄B₄C₁D₄。

表3表面粗糙度R_a的極差分析

表4變質(zhì)層h的極差分析

表5磨除率Z_w的極差分析

步驟(3)：設(shè)單因素評價指標(biāo)集U＝{y_mn}，其中y_mn值分別為3個評價指標(biāo)值，m＝1，2，3；n＝1，2，…16；各實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的影響函數(shù)集O＝{η_mn}，其中η_mn值在0～10之間，對于實(shí)驗(yàn)中最優(yōu)秀評價指標(biāo)的影響函數(shù)值定為10，再根據(jù)其它實(shí)驗(yàn)指標(biāo)值與優(yōu)秀指標(biāo)值的差異按比例確定各影響函數(shù)值。對于R_a、h偏小型評價指標(biāo)，其影響函數(shù)值為η_mn：

對于Z_w偏大型評價指標(biāo)，其影響函數(shù)值η_mn為：

設(shè)采用綜合平衡法得到的綜合評價指標(biāo)集為V，為尋求U和V之間的關(guān)系，需確定權(quán)重分配集γ＝{γ₁,γ₂,γ₃}，它反映各指標(biāo)的重要程度，分別代表R_a、h、Z_w的權(quán)重大小。對于齒輪磨削，R_a、h重要程度較高，其權(quán)重可取較大值，Z_w取較小值。權(quán)重分配集確定為{0.4，0.4，0.2}，則綜合評價指標(biāo)集V＝{v_n}中各綜合評價指標(biāo)值v_n為：

利用上述公式，對表2中3個單因素評價指標(biāo)值進(jìn)行計(jì)算，得到磨削綜合評價指標(biāo)值如表6所示。

表6磨削綜合評價指標(biāo)值

綜合平衡法極差分析如表7所示，綜合影響最大的因素是a、其次是M和V_s，V_w的影響較弱，優(yōu)選方案為A₁C₃B₃D₃。

表7綜合平衡法的極差分析

綜上，通過以上流程，可以得到基于航空齒輪磨削燒傷控制的磨削參數(shù)優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)齒輪磨削過程的燒傷控制，優(yōu)化磨削質(zhì)量和生產(chǎn)效率。本發(fā)明適用于航空材料齒輪的磨削加工，為優(yōu)化齒輪磨削加工工藝提供了參考。

本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。