一種基于航空齒輪齒面磨削燒傷控制的磨削參數優化方法與流程

本發明涉及一種基于航空齒輪齒面磨削燒傷控制的磨削參數優化方法，適用于航空齒輪的磨削加工。

背景技術：

航空齒輪在磨削時容易發生磨削燒傷，導致齒面硬度下降，耐磨性降低，在高速重載的工況下易發生點蝕以及材料脫落，嚴重影響航空產品的整體性能。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生的概率。因此，迫切需要對磨削參數進行優化研究，在確保齒輪未發生磨削燒傷的前提下，提高生產效率和齒面質量。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題為：在確保齒面未發生磨削燒傷的前提下，優化磨削參數，提高齒面質量和生產效率，解決實際生產中因避免磨削燒傷而導致生產效率低下的問題，同時提高齒輪的使用性能。

本發明采用的技術方案是：一種基于航空齒輪齒面磨削燒傷控制的磨削參數優化方法，其實現步驟如下：

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和橫向進給速度V_w是變化的，選擇這4個因素作為正交實驗因素，根據磨削工藝經驗推薦值，每因素分別取若干個不同水平值，建立正交試驗表，開展磨削試驗，記錄每組磨削試驗后齒輪的表面粗糙度R_a、磨削變質層深度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的影響權重，其中，R_a和h為偏小型評價指標，極差值越小越好；而Z_w為偏大型評價指標，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、磨削變質層深度h和磨除率Z_w3個評價指標，得到兼顧R_a、h和Z_w指標的磨削工藝參數優化的最終解。

更進一步的，所述步驟(2)中，設k_i表示任一列上水平號為i(i＝1、2、3、4)時所對應的實驗結果之和的平均值，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驗結果的影響不同，極差最大的那一列，就是該列因素的水平改變對實驗評價指標的影響最大，也就是最主要的因素。

更進一步的，所述步驟(3)中綜合平衡法，設單因素評價指標集U＝{y_mn}，其中y_mn值分別為3個評價指標值，m＝1，2，3；n＝1，2，…16；各實驗指標的影響函數集O＝{η_mn}，其中η_mn值在0～10之間，對于實驗中最優秀評價指標的影響函數值定為10，再根據其它實驗指標值與優秀指標值的差異按比例確定各影響函數值，對于R_a、h偏小型評價指標，其影響函數值為η_mn：

對于Z_w偏大型評價指標，其影響函數值η_mn為：

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

本發明的原理：基于正交試驗和極差分析法，得到不同因素對于評價指標的影響權重，結合綜合平衡法，最終得到兼顧R_a、h和Z_w指標的磨削工藝參數優化解。

本發明與現有技術相比的有益效果是：目前齒輪磨削過程中為避免磨削燒傷多采取降低生產效率的方法，本發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生磨削燒傷的前提下，提高生產效率和齒面質量，大大降低齒輪的生產成本，同時有效提高了齒輪的使用性能。

附圖說明

圖1為本發明的方法流程圖；

具體實施方式

下面結合附圖以及具體實施方式進一步說明本發明。

本發明是針對航空圓柱齒輪磨削參數優化的設計方法。下面實施例以優化某型號航空發動機中的圓柱直齒輪磨削參數為例，具體說明本發明的實現過程。基本參數為：①機床：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2.5mm④磨削用量：砂輪線速度16～55m/s，橫向進給速度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，軸向進給速度20mm/min，修整速比＝2.5。但本發明的保護范圍不限于下述實施例：

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和橫向進給速度V_w4個因素作為正交實驗因素，根據磨削工藝經驗推薦值，每因素分別取若干個不同水平值，如表1所示。

表1磨削正交試驗的因素和水平

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

表2磨削正交試驗結果

步驟(2)：對于3個實驗評價指標的極差計算分析如表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，優選方案為A₁C₃B₄D₃；從表4可看出，對變質層深度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，優選方案為A₄B₄C₁D₄。

表3表面粗糙度R_a的極差分析

表4變質層h的極差分析

表5磨除率Z_w的極差分析

步驟(3)：設單因素評價指標集U＝{y_mn}，其中y_mn值分別為3個評價指標值，m＝1，2，3；n＝1，2，…16；各實驗指標的影響函數集O＝{η_mn}，其中η_mn值在0～10之間，對于實驗中最優秀評價指標的影響函數值定為10，再根據其它實驗指標值與優秀指標值的差異按比例確定各影響函數值。對于R_a、h偏小型評價指標，其影響函數值為η_mn：

對于Z_w偏大型評價指標，其影響函數值η_mn為：

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

利用上述公式，對表2中3個單因素評價指標值進行計算，得到磨削綜合評價指標值如表6所示。

表6磨削綜合評價指標值

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優化方法，實現齒輪磨削過程的燒傷控制，優化磨削質量和生產效率。本發明適用于航空材料齒輪的磨削加工，為優化齒輪磨削加工工藝提供了參考。

本發明未詳細闡述部分屬于本領域公知技術。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術方案，均落在本發明權利保護范圍之內。