基于飞秒激光的齿轮齿面精修装置及模糊自适应修正方法 专利技术说明

机械加工,机床金属加工设备的制造及其加工,应用技术1.本发明涉及激光对物质作用技术领域，更具体地说，本发明涉及用于基于飞秒激光的齿轮齿面精修装置及模糊自适应修正方法。背景技术：2.齿轮精修技术有成形磨齿、珩齿等。成形磨齿的优点是机床简单、效率较高、成本较低等，但其有修整困难、易产生噪声和磨损较快等缺点。珩齿是目前合金材料齿轮加工的主要方法，普通珩齿加工效率高其工艺采用的盘形珩轮，1～2min加工1个齿轮，但是珩齿精度多为5级以下。3.飞秒激光具有超短的脉冲宽度和超高的峰值功率，使得其加工工艺具有适用于各种材料加工、加工区域精确、热影响区域小等突出特点，表面处理技术中有着广泛的应用，尤其是与金属材料的加工和改性等方面。众多研究人员对飞秒激光单脉冲、多脉冲烧蚀机理以及飞秒激光技术的应该方面做出了显著贡献。但对化学成分复杂的合金材料如齿轮材料18cr2ni4wa、20crmnti、38crmoa1a等的飞秒激光研究较少，飞秒激光与合金材料之间的复杂效应研究未见报道。4.飞秒激光加工采用超短脉冲和极高峰值功率，加工材料作用机理不同于传统机械加工和长脉冲激光加工，存在时间/空间多尺度下的三个物理过程：激光束吸收过程作用时间短(飞秒级)，为光子与电子之间传热与温度变化过程；材料相变过程的作用时间较长(皮秒级)，为电子与晶格之间传热与温度变化过程；材料成分间互温感应等效应作用下，对晶格的作用时间长(微秒级)，为晶格与晶格之间传热与温度变化过程，这三步能量传热和温度变化过程需采用三温耦合模型进行分析。采用飞秒激光对齿轮齿面模糊自适应修正方法是一种新的先进精密制造方法，对于提高其加工质量和降低制造成本，具有重大科学理论意义和广泛工程应用前景。因此本文基于飞秒激光的齿轮齿面精修装置及模糊自适应修正方法。技术实现要素：5.本发明的目的就是针对现有技术的不足，设计出基于飞秒激光的齿轮齿面精修装置及模糊自适应修正方法，利用该装置进行激光烧蚀齿轮材料，对留有一定机械加工余量的齿轮，采用飞秒激光替代传统刀具，进行最后工序的精微烧蚀加工，对于提高齿轮齿面的精度、质量有一定参考依据。6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：7.基于飞秒激光的齿轮齿面精修装置，其特征在于，所述加工装置包括电脑主机、设备机柜、键盘抽屉、鼠标、设备显示器、设备控制开关、光路、激光器、齿轮、减振磁吸六轴机械手、聚集透镜组、激光发射模块、整形光路、反射镜、聚集透镜组、激光发射头、探头传感器等，所述齿轮安装在减振磁吸六轴机械手的末端，所述探头传感器感应齿轮位置转换为电信号传送到电脑主机自动生成修正路径，所述电脑主机控制激光发射模块发射的光路依次经过整形光路、反射镜、聚集透镜组、激光发射头后，聚焦在减振磁吸六轴机械手上的齿轮的轮齿表面上；所述激光器通过数据线与安装有精修齿轮表面激光系统软件的计算机控制器相连，激光功率p、脉冲宽度τ以及脉冲频率f等参数通过三温耦合模型、齿面形貌控制综合模型、齿轮坐标系模型、机械臂路径轨迹模型后，控制光路和减振磁吸六轴机械手完成齿轮工件的激光精修加工。8.进一步，所述的基于飞秒激光的齿轮齿面精修装置，其特征在于，所述加工齿轮直径范围为 30～150mm，厚度为15～40mm；所述整形光路为放大倍率为1～6倍的扩束光路，传输距离为 200～1000mm；所述激光光斑的直径为2mm，激光能量密度范围为1.04～10.19j/cm2，激光光斑行进速度为100mm/s，脉冲数为10～30；烧蚀宽度为44.581～81.47μm，烧蚀深度为3.147～8.237μm，烧蚀坑表面粗糙度为0.192～0.488μm，轮廓峰高的平均值为1.866～4.359μm；所述装置加工1个齿轮所需要时间为0.3～1.5min。9.进一步，所述的基于飞秒激光的齿轮齿面精修装置，其特征在于，所述减振磁吸六轴机械手的第一电机的壳体连接在底座下端上，第一电机的输出轴与底座上端连接，以驱动机械臂a绕轴线h 转动；第二电机的壳体连接在机械臂a上端上，同时第二电机的输出轴与机械臂b连接，以驱动机械臂b绕轴线i转动；第三电机的壳体连接在机械臂b上，同时第三电机的输出轴与机械臂c连接，以驱动机械臂c绕轴线j转动；第四电机的壳体连接在机械臂c上，同时第四电机的输出轴与机械臂 d连接，以驱动机械臂d绕轴线k转动；第五电机的壳体连接在机械臂d上，同时第五电机的输出轴与机械臂e连接，以驱动机械臂e绕轴线l转动；第六电机的壳体连接在机械臂e上，同时第六电机的输出轴与末端执行器连接，以驱动末端执行器绕轴线m转动，末端执行器通过内部带有直流强力电磁铁的轴固定齿轮，电磁铁在通电时会产生磁力，此磁力会主动吸附齿轮并固定齿轮位置实现柔性装卡。工作时，齿轮在工作是在离心力的作用下会发生窜动，而磁力会克制其离心力将齿轮固定在工作位置上；工作结束后，断开电源其磁力会消失更加方便于齿轮的拆卸，简化操作。其磁力是受电流控制的，会随着电流的强弱进行变化，电流增大时磁力增大，反之可行，同时柔性装卡可以根据被加工齿面质量的大小可以控制电流的大小使齿轮固定且具有稳定性、减少操作步骤；所述减振磁吸六轴机械手，轴数为6，有效载荷为15kg，重复定位精度为±0.02mm，工作半径为1556mm。10.进一步，所述基于飞秒激光的齿轮齿面精修装置，其特征在于，所述变刚度减振装置，其包底座、腔壁、悬浮在磁流变液中的带有流动通孔的浮板、线圈等；所述变刚度减振装置的荷载范围为180～240kg，树立刚度为59n/mm；所述上底板通过定位螺栓与上底座、支撑镶块和连接镶块螺纹固定连接；将机械臂固定在上底板的上端面上，工作时，会产生正常的机械振动，或因为振动发生微小位移，在压力作用下，可以保证摩擦力，使得不会发生位移；机械振动时，线圈通电产生磁场施加到磁流变液上，磁流变液从牛顿流体状态变成了类固体状态，整个过程耗时大概在毫秒量级。磁场强度不同，链化程度不同，磁流变液所呈现出的状态和性能也不一样，上述变化过程是可逆的。通过调节电流大小控制浮板位置对减振装置的刚度进行调节，从而对其减振性能进行调节，从而实现最优减振的目的。11.进一步，所述基于飞秒激光精修齿轮齿面加工模糊自适应修正方法，其特征在于，包括以下步骤：12.s1：激光工艺参数输入三温耦合模型确定烧蚀凹坑尺寸，并输入齿面形貌控制综合模型得到齿面误差dev、粗糙度ra；所述三温耦合模型为[0013][0014]式中，te与ti分别为所加工金属材料的电子温度和晶格温度；ce与ci分别为电子热容和晶格热容；s为热源项；qg为齿轮材料成分间互温感应模型；qhj为材料变厚度变焦效应模型；qc为脉冲间能量串行耦合效应模型；[0015]s2：对齿轮齿面沿齿长、齿高方向进行网格节点划分和测量，根据齿轮理论坐标系模型计算出齿面网格节点的理论坐标值以及对应的齿面法向矢量；使理论坐标系与实际测量坐标系重合，对齿轮的实际齿面与理论齿面的法向偏差进行测算，确定修正厚度△h；[0016]s3：根据机械臂路径轨迹模型，并计算出扫描速度v和扫描间距△l；[0017]s4：根据动态聚焦预定位模型，保持激光聚焦点位于实际齿面节点处，并且法向入射，按预先设定的激光工艺参数，控制齿轮位置使激光聚焦点在齿面上的运动轨迹进行修正；[0018]s5：齿面修正完成后，采用模糊自适应协调控制进行分析，通过建立协调控制系统离线模型、模糊规则对模型参数进行在线修正、预测控制算法对协调控制系统进行优化，得到激光工艺参数与修正工艺参数的优化组合；[0019]s6：根据s7中优化计算得到的结果发送至电脑主机上，进行加工参数调整，同时调整三温耦合模型和齿面形貌控制综合模型，重新制定激光修正路径轨迹并进行齿轮修正；[0020]s7：重复s5至s6，直至待齿轮修正结束。[0021]进一步，所述基于飞秒激光精修齿轮齿面加工模糊自适应修正方法，其特征在于，所述s1中三温耦合模型的齿轮材料成分间互温感应模型为[0022][0023]式中，u0为材料成分吸收的单位质量能量密度，m为第i种成分质量，x为第i种成分比例，βi为第i种成分的吸收率。[0024]进一步，所述基于飞秒激光精修齿轮齿面加工模糊自适应修正方法，其特征在于，所述s2中齿轮理论坐标系模型具体方法为，[0025](1)对齿轮齿面沿着齿根锥的齿长和齿高方向进行网格划分，取轴截面齿长方向的m个点、齿高方向的n个点，在轴截面内建立二维坐标系，原点为齿顶节点；网格中任意一点的位置表达式为[0026][0027]式中i＝1，…，m；j＝1，…，n；r1为齿轮内圈半径，r2为齿轮外圈半径，h为齿轮齿全高；[0028](2)将网格中任意一点代入齿面方程，得出齿面网格节点的理论坐标值与齿面法向矢量。[0029]进一步，所述基于飞秒激光精修齿轮齿面加工模糊自适应修正方法，其特征在于，所述s5中的协调控制系统离线模型的控制量为激光功率p、脉冲宽度τ、脉冲频率f、测量齿面误差dev、粗糙度ra、烧蚀深度h，[0030][0031]式中，u为系统的输入变量矩阵，x为系统的状态变量矩阵，y为系统的输出变量矩阵，a、b、 c为系统矩阵。[0032]进一步，所述基于飞秒激光精修齿轮齿面加工模糊自适应修正方法，其特征在于，所述s5中的引入的模糊规则是形如if-then的关联推理规则，根据前提条件推理模糊规则后件参数，再通过隶属度函数在线修正模型参数；所述预测控制算法采用的是改进的广义预测控制状态空间算法，预测模型的输出方程对协调系统的输出进行预测，利用卡尔曼滤波器对不可测的状态参数进行实时估算，采用二次型性能指标求解最优控制量。[0033]本发明通过采用飞秒激光修正代替传统修正手段，通过动态精准对焦提高了对齿轮修正的加工精度，适用于各种不同类型齿轮齿面的三维精微修正，所述飞秒激光的齿轮齿面精修装置的联动性好，加工过程环环相扣，紧密配合，加工时间快，几乎不出现漏点、漏标记，时序匹配精准；同时飞秒激光精修齿轮齿面加工模糊自适应修正方法对齿轮齿面进行进行网格离散化处理，并根据差曲面法确定修正厚度，对齿轮齿面进行分片规划和单元的分层处理，规划激光精微修正轨迹，并建立三温耦合模型，采用模糊自适应的方法得到激光工艺参数与修正工艺参数的优化组合，根据划分的精微修正轨迹以及相应齿面方程与齿面法向矢量，使激光聚焦点位于实际齿面节点处，并且法向入射。本发明采用飞秒激光替代传统刀具，进行飞秒激光精微修正加工，加工速率更高，加工精度更好，并有效解决了飞秒激光在齿面难以精准动态聚焦、操作复杂的问题。附图说明[0034]图1本发明基于飞秒激光精修齿轮齿面加工装置示意图；[0035]图2本发明基于飞秒激光精修齿轮齿面加工装置光路示意图；[0036]图3本发明减振磁吸六轴机械手示意图；[0037]图4本发明减振磁吸六轴机械手具有六自由度的原理图；[0038]图5本发明磁流变式变刚度减振装置结构示意图；[0039]图6本发明基于飞秒激光精修齿轮齿面加工模糊自适应修正方法流程图；[0040]图7本发明三温耦合模型流程图。[0041]图中，1.电脑主机、2.设备机柜、3.键盘抽屉、4.鼠标、5.设备显示器、6.设备控制开关、7.光路、8.激光器、9.齿轮、10.减振磁吸六轴机械手、11.聚集透镜组、12.激光发射模块、13.整形光路、14.反射镜、15.聚集透镜组、16.激光发射头、17.探头传感器、18.机械臂a、19.机械臂b、20. 机械臂c、21.机械臂d、22.机械臂e、23.末端执行器、24.底座、25.变刚度减振装置、26.定位螺栓、27.上底座、28.支撑镶块、29.腔壁、30.磁流变液、31.浮板、32.连接镶块、33.线圈、101.轴线 h、102.轴线i、103.轴线j、104.轴线k、105.轴线l、106.轴线m。具体实施方式[0042]下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于飞秒激光的齿轮齿面精修装置及模糊自适应修正方法，进一步解释而本发明并不局限于以下实施例。[0043]本发明提供适基于飞秒激光的齿轮齿面精修装置及模糊自适应修正方法，其特征在于，所述加工装置包括电脑主机、设备机柜、键盘抽屉、鼠标、设备显示器、设备控制开关、光路、激光器、齿轮、减振磁吸六轴机械手、聚集透镜组、激光发射模块、整形光路、反射镜、聚集透镜组、激光发射头、探头传感器等，所述齿轮安装在减振磁吸六轴机械手的末端，所述探头传感器感应齿轮位置转换为电信号传送到电脑主机自动生成修正路径，所述电脑主机控制激光发射模块发射的光路依次经过整形光路、反射镜、聚集透镜组、激光发射头后，聚焦在减振磁吸六轴机械手上的齿轮的轮齿表面上；所述激光器通过数据线与安装有精修齿轮表面激光系统软件的计算机控制器相连，激光功率p、脉冲宽度以及脉冲频率f等参数通过三温耦合模型、齿面形貌控制综合模型、齿轮坐标系模型、机械臂路径轨迹模型后，控制光路和减振磁吸六轴机械手完成齿轮工件的激光精修加工。[0044]本发明优选地，所述加工齿轮直径范围为30～150mm，厚度为15～40mm；所述整形光路为放大倍率为1～6倍的扩束光路，传输距离为200～1000mm；所述激光光斑的直径为2mm，激光能量密度范围为1.04～10.19j/cm2，激光光斑行进速度为100mm/s，脉冲数为10～30，烧蚀宽度为 44.581～81.47μm，烧蚀深度为3.147～8.237μm，烧蚀坑表面粗糙度为0.192～0.488μm，轮廓峰高的平均值为1.866～4.359μm；所述装置加工1个齿轮所需要时间为0.3～1.5min。更优选地，齿轮直径为114mm，厚度为30mm，轴孔直径为80mm，整形光路为放大倍率为5倍扩束光路，传输距离为 600mm，激光能量密度范围为7.64j/cm2,脉冲数为20。[0045]本发明所述的基于飞秒激光的齿轮齿面精修装置，其特征在于：所述减振磁吸六轴机械手的第一电机的壳体连接在底座下端上，第一电机的输出轴与底座上端连接，以驱动机械臂a绕轴线h 转动；第二电机的壳体连接在机械臂a上端上，同时第二电机的输出轴与机械臂b连接，以驱动机械臂b绕轴线i转动；第三电机的壳体连接在机械臂b上，同时第三电机的输出轴与机械臂c连接，以驱动机械臂c绕轴线j转动；第四电机的壳体连接在机械臂c上，同时第四电机的输出轴与机械臂 d连接，以驱动机械臂d绕轴线k转动；第五电机的壳体连接在机械臂d上，同时第五电机的输出轴与机械臂e连接，以驱动机械臂e绕轴线l转动；第六电机的壳体连接在机械臂e上，同时第六电机的输出轴与末端执行器连接，以驱动末端执行器绕轴线m转动，末端执行器通过内部带有直流强力电磁铁的轴固定齿轮，电磁铁在通电时会产生磁力，此磁力会主动吸附齿轮并固定齿轮位置实现柔性装卡。工作时，齿轮在工作是在离心力的作用下会发生窜动，而磁力会克制其离心力将齿轮固定在工作位置上；工作结束后，断开电源其磁力会消失更加方便于齿轮的拆卸，简化操作。其磁力是受电流控制的，会随着电流的强弱进行变化，电流增大时磁力增大，反之可行，同时柔性装卡可以根据被加工齿面质量的大小可以控制电流的大小使齿轮固定且具有稳定性、减少操作步骤；所述减振磁吸六轴机械手，轴数为6，有效载荷为15kg，重复定位精度为±0.02mm，工作半径为1556mm。[0046]本发明所述的基于飞秒激光的齿轮齿面精修装置，其特征在于，所述变刚度减振装置，其包底座、腔壁、悬浮在磁流变液中的带有流动通孔的浮板、线圈等；所述变刚度减振装置的荷载范围为180～240kg，树立刚度为59n/mm；所述上底板通过定位螺栓与上底座、支撑镶块和连接镶块螺纹固定连接；将机械臂固定在上底板的上端面上，工作时，会产生正常的机械振动，或因为振动发生微小位移，在压力作用下，可以保证摩擦力，使得不会发生位移；机械振动时，线圈通电产生磁场施加到磁流变液上，磁流变液从牛顿流体状态变成了类固体状态，整个过程耗时大概在毫秒量级。磁场强度不同，链化程度不同，磁流变液所呈现出的状态和性能也不一样，上述变化过程是可逆的。通过调节电流大小控制浮板位置对减振装置的刚度进行调节，从而对其减振性能进行调节，从而实现最优减振的目的。[0047]本发明还提供基于飞秒激光精修齿轮齿面加工模糊自适应修正方法，其特征在于，包括以下步骤：[0048]s1：激光工艺参数输入三温耦合模型确定烧蚀凹坑尺寸，并输入齿面形貌控制综合模型得到齿面误差dev、粗糙度ra；所述三温耦合模型为[0049][0050]式中，te与ti分别为所加工金属材料的电子温度和晶格温度；ce与ci分别为电子热容和晶格热容；s为热源项；qg为齿轮材料成分间互温感应模型；qhj为材料变厚度变焦效应模型；qc为脉冲间能量串行耦合效应模型；[0051]s2：对齿轮齿面沿齿长、齿高方向进行网格节点划分和测量，根据齿轮理论坐标系模型计算出齿面网格节点的理论坐标值以及对应的齿面法向矢量；使理论坐标系与实际测量坐标系重合，对齿轮的实际齿面与理论齿面的法向偏差进行测算，确定修正厚度△h；[0052]s3：根据机械臂路径轨迹模型，并计算出扫描速度v和扫描间距△l；[0053]s4：根据动态聚焦预定位模型，保持激光聚焦点位于实际齿面节点处，并且法向入射，按预先设定的激光工艺参数，控制齿轮位置使激光聚焦点在齿面上的运动轨迹进行修正；[0054]s5：齿面修正完成后，采用模糊自适应协调控制进行分析，通过建立协调控制系统离线模型、模糊规则对模型参数进行在线修正、预测控制算法对协调控制系统进行优化，得到激光工艺参数与修正工艺参数的优化组合；[0055]s6：根据s7中优化计算得到的结果发送至电脑主机上，进行加工参数调整，同时调整三温耦合模型和齿面形貌控制综合模型，重新制定激光修正路径轨迹并进行齿轮修正；[0056]s7：重复s5至s6，直至待齿轮修正结束。[0057]本发明优选地，所述s1中三温耦合模型的齿轮材料成分间互温感应模型为[0058][0059]式中，u0为材料成分吸收的单位质量能量密度，m为第i种成分质量，x为第i种成分比例，βi为第i种成分的吸收率。[0060]本发明优选地，所述s2中齿轮理论坐标系模型具体方法为，[0061](1)对齿轮齿面沿着齿根锥的齿长和齿高方向进行网格划分，取轴截面齿长方向的m个点、齿高方向的n个点，在轴截面内建立二维坐标系，原点为齿顶节点；网格中任意一点的位置表达式为[0062][0063]式中i＝1，…，m；j＝1，…，n；r1为齿轮内圈半径，r2为齿轮外圈半径，h为齿轮齿全高；[0064](2)将网格中任意一点代入齿面方程，得出齿面网格节点的理论坐标值与齿面法向矢量。[0065]本发明优选地，所述s5中的协调控制系统离线模型的控制量为激光功率p、脉冲宽度τ、脉冲频率f、测量齿面误差dev、粗糙度ra、烧蚀深度h，[0066][0067]式中，u为系统的输入变量矩阵，x为系统的状态变量矩阵，y为系统的输出变量矩阵，a、b、 c为系统矩阵。[0068]本发明优选地，所述s5中的引入的模糊规则是形如if-then的关联推理规则，根据前提条件推理模糊规则后件参数，再通过隶属度函数在线修正模型参数；所述预测控制算法采用的是改进的广义预测控制状态空间算法，预测模型的输出方程对协调系统的输出进行预测，利用卡尔曼滤波器对不可测的状态参数进行实时估算，采用二次型性能指标求解最优控制量。[0069]本发明工作原理的具体实施方法：[0070]激光器1为工业级飞秒激光器，光源为高斯型的脉冲激光，详见下表。[0071][0072]齿轮为18cr2ni4w，材料参数详见下表。[0073][0074]如图1、2所示，基于飞秒激光的齿轮齿面精修装置，其特征在于，所述加工装置包括电脑主机1、设备机柜2、键盘抽屉3、鼠标4、设备显示器5、设备控制开关6、光路7、激光器8、齿轮9、减振磁吸六轴机械手10、聚集透镜组11、激光发射模块12、整形光路13、反射镜14、聚集透镜组 15、激光发射头16、探头传感器17等，所述齿轮9安装在减振磁吸六轴机械手10的末端，所述探头传感器17感应齿轮9位置转换为电信号传送到电脑主机1自动生成修正路径，所述电脑主机1控制激光发射模块12发射的光路依次经过整形光路13、反射镜14、聚集透镜组15、激光发射头16后，聚焦在减振磁吸六轴机械手10上的齿轮9的轮齿表面上；所述激光器8通过数据线与安装有精修齿轮表面激光系统软件的计算机控制器相连，激光功率p、脉冲宽度以及脉冲频率f等参数通过三温耦合模型、齿面形貌控制综合模型、齿轮坐标系模型、机械臂路径轨迹模型后，控制光路7和减振磁吸六轴机械手10完成齿轮工件的激光精修加工。[0075]基于飞秒激光的齿轮齿面精修装置，其特征在于，所述加工齿轮9直径范围为30～150mm，厚度为15～40mm；所述整形光路7为放大倍率为1～6倍的扩束光路，传输距离为200～1000mm；所述激光光斑的直径为2mm，激光能量密度范围为1.04～10.19j/cm2，激光光斑行进速度为100mm/s，脉冲数为10～30，烧蚀宽度为44.581～81.47μm，烧蚀深度为3.147～8.237μm，烧蚀坑表面粗糙度为 0.192～0.488μm，轮廓峰高的平均值为1.866～4.359μm；所述装置加工1个齿轮所需要时间为 0.3～1.5min。[0076]如图3、4所示，基于飞秒激光的齿轮齿面精修装置，其特征在于，所述减振磁吸六轴机械手 10的第一电机的壳体连接在底座24下端上，第一电机的输出轴与底座24上端连接，以驱动机械臂 a18绕轴线h101转动；第二电机的壳体连接在机械臂a18上端上，同时第二电机的输出轴与机械臂 b19连接，以驱动机械臂b19绕轴线i102转动；第三电机的壳体连接在机械臂b19上，同时第三电机的输出轴与机械臂c20连接，以驱动机械臂c20绕轴线j103转动；第四电机的壳体连接在机械臂 c20上，同时第四电机的输出轴与机械臂d21连接，以驱动机械臂d21绕轴线k104转动；第五电机的壳体连接在机械臂d21上，同时第五电机的输出轴与机械臂e22连接，以驱动机械臂e22绕轴线 l105转动；第六电机的壳体连接在机械臂e22上，同时第六电机的输出轴与末端执行器23连接，以驱动末端执行器6绕轴线m106转动，末端执行器6通过内部带有直流强力电磁铁的轴固定齿轮，电磁铁在通电时会产生磁力，此磁力会主动吸附齿轮并固定齿轮位置实现柔性装卡。工作时，齿轮在工作是在离心力的作用下会发生窜动，而磁力会克制其离心力将齿轮固定在工作位置上；工作结束后，断开电源其磁力会消失更加方便于齿轮的拆卸，简化操作。其磁力是受电流控制的，会随着电流的强弱进行变化，电流增大时磁力增大，反之可行，同时柔性装卡可以根据被加工齿面质量的大小可以控制电流的大小使齿轮固定且具有稳定性、减少操作步骤；所述减振磁吸六轴机械手10，轴数为6，有效载荷为15kg，重复定位精度为±0.02mm，工作半径为1556mm。[0077]如图5所示，基于飞秒激光的齿轮齿面精修装置，其特征在于，所述变刚度减振装置25，其包底座、腔壁29、悬浮在磁流变液30中的带有流动通孔的浮板31、线圈33等；所述变刚度减振装置 25的荷载范围为180～240kg，树立刚度为59n/mm；所述上底板通过定位螺栓26与上底座27、支撑镶块28和连接镶块32螺纹固定连接；将机械臂固定在上底板的上端面上，工作时，会产生正常的机械振动，或因为振动发生微小位移，在压力作用下，可以保证摩擦力，使得不会发生位移；机械振动时，线圈33通电产生磁场施加到磁流变液30上，磁流变液30从牛顿流体状态变成了类固体状态，整个过程耗时大概在毫秒量级。磁场强度不同，链化程度不同，磁流变液所呈现出的状态和性能也不一样，上述变化过程是可逆的。通过调节电流大小控制浮板31位置对减振装置的刚度进行调节，从而对其减振性能进行调节，从而实现最优减振的目的。[0078]如图6、图7所示，基于飞秒激光精修齿轮齿面加工模糊自适应修正方法，其特征在于，包括以下步骤：[0079]s1：激光工艺参数输入三温耦合模型确定烧蚀凹坑尺寸，并输入齿面形貌控制综合模型得到齿面误差dev、粗糙度ra；所述三温耦合模型为[0080][0081]式中，te与ti分别为所加工金属材料的电子温度和晶格温度；ce与ci分别为电子热容和晶格热容；s为热源项；qg为齿轮材料成分间互温感应模型；qhj为材料变厚度变焦效应模型；qc为脉冲间能量串行耦合效应模型；[0082]s2：对齿轮齿面沿齿长、齿高方向进行网格节点划分和测量，根据齿轮理论坐标系模型计算出齿面网格节点的理论坐标值以及对应的齿面法向矢量；使理论坐标系与实际测量坐标系重合，对齿轮的实际齿面与理论齿面的法向偏差进行测算，确定修正厚度△h；[0083]s3：根据机械臂路径轨迹模型，并计算出扫描速度v和扫描间距△l；[0084]s4：根据动态聚焦预定位模型，保持激光聚焦点位于实际齿面节点处，并且法向入射，按预先设定的激光工艺参数，控制齿轮位置使激光聚焦点在齿面上的运动轨迹进行修正；[0085]s5：齿面修正完成后，采用模糊自适应协调控制进行分析，通过建立协调控制系统离线模型、模糊规则对模型参数进行在线修正、预测控制算法对协调控制系统进行优化，得到激光工艺参数与修正工艺参数的优化组合；[0086]s6：根据s7中优化计算得到的结果发送至电脑主机上，进行加工参数调整，同时调整三温耦合模型和齿面形貌控制综合模型，重新制定激光修正路径轨迹并进行齿轮修正；[0087]s7：重复s5至s6，直至待齿轮修正结束。[0088]所述基于飞秒激光精修齿轮齿面加工模糊自适应修正方法，其特征在于，所述s1中三温耦合模型的齿轮材料成分间互温感应模型为[0089][0090]式中，u0为材料成分吸收的单位质量能量密度，m为第i种成分质量，x为第i种成分比例，βi为第i种成分的吸收率。[0091]所述基于飞秒激光精修齿轮齿面加工模糊自适应修正方法，其特征在于，所述s2中齿轮理论坐标系模型具体方法为，[0092](1)对齿轮齿面沿着齿根锥的齿长和齿高方向进行网格划分，取轴截面齿长方向的m个点、齿高方向的n个点，在轴截面内建立二维坐标系，原点为齿顶节点；网格中任意一点的位置表达式为[0093][0094]式中i＝1，…，m；j＝1，…，n；r1为齿轮内圈半径，r2为齿轮外圈半径，h为齿轮齿全高；[0095](2)将网格中任意一点代入齿面方程，得出齿面网格节点的理论坐标值与齿面法向矢量。[0096]所述基于飞秒激光精修齿轮齿面加工模糊自适应修正方法，其特征在于，所述s5中的协调控制系统离线模型的控制量为激光功率p、脉冲宽度τ、脉冲频率f、测量齿面误差dev、粗糙度ra、烧蚀深度h，[0097][0098]式中，u为系统的输入变量矩阵，x为系统的状态变量矩阵，y为系统的输出变量矩阵，a、b、 c为系统矩阵。[0099]所述基于飞秒激光精修齿轮齿面加工模糊自适应修正方法，其特征在于，所述s5中的引入的模糊规则是形如if-then的关联推理规则，根据前提条件推理模糊规则后件参数，再通过隶属度函数在线修正模型参数；所述预测控制算法采用的是改进的广义预测控制状态空间算法，预测模型的输出方程对协调系统的输出进行预测，利用卡尔曼滤波器对不可测的状态参数进行实时估算，采用二次型性能指标求解最优控制量。[0100]综上所述，本发明能够解决传统铣削加工后齿轮齿面加工余量的精确去除，用飞秒激光替代传统刀具进行精微动态聚焦精修，对不同齿轮齿面进行高精微修正加工。[0101]以上对本发明所提供的基于飞秒激光的齿轮齿面精修装置及模糊自适应修正方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!