(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210969610.7 (22)申请日 2022.08.12 (71)申请人 重庆工商大 学 地址 400067 重庆市南岸区学府大道19号 (72)发明人 杨潇　李博　杜彦斌　何浪　陈鹏　 (74)专利代理 机构 重庆博凯知识产权代理有限 公司 50212 专利代理师 张先芸 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种干切滚齿机床的切屑安息角优化设计 方法 (57)摘要 本发明公开了一种干切滚齿机床的切屑安 息角优化设计方法， 首先， 根据干切滚齿机床的 几何结构和空间布局特征， 建立切屑安息角的数 学表征模型； 其次， 结合干切滚齿机床的工作台 结构特征和切屑的流动规律， 确定安息角模型的 特征参量； 然后， 以工作台的热积聚最小化为控 制目标， 以工作台的顶端调节距离和底部调节距 离为调控变量， 以工作台与其外罩的间隙以及工 作台外罩与机床内挡板的间距为约束条件， 建立 干切滚齿机床的切屑安息角优化模型； 最后， 利 用遗传算法， 在调控变量的取值范围内， 对切屑 安息角优化模型进行求解， 获得最优切屑安息 角。 本发明能有效减少高温切屑在工作台上的积 聚和滞留时长， 从而降低工作台热变形， 最终提 高齿轮加工精度。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 115310330 A 2022.11.08 CN 115310330 A 1.一种干切滚齿机床的切屑安息角优化设计方法， 其特 征在于， 包括： S1、 建立切屑安息角的数学模型， 具体根据干切滚齿机床的几何结构和空间布局特征， 建立切屑安息角的数 学表征模型； S2、 确定安息角模型的特征参量， 具体结合干切滚齿机床的工作台结构特征和切屑的 流动规律， 确定切屑的坠 落时间、 切屑的滞留时间、 切屑与工作台的接触区域； S3、 建立切屑安息角的优化模型， 具体以工作台的热积聚最小化为控制目标， 以工作台 的顶端调节距离和底部调节距离为调控变量， 以工作台与其外罩的间隙以及工作台外罩与 机床内挡板的间距为约束条件， 建立干切滚齿机床的切屑安息角优化模型； S4、 确定最优的切屑安息角， 具体利用智能算法， 在调控变量的取值范围内， 对切屑安 息角优化模型进行求 解， 获得最优切屑安息角。 2.如权利要求1所述的干切滚齿机床的切屑安息角优化设计方法， 其特征在于， 所述步 骤S1所建立的切屑安息角 α 的数 学模型如下： 式中， xt为顶端调节距离： 即工作台外罩上端在原始位置上的水平移动距离； xb为底部 调节距离： 即工作台外罩下端在原始位置上的水平移动距离； h2为工作台下段的高度； Rt、 Rb 分别为工作台外罩上、 下端离 工作台中心轴的距离； 优选地， 所述步骤S2 中， 切屑的坠落时间tf： 即切屑脱离工件到刚好要接触工作台外罩 时所用的时间表达如下： 式中， h为工件的齿全高， da为工件外径， V0x， V0z分别为切屑初速度在水平和竖直方向的 分量， V0x＝V0cosγ， V0z＝V0sinγ； V0为切屑坠落的初 速度， V0＝πnhrh/30； g为重力加速度； μ 为工作台外罩的表 面摩擦系数； h1为工作台上段的高度； nh为滚刀转速； rh为滚刀半径； γ为 切屑的流屑角。 3.如权利要求1所述的干切滚齿机床的切屑安息角优化设计方法， 其特征在于， 所述步 骤S2中， 切屑的滞留时间tr： 即切屑接触工作台外罩以后在其表面滚落所用的时间表达如 下： 式中， V为切屑接触工作台外罩的瞬间沿斜面方向的速度大小， V＝V0xcosα+(V0z+gtf) sinα； 所述步骤S2 中， 切屑与工作台的接触区域由滚刀与工件的接触长度lw以及切屑在工作 台外罩上的滚落长度lr共同确定， 其中： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115310330 A 24.如权利要求1所述的干切滚齿机床的切屑安息角优化设计方法， 其特征在于， 所述步 骤S3包括： S31， 建立切屑安息角优化设计的目标函数， 即： 式中， n为加工单个齿轮生成的切屑数量； k为机床在一个加工时段内加工齿轮的数量； ε为工作台外罩的导热率； w为切屑与工作台外罩的接触宽度； Tc为切屑温度； Ts为工作台外 罩的温度； δ 为工作台外罩的厚度； S32， 确定约束条件， 具体考虑到金属材料的各项传热属性通常比空气强， 工作台外罩 不宜与工作台直接接触， 以最大程度减少 工作台上 的热积聚， 从而应使工作台外罩与其内 部结构保留一定距离l1， 即： h3xt+(h2‑h3)xb≥(Rb‑Rt)h3+(R2+l1‑Rb)h2 式中， R2为干切滚齿机床工作台结构参数； 为确保干切滚齿机床工作台外罩能对切屑流起到导向作用， 使切屑快速从机床内部排 出， 调控变量xt的取值范围如下式： R1‑Rt≤xt≤lt+R1‑Rt 式中， R1为干切滚齿机床工作台结构参数； 为保证切屑不会冲击到机床内挡板上， 内挡板主要用于阻止切削热向机床其他零部件 传递， 即外罩与内挡板的距离应大于零， 从而调控变量xb的取值范围如下式： 式中， h3为干切滚齿机床工作台结构参数； S33， 建立所述切屑安息角的优化模型， 即： F(xt,xb)＝in Qtotal 5.如权利要求1所述的干切滚齿机床的切屑安息角优化设计方法， 其特征在于， 所述步 骤S4包括： S41， 确定调控变量的取值范围， 具体根据干切滚齿机床工作台的结构参数， 确定调控 变量的取值范围； S42， 寻获最优调控参数， 具体利用遗传算法， 求解获得满足优化目标函数的最优调控 参数； S43， 确定最优切屑安息角， 具体将所述最优调控变量代入切屑安息角的数学表征模权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115310330 A 3