恒定切削力齿轮展切的逐行程圆周进给多目标优化方法

《Machines》：Constant-Cutting-Force Circumferential Feed Optimization in Gear Shaping Using an Element-Based Force Model

　　摘要齿轮展切中主切削力的行间波动会导致刀具负载不均和局部过载。本研究提出了一种用于恒定切削力齿轮展切的逐行程圆周进给优化方法。基于单元的切削力模型将主切削刃和侧切削刃分别视为正交切削和斜切削，并通过切削面积与切削力之间的降阶幂律代理模型实现进给的快速评估。多目标粒子群优化（MOPSO）算法以力带、进给范围、平滑度和行间变化为约束条件，最小化与目标力的加权偏差、有效行程数以及最大相邻行程力差。通过与五次重复实验的验证，该模型在十个代表性行程上的均方根误差（RMSE）为44.8 N，对于七个理论力高于300 N的行程，平均绝对百分比误差（MAPE）为1.9%，且相对误差在未切屑厚度较小时增大。优化后的进给使峰谷差、行程数和标准偏差分别降低了70.2%、24.4%和78.8%，实测切削力接近恒定，与理论值匹配的均方根误差为19.65 N，平均绝对百分比误差为0.69%。该方法有效抑制了周期性切削力波动，改善了刀具负载均匀性，并提高了加工效率。