摘要
非圆齿轮作为一种特殊齿轮，不仅具有普通齿轮动态性能好、传动比精度高、工作可靠、能高速传动、可以实现空间任意两轴间的传动等优点，而且还能像传统的凸轮、连杆机构一样变中心距传动，传递周期性变化的非匀速传动比，实现要求的运动函数输出。目前已被广泛应用于车辆、机械压力机、纺织机械、液压发动机、泵、流量计、钟表和自动玩具等装置中。但由于非圆齿轮节曲线形状复杂制造难度大，随着非圆齿轮设计的逐渐完善及应用领域的扩展，制造问题已经成为限制其推广的短板问题。电火花线切割加工(WEDM)可以加工几乎所有类型的非圆齿轮，且具有适应性强、成本低、加工精度高等优势。 本课题针对传统加工方式加工非圆齿轮存在种种弊端且加工智能化程度低、加工质量一致性差等问题，为了提高非圆齿轮的表面完整性，以Pascal蜗线齿轮为研究对象，开展其在电火花线切割加工工艺下的参数优化及表面完整性预测研究，具体工作如下： 首先，通过分析电火花线切割加工的基本原理，结合非圆齿轮的自身加工特性，探索非圆齿轮的电火花线切割加工特性。同时结合机床性能进行了非圆齿轮齿廓设计以及试验方法、试验因素水平的确定。通过对比分析表明，在加工精度方面，电火花线切割加工对于加工非圆齿轮有独特的优势。 其次，针对目前的切削加工表面完整性评价体系并不适用于电火花线切割加工的问题，基于层次分析法构建了针对电火花线切割加工非圆齿轮的表面完整性评价体系，通过一致性检验表明构建的评价体系符合要求。并选择对表面完整性影响最显著的三个评价指标进行测量获取试验数据。 第三，采用正交试验法结合模糊综合评价方法对非圆齿轮电火花线切割加工过程进行参数优化，得到了满足多项表面完整性指标要求的最优工艺参数组合。为了证明模糊综合评价方法的有效性，与目前已被广泛应用的灰色关联分析方法进行了比较。结果表明：模糊综合评价法与灰色关联分析法得到的优化结果一致，且优化结果的表面完整性相较于未优化前提高了19.37%，验证了模糊综合评价法的有效性。 最后，基于混合粒子群算法优化支持向量机的方法建立了表面完整性预测模型，并对比验证了Poly、RBF、Sigmoid等核函数对预测模型性能的影响。结果表明：使用RBF核函数的预测模型效果最优，表面粗糙度R2=0.9978，MAPE=0.4534，表面残余应力R2=0.9483，MAPE=3.1673，表面显微硬度R2=0.9786，MAPE=0.4779。同时，基于表面完整性的优化及预测模型设计开发了非圆齿轮电火花加工表面质量预测系统。
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