1 绪论

随着国内汽车产品的飞速发展，弧齿锥齿轮的制造地位也日益提升，同时也需要加工精度更高的弧齿锥齿轮数控加工机床。螺旋锥齿轮铣齿机是汽车螺旋锥齿轮高效精密加工成套装备中最核心、最具代表性的关键设备。该设备动态性能的优劣直接影响后续工作及设备的工作性能和效率[1,2]。

因此，基于测试学原理，通过自主研发的信号采集与分析系统，获得整机的固有频率和振型。在此基础上笔者在CAE分析软件中构建了螺旋锥齿轮铣齿机设备有限元模型，并设定合适的约束条件。通过比较试验结果和仿真结果，进一步针对有限元模型进行细化，使仿真模型更准确。通过灵敏度分析发现，立柱后板仰角，立柱圆弧过渡筋板半径，立柱高度和底座高度是对整个设备的固有频率和振型最敏感的设计变量。根据优化理论，以整机质量为目标函数，限制机床固有频率高于最高工作频率，优化动态特性。结果表明，螺旋锥齿轮铣齿机的动态性能可提高19％，而整体质量可以减少2.1％。

2 方法论

螺旋锥齿轮铣齿机可实现螺旋锥齿轮成形法与展成法加工螺旋锥齿轮。如图1所示，主要由床身、立柱部分（立柱、刀架）、工件箱部分（滑枕、工件箱）三大部分、五个模块组成。立柱通过下方的X方向导轨与床身连接，实现X方向运动；刀架通过Z方向导轨与立柱连接，实现Z轴方向运动；滑枕通过下方的Y向导轨与床身连接，实现Y方向的运动。工件箱通过B轴与滑枕连接，实现B轴转动；工件所在的轴为A轴。如此实现五轴联动，加工螺旋锥齿轮。

2.1 动态测试方法

为了得到螺旋锥齿轮铣齿机的动态性能，作者采用力锤激励加速度传感器拾取振动信号的方法通过自主研发的SD150动态测试与信号分析系统计算得到其固有频率和主振型，测点布置见图2，测试过程见图3。

图1螺旋锥齿轮铣齿机结构                        图2测点分布图