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基于响应曲面法的齿轮轴高精磨削加工参数优化研究

发布时间：

2024-12-31

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针对某变速器发生异响展开研究，锁定问题发生的根本原因是圆度不合格，进而将故障发生时间锁定在齿轮轴的外圆高精磨削加工过程中。识别出 5 个对圆度影响显著的因子。通过中心复合响应曲面方法设计出因子及因子的水平，利用 Minitab 软件，生成 108 次随机试验矩阵。对 108 次试验结果进行分析发现，模型一阶项、二阶平方项对异响的影响显著，二阶交互的作用不显著。通过残差分析验证了模型符合假设，进而得到模型回归方程的优解。同时，基于模型，调整了因子参数，缩短了加工时间，提升了生产效率，解决了高精磨削加工过程中的圆度不合格问题。研究表明，该方法可以识别出模型中弯曲、非线性关系，进而得到全局较优。同时，所建立的模型为零件加工过程参数调整提供了依据。

齿轮轴等零件广泛应用于汽车制造的各个领域，特别是汽车动力系统。随着《节能与新能源汽车技术路线图2.0》的发布，节能与新能源技术路线变得清晰。从国家战略来看，节能汽车、新能源汽车、智能网联汽车已被提升到核心战略发展地位。从市场前景来看，到 2035 年新能源汽车将成为市场主流产品。2021 年，新能源汽车产销量双双突破 350 万辆，同比增长 1.6 倍。在新能源汽车动力传动系统领域，整车驱动单元由传统发动机变化为电机驱动，整车变得更安静，对整车传动系统噪声、振动和声振粗糙度(noise，vibration & harshness，NVH)性能的要求变得更高。为实现更好的 NVH 性能，齿轮轴磨削工艺多以高精磨削加工为主。但在现实的加工过程中，即使使用高精度加工设备，还是会存在尺寸超差，零件尺寸过程能力不足，导致动力系统发生异响。因此，通过优化加工过程中的设备参数，使零件尺寸合格、加工过程稳定，对提升产品质量具有重要的实用价值和现实意义。

当前，响应曲面法作为一种优化方法开始在各个行业运用：在电力系统，对电子水泵叶轮进行了优化;在芯片行业，对 SiC 单晶片切割过程进行了多目标优化;在铁路系统，对磁悬浮开关磁阻电机进行了优化;在汽车行业，对涡轮增压器废气阀门激光焊接工艺进行了优化研究。同时，为了响应曲面法，各领域也将所获得的模型用于预测与预控制。本研究通过对高精磨削过程参数进行响应曲面试验分析，实现了对过程控制参数的优化，并最终通过所获得的模型，进行预测控制，实现了对高精磨削加工参数设置的指导。

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