齿轮高速干式滚切工艺参数优化模型及应用系统开发

发布时间：2019-10-06 17:58

【摘要】：齿轮滚切工艺是应用最广泛的齿部成形加工工艺,高速干切工艺的出现和逐步成熟为齿轮滚切实现绿色环保加工以及高效自动化生产提供了技术条件。但由于高速干切工艺切削速度高且缺少切削油/液的冷却润滑,因而工艺参数对机床热变形误差、刀具寿命和工件质量等影响很大,需要开展深入研究。以自动化加工效率、齿轮单件成本为目标,工件材料、刀具涂层以及切削速度、进给量和滚刀顶刃最大切屑厚度等因素为变量,建立一种齿轮高速干式滚切工艺参数优化模型。通过数据分析和试验验证,基于工件材料的抗拉强度,得出齿轮高速干切滚齿工艺切削速度和滚刀顶刃最大切屑厚度推荐值;同时,为实现模型在齿轮自动化生产线上的应用,建立了高速干切滚齿工艺参数在机自适应优化修正模型,并基于西门子840D数控系统开发了高速干切滚齿工艺参数优化支持系统。该系统在某轿车齿轮自动生产线的生产实践中得到应用,取得了良好的效果。
【图文】：

192机械工程学报第53卷第1期期图1干切滚刀轴向行程示意图从图1可知，对于高速干切滚齿加工，干切滚刀的轴向行程可表示为ZTeaTSCUBUO(1)式中，TC代表轴向法加工时的接近行程；eU代表干切滚刀的接近安全允量，一般取eU=2mm；aU代表干切滚刀的退出安全允量，一般取aU=2mm；TO代表干切滚刀的超越行程。对于直齿轮，干切滚刀的接近行程Ta0Cdh；对于斜齿轮，干切滚刀的接近行程2010[()tan]TaaaCdddh；干切滚刀超越行程1.25sintanTnOm；滚切工艺轴向进给速度0011000πzaFfzvdz。论文以较为复杂的斜齿轮加工为研究对象，计算得到斜齿轮干切滚刀轴向切削加工时间mt的表达式如式(2)所示。2010[()tan]1.25sin/tan4maaantdddhmB001(1000/π)afzvdz(2)切削时间与切削参数密切相关，，切削速度与进给量越大，切削时间越少，加工效率越高。1.2高速干切滚齿工艺参数推荐值计算方法通过收集用户使用高速干切滚齿机对齿轮加工的工艺参数数据和相应效果数据，经过分析发现滚刀基体材料和涂层类型，以及齿轮工件材料的抗拉强度，是影响滚齿工艺参数选择的关键因素。高速干切滚齿工艺对中小模数齿轮在齿轮径向采用一次进给方式，即径向切深为整个全齿高。因此论文主要对干切滚刀切削速度和轴向进给量进行优化。德国学者HOFFMEISTER[14]指出滚刀切削刃顶刃最大切屑厚度ch是影响刀具寿命的关键参数，并进行大量试验建立了经验公式确定最大切屑厚度与滚刀、齿轮和切削参数的关系，如图2所示。至今，该公式仍然在生产实践中被广泛应用于确定轴向进给量，效果良好[15]。339.25100.5420.01510.3198.25100.2250.8770.015004.92cnpxa

志断虿捎靡?次进给方式，即径向切深为整个全齿高。因此论文主要对干切滚刀切削速度和轴向进给量进行优化。德国学者HOFFMEISTER[14]指出滚刀切削刃顶刃最大切屑厚度ch是影响刀具寿命的关键参数，并进行大量试验建立了经验公式确定最大切屑厚度与滚刀、齿轮和切削参数的关系，如图2所示。至今，该公式仍然在生产实践中被广泛应用于确定轴向进给量，效果良好[15]。339.25100.5420.01510.3198.25100.2250.8770.015004.92cnpxannhmzeadiemzm图2HOFFMEISTER经验公式通过收集分析高速干切滚齿工艺实际生产中的加工数据，得到某一特定条件下的高速干切滚齿工艺参数的优选值，并以该优选值作为切削参数进行试验验证加工效果后，最终确定其为该条件下的参数推荐值。以常用工件材料抗拉强度(表3)为基准，区分粉末冶金高速钢滚刀和硬质合金滚刀两种不同基体的滚刀，确定常用齿轮材料的切削速度推荐值和滚刀顶刃最大切屑厚度推荐值分别如图3、4所示。表3齿轮常用材料抗拉强度材料抗拉强度σb/MPa材料抗拉强度σb/MPa45钢调质64720CrMnTi107940Cr700ZG4558035SiMn750ZG5565040MnB735QT600-360020Cr637QT700-2700图3高速干切滚齿工艺切削速度推荐值
【作者单位】： 重庆大学机械传动国家重点实验室;重庆机床(集团)有限责任公司;
【基金】：国家自然科学基金(51475058) 国家科技重大专项(2011ZX04001-041) 教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-13-0628) 重庆市科技人才培养计划(新产品创新青年科技人才)(cstc2013kjrc-qnrc70001)资助项目
【分类号】：TG612

【参考文献】

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【二级参考文献】

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本文编号：2545862