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        螺旋錐齒輪數(shù)字化加工技術對銑齒過程的優(yōu)化

        2015-05-30 10:32:50王增強聶峻峰趙興福張彥飛
        科技創(chuàng)新與應用 2015年15期
        關鍵詞:一致性數(shù)字化

        王增強 聶峻峰 趙興福 張彥飛

        摘 要:螺旋錐齒輪由于其在傳動方面的優(yōu)點而被廣泛應用,但隨著工業(yè)發(fā)展,對其制造精度的要求也越來越高,包括齒面精度、齒面硬度和滲碳層深度以及齒面形貌的一致性等。目前,螺旋錐齒輪較先進的加工方法是其數(shù)字化加工方法,通過磨齒和檢測可使齒面達到較高的精度。對銑齒加工參數(shù)的優(yōu)化則保證的是銑齒型面的準確、齒面硬度和滲碳層深度的一致性,大幅提高加工效率。

        關鍵詞:螺旋錐齒輪;數(shù)字化;銑削;一致性

        1 概述

        目前國際上生產(chǎn)錐齒輪加工設備的著名公司如美國的Gleason公司、瑞士的Oerlikon公司和德國的Klingelnberg公司都是通過采用數(shù)字化制造技術來縮短加工周期和提高加工質(zhì)量[1-2]。齒面誤差修正是數(shù)字化制造中解決齒面接觸區(qū)修正的關鍵技術,可實現(xiàn)對接觸區(qū)的精確調(diào)整[3]。除了精確調(diào)整磨齒工序的接觸區(qū),對銑齒工序銑削型面的準確性也同樣很重要。目前對螺旋錐齒輪的研究,大多數(shù)都集中在螺旋錐齒輪的磨齒和檢測,對于高精度的螺旋錐齒輪,如航空用螺旋錐齒輪,對齒輪的表面完整性、齒面硬度及其梯度分布、滲層厚度的一致性和齒面的磨削燒傷面積等均有較嚴格的控制,要求在熱處理和磨齒工藝前,齒面的余量分配均勻。因此,在螺旋錐齒輪銑齒加工環(huán)節(jié),應用數(shù)字化加工技術以保證齒面余量均勻就變得非常有意義。傳統(tǒng)的機械式加工機床或是格里森Free-From型數(shù)控銑齒機都是基于“假想平頂齒輪”原理[4]。以格里森Free-From型數(shù)控銑齒機床為例,它是六軸五聯(lián)動數(shù)控機床,適用于各種齒制的螺旋錐齒輪加工,而且能進行高速干切削,其簡化模型如圖1所示,通過多軸聯(lián)動,可以建立刀具與工件的各種位置關系,實現(xiàn)齒面的加工[5]。

        圖1 格里森Free-From型數(shù)控銑齒機床簡圖

        但是調(diào)整參數(shù)較多,包括刀位、床位和滾比等機床運動參數(shù)和銑齒刀的參數(shù)等共30余個,如果通過人工調(diào)整,根據(jù)加工經(jīng)驗,很難實現(xiàn)精確調(diào)整,在傳統(tǒng)的銑齒加工中調(diào)整次數(shù)平均達到5-6次,并且齒面精度差,不同批次的螺旋錐齒輪齒面具有差異性。

        2 螺旋錐齒輪數(shù)字化加工技術

        螺旋錐齒輪因其齒面為復雜曲面,且經(jīng)過熱處理后易產(chǎn)生變形,很難保證滲層深度、齒面硬度的一致性以及齒面的精度。為保證銑齒和磨齒齒面形貌的一致性,使磨削余量均勻進而保證滲層深度和硬度一致,應使用螺旋錐齒輪數(shù)字化加工技術,通過齒輪數(shù)字化建模,模擬嚙合、加載分析、印痕分析、數(shù)字化測量等先進手段調(diào)整加工參數(shù),實現(xiàn)設計、制造、檢驗協(xié)同統(tǒng)一,最終得到合格的印痕,解決齒輪配對難、熱處理前后齒面形貌協(xié)調(diào)性問題。應用螺旋錐齒輪數(shù)字化加工技術后調(diào)整次數(shù)通常為1-2次,齒面精度達到0.03mm,不需要配對加工,使用上次定型的加工參數(shù)直接加工即可,效率高,精度高,齒面一致性好。這對改善螺旋錐齒輪的互換性意義重大,不僅可以大幅度提高加工質(zhì)量,同時還可以提高加工效率。

        3 形貌圖和電子標準齒輪的建立

        形貌圖就是錐齒輪齒面坐標形態(tài),目前較為常見的是9×5共45個坐標點,即在整個齒面上,分別從距齒面大端、小端、齒頂、齒根約為整個齒面的5%處開始,采取9列5行,采取45個坐標點來表示整個齒面的形態(tài)。電子標準齒輪是在加工出合格產(chǎn)品后,存儲于齒輪測量機中電子標準齒輪的齒面坐標值(如圖2所示)。

        圖2 電子標準齒輪樣式

        4 螺旋錐齒輪數(shù)字化加工技術對銑齒的意義

        在加工出合格產(chǎn)品后,將此種零件的電子標準齒輪固化,建立此零件的加工標準,在銑齒、磨齒和檢測均使用此標準,對于磨齒和檢測來說,使用此標準齒輪可以提高效率和精度。銑齒的意義是使得齒面余量更均勻,降低零件的磨削燒傷,保證磨削后齒面滲層深度和硬度分布的一致性。這對高精度齒輪有很重要的意義,傳統(tǒng)的銑齒加工已無法滿足要求。

        5 結束語

        隨著齒輪加工技術和檢測技術的提高,齒面檢測已經(jīng)由傳統(tǒng)的接觸印痕檢驗發(fā)展到齒面幾何結構和精度檢驗。將螺旋錐齒輪數(shù)字化加工技術應用至磨齒和檢測,可以顯著提高加工效率和精度。同樣,將此技術應用到銑齒加工工序,使得余量均勻,保證齒面滲層厚度和硬度的一致性,大幅提高加工效率,對提升齒輪制造水平有很重要的意義。

        參考文獻

        [1]讓·德福,樊齊.格里森專家制造系統(tǒng)(GEMS)開創(chuàng)弧齒錐齒輪及雙曲面齒輪數(shù)字化制造新紀元[J].世界制造技術與裝備市場,2005(4):87-93.

        [2]許浩,曾韜.網(wǎng)絡化螺旋錐齒輪齒面加工集成制造系統(tǒng)[J].工程圖學學報,2006,27(2):43-50.

        [3]李敬財,王太勇.基于數(shù)字化制造的螺旋錐齒輪齒面誤差修正[J].農(nóng)業(yè)機械學報,2008,39(5).

        [4]FAN Q.Computerized modeling and simulation of spiral bevel and hypoid gears manufactured by Gleason facehobbing process[J].Journal of Mechanical Design,2005,128(6):1315-1327.

        [5]螺旋錐齒輪的現(xiàn)代加工方法及其探討[J].現(xiàn)代制造工程,2014,2.

        作者簡介:王增強(1986-),男,工程師,研究方向:螺旋錐齒輪數(shù)字化制造。

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