CN104889500A - 一种齿轮大圆周进给插齿加工工艺 - Google Patents

一种齿轮大圆周进给插齿加工工艺 Download PDF

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    • B23F1/00—Making gear teeth by tools of which the profile matches the profile of the required surface
    • B23F1/04—Making gear teeth by tools of which the profile matches the profile of the required surface by planing or slotting
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Abstract

本发明公开了一种齿轮大圆周进给插齿加工工艺，包括：切削运动：插齿刀的往复运动，通过改变插齿机上不同齿轮的搭配获得不同的切削速度；周向进给运动：控制插齿刀转动的速度；分齿运动：保证刀具转过一齿时工件也相应转过一齿的展成运动；径向进给运动：齿刀沿工件的半径方向作进给运动，径向进给运动由专用凸轮控制；退刀运动：由工作台带动工件作水平退让运动，当插齿刀工作行程开始前，工作台又带动工件复位的运动；所述径向进给运动采用小径向进给，所述周向进给运动采用大圆周进给，所述切削运动采用少循环切削。本发明采用小径向进给，大圆周进给，少循环切削的方式，可以增加刀具的使用寿命及减少零件的加工节拍且可以保证质量精度。

Description

一种齿轮大圆周进给插齿加工工艺
技术领域
本发明涉及一种齿轮大圆周进给插齿加工工艺。
背景技术
插齿加工相当于一对圆柱齿轮啮合传动过程，其中一个是工件，另一个是端面磨有前角，齿顶及齿侧均磨有后角的插齿刀。加工时刀具沿工件轴向作直线往复运动以完成主运动。
插齿加工时的运动包括：
(1)切削运动：插齿刀的上、下往复运动；
(2)分齿展成运动：插齿刀与工件之间应保持正确的啮合关系。插齿刀往复一次，工件相对刀具在分度圆上转过的弧长为加工时的圆周进给量，故刀具与工件的啮合过程也就是圆周进给过程；
(3)径向进给运动：插齿时，为逐步切至全齿深，插齿刀应有径向进给量fr；
(4)让刀运动：插齿刀作上下往复运动时，向下是切削行程。为了避免刀具擦伤已加工的齿面并减少刀齿的磨损，在插齿刀向上运动时，工作台带动工件退出切削区一段距离(径向)；插齿刀工作行程时，工作台再恢复原位。
与滚齿相比，插齿加工的特点是：
(1)齿形精度比滚齿高；
(2)齿面的表面粗糙度值小；
(3)运动精度低于滚齿，影响被切齿轮的运动精度；
(4)齿向偏差比滚齿大；
(5)生产率比滚齿低；
(6)可以加工内齿轮、双联齿轮或多联齿轮、齿条、扇形齿轮等滚齿无法完成的加工。
滚插齿的应用范围包括：
(1)加工带有台肩的齿轮以及空刀槽很窄的双联或多联齿轮，只能用插齿。这是因为：插齿刀“切出”时只需要很小的空间，而滚齿则滚刀会与大直径部位发生干涉。
(2)加工无空刀槽的人字齿轮，只能用插齿。
(3)加工内齿轮，只能用插齿。
(4)加工蜗轮，只能用滚齿。
(5)加工斜齿圆柱齿轮，两者都可用。但滚齿比较方便。插制斜齿轮时，插齿机的刀具主轴上须设有螺旋导轨，来提供插齿刀的螺旋运动，并且要使用专门的斜齿插齿刀，所以很不方便。
但是，插齿相对于滚齿及铣齿来说，效率低，冲击大，刀具磨损消耗较大。因此，需要提高插齿的生产率。
提高插齿生产率的途径有以下几种：
(1)提高圆周进给量可减少机动时间，但圆周进给量和空行程时的让刀量成正比，因此，必须解决好刀具的让刀问题。
(2)挖掘机床潜力增加往复行程次数，采用高速插齿。有的插齿机每分钟往复行程次数可达1200～1500次/min，最高的可达到2500次/min。比常用的提高了3～4倍，使切削速度大大提高，同时也能减少插齿所需的机动时间。
(3)改进刀具参数，提高插齿刀的耐用度，充分发挥插齿刀的切削性能。如采用W18Cr4V插齿刀，切削速度可达到60m/min；加大前角至15°，后角至9°，可提高耐用度3倍；在前刀面磨出1～1.5mm宽的平台，也可提高耐用度30％左右。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种齿轮大圆周进给插齿加工工艺。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种齿轮大圆周进给插齿加工工艺，包括：
切削运动：插齿刀的往复运动，通过改变插齿机上不同齿轮的搭配获得不同的切削速度；
周向进给运动：控制插齿刀转动的速度；
分齿运动：保证刀具转过一齿时工件也相应转过一齿的展成运动；
径向进给运动：齿刀沿工件的半径方向作进给运动，径向进给运动由专用凸轮控制；
退刀运动：由工作台带动工件作水平退让运动，当插齿刀工作行程开始前，工作台又带动工件复位的运动；
其特征在于：所述径向进给运动采用小径向进给，所述周向进给运动采用大圆周进给，所述切削运动采用少循环切削。
插齿相对于滚齿及铣齿来说，效率低，冲击大，刀具磨损消耗较大，在现代化大批量生产要求的前提下，怎样才能既要效率高，又要质量好，刀具寿命还能提高，从而降低我们的生产成本呢。当然我们可以选用先进的机床，材料好的刀具，合理的切削参数。但是，当机床和刀具一定的前提下，只有改变切削参数可以提高质量和效率及节约成本。
在加工时，刀具刀尖强度最低，但是参与切削的频度是最大的。所以说刀尖是最易磨损的部位，那么为什么不增大刀具的圆弧半径，以提高刀具耐磨损度呢？因为由于加工零件的要求所限(零件根切或者渐开线起始点要求)，刀具圆弧半径大到一定程度就不能再增加了。我们在保证质量精度的前提下，怎样才能让刀具加工的效率高，还能提高使用寿命呢？方法有：
1、采用更好的刀具材料；
2、使用刚性好的插齿机；
3、刚性好的工装；
4、改善被加工零件材料的切削性能；
5、合理的切削参数。
在前4项一定的条件下，合理的切削参数成为提高质量和效率及节约成本的方法。
本发明所达到的有益效果是：
在现有技术中，一般是采用大径向进给，小圆周进给，多循环切削的方式进行加工，本发明采用小径向进给，大圆周进给，少循环切削的方式，可以减少刀尖的利用率，因此可以增加刀具的使用寿命及减少零件的加工节拍且可以保证质量精度，从而节约生产成本。
附图说明
图1为切削断面积及切削厚度的最大值与圆周进给的关系图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明一种齿轮大圆周进给插齿加工工艺，包括：
切削运动：插齿刀的往复运动，通过改变插齿机上不同齿轮的搭配获得不同的切削速度；
周向进给运动：控制插齿刀转动的速度；
分齿运动：保证刀具转过一齿时工件也相应转过一齿的展成运动；
径向进给运动：齿刀沿工件的半径方向作进给运动，径向进给运动由专用凸轮控制；
退刀运动：由工作台带动工件作水平退让运动，当插齿刀工作行程开始前，工作台又带动工件复位的运动；
其特征在于：所述径向进给运动采用小径向进给，所述周向进给运动采用大圆周进给，所述切削运动采用少循环切削。
实施例1：
工件材料：42CrMo
材料硬度：260～280HB
工件参数：M5，Z66
刀具参数：M5，Z24
刀具材料：ASP2052
刀具涂层：ALCRONITE PRO
循环次数：5次。
采用旧的方式进行，切削参数为：
循环次数(1～10) 5.00000 B轴指定角度 10.000000
工件齿数(n) 66.000000 C轴指定角度 158.000000
刀具齿数(n) 24.000000 定角度旋转速度(deg/min) 606.000000
工件模数(mm) 5.000000 循环1冲程速度(str/min) 60.000000
内外齿选择(内：1/外：0) 5.000000 循环1工进量(mm) 4.3000000
B轴旋转方向(-：1/+：0) 0.000000 循环1Y进刀速度(mm/str) 0.015000
快进位置(mm) -271.611000 循环1B进刀速度(mm/str) 0.300000
快进速度(mm/min) 500.000000 循环2冲程速度(str/min) 60.00000
慢进量(mm) 1.000000 循环2工进量(mm) 2.700000
慢进速度(mm/str) 0.100000 循环2Y进刀速度(mm/str) 0.015000
慢退量(mm) 11.000000 循环2B进刀速度(mm/str) 0.300000
慢退速度(mm/str) 0.250000 循环3冲程速度(str/min) 60.000000
快退位置(mm) -300.000000 循环3工进量(mm) 2.200000
快退速度(mm/min) 500.000000 循环3Y进刀速度(mm/str) 0.015000
循环指定角度(是：1/否：0) 1.000000 循环3B进刀速度(mm/str) 0.300000
计算一下采用大径向进给，小圆周进给，多循环切削的旧参数加工一个零件共需要多少冲程数：
1、分度圆直径：5*66＝330，插齿的圆周速度这里按分度圆转过的弧长计算
径向进给冲程数计算：
第一刀：4.3/0.015＝287str 287*0.3
第二刀：2.7/0.015＝180str
第三刀：2.2/0.015＝147str
第四刀：1.5/0.015＝100str
第五刀：0.33/0.015＝22str
2、轴向进给冲程数计算：
因各循环径向进给结束后，圆周进给的角度都是一样的370°(机床设定)
370°转过的周长：(3.14+3.14/18)*330＝1094mm
370°需要的冲程数：1094/0.3＝3646str
3、总冲程数：3646*5+287+180+147+100+22＝18966str
4、加工循环时间：18966/60＝316min
而采用本发明的方式进行，切削参数为：
循环次数(1～10) 3.00000 B轴指定角度 18.000000
工件齿数(n) 66.000000 C轴指定角度 90.000000
刀具齿数(n) 24.000000 定角度旋转速度(deg/min) 500.000000
工件模数(mm) 5.000000 循环1冲程速度(str/min) 65.000000
内外齿选择(内：1/外：0) 1.000000 循环1工进量(mm) 6.500000
B轴旋转方向(-：1/+：0) 0.000000 循环1Y进刀速度(mm/str) 0.001800
快进位置(mm) -271.31000 循环1B进刀速度(mm/str) 0.900000
快进速度(mm/min) 500.000000 循环2冲程速度(str/min) 65.00000
慢进量(mm) 1.000000 循环2工进量(mm) 4.000000
慢进速度(mm/str) 0.100000 循环2Y进刀速度(mm/str) 0.001200
慢退量(mm) 11.000000 循环2B进刀速度(mm/str) 0.900000
慢退速度(mm/str) 0.250000 循环3冲程速度(str/min) 65.000000
快退位置(mm) -300.000000 循环3工进量(mm) 0.310000
快退速度(mm/min) 500.000000 循环3Y进刀速度(mm/str) 0.015000
循环指定角度(是：1/否：0) 1.000000 循环3B进刀速度(mm/str) 0.500000
1、分度圆直径：5*66＝330，插齿的圆周速度这里按分度圆转过的弧长计算
径向进给冲程数计算：
第一刀：6.5/0.018＝3611str
第二刀：4/0.0012＝3333str
第三刀：0.31/0.015＝21str
2、轴向进给冲程数计算：
第一刀370°需要的冲程数：1094/0.9＝1215str
第二刀370°需要的冲程数：1094/0.9＝1215str
第三刀370°需要的冲程数：1094/0.5＝2188str
3、总冲程数：3611+3333+21+1215+1215+2188＝11583str
4、加工循环时间：11583/65＝178min。
分析：
旧加工参数共使用18966冲程加工完零件
新加工参数共使用11583冲程加工完零件
新参数比旧参数少使用18966-11583＝7383冲程，也就是说新参数刀尖使用频度低
刀具材料：ASP2052
刀具涂层：ALCRONITE PRO
零件宽度为：100mm
对比两中参数加工零件数：
旧参数：(18966*100/1000)/24＝79
新参数：(11583*100/1000)/24＝48
这把刀每齿寿命约为500米
每把刀具加工零件数为：
旧参数：500/79＝6.3个
新参数：500/48＝10.3个
对比：
旧参数 新参数
冲程数 18966 11583
吃刀量 0.3 0.9
每刀齿的位移量 79 48
径向进给 0.015 0.0018
圆周进给 0.3 0.9
理论加工零件数量 6.3 10.3
加工时间 316min 178min
旧切削参数的吃刀量0.3远远小于新参数的0.9，是因为就参数的径向进给量0.015，而新参数的径向进给为0.0018，如果把旧参数的0.3提高，势必造成机床在径向进给阶段刀具吃刀量的增大，增加刀尖磨损或者非正常损坏的概率。
通过CAD模拟插齿加工过程分析得知，旧切削参数径向进给+圆周进给刀具吃刀量大约为0.015mm；旧切削参数径向进给结束，纯圆周进给切削刀具吃刀量大约为0.009mm；而新切削参数径向进给结束，纯圆周进给切削刀具吃刀量大约为0.0034mm；新切削参数径向进给结束，纯圆周进给切削刀具吃刀量大约为0.0014mm。因而，新参数的切削深度未必比就参数深，只是新参数除了使用刀具的刀尖外，刀刃部分使用的比旧参数较多，减少了刀尖使用频度增加了刀具寿命，当然切削阻力势必增加，所以使用这种切削加工方式一定要参考机床的切削性能。
参见图1，当圆周进给上升到一定程度时，即使再提高圆周进给，最大切削厚度和最大切削断面积是不增加的，因此限制了切削力。
通常情况下我们见到的刀具磨损集中在刀尖部分，与之前分析加工零件的冲程数的结果是相符的，减少冲程数就是减少刀尖的利用率，因此可以增加刀具的使用寿命及减少零件的加工节拍，所以采用本发明加大使用刀具侧刃的思路是正确的。
由于机床性能受限制，我们刀具选择ASP2052材料+AP涂层，新参数按照低冲程，大吃刀量，大进给的方式来选择
实际加工数据见下表：
本发明采用小径向进给，大圆周进给，少循环切削的方式，可以减少刀尖的利用率，因此可以增加刀具的使用寿命及减少零件的加工节拍且可以保证质量精度，从而节约生产成本。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种齿轮大圆周进给插齿加工工艺，包括：
切削运动：插齿刀的往复运动，通过改变插齿机上不同齿轮的搭配获得不同的切削速度；
周向进给运动：控制插齿刀转动的速度；
分齿运动：保证刀具转过一齿时工件也相应转过一齿的展成运动；
径向进给运动：齿刀沿工件的半径方向作进给运动，径向进给运动由专用凸轮控制；
退刀运动：由工作台带动工件作水平退让运动，当插齿刀工作行程开始前，工作台又带动工件复位的运动；
其特征在于：所述径向进给运动采用小径向进给，所述周向进给运动采用大圆周进给，所述切削运动采用少循环切削。
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