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切向进给滚齿工艺研究

更新时间:2009-03-28

圆柱外齿轮结构多种多样,精度多为4级~7级(GB/T 10095),通常采用滚齿、热处理、磨齿加工工艺。滚齿是应用最广的一种切齿方法,据统计,一些国家的滚齿机拥有量占到所有齿轮机床的45%~50%。滚切齿轮属于展成法,可看作是无啮合间隙的齿轮与齿条传动。

滚齿过程中有三大类运动:主运动、分齿运动、进给运动。主运动是滚刀的旋转运动;强制齿轮坯与滚刀保持与齿条啮合运动关系的运动称为分齿运动;为了在整个齿宽上切出齿形,滚刀须沿被切齿轮轴向移动,称为垂直进给运动或轴向进给运动。绝大多数的齿轮滚齿工序分成2~3个分工步:粗滚齿、半精滚齿、精滚齿,对于一些小模数的齿轮可能只有粗滚齿和精滚齿,而对于一些大模数的齿轮,由于其加工余量很大,可能会分为多道粗滚齿工步。粗滚齿工步会滚切掉绝大部分的加工余量,精滚齿主要用于保证齿面及齿根的加工质量。

滚齿加工的尺寸要求主要是齿轮的齿厚要求,一般以齿轮的公法线长度W0及其公差表示,随着粗滚齿、半精滚齿、精滚齿工序的进行,公法线数值会不断减小,滚齿加工完毕后,公法线数值将在工艺设计规定的数值范围内。这种满足公法线技术要求的过程是由滚齿机床的另一种进给机构来保证的:常用的径向进给运动机构和不常用的切向进给运动机构。

1 问题的提出

滚齿加工过程中,一旦出现故障,滚切的齿面就很容易产生缺陷。有些缺陷是无法挽救的,齿坯只能报废;有些缺陷特别是粗滚齿过程中产生的齿面缺陷是可以通过适当的工艺方法进行补救的。图1所示的滚齿缺陷是可以补救的,从放大的缺陷部位来看(见图2),齿廓线2是滚齿完成后的工艺设计要求轮廓线。正常粗滚齿时左右两齿面是按齿廓线1来加工的,随着滚齿加工的进行,多次滚齿后,齿轮的轮齿左右齿面齿廓线不断地接近齿廓线2。齿廓线3是滚齿过程中由于各种故障(包括突然停电、机床故障、滚刀崩塌等)引起的齿面缺陷,如果工艺过程不调整,左右齿面需要按齿廓线4加工才能消除缺陷,但齿轮的齿厚就超差了。

  

图1 齿轮齿形齿廓示意图

  

图2 齿轮齿形齿廓缺陷部位放大示意图

根据现有加工技术,可以通过控制滚刀刀架的切向位移,切除齿面缺陷:在图1所示的左齿面少切削点或不切削、右齿面(齿廓线3)多切削点。普通滚齿机一般无专用切向进给刀架,无法自动控制滚刀刀架的切向位移,购置专用切向进给刀架费用较高,而且使用率较低。

2 问题的解决

滚刀刀架切向位移ΔLi应满足公式(1):

其中:α为齿轮分度圆压力角;i为正整数,表示第i次切向滚齿,ΔLi为第i次滚刀刀架切向位移量,Wi为第i次的切向滚齿设计值公法线设计值,Wi-1为前一次的公法线测量值。

(1)采用径向进给法继续滚齿,直到齿轮的齿根圆直径Df达到其设计值的上限Dfmax,测量并记录此时的公法线数值W1W1应大于齿轮的实际理论滚齿要求的公法线W0

(2)轴向移动滚刀刀架,使滚刀主切齿与齿顶不接触。

Wi-1>Wi>W0

(4)轴向进给滚刀滚齿,测量并记录本次滚齿后的实际公法线数值

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要解决图1所示缺陷问题的重点是合理调整左右齿面的滚齿加工余量。在没有切向进给刀架的滚齿机床上,按下列切向进给工艺方法即可解决问题。

 

(1)

3.由于招标代理机构对有关政策规定把握不住,业务能力不强引起的不规范行为。一是招标采购文件存在以不合理的条件对供应商实行差别待遇或者歧视待遇条款。二是采购文件未体现政府采购促进中小微企业发展之政策。三是采购公告内容信息不完整。四是采用综合评分法时评审标准中的分值未与评审因素的量化指标相对应。五是采购需求中的技术要求指向特定产品。六是采购文件将非进口投标产品生产厂家授权函原件及售后服务承诺函原件作为资格条件。

对照组采用胃大部分切除术治疗。首先给予患者硬膜外麻醉处理,选择右腹直肌位置作为切口,观察并确定好急性胃穿孔患者穿孔位置,利用生理盐水清除渗漏食物和积液,然后进行手术切除操作。

ΔLi的选取同时应满足公式(2):

(3)手动调节滚刀刀架切向位移ΔL,ΔL应大于0且小于滚刀刀尖两圆弧中心距e。滚刀刀架切向进给方向与有缺陷的齿面方向一致[1-3]

(2)

总的切向进给加工余量为正常情况下分多次加工完成。

(5)比较W0,若W0的公差范围内,且去除了齿面的缺陷,则滚齿完成;若W0之外,且未去除齿面的缺陷,则重复步骤(2)、(3)、(4),直至去除齿面缺陷,并且实际公法线数值满足W0的公差要求。

分别记不考虑自重、考虑自重但不考虑分阶段受力、同时考虑自重与结构分阶段受力等3种计算状况为A、B、C,同时,对于FEA仿真模拟,加固层所有节点边界条件分为与原结构层相同的固定约束与加固层所有节点不约束两种处理方式,分别记为*、#,对应力读取点作以下标记:原结构层跨中上(下)边缘1(2)、加固层跨中上(下)边缘3(4)、原结构层支座上(下)边缘5(6)、加固层支座上(下)边缘7(8),按约定标记方式整理数据。σX、σ3与标记点关系图分别如图1、图2所示。

3 实例

有一圆柱外齿轮,滚齿工艺要求公法线齿轮的压力角α=25°,齿根圆直径最大值Dfmax=716.797 mm,在粗滚齿过程中由于滚刀爆刀,导致一齿面出现了如图1所示的齿面缺陷。更换新的刀具并对刀后,继续采用径向滚齿方法进给,直到齿轮的齿根圆直径达到其最大值,此时的齿轮公法线W1=291.25 mm,与工艺设计最大值Wmax=290.30 mm比较,还有0.95 mm的加工余量。滚刀刀尖两圆弧中心距e=0.30 mm。

根据这些数值,工艺设计分4次切向进给,ΔLi分别取0.276 mm、0.289 mm、0.298 mm、0.276 mm,最终公法线实际测量值为W4=290.28 mm,符合工艺设计要求且消除了齿轮因为滚刀爆刀引起的齿面缺陷。

4 结束语

滚齿作为最常用的齿轮开齿工艺,在应用加工过程中,难免出现机械加工故障,在没有切向进给机构的滚齿机床上,上述工艺方法可以避免部分因加工故障而导致的产品报废,特别是对于齿坯较大的产品,可以采用本工艺方法作为应急工艺,解决燃眉之急。

参考文献

[1] 袁哲俊.刀具设计手册[M].北京:机械工业出版社,1999.

[2] 四川省机械工业局.复杂刀具设计手册(上)[M].北京:机械工业出版社,1979.

[3] 梁锡昌.齿轮及刀具制造的研究[M].重庆:重庆大学出版社, 2001.

[4] G.尼曼.机械零件(第2卷)[M].北京:机械工业出版社,1989.□

 
滕青龙,陆堰龙,石泱,王战强
《轨道交通装备与技术》2018年第02期文献

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