以下技术论文从格里森描述环切工艺先进的切割,削皮,和半完成的伞齿轮在低数量。

低数量的锥齿轮组可以用cyclopalloid®方法制造。cyclopalloid在大多数情况下使用5个起始的连锁面滚刀。对于软切削,每个刀具开始包括单独的外和内粗和精加工刀片。图1显示了一个互锁环-帕洛米刀头,其中中心部分携带一个内粗刀片和一个外精刀片。刀具的互锁第二部分携带外部刀片。如图1所示的刀具设置为软切削操作。同样的刀头可用于切削的硬精加工。

图1:互锁旋回-帕里诺刀头。

精加工刀片被刮削刀片取代,刮削刀片通常在切削刃上用立方氮化硼(CBN)刀片进行钎焊。在刮削作业中不使用粗刀片槽。

环面滚齿法是一种基于共轭度的平行深度的连续分度面滚齿方法。这意味着没有任何侧面修正小齿轮和齿轮侧面将接触沿接触线在每个滚动位置。当滚动通过一个完整的齿啮合,传动比情况下的共轭是完全恒定的,等于小齿轮和齿轮齿数的比率。使用两部分联锁刀具的动机是基于一种数学上简单的方法,通过将公称叶片内直径与大于公称叶片外直径相结合来产生长度冠。增大的叶片外半径产生外侧翼,与公称内外侧翼相互作用,由叶片外点直径增加量控制长度冠。

图2中的图形示出了两个不同的俯仰点直径的布置成在齿中面的中心辊位置近似切向。为了实现两个互锁切割部件的正确位置,主(外部)主轴带有外切割部分,而内切割部件连接到次级(内部)主轴。辅助主轴位于相对于主轴的偏心位置,使得两个俯仰点圆圈在中面位置的计算点处彼此接触,并且两个刀具部件的偏移线彼此顶部并是垂直于侧线切线(图2)。

图2:不同切割器半径的长度原理。

在cyclopalloid的轮廓冠生成与弯曲刀片切削刃。小齿轮和齿轮都是严格生成的伞齿轮;there is no non-generated version of cyclopalloid available[1]。小齿轮与齿轮的准双曲面偏移基本上是可能的,但很少在实际应用中使用。

介绍Cyclocut

联锁面刀具是耗时建立和有较低的刚度比单部分刀具。此外,在机器上的规定与可调的次主轴内,需要一个复杂的设计和减少刚度的结果。

Cyclocut™成功地用单件刀具取代了联锁刀具,可用于自由曲面Phoenix®II锥齿轮发电机,以生产齿面与cyclopalloid侧翼匹配的齿轮。长度冠生成与单个部分刀具(在完成过程中)利用刀头倾斜如图3所示。在左边的未倾斜的刀具需要两个刀具部分,旋转不同的刀具轴(∆ρ),就像在cyclopalloid的情况。它也可以倾斜一个单独的部分刀具的中面侧面线切线和调整刀片角度相同的数量,以实现相同的曲率半径的情况下,不同的刀轴为内和外刀片。上述叶片角度的调整也保证了正确的压力角度在两侧。

图3:将联锁刀具转换为单件刀具。
图4:cycloplloid(左)和Cyclocut(右)的齿面接触分析(TCA)。

图4显示了一个模拟齿接触分析的对比,在左边的基础上Cyclocut - palloid刀具和机器运动学,在右边的基础上的单个零件Cyclocut刀具和机器运动学。摆线与摆线之间的松动、齿接触和运动误差表现出相同的特征。实际试验证明,摆线-摆线齿轮可以与摆线-摆线齿轮相滚动,而摆线-摆线齿轮可以与摆线-摆线齿轮相滚动,而摆线-摆线齿轮的接触模式和滚动特性没有显著差异。

刀具及切削工艺

第一代Cyclocut刀头(如图5所示)使用的是矩形刀片棒,主要用于HSS(高速钢)刀片的湿式切割。第二代Cyclocut刀具(图5,右)采用了五面Pentac®槽,提供了积极的阀座结构,有利于所有硬质合金刀片[1]的应用。Pentac刀片基本上消除了刀片在刀头槽内的所有微运动,这对于减少或消除切削刃切屑是很重要的。

图5:第一个(左)和第二款(右)Cyclocut Cutter Head的产生。
图6:切削半成品策略。

软切削的加工过程是一个标准的面滚齿周期与中心切入和双辊周期。为了使刀具寿命最大化,中心切入采用矢量进给[2],以平衡内外刀片之间的切削刃磨损。热处理后首选的硬整理是刮削。在Cyclocut中,软切割为接下来的削皮过程准备了根部几何形状,有一个根部削皮距离,一个侧面余量,以及侧面和根部圆角半径之间的突起。图6显示了作为Cyclocut[3]标准特征的三个几何元素。

Cyclocut Skiving

Cyclocut Skiving是一种坚硬的切割过程,它利用涂覆的硬质合金叶片,其具有具有20°负侧耙角(图7中的T型焊接的芯片形成的刻面。在跳过过程中,需要刀片切削刃来开发与侧面表面的高正常力接触,以便渗透到硬化钢中并形成芯片。如前所述的柔软切割所示的相同的PENTAC切割机用于滑动的柔软切割刀片与润滑刀片交换。使用单件Pentac切割机而不是将安装在双轴的互锁切割器是非常有利的,因为在滑动的情况下工作和工具之间的高刚度要求。Cyclocut Skiving在120米/分钟的表面速度下进行,并去除0.1mm的芯片厚度,相当于0.34mm的端芯片值。

图7:具有负侧耙的切削刃面(T架)。
图8:Phoenix II 600HC上使用Cyclocut切割机的削皮过程照片。

如图8所示的干冰是可能的,并且可能是选择Cyclocut软切割的选择过程,如果是高速干PowerCutting®。然而,湿滑仍然是标准过程,提供比干冰更好的工具生活。

湿切割的冰坡具有不同的形成和颜色,而不是干切割。在图9的照片中示出了干湿芯片的比较。在任何情况下,湿润或干燥,建议叶片切割边缘的全面涂层,以实现最佳的工具寿命结果。与湿滑的湿滑相比,未来的发展将集中在一个严格干燥的跳动过程中,没有任何工具生命的惩罚。

图9:湿切片(左)和干切片(右)。
图10:典型的环切齿轮组。

一个典型的环切齿轮组的面宽112mm和一个完整的深度25mm显示后,硬精加工通过削皮在图10。所示的零件的刀具寿命为20个环齿轮和24个小齿轮,总计640个齿轮槽和312个小齿轮槽,这是一个显著的结果相比,一般较小的数字与CBN切削刃。原因在于硬质合金刀片的设计,刀片、刀身、支撑机部件和工件之间的刚度较大。

刀距测量结果、齿圈表面粗糙度、波纹度如图11所示。优异的间距质量以及较低的表面粗糙度和波纹值也确定了环切削工艺的最佳条件。

图11:节距变化,表面粗糙度和刀片的波纹。

牙齿接触的发展和纠正

此外,对于环切小齿轮和齿轮,三维测量的侧面和侧面形式校正是可用的格里森计量和校正软件“G-AGE”的标准功能。较小的制造商往往没有可用的坐标测量能力,喜欢依赖于从轧辊测试的齿接触模式外观,如图12所示。

图12:齿接触辊试验结果。
图13:齿面接触校正软件。

如果需要校正接触位置,格里森“齿接触校正”可以用于海岸和驱动侧的轮廓和面宽接触运动。图13显示了左边的输入屏幕。输入值表示希望将驱动侧的接触轴承向脚趾移动5mm,向顶部移动2mm。作为校正目标,小齿轮或齿轮的软切割和削皮是可能的。“牙齿接触校正”的输出与G-AGE中已知的校正类似,它确实解决了Phoenix摘要中的主要基本设置(图13,右侧)。环切齿接触校正不需要刀片修改,这使他们的执行非常容易和快速。

已完工

在某些情况下,磨削是理想的或必需的硬精加工过程。与其他面滚齿工艺相似,环切侧刀具有三个特定的几何特征。这些特征是平行深度的齿,恒定的槽宽锥度(减少齿厚和槽宽成比例的距离到节顶点)和外周面功能的侧面面宽度。图14显示了面滚切环切槽和圆和外周导程函数的区别。齿深(平行或锥形)对磨削过程的成功没有影响。槽宽的比例变化将需要磨削凸侧不同的机器设置比凹侧(设置螺旋角方向变化)。如果用杯形砂轮磨削,行星的导程功能将被一个圆代替,这就需要不均匀的切削。问题是,在多大程度上是可以接受的不均匀的库存去除,以及改变的表面导程功能将如何影响环切齿轮组的性能?

图14:外摆线和圆的区别。

在模具中不淬火的大锥齿轮组在附近的扭曲中具有0.15至0.3mm的相当大的扭曲。在大多数情况下,必须通过多次重复硬结周期来在多个步骤中除去库存。由于圆形侧面导致作为最终表面功能的额外的不均匀性在实际情况下似乎是可接受的,只要不均匀性低于最大允许库存允许。

表面功能的变化对环切齿轮组的性能的影响是最小的,因为低数目的五刀启动。随着刀具启动数的减少,面滚化引线功能迁移到一个圆形功能。如果外摆线被一个圆取代,那么在17个启动的切割系统中,V-H特性实际上会发生戏剧性的变化。如果五次启动,效果是微不足道的。由于环切几何的所有其他特性,如平行齿深和锥度的比例槽可以被保留,剩下的问题是如何这种“半完整”磨削过程可以实现,关于机器设置和运动以及砂轮几何?

从Cyclocut到semi - completion

从Cyclocut到semi - complete的转换任务基本上有两个方面。

1)刀头和刀片的几何形状必须找到,首先将确保一个更大的外刀片点半径比内刀片点半径,并形成侧面超前曲率,这是相同的环切超前曲率在面宽的某一点。
2)需要分别计算凸、凹侧面磨削的基本设置,以匹配面滚刀的槽宽锥度,并使外摆线与圆的表面偏差最小。

图15显示了Cyclocut和“semi - completion”在两个单独的步骤中对刀头和刀片几何形状的变化。第一步,从“Cyclocut”到“步骤1完成刀”,需要外部叶片(箭头的抢劫)减少半径和内部叶片(箭头的肋骨)一个更大的直径,这样负面刀点宽度从脸挤压变得积极的(参见图15,改变从上到中间的图形)。步骤1导致曲率半径变化为ROB(大于RIB),这将产生侧导曲率,导致小齿轮和齿轮之间的负冠。此外,这些曲率也会导致相当高的偏差,在侧面形式相比,原来制造的环切几何。为了重建从Cyclocut曲率半径,半径抢劫和肋骨是根据相同的角(使用向量长度从顶部图形在图15)与他们的小费指向相同的轮廓点在中间平面的图15,导致两个新的向量起源位置(图15)。如果将矢量原点连接起来,就会得到新的“实际刀轴”和半成品的倾斜角,如图15底部图形所示。

图15:CycloCut转换为半完成设置。

必须提到的是,图15中的图形是3D问题的2D简化。根据上述原理,用三维矢量方法计算了正确的解。

行环滑和圈子之间的差异

外摆线和圆之间的偏差通过小齿轮和齿轮的侧面相互作用得到补偿。它们有一致的偏差,抵消了牙齿接触和松动的差异。关于软之间的非均匀切削加工面挤压和与端面铣削精加工,关于偏差的知识仍然是一个重要依据圆外旋轮线和圆的最小化或指导方针所需的渗碳层深度的热处理工艺。

小齿轮侧面形式偏差(软制造到硬精加工)已计算,并在图16中为相同的样品齿轮组图形显示,这已在本文中使用,以演示环-铂族转换到环切与齿接触分析(TCAs)。

图16:外摆线与圆的实际偏差。

最佳刀具半径由中间面中的行星曲率计算。如果螺旋角在面宽度的中心匹配,则图16顶部的两个图形示出了小齿轮凸起和小齿轮凹偏差。在图16的下两个图形中发现了相当更好的表面匹配。由于环绕环曲线从脚跟到脚跟的恒定增加,因此可以找到大约25%的面宽度远离的螺旋角匹配鞋跟,同时螺旋角匹配25%的面宽度远离脚趾。如果从这两个位置的外延运动计算螺旋角度的径向设置,则两个略微不同的结果的平均值将始终导致最佳匹配条件。Gleason Semicom Moftware自动计算最小偏差的最佳设置,从而最小化了硬结合过程中的库存变化。

最终转换为半补全

对于最终转换的环切基本设置,以及刀头和刀片规格,小齿轮和齿轮的发展与镜像生成齿轮规格(基本设置)。这减少了不同种类的副作用的影响,如金刚石接触轴承的情况下,高度不对称的叶片内外角度。图17中的齿接触分析(TCA)结果显示了本文所使用的示例齿轮组的半补型转换结果。齿的接触偏置方向和运动曲线与原来的环-帕罗分析结果比较好。接触的曲线路径和扭曲的Ease-Off地形(图17的顶部)是为了完成转换任务而调整刀具倾斜和机器设置的结果。

图17:半完整齿接触分析(TCA)。

以下步骤是由格里森Cyclocut和semi - om软件完成从cyclopalloid到semi - completed:

•Cyclo-Palloid到Cyclocut的转换;
切换端面滚齿到端面铣削;
•计算最佳平均刀具半径和径向距离,以实现如图16所示的最小偏差,底部;
•建立正刀点宽度,间隙到内槽宽度(保持平均刀半径不变),如图15中部所示;
•从图15底部图形计算倾斜角度;
•根据需要进行接触优化。

由于半整型过程提供的单边自由,齿接触发展的限制可能看起来很低,但必须考虑到,与固定设置过程相比,单个砂轮用于磨削凸面和凹面。砂轮点宽度由内槽宽度定义,平均半径由外摆线运动中点推导,以减小外摆线与圆的偏差。此外,为凸和凹侧面磨削的两个设置的径向距离预定,以最小化图16中的偏差。最后的自由度,刀具倾斜结合刀具轮廓角的变化以及刀具轮廓曲率,用于适应正确的有效长度和轮廓曲率。由于设置的小齿轮和齿轮基本上是镜像,齿接触将始终是中央所需。镜像设置的例外情况是以前优化的Cyclo-Palloid或Cyclocut设计。

使用刀片角度修改与刀具倾斜的方法是一项众所周知的技术,已在固定设置和完成设计中使用了多年,它最初是由格里森在20世纪40年代[4]开发的。1988年,Gerhard Brandner博士扩大了与刀具倾斜有关的刀片角度修改,以便用圆形刀具在面铣削中硬完成先前的面滚刀零件。Brandner在他的教导中描述,相同的工具可以用于与不同的基本设置,以完成凸和凹的锥齿轮的两侧。这种方法后来被称为“半完成”。

总结

图18(见第49页)中的流程图显示了数据输入的不同可能性。软加工过程可以使用Klingelnberg cyclopalloid, Oerlikon Spiroflex/Spirac或Gleason TRI-AC®设计。

图18:不同半补全齿轮类型的数据输入和流程。

软件模块如Cyclocut和Spiroform将输入文件转换为格里森基本机器设置和工具定义。加工的Cyclocut, Spiroform,和triac既可以用于软切割和硬切削,也可以仅用于软切割。在第二种情况下,在semom将端面滚削完成数据转换为端面铣削半完成数据后,磨削作为硬精加工过程是可能的。

减小由于外摆线和圆的不同而产生的去料不均匀性是转换过程中的一个重要任务。一个具有内外轮廓定义的砂轮和两套基本设置是由semom软件生成的。在凸侧和凹侧分别进行两道磨削,可实现“上滚->凸,下滚->凹”磨削。在大锥齿轮磨削的情况下,大量的库存去除,单侧磨削可以被视为一个优势,有助于高精度,良好的表面光洁度,并避免热材料损害。

参考文献

  1. Krumme,W. KlingelnbergSpiralkegelräder。Springer Verlag,柏林,海德堡,纽约,1976年
  2. Cyclocut™-锥齿轮和准双曲面齿轮滚刀系统。格里森出版社,罗彻斯特,纽约,1998年1月
  3. 先进锥齿轮技术,制造,检验和优化。格里森出版社,罗切斯特,纽约,2000年5月
  4. 神经网络。格里森机床螺旋锥齿轮、零锥齿轮和准双曲面齿轮的计算方法。格里森出版社,罗切斯特,纽约
  5. Brandner, G. verfaren zum Fertigbearbeiten vorverzahnter Kegelräder。德国民主共和国专利25781 A1 1988

* cyclopalloid®是Klingelnberg Corporation的注册商标。Phoenix®、PowerCutting®和TRI-AC®是Gleason Works的注册商标。