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高精齒輪會(huì)議
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整體滾刀修磨工藝的研究

時(shí)間:2021-05-08來源:西門子機(jī)械傳動(dòng)

導(dǎo)語:滾齒刀是含齒零件加工中的核心刀具,可重復(fù)修磨使用,但單次修磨后的滾刀壽命降低是普遍現(xiàn)象,有效保持修磨后滾刀壽命是一個(gè)難點(diǎn)。 就如何高精度修磨滾刀,并有效的保持修磨后滾刀壽命的加工工藝進(jìn)行了分析和研究。

  齒輪工件是各種機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中重要的組成部件。齒輪齒部成型工序中,通常采用相對高效的滾齒加工,選用的刀具稱為滾齒刀,以下簡稱滾刀。滾刀根據(jù)結(jié)構(gòu)組成不同可分為刀片式與整體式 (本文研究整體式滾刀)。整體式滾刀類型滾刀材料可以選用 不同材質(zhì),本文研究的整體滾刀材料采用粉末冶金工藝制作的高速鋼,即 HSS-PM.其可重復(fù)修磨使用。 但修磨后的刃口鋒利程度及涂層狀態(tài)都會(huì)影響滾刀的壽命。針對如何保持滾刀修磨后的壽命,本文提 出了一種新的修磨工藝,即采用專門設(shè)計(jì)的的滾刀修磨芯軸,并針對不同模數(shù)滾刀差異化修磨余量。 該方法具有修磨效率高,并且有效保持修磨后滾刀的高精度、高壽命等特點(diǎn)。該工藝一方面可以有效的保持修磨后的滾刀壽命,另一方面可以大幅度提高 修磨效率及修磨精度。

  1 工藝難點(diǎn)分析

  整體滾刀具有精度高、單值高的特點(diǎn),滾刀會(huì)有不等的齒槽,滾刀修磨時(shí)會(huì)采用砂輪對齒槽內(nèi)的齒面進(jìn)行修磨,通過芯軸的分度,實(shí)現(xiàn)全部刃前角的修磨。 由于各模數(shù)滾刀的齒槽數(shù)不一致,而且所有的刃前角修磨的深度一致性越好,滾刀的單次修磨后的壽命會(huì)越好,但如果修磨得過深,會(huì)降低滾刀的可修磨次數(shù),從而影響整把滾刀的綜合壽命,因而刃前角的單次修磨余量選擇是個(gè)難點(diǎn)。滾刀外形如圖1所示。

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  滾刀修磨后,為了更長的壽命,需要涂層,目前 涂層的種類分為多種,如何選用合適的涂層也是一個(gè)難點(diǎn)。

  2 滾刀磨工藝方法

  滾刀磨工藝由機(jī)床、工裝、程序、砂輪、修磨余量、涂層等因素組成,本文闡明在工藝安排時(shí),各因素需要滿足的要點(diǎn),提出修磨余量確定的新原則、涂層的選用的改進(jìn)。

  2.1 機(jī)床的選擇和工裝的設(shè)計(jì)

  目前國內(nèi)外的滾刀磨床的性能差距大,價(jià)格差距懸殊。為了使本文有更普遍的參考性,本文將選用國產(chǎn)的滾刀磨床作為研究對象。滾刀磨床為武漢納百川 NHS300CNC4.該機(jī)床的修磨程序?yàn)閿?shù)字控制方式,可以覆蓋Mn22以下的滾刀的修磨,修磨滾刀時(shí)選用高精度的芯軸將滾刀鎖緊,如圖2所示。

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  該工裝將芯軸穿過滾刀,鎖緊兩端的螺母,用于固定滾刀;通過雙頂尖將芯軸的軸向自由度進(jìn)行固定;再通過一端的抱碗將芯軸與頂尖進(jìn)行同步連接, 將芯軸的徑向自由度進(jìn)行限制,滾刀與一側(cè)可分度頂尖實(shí)現(xiàn)同步分度。這樣可以保證滾刀可以牢固地固定在分度芯軸上,實(shí)現(xiàn)精確分度。 滾刀鎖緊在芯軸后,需要測量芯軸和滾刀肩臺(tái)的徑向跳動(dòng)及裝夾端面的軸向跳動(dòng)。為了保證磨削后的精度,兩個(gè)跳動(dòng)的值越小越好,一般應(yīng)≤0.005mm,如圖3所示。

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  2.2 CNC 程序設(shè)計(jì)

  由于滾刀在修磨時(shí)齒厚越一致切削工件磨損越均衡,相對壽命會(huì)越高,因此需要機(jī)床有精確地分度,為了便于操作,機(jī)床已將CNC 程序參數(shù)化,可直接輸入待修磨滾刀的參數(shù),機(jī)床可以自動(dòng)計(jì)算出分 度角度,另外需要操作者測量并計(jì)算砂輪從滾刀的軸端切入及另一軸端切除所需的距離,即出刀距離, 并將該距離輸入機(jī)床,采用試切的方式找正修磨零點(diǎn)即入刀位置,并將該位置輸入給機(jī)床用于第二刀修磨參考位置,如此即可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)砂輪的往復(fù)性分 度修磨的程序控制。

  2.3 加工砂輪的選擇

  砂輪的硬度、耐磨性、高溫穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、 熱摩擦系數(shù)等直接影響著滾刀修磨的精度,因此,在選擇砂輪時(shí),需要考慮加工成本、加工質(zhì)量和加工效率。 本文選用了立方氮化硼,PCBN刀具的制造主要通過CBN粉末和結(jié)合劑經(jīng)超高壓高溫?zé)Y(jié)而成。其硬度僅次于金剛石而遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它材料,為超硬材料。 在磨削滾刀時(shí),根據(jù)機(jī)床加工性能和滾刀材料的特點(diǎn),工件與刀具之間的震動(dòng)會(huì)影響表面加工質(zhì)量,砂輪與滾刀之間應(yīng)該有較小的接觸面,砂輪的圓跳動(dòng)及軸向跳動(dòng)值< 0.01 mm如圖4所示。

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  2.4 修磨余量的選擇

  在修磨滾刀時(shí),不同模數(shù)的滾刀修磨余量會(huì)有差別,主要受滾刀模數(shù)與滾刀磨損的影響。修磨余量的選擇,傳統(tǒng)方式是借用30 ~ 60倍的放大鏡進(jìn)行肉 眼觀察滾刀的磨損量,以整把滾刀的單齒最大的磨損量厚度作為該把滾刀的修磨余量。經(jīng)過與國外滾刀專家的技術(shù)討論,并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,即新修磨工藝的余量選擇原則為:沿用肉眼觀察的方式,在傳統(tǒng)確定的修磨量基礎(chǔ)上,增加 0.05 ~ 0.10 mm 的余量,以去除 滾刀物理變化層,該層肉眼看不到,但切削時(shí)會(huì)導(dǎo)致 滾刀快速磨損。因?yàn)閱伟褲L刀的可修磨厚度為固定 值,顯然新工藝會(huì)導(dǎo)致滾刀修磨次數(shù)的下降,但該工藝會(huì)有效提高單次修磨后的壽命。 另外,新工藝增加單次修磨的累積余量應(yīng)小于0.4 mm的工藝要求,如果應(yīng)修磨的余量大于此數(shù)值, 應(yīng)該在滾刀修磨完 0.4 mm 后,將滾刀拆卸,靜置2h 后再次進(jìn)行磨削,依次類推。這樣可以有效地減少溫 度變化帶給滾刀修磨的影響,消除滾刀退火的風(fēng)險(xiǎn), 保證滾刀的修磨質(zhì)量。 滾刀修磨完成后,應(yīng)使用風(fēng)槍將滾刀的冷卻液 和鐵屑清理干凈,并將磨后滾刀送至精測室恒溫 5 h 后進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)滾刀檢測報(bào)告對砂輪進(jìn)行修磨及 調(diào)整,使磨后滾刀達(dá)到最佳狀態(tài)。

  2.5 涂層的選擇

  滾刀的涂層在高切削速度與高進(jìn)給的環(huán)境下, 可以有效地延長其使用壽命,并且降低產(chǎn)品工時(shí)。目前,常用的涂層手段是物理涂層(PVD),傳統(tǒng)工藝選用的是歐瑞康巴爾査斯的氮鉻化鋁涂層 ALCRONA, 新工藝推廣了該公司的全新的氮鉻化鋁涂層,即AlCrONa Pro,新涂層的價(jià)格略有上升,但可提升滾刀的切削參數(shù),從而提升滾齒工序的加工效率,經(jīng)過實(shí) 驗(yàn),新涂層的可提升滾刀單次使用壽命 20%.

  2.6 與傳統(tǒng)修磨工藝對比

  以滾刀 A(Mn5 1Rф125 × 160/170 × 40)整把壽命追蹤為例,該滾刀的可修磨厚度為 6.5 mm,采用新 工藝后,可修磨次數(shù)由 32 次降為 26 次,單次修磨后 的壽命提升約 35%,綜合整個(gè)壽命周期,該滾刀修磨 效率提升了 20%,整體壽命提升了 28%,修磨的精度 也有提高。

  2.7 修磨時(shí)的注意事項(xiàng)

  (1)保持機(jī)床及周邊溫度,特別是冷卻液溫度的恒定。

  (2)磨削過程中,不能中斷,需保證連續(xù)地完成整個(gè)滾刀的磨削。

  (3)根據(jù)滾刀檢測報(bào)告,及時(shí)修磨及更換砂輪, 以達(dá)到高精度的重磨滾刀。

  3 結(jié)束語

  通過改善傳統(tǒng)的修磨方式,提高滾刀的修磨精度,本文提出了一種在國產(chǎn)滾刀磨床進(jìn)行滾刀修磨的新方法,在保證修磨效率的前提下,提高了修磨精度,以提升滾刀磨后的使用壽命,降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。 該修磨方法已經(jīng)在工廠實(shí)踐中投入應(yīng)用,并取得了良好的重磨效果,具有廣泛的應(yīng)用前景。

標(biāo)簽: 滾刀修磨

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