簡(jiǎn)介

　　在工業(yè)實(shí)踐中，軸向滾齒通常被用作滾齒工藝的常見(jiàn)工藝形式。如果在加工的齒附近存在干涉，該過(guò)程的適用性受到限制，因?yàn)樗璧倪M(jìn)給路徑不再可用。對(duì)于干涉接近齒輪的部件，可選擇不同的軟齒面加工工藝，例如，經(jīng)常使用齒輪刮削或剃齒。由于進(jìn)給量和進(jìn)給量的變化對(duì)齒面形狀和尺寸精度沒(méi)有影響，一種消除由于有限的工作空間所造成的限制的方法是在進(jìn)給階段調(diào)整刀具的進(jìn)給方向。為了避免干涉發(fā)生碰撞，因此可以不軸向進(jìn)給，而是以任何角度到工件軸的進(jìn)給角進(jìn)行徑向或?qū)沁M(jìn)給(圖1)。

　　圖一

　　與軸向滾刀相比，沒(méi)有基于知識(shí)的方法來(lái)設(shè)計(jì)徑向或?qū)沁M(jìn)給參數(shù)的過(guò)程，而只有經(jīng)驗(yàn)法則或經(jīng)驗(yàn)值。在考慮進(jìn)給參數(shù)的情況下，對(duì)滾齒加工效率的科學(xué)研究是有限的。在本報(bào)告所基于的研究項(xiàng)目“可變進(jìn)給滾齒機(jī)工藝設(shè)計(jì)”中，目前正在對(duì)不同進(jìn)給角度的技術(shù)依賴(lài)性進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，為今后的滾刀加工工藝設(shè)計(jì)提供了參數(shù)和模型。

　　概況

　　軸向滾刀加工的設(shè)計(jì)一般基于各種參數(shù)，如最大進(jìn)給痕深度δx或最大尖端切屑厚度hcumax。由于在進(jìn)給期間沒(méi)有對(duì)最終間隙進(jìn)行成型加工，根據(jù)進(jìn)給標(biāo)記的高度設(shè)計(jì)進(jìn)給是不相關(guān)的。對(duì)于最大尖端切屑厚度，Hoffmeister根據(jù)公式1推導(dǎo)出了數(shù)學(xué)關(guān)系式。

　　然而，這個(gè)方程是為軸向滾齒的全切發(fā)展的，在考慮任何進(jìn)給角的進(jìn)給設(shè)計(jì)是不允許的。徑向橫進(jìn)給的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)根據(jù)在文獻(xiàn)4中的方程2進(jìn)行建議。根據(jù)這一方法,進(jìn)給比f(wàn)r到 fa是與橫向進(jìn)給路徑E的切削深度t按相應(yīng)比例選擇的。通過(guò)這種方法，實(shí)現(xiàn)了過(guò)程時(shí)間恒定的設(shè)計(jì)。然而，這種設(shè)計(jì)方法沒(méi)有考慮加工過(guò)程中的工藝依賴(lài)關(guān)系，也不能得出刀具載荷的結(jié)論。

　　本文利用制造仿真軟件SPARTApro給出了確定特征切屑值和設(shè)計(jì)滾切工藝的一種可能性。在機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真的基礎(chǔ)上，利用刀具輪廓貫穿的若干平行平面對(duì)工件進(jìn)行模擬。交叉結(jié)果在加工區(qū)域，該加工區(qū)域?qū)?yīng)于該過(guò)程中各自生成位置的未變形鐵屑幾何形狀。確定的切屑特征允許在切削過(guò)程中評(píng)估作用在滾刀上的負(fù)載。

　　在SPARTApro的幫助下，韋伯首次分析了不同進(jìn)給角度下的滾齒切削條件。針對(duì)主時(shí)間不變的設(shè)計(jì)，采用幾何穿透計(jì)算的方法分別確定了不同進(jìn)給角度下的切屑特性。在飛切試驗(yàn)中，隨著進(jìn)給角的增加，該設(shè)計(jì)確定了被加工工件的數(shù)量N，從以后表示為刀具壽命N。通過(guò)插值之前確定的鐵屑厚度，在隨后的測(cè)試系列中實(shí)現(xiàn)了一個(gè)具有恒定的最大鐵屑厚度hcu,max的設(shè)計(jì)。采用這種方法，隨著進(jìn)給角q的增加，主時(shí)間縮短，但刀具壽命N顯著降低。此外，研究表明，平均切屑厚度與刀具之間存在線性關(guān)系。基于這種相關(guān)性，可以根據(jù)刀具壽命設(shè)計(jì)該工藝，并使徑向進(jìn)料的刀具壽命與軸向進(jìn)料的刀具壽命很好地近似。然而，所描述的設(shè)計(jì)方法需要對(duì)特征值進(jìn)行大量的重復(fù)迭代，這使的實(shí)際進(jìn)給工藝設(shè)計(jì)更加困難。

　　Troβ 通過(guò)一種計(jì)算方法擴(kuò)展了制造仿真軟件SPARTApro，實(shí)現(xiàn)了對(duì)任何切入角φ的自動(dòng)計(jì)算。采用該方法分析了進(jìn)給角φ對(duì)鐵屑參數(shù)和相關(guān)刀具載荷的影響(圖2，左上角)。對(duì)所研究的齒輪情況，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行了回歸分析，并推導(dǎo)了一個(gè)數(shù)學(xué)關(guān)系，以描述最大鐵屑厚度hmax作為進(jìn)給角φ和路徑進(jìn)給f的函數(shù)。該方程允許基于最大鐵屑厚度humax進(jìn)行基于特征值的進(jìn)給設(shè)計(jì)。

圖二

　　在理論分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了飛切試驗(yàn)，研究了進(jìn)給角φ對(duì)刀具磨損的影響。在試驗(yàn)中，只對(duì)進(jìn)料進(jìn)行了加工，以確定進(jìn)料角φ對(duì)脫離工件寬度的刀具磨損的影響。在基于最大芯片厚度hcumax的設(shè)計(jì)中，隨著進(jìn)料角φ的增加，刀具壽命N會(huì)減小。在軸向部件大的進(jìn)給角的情況下，由于高載荷循環(huán)和累積切削弧長(zhǎng)，刀具出現(xiàn)環(huán)形磨損和側(cè)面磨損(圖2，左下角)。隨著進(jìn)給角φ的增加，平均鐵屑厚度和平均鐵屑長(zhǎng)度的增加，這導(dǎo)致了刀具載荷的增加，工具在側(cè)面的磨損更快。在另一個(gè)試驗(yàn)中，徑向進(jìn)料的設(shè)計(jì)使加工時(shí)間與軸向進(jìn)料相同。這表明刀具壽命N略有增加，因此刀具壽命有所降低。

　　與韋伯進(jìn)行的研究相比，平均鐵屑厚度hm與刀具壽命之間存在線性關(guān)系的結(jié)論只適用于特定的條件下。如果考慮到所有確定的數(shù)據(jù)點(diǎn)，包括額外的測(cè)試，則回歸線的決定系數(shù)為R²=為0.79。另一方面，如果在平均鐵屑厚度上繪制Llim，線性關(guān)聯(lián)關(guān)系變得更加簡(jiǎn)潔，決定系數(shù)為R2=0.95(圖2右)。平均鐵屑厚度和可承受的累積切削長(zhǎng)度lculim對(duì)于根據(jù)刀具壽命設(shè)計(jì)進(jìn)給參數(shù)具有很高的潛力。

　　以往關(guān)于進(jìn)給角對(duì)刀具磨損影響的研究只考慮了進(jìn)給階段的加工，而不考慮具有工件最終輪廓的后續(xù)軸向加工。此外，必須驗(yàn)證從飛行切削試驗(yàn)中收集獲得的知識(shí)，以便提出設(shè)計(jì)建議。