滚刀设计参数及工艺参数的选择.ppt

《滚刀设计参数及工艺参数的选择.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《滚刀设计参数及工艺参数的选择.ppt（54页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、滚刀设计参数和工艺参数的选择滚刀设计参数和工艺参数的选择 Samputensili S.p.AGen-1-10-2001-M.Broese提高加工效率提高加工效率,降低加工成本的途径降低加工成本的途径选取适当的刀具参数选取适当的刀具参数选择适当的加工参数选择适当的加工参数合理使用刀具合理使用刀具选择参数的目的是提高加工效率选择参数的目的是提高加工效率,降低加工成本降低加工成本Gen-1-10-2001-M.Broesez2 =齿轮齿数,z0=滚刀头数A =切出长度 E =切入长度b =工件的宽度 n0=滚刀的转数fz =轴向走刀量 d0=滚刀直径 v =滚刀切削速度z0 n0 fz=生成速度

2、滚刀外径与滚削时间的关系滚刀外径与滚削时间的关系-从滚削时间公式可看到的趋势是:-加大滚刀直径可增加切削时间,-增加滚刀的头数可缩短切削时间.-当然在改变这两个参数时,也会带来其它参数的 变化.Gen-1-10-2001-M.Broese滚刀外径与滚刀刀齿有效齿长的关系滚刀外径与滚刀刀齿有效齿长的关系 mmUsable tooth length hob mod 2,0mm bore diam.=32mm Zo=2,right ni=12 Profile DIN 3972,BPI滚刀槽数为12,头数为2,采用不同的外圆直径可从上图看到其有效齿长不同:当外圆直径为95mm时刀齿的有效齿长为5.9m

3、m.可刃磨19-20次.当外圆直径为65mm时刀齿的有效齿长为3 mm.可刃磨8-10次.Gen-1-10-2001-M.Broese 选择滚刀外圆直径要考虑的因素选择滚刀外圆直径要考虑的因素-滚刀外径对走刀波纹深度的影响滚刀外径对走刀波纹深度的影响选用大直径滚刀的优点:-在保持同样的刃背长度的条件下,可采用较多的槽数,提高滚齿的齿形精度,采用较大的轴向走刀量.-在采用相同的轴向走刀量的条件下,造成的走刀波纹高度要小于小直径滚刀所造成的波纹高度.从上面公式可看出,在相同的走刀量下,dao 滚刀的顶圆直径愈小走刀波纹的深度愈大,因而,在控制走刀波度高度一定的前提下,选用较大直径的滚刀可以选择较大

4、的轴向走刀量.如:同采用2mm/rw 的轴向走刀量,直径 100mm 的滚刀造成的走刀波度为0.0145mm,而直径为80mm的滚刀造成的走刀波度为0.0182mm.Gen-1-10-2001-M.Broese 选择滚刀外圆直径要考虑的因素选择滚刀外圆直径要考虑的因素-滚刀直径影响切削行程长度滚刀直径影响切削行程长度选用小直径滚刀的优点选用小直径滚刀的优点:-选择小直径滚刀可减小滚削的切出,切入行程长度,降低切削工时:图中E为切入行程,U为切出行程,两者都随着滚刀的外圆直径的加大而加大,因而采用小直径滚刀可缩短走刀时间.-选择小直径滚刀在采用同样的切削速度的情况下,提高滚刀和工被加工齿轮的转数

5、,提高加工效率.-采用较大直径的滚刀可以选择较大的滚刀内孔.刀杆有较好的刚性.采用100 m/min 的切削速度,若是直径100mm 的滚刀,no 滚刀的转数318转/分,若是直径为80mm 的滚刀,no 滚刀的转数398转/分,80mm直径的滚刀的转数就高出25%,在加上行程长度的影响,80mm 滚刀的加工效率要比100mm滚刀的高出28%Gen-1-10-2001-M.Broese 增大下面三项参数可降低滚削时间增大下面三项参数可降低滚削时间:滚刀头数滚刀头数滚刀转数滚刀转数 rpm轴向走刀量轴向走刀量Z0n0fz应选择较大的值!增加头数是提高效率的有效途径之一 选择滚刀的头数选择滚刀的头

6、数Gen-1-10-2001-M.Broese 选择滚刀的头数选择滚刀的头数滚刀的头数 Zo 对加工时间有着重要的影响.在某些请况下采用多头滚刀对降低加工工时有着显著的作用.选择滚刀的头数要考率下面的事项:-齿轮的齿数和滚刀的头数之间不应有 1 以外的公约数,以便分散刀具分度误差和刀具安装的径向跳动误差为齿轮造成的相临齿距误差.-滚刀的头数和滚刀的槽数之间不应有1以外的公约数.-应用直槽滚刀所能采用的最多头数应控制滚刀的螺旋升角不大于6度,过并按下面公式计算:Gen-1-10-2001-M.Broese 确定滚刀的最大头数确定滚刀的最大头数-随着滚刀头数的增加,刀齿的切削负荷随之增加,故所采用

7、的走刀量要相应降低:滚刀的头数走刀量下降的百分比相对的走刀量101 mm220%0.63 mm345%0.61 mm458%0.59 mm565%0.57 mm670%0.55 mm多头滚刀在机床和刀具不适于采用大的轴向走刀,及高速切削的条件下,是提高效率的一个途径.因采用多头滚刀会增大齿距误差,故对于精密滚削不用多头滚刀为好.按照螺旋升角不大于6度计算滚刀的最大头数,若滚刀的螺旋升角大于7.5度,将在刀齿楔角为钝角一侧的齿面质量下降.Gen-1-10-2001-M.Broese-滚刀的槽数多,齿形好.-减轻前刀面上的切削载荷,减少刀具的磨损,并可加大走刀量,-可延长一次刃磨的切削时间,增加一

8、次刃磨的切削工件件数,减少换刀的次数.-若滚刀的圆周齿数是20,这20个刀齿一次刃磨可切削100M的齿长,若是滚刀只有12个刀齿,一次刃磨可能切60M齿长,这就是说滚刀的槽数多,可增加每一次刃磨加加工齿轮的件数.High number of gashes for:Better qualitylower chip loadless wearless resharpeningsreduction of cutting times cutting times 选择滚刀的槽数选择滚刀的槽数选用多槽滚刀有下列优点选用多槽滚刀有下列优点:Gen-1-10-2001-M.Broese 计算齿轮齿形包絡误差计

9、算齿轮齿形包絡误差滚削齿形包絡偏差滚刀的头数齿轮的模数齿轮的压力角齿轮的齿数滚刀的槽数Gen-1-10-2001-M.Broese12 槽滚刀加工齿形误差24 槽滚刀的理论包絡误差下图比较12槽滚刀和24 槽滚刀所包絡齿形的误差,12槽滚刀的理论包絡误差为0.0015mm,24槽滚刀的理论包絡误差为0.0004mm 采用多头滚刀提高被切齿轮的齿形精度采用多头滚刀提高被切齿轮的齿形精度Gen-1-10-2001-M.Broese 选择多槽滚刀要考虑的因素选择多槽滚刀要考虑的因素使用多槽滚刀要保证下列各条件得到满足:保证刀齿刃背有足够的使用长度(刃磨次数)和足够的刚度.有足够的容屑空间(夹角25-

10、30)防止挤屑,特别是用于强力切削和干切的滚刀 有足够大的槽底圆弧半径,防止挤屑 最小滚刀直径的选择,要考虑刀具内孔,槽数和有效刃背长度等因素,在同样大小直径的滚刀,增加槽数将缩短滚刀刀齿的有效齿长,刃磨的次数将减少.小直径的滚刀要保持大直径滚刀同样的刃磨次数只有减少滚刀的槽数.没有精密,高效滚齿机多槽滚刀将不能很好的发挥其作用,得不到应有的齿形精度和加工效率.并牺牲了刀具的寿命.Gen-1-10-2001-M.Broese预切区长度的计算预切区长度的计算展成区长度的计算展成区长度的计算窜刀长度的确定窜刀长度的确定始始,终位置的确定终位置的确定选择滚刀的长度选择滚刀的长度滚刀长度的计算滚刀长度

11、的计算:窜刀方向顺铣粗切区齿形展成区-滚削的过程要分成预加工区和展成区,-从齿坯上切下的绝大部分金属是在预切区进行的.-预加工区是位于滚刀首先切入齿轮的一侧.-滚刀的安装位置必须包容整个预加工区,否则会造成切入端第一个刀齿过载,可能发生打刀现象.-加工一种齿轮的滚刀的最小长度等于预加工区的长度,也称刀具切削刃长.等于粗切区长度加上展成区长度的一半.Gen-1-10-2001-M.Broese滚刀半径切入深度齿轮顶圆的半径滚刀安装角齿轮的螺旋角滚刀的螺旋升角滚刀的最短工作长度滚刀的最短工作长度 L-L-为滚刀的最短长度为滚刀的最短长度Gen-1-10-2001-M.Broese展成区长度计算展成

12、区长度计算滚刀的上齿高变位量滚刀齿定圆弧半径压力角螺旋角齿数模数齿轮顶圆直径滚刀螺旋升角Gen-1-10-2001-M.Broese-齿轮齿形的生成是在齿形展成区生成,-齿形展成区是以节点对称-齿形展成区的大小是由两啮合线端点与滚刀齿顶线交点间的线长lpa和两啮合线与齿轮顶圆交点间线长Lpf的长者计算.展成区长度的计算要考虑两啮合线在滚刀齿顶处展成区长度的计算要考虑两啮合线在滚刀齿顶处两端点间距和在齿根处两端点间距的大小两端点间距和在齿根处两端点间距的大小Gen-1-10-2001-M.Broese窜刀长度的确定窜刀长度的确定滚刀的窜刀长度按下式计算:Ls=L3-Le-LPO/2 3*mnLs

13、=滚刀的窜刀长度L3=滚刀的有效长度Le=滚刀的切削刃长度(滚刀的最小长度)LPO=齿轮齿形展成长度-滚刀在加工一个或几个齿轮之后,沿其轴向相对于齿轮移动一个距离,以保证滚刀刀齿的均匀磨损称为窜刀-从降低滚齿的刀具费用,和换刀的辅助时间,滚刀的窜刀长度应尽量长.-滚刀的窜刀长度应与采用的机床相适应,滚刀可窜刀部份的长度若大于机床能执行的窜刀长度是一种浪费,会增加刀具的成本.Gen-1-10-2001-M.Broese提高加工效率提高加工效率,降低加工成本的途径降低加工成本的途径选取适当的刀具参数选取适当的刀具参数选择适当的加工参数选择适当的加工参数合理使用刀具合理使用刀具选择参数的目的是提高加

14、工效率选择参数的目的是提高加工效率,降低加工成本降低加工成本Gen-1-10-2001-M.Broese选择适当的加工参数选择适当的加工参数切削速度的选择切削速度的选择走刀量的选择走刀量的选择Gen-1-10-2001-M.Broese选择切削速度选择切削速度-滚削速度的选择要考虑刀具材料滚削速度的选择要考虑刀具材料,和适当的涂层和适当的涂层-要考虑被加工齿轮的模数要考虑被加工齿轮的模数,-要考虑被加工齿轮的材料及其热处理条件要考虑被加工齿轮的材料及其热处理条件Gen-1-10-2001-M.Broese刀具刃口的温度在一定的范围内随切屑厚度的增大及切削速度的提高而升高.Chip thickn

15、ess 0,10,130,170,20,3mmVC m/min Return根据不同的齿轮材料的性能选择较好的加工性能的温度确定其加工速度切削速度和切屑厚度对刀具刃口温升的影响切削速度和切屑厚度对刀具刃口温升的影响Gen-1-10-2001-M.Broese材料强度700 N/mm2材料强度900 N/mm2材料强度1200 N/mm2M35带有带有TIN涂层滚刀的推荐的切削速度涂层滚刀的推荐的切削速度Gen-1-10-2001-M.BroeseASP30ASP30带带TIN TIN 涂层滚刀推荐的切削速度涂层滚刀推荐的切削速度刀具材料ASP30易加工材料强度700N/mm2中等强度材料强度9

16、00N/mm2难加工材料强度1200N/mm2模数粗加工精加工粗加工精加工粗加工精加工 2120 m/min150 m/min89 m/min105 m/min54 m/min64 m/min2110 m/min138 m/min83 m/min98 m/min49 m/min58 m/min3101 m/min126 m/min75 m/min88 m/min46 m/min54 m/min491 m/min114 m/min69 m/min81 m/min41 m/min49 m/min581 m/min102 m/min61 m/min71 m/min37 m/min43 m/min67

17、2 m/min90 m/min54 m/min64 m/min35 m/min41 m/min767 m/min84 m/min51 m/min60 m/min34 m/min39 m/min864 m/min80 m/min48 m/min56 m/min32 m/min38 m/min961 m/min76 m/min46 m/min54 m/min30 m/min36 m/min1059 m/min74 m/min45 m/min53 m/min29 m/min34 m/min1254 m/min68 m/min41 m/min49 m/min27 m/min32 m/min1451 m

18、/min64 m/min38 m/min45 m/min26 m/min30 m/min1648 m/min60 m/min37 m/min43 m/min24 m/min26 m/min1843 m/min54 m/min32 m/min38 m/min22 m/min26 m/minGen-1-10-2001-M.Broese常用的几种刀具材料常用的几种刀具材料 S390 1.6 4.8 10.5 2.0 5.0 8.0Gen-1-10-2001-M.Broese几种常用材料的性能比较几种常用材料的性能比较S290REX121REX 76S 390ASP30H.S.S.抗抗弯弯强强度度洛氏

19、硬度洛氏硬度Gen-1-10-2001-M.BroeseColourSunite GoldSunite CarboniumSunite SilverSunite ChrominumSunite UniversAlSunite FuturaSunite X.TremeSunite HardlubeDescriptionTiNCompoundTi2NTiCNCrNTiAlNTiAlNTiAlNTiAlNWC/CTemp.max(C)600450600700800800800800Coeff.friction0,40,40,40,40,30,30,30,2thicknessin m1-41-41-4

20、1-51-41-41-32-6HardnessHV 0,0525003300230017503000300035002600 TiAln1000 WC/CVarious coatings Gen-1-10-2001-M.Broese根据被加工齿轮的可加工性选择切削速度根据被加工齿轮的可加工性选择切削速度Gen-1-10-2001-M.Broese几种齿轮材料的可加工性几种齿轮材料的可加工性材料的抗拉强度材料的布氏硬度 N/mm2 材料的可加工性1.普通碳钢 2.低合金镍钢/低合金镍鉻钢 3.鉻镍钢 4.鉻镍钼钢 5.镍钼钢 6.鉻钼钢 7.鉻钢和鉻釩钢 8.硅锰钢Gen-1-10-2001-M

21、.Broese不同的碳钢的耐热性不同的碳钢的耐热性 根据低强度位置选择加工工作温度范围不同的碳钢的耐热性不同的碳钢的耐热性Gen-1-10-2001-M.Broese锰鉻钢的耐热性锰鉻钢的耐热性锰鉻钢的耐热性锰鉻钢的耐热性Gen-1-10-2001-M.Broese镍鉻钢的耐热性镍鉻钢的耐热性镍鉻钢的耐热性镍鉻钢的耐热性Gen-1-10-2001-M.Broese选择滚削走刀量选择滚削走刀量-根据合理的滚刀齿顶切屑厚度选择走刀量根据合理的滚刀齿顶切屑厚度选择走刀量-考虑走刀痕迹对走刀量的限制考虑走刀痕迹对走刀量的限制-机床及加工系统的刚性对走刀量的限制机床及加工系统的刚性对走刀量的限制,及滚刀

22、头数及滚刀头数,槽数对走刀量的综合影响槽数对走刀量的综合影响.Gen-1-10-2001-M.Broese根据根据Hoffmeister 博士的公式计算走刀量博士的公式计算走刀量Hob toothChip thicknessfa 滚削轴向走刀量h1 max 滚刀齿顶最大的切屑厚度,一般按0.2mm确定轴向走刀量为合理mn 法向模数Z2 齿轮齿数Dao齿轮外圆直Io 滚刀的槽数Zo 滚刀的头数h 切入深度齿轮转方向齿顶切屑厚度滚刀刀齿Gen-1-10-2001-M.Broese齿轮数据:z =14mn=2,5 =20 =0h=4,5 mmx =+1滚刀数据:z0 =1,右旋da =100 mmi

23、 =12 =1.206fz =5,5 mm/WU根据 Hoffmeister:公式计算滚刀齿顶的切屑厚度为0,306 mmChip thicknessGen-1-10-2001-M.BroeseChip thickness 0.13mmChip thickness 0.21mmChip thickness and lengthSpannuten 12外圆直径 86mm,齿数50,轴向进给量2mm,模数2,滚刀轴向进给量5.5mm.滚刀24槽顶刃最大切屑厚度0.13mm滚刀12槽顶刃最大切屑厚度0.21mmGen-1-10-2001-M.Broese根据对走刀痕迹的要求选择走刀量根据对走刀痕迹的

24、要求选择走刀量 精密滚削珩前滚削滚压加工预滚削剃前滚削磨前滚削滚后的精加工方法滚后的精加工方法要求的走刀痕迹深度最小值 最大值走刀痕迹的深度齿轮每转一转滚刀轴向移动的距离齿轮的螺旋角齿轮压力角齿轮的外径Gen-1-10-2001-M.Broese其它因素对走刀量的影响其它因素对走刀量的影响齿轮模数压力角齿数螺旋角修正系数切入深度滚刀直径滚刀的槽数滚刀的头数 ZO选用的齿顶最大切屑厚度根据选用的齿顶切屑厚度计算的轴向走刀量 faZO*fa切削时间走刀痕迹的深度-若不考虑走刀痕迹的深度,使用单头滚刀可以得到最短的加工时间,-选用合理的滚刀头数可得到加工节拍和走刀痕迹深度均可接受的双赢结果-机床刚性

25、不好,加工工艺系统刚性不好,采用大走刀将造成齿形精度的严重下降,从而限制了走刀量的选择范围.Gen-1-10-2001-M.Broese提高加工效率提高加工效率,降低加工成本的途径降低加工成本的途径选取适当的刀具参数选取适当的刀具参数选择适当的加工参数选择适当的加工参数合理使用刀具合理使用刀具选择参数的目的是提高加工效率选择参数的目的是提高加工效率,降低加工成本降低加工成本Gen-1-10-2001-M.Broese窜刀终点位置窜刀终点位置=lpo/2+2*mn刀具安装的起点位置刀具安装的起点位置=le+mn-刀具最初的起点位置应是齿轮的中心线距滚刀的有效长起点(Le+mn)-刀具终点的位置应

26、为齿轮中心距滚刀有效长的终点(LPO/2 +2*mn)刀具安装的起始位置刀具安装的起始位置Gen-1-10-2001-M.Broese窜刀量的确定及窜刀方法窜刀量的确定及窜刀方法滚刀在一定的位置上切削,参加切削的刀齿承受的工作负荷不同,故各刀齿的磨损量不同.若在每加工一件或几件齿轮后将滚刀沿其轴线移动一个距离,使新刀齿进入切削区,前面的刀齿退出切削区,使所有的刀齿都有同样的磨损,这是合理,经济使用滚刀的有效方法,是窜刀作用.窜刀量=轴向齿距/槽数该图中的窜刀距离是A-B,有如下两种窜刀方法:1.每加工完一件或几件齿轮将滚刀向左或右移动一个窜刀量.窜刀的总量等于A-B的全长.2.每次窜刀量等于一

27、个齿距,在到达终点后,将滚刀移到起点,并在窜刀方向上移动一个如上面计算的窜刀量,已后的窜刀仍为一个齿距.ABGen-1-10-2001-M.Broese滚刀沿齿轴向上的起切点和终切点的位置滚刀沿齿轴向上的起切点和终切点的位置E 切入行程,U 切出行程,b 齿轮宽度h 切入齿深,dao 滚刀外径 滚刀的安装角Da 齿轮的外圆直径 齿轮的螺旋角Gen-1-10-2001-M.Broesefa=6 mm/WUfa=4 mm/WUfa=2 mm/WUCutting force PH走刀量的大小影响参与切削的滚刀齿数走刀量的大小影响参与切削的滚刀齿数Gen-1-10-2001-M.Broesetooth

28、 length=b x z2/cos Gear widthUsable lenght=lvNumber of usable hob teeth=number of gashes x(lv/mod x pi)Example:600 hobbed pieces per regrind600 x 1(m/gear)/183 teeth=3,28(m/teeth)Example:12 x(120mm/2,5mm x pi)=183 teethExample:23,77mm x 40 teeth/cos 20=1000(mm)1mThe tool life calculationGen-1-10-200

29、1-M.Broese刀具的磨损切削温度和切削速度总磨损量a.初始磨损,b.机械磨损,c.积屑磨损,d.氧化磨损,e.扩散磨损 b.涂层滚刀的磨损标准为刃背或刀尖角磨损为0.3mm,Gen-1-10-2001-M.BroeseFfVFSide wearlBamount of wearVKcrateringeFentering flankKTdepth of crateringaFleaving flankKM med.depth crateringABS edge build upWear distributionGen-1-10-2001-M.BroeseMax.wear pattern at

30、 the cutting edge VB max=0,25-0,35mmGen-1-10-2001-M.Broese在啮合线全长上的啮合总误差Fe No.17:造成齿轮的齿形误差,100%的反映到齿形误差上.滚刀刀齿螺旋线在任一圈上的误差 FHF No.15:造成齿轮的齿形误差,100%的反映到齿形误差上.滚刀齿顶的径向跳动 frk No.6:影响齿轮齿底的形狀误差,误差的20%将反映到工件的误差上.滚刀精度对加工精度的影响滚刀精度对加工精度的影响Gen-1-10-2001-M.Broese刃磨精度对加工精度的影响刃磨精度对加工精度的影响滚刀分圆齿厚误差fs 对齿论齿厚及齿根直径的影响滚刀齿厚

31、误差可造成齿轮齿厚的误差,若齿轮底径误差要求不严,可用调整滚刀的径向位置加以补偿.滚刀齿厚误差对于齿根直径可造成大于100%的影响,若滚刀是顶切及半顶切刀具,还要影响齿轮的顶圆直径和齿顶倒角的大小.滚刀齿形误差FfS No.12 对被加工齿轮齿形的影响:将100%的转化为齿轮的齿形误差.滚刀前刃面的形状和位置误差FfN,对被加工齿轮齿形的影响:影响齿轮的齿形误差特别是压力角误差,误差的10%将转换到齿轮的齿形误差.Gen-1-10-2001-M.Broese滚刀沟槽-前刀面的累积误差对齿轮齿形的影响:该误差要造成齿轮的齿形误差,这一误差将相当于刀具该误差值的10%滚刀前刃面轴向100毫米长的导

32、程误差fHN No.11:在展程区内的误差将造成齿形误差,造成的误差值为展成区误差的10%滚刀在滚齿机上的安装误差对齿形的影响FrpNo.4:滚刀两轴台的径向跳动将造成齿轮的齿形误差误差值为跳动误差的30%,滚刀在滚齿机上的安装误差对齿形的影响FpsNo.5:滚刀两端面的轴向跳动将造成齿轮的齿形误差,误差值为跳动误差的100%,Gen-1-10-2001-M.BroeseThe software for cutting analysisGen-1-10-2001-M.Broese1.089 DMThe savings per gear producedGen-1-10-2001-M.Broese机床的工时消耗占加工费用的90%,是最昂贵的一部份.要降低加工工时最主要的途径是优化所使用的刀具要优化滚削加工要了解所有切削数据包括工件图纸和刀具的尺寸改变滚削加工需要切削分析,很可能要重新设计滚刀结论结论Gen-1-10-2001-M.Broese