圆柱齿轮滚切力可视化及切削参数对滚切力的影响研究

滚齿是重要的齿轮加工工艺之一,其加工成形过程复杂,并且涉及较多切削参数.为了量化切削参数对滚切力的影响,研究了一种基于三维几何仿真的滚齿切削力预测方法.根据滚刀和工件的几何参数以及切削参数确定加工过程中滚刀和工件的相对位置和运动关系,在CAD环境中实现滚齿运动过程的三维仿真,并得到未变形切屑的三维模型;根据选定的切削力...     

Incoloy 901涡轮榫槽拉刀仿真优化设计

涡轮榫槽作为叶片和轮盘连接部位,对表面质量和几何精度有着严格的要求,而榫槽成型拉削的关键要素是拉刀设计。本文通过有限元仿真方法研究了拉刀几何参数对切削过程中刀具应力和切屑形状尺寸的影响规律。通过SolidWorks软件等比例建立拉刀几何模型,导入AdvantEdge软件建立拉削仿真模型,并选择切屑曲率半径、切屑厚度作为标准进行验证,误差在可接受范围内。结合加工经验制定仿真方案,研究了齿升量、齿距、前角、槽深以及槽底圆弧半径对切削过程的影响。结果表明:切屑变形系数随着齿升量增加而增加;切削力随着前角增大而减小,但减小速度逐渐平缓;切削温度随着齿升量、槽底圆弧半径增加而增加,但整体增量不大;切屑曲率半径随着刀具前角和槽底圆弧半径的增大而减小。     

圆柱齿轮滚切多刃断续切削空间成形模型及应用

滚切加工作为当前圆柱齿轮制造应用最为广泛的工艺具有高效但成形过程复杂的特点。基于展成原理,由规则分布在滚刀基本蜗杆螺旋面上的一系列切削刃相继从圆柱齿坯上切除材料,最终包络形成渐开线齿面。研究其成形原理可以为提升该工艺性能提供有效指导。针对齿轮滚切工艺过程多刃切削成形特征,建立圆柱齿轮滚切的空间成形模型。基于滚刀几何结构参数的理论约束关系,建立滚刀切削刃序列的参数方程;根据滚刀和工件的几何参数以及切削参数确定滚切过程中滚刀与工件的空间位置和运动关系,并基于空间运动学方法推导求得滚刀刀刃序列形成的空间成形曲面参数模型;采用离散数值方法获得滚切过程中的切屑几何形态及切屑厚度,并根据切屑几何计算各刀刃去除材料时的瞬时主切削力。该模型可以为滚切工艺参数优化、滚刀几何设计等研究提供支撑。     

基于CATIA的高精度滚齿加工仿真与精度验证

现有滚齿加工仿真方法难以遵循实际加工参数,且未对仿真所获模型进行有效的齿面精度测量,因此无法为实际滚齿加工作出有效指导,为此提出一种高精度的滚齿加工仿真与精度验证方法.基于Catia设计平台,通过Catia内平移、旋转、布尔运算等命令结合二次开发功能,经提取包含主运动与展成运动特征的初步齿槽模型,后将初步齿槽模型与齿坯进行垂直进给运动的模拟切削,完成了高精度的滚齿加工仿真.通过建立标准齿面点集对仿真模型齿面进行精度测量,得到了仿真齿面的误差分布,且所得仿真模型中最高齿面精度误差在1μm以下,验证了滚齿加工仿真方法的正确性与仿真模型精确性.     

基于时变热源的丝杠旋风铣削瞬态温度建模方法研究

丝杠旋风铣削是一种高效、生态的加工工艺。其加工过程中会产生大量的切削热,从而会影响刀具寿命、工件完整性和加工精度。目前旋风铣削加工工艺的研究缺乏对丝杠旋风铣削加工过程中切削区域温升的研究。为此,综合考虑了旋风铣削加工过程未变形切屑厚度、宽度与面积时变特性,提出一种适用于丝杠旋风铣削加工过程中切削加工区域刀具、工件和切屑的时变热源瞬态温度建模方法。首先基于丝杠旋风铣削加工过程中未变形切削时变特性的分析,对丝杠旋风铣削加工过程中热源时变特征进行建模,包括时变未变形切屑几何特征、时变刀屑接触区域与时变边界模型;在此基础上,构建旋风铣削加工过程中时变热释放强度模型;进一步建立丝杠旋风铣削时变热源瞬态温升模型。试验分析结果证明了该方法的有效性,并基于该模型揭示了未变形切屑的几何特征、切削线速度对切削区域温度的动态变化规律,为旋风铣削工艺设计人员制定工艺时提供支持。     

滚齿加工中仿真分析方法应用探讨

滚齿加工由于生产率高/通用性强,在齿轮的制造过程中一直比较受重视。但由于滚齿加工成形过程的复杂性与特殊性,需要建立仿真模型以及方法来辅助分析这一过程。通过CAD几何仿真与有限元仿真研究两个方面进行论述,从切屑、切削力、切削温度和刀具磨损等方面,阐述国内外学者主要研究方法和已取得的成果,分析目前研究中存在的不足,进行总结并展望,为滚齿加工工艺优化、切削刀具寿命和工件表面质量提高等研究提供一定参考和借鉴。     

错齿BTA深孔钻削切屑变形及刀屑接触长度分布规律研究

断排屑问题一直是错齿BTA内排屑深孔钻削的难点,通过建立切屑流经断屑台的几何变形模型分析了刀屑接触长度对错齿BTA钻削切屑的变形断裂的影响,采用有限元分析软件DEFORM-3D建立了错齿BTA钻头钻削仿真模型,对各刀齿切屑的形成及变形规律进行了分析,研究了刀屑接触长度随刀齿钻削半径分布规律及其随钻削条件的变化规律,并利用实验对仿真结果进行了验证分析。结果表明,仿真结果可信,刀齿钻削半径对切屑的变形及刀屑接触长度影响很大,刀屑接触长度随钻削进给量增大而增大,随转速增大而减小,随工件材料强度增大而增大。     

采用多岛遗传算法的插齿刀几何参数优化研究

针对薄壁齿圈插齿加工过程中插削力过大引起齿形精度不高的问题,而插齿刀几何参数作为影响插削力大小的因素之一,提出了通过对插齿刀的几何参数进行优化来减小插削力提升齿形精度.采用UG对齿圈和刀具进行建模,将模型导入ABAQUS中对插齿加工过程进行仿真分析,得出插齿过程中的插削力.插齿刀的几何参数作为输入变量,插齿过程的插削力作为输出响应,通过优化拉丁超立方实验设计方法设计样本点,采用响应面近似模型建立数学模型,并结合多岛遗传算法对不同插齿刀的几何参数进行优化.研究结果表明,响应面模型能够有效的拟合插齿刀几何参数和插削力之间的函数关系,并通过多岛遗传算法的优化,插削力减小了 34.87％,优化效果显著,对于插削力过大引起齿圈齿形精度不高的问题研究具有重要意义.     

高速干切滚齿工艺切屑形变规律及其对刀具的损伤行为

针对高速干切滚齿过程中切屑的形变规律及切屑挤压行为,基于DEFORM-3D建立了高速干切滚齿工艺仿真实验模型,通过对不同工艺参数下高速干切滚齿工艺实验仿真,实现了高速干切滚齿过程中齿轮材料去除过程的可视化,获得了高速干切滚齿过程中切屑的形变规律以及干切滚刀的磨损状态。结合实际高速干切滚齿加工实验,对比切屑形貌及干切滚刀损伤情况,进一步验证了切屑在生成及流动过程中的形变规律以及切屑对干切滚刀的挤压损伤行为。研究结果可为高速干切滚齿工艺参数优化以及高速干切滚刀的寿命延长和性能控制提供参考。     

滚削齿轮的齿形误差推定

滚齿作为高生产率的加工方法,在渐开线圆柱齿轮加工中得到广泛的应用,滚削齿轮的各精度项目中,最难于保证的往往是齿形精度。随着滚齿机精度的不断提高,在影响滚削齿轮齿形精度的众多因素之中,滚刀的几何精度和安装精度所占的比例越来越大,甚至起决定性的作用.滚刀精度对滚削齿轮齿形精度的影响,常常是很复杂的.同一把滚刀当创成刀齿位置不同或其安装误差不同时,加工齿轮的齿形误差可有一较大的变化范围。若能简便地由滚刀误差推定滚削齿轮的齿形误差,或有目的地适当词整滚刀的安装误差,对于提高滚齿加工精度和加强滚齿加工质量管理是十分有利的.为此目的,本文提出了由滚刀几何误差和安装误差计算滚削齿轮齿形误差的方法。通过微型计算机编制程序,此方法可在生产现场中方便地应用.     

An adaptive parameter optimization model and system for sustainable gear dry hobbing in batch production

Gear hobbing technology is one of the most widely used forming processes of gear teeth. And the development of dry hobbing technology provides a solution for realizing productive, economical, and ecological gear production. Since there is no cutting oil for cooling and lubrication in dry hobbing process, the hob tool life, thermal deformation errors of machine tool, and quality of workpiece are sensitive to the cutting parameters, especially the cutting speed and tip chip thickness. Considering this situation, a dry hobbing parameters optimization model with the hobbing efficiency as our objective, and the hobbing cost per piece, gear quality, tact time as constraints was established, in which the cutting speed and tip chip thickness were considered as optimal variables and the material of workpiece, coating of hob, and feed rate were considered comprehensively. An iterative test method is proposed to solve this model. And for the application in automated production line, an online adaptive application system was also developed based on SINUMERIK 840D NC system. The parameters of five different kinds of material gear were optimized by applying this model and system, and the result showed the model and the system were practical.

     

高速干切滚齿工艺系统切削热全过程传递模型

高速干切滚齿工艺消除了切削油/液的使用,是一种绿色高效的齿轮制造工艺。切削热伴随着高速干切滚齿工艺全过程且区别于传统湿式滚切工艺,是造成干切滚刀磨损和机床热变形的重要因素,直接影响制造成本和加工精度。根据干切滚刀周期性断续传热特性,综合考虑切削热在切屑、工件、干切滚刀、冷却介质以及滚齿机床加工空间的传递规律,提出将高速干切滚齿工艺系统切削热的发生与传递全过程划分为三个阶段的研究思想,从关系模型和热传递方程两个层面建立了高速干切滚齿工艺系统切削热全过程传热模型,包括切削接触界面热传递、切削区域热传递和机床加工空间热传递三个阶段的模型,然后基于工艺仿真试验对所建模型进行了应用研究,揭示了高速干切滚齿工艺系统的切削热在工件、干切滚刀、切屑中的动态变化规律,最后通过试验验证了模型的有效性。     

CAD-based simulation of the hobbing process for the manufacturing of spur and helical gears

Targeting an accurate and realistic simulation of the gear hobbing process, we present an effective and factual approximation based on three-dimensional computer-aided design. Hobbing kinematics is directly applied in one gear gap. Each generating position formulates a spatial surface path which bounds its penetrating volume into the workpiece. The three-dimensional surface paths generated from the combination of the relative rotations and displacements of hob and work gear are used to split the subjected volume, creating concurrently the chip and the remaining work gear solid geometries. The developed software program HOB3D simulates accurately the manufacturing of spur and helical gears, exploiting the modeling and graphics capabilities of a commercial CAD software package. The resulting three-dimensional solid geometrical data, chips and gears provide the whole geometrical information needed for further research, such as prediction of the cutting forces, tool stresses and wear development as well as the optimization of the gear hobbing process.     

基于有限元分析的滚齿SLD构建

针对稳定性耳垂线图(SLD)应用于滚齿颤振预测时存在动力学参数获取困难、切削深度难以确定等问题,建立了考虑滚刀刀杆柔性的三维滚齿系统动力学模型,通过滚刀极限切屑厚度与轴向进给量的关系计算滚齿系统动力学参数,并在此基础上绘制出滚齿SLD。设计了滚齿颤振实验方案,通过采集的实验数据分析平稳切削与颤振切削振动的特征量,确定颤振频率及颤振主体,证实了所建立的动力学模型及SLD的有效性。所提方法为滚齿工艺颤振预测、切削参数选取提供了一种新手段。     

大型数控滚齿机立柱动力学仿真分析

为避免大型数控滚齿机滚削力引起立柱振动而影响加工精度,对大型滚齿机立柱刚度特性及谐响应进行了仿真分析。在滚齿机立柱结构特征、滚刀主轴传动原理及动力学理论基础上,建立了滚齿机立柱与滚刀箱有限元仿真模型,仿真求解得到了立柱模态及谐响应参数。通过立柱动态响应的振动频率与变形量分析,得到了滚齿机加工时立柱设计结构应避开的共振频率范围,揭示了立柱振动变形量的变化规律,提出了立柱结构设计与安装方法的改进建议,为大型数控滚齿机部件的设计优化提供了理论依据与参考。     

在滚齿机上加工插齿刀的方法

在Y38型滚齿机上，增加一条径向进给内联系传动链，可实现在滚刀垂直进给运动的同时，使刀架立柱作径向进给运动，从而满足加工插齿刀时所需的机动径向进给运动。文中对机动径向进给运动链进行了换置计算，并给出了换置挂轮的计算结果。     

基于工件材料去除率的滚齿机床能耗模型

开展了滚齿机床能耗建模与参数分析的研究。基于滚刀和工件的几何参数与空间运动分析，进行未变形切屑的数值计算，求取了滚齿加工过程中材料去除率的数值，建立了滚齿机床能耗预测模型，并通过正交试验进行了验证，平均预测准确率超过95%。基于实验结果与所提出的数值模型，对比分析了进给速度、滚刀转速与切削深度对表征能量利用效率的比能耗的影响，结果表明，所提出的模型可以准确预测滚齿加工过程中的机床能耗。     

高硬齿面滚齿加工探析

本文通过对滚齿和磨齿两种加工方法的比较,显示了用硬质合金滚刀进行滚齿加工的优越性。并详细阐述了采用硬质合金滚刀进行滚齿加工对于机床、刀具、工艺装备、切削用量的要求。     

A 3D chip geometry driven predictive method for heat-loading performance of hob tooth in high-speed dry hobbing

High-speed dry hobbing is an emerging green technique for gear hobbing owing to its high productivity and environmental friendliness. However, severe friction occurs and heat instantaneously accumulates in the cutting region due to the adoption of high cutting speed and the lack of metalworking fluids, which causes serious hob wear. This investigation is concerned with the thermal performance and heat-loading quantitative method of hob cutter in high-speed dry hobbing. According to the multiple-edge and intermittent cutting behavior, the temporal dynamic characteristics of hob cutter are analyzed. Based on the complex 3D chip geometry produced in high-speed dry hobbing, the calculation method for heat-production (the amount of generated cutting heat) of hob tooth is proposed. Considering the coupling effects of heat conduction, heat convection, and heat radiation, the prediction model for heat-loading quantity (the bearing capacity of cutting heat) of hob tooth is developed. With the help of the developed method, the interrelation between the thermal performance of hob cutter and material removal volume, cutting conditions, coating material, respectively, are investigated. The predictive method developed in this work provides a methodology for process parameter optimization and hob cutter manufacturing of high-speed dry hobbing.