汽车齿轮车削和滚齿复合机床研究

根据汽车行业对高精度齿轮的需求,通过自主创新的途径,重点攻克了车削和滚齿复合机床总体结构、机床数控系统、高速干式滚切工艺系统温度场控制、硬质合金高速干切滚刀等关键技术难题,研发一种汽车齿轮高精度高速车削和滚齿复合机床。机床采用基于运动控制卡的开放式数控系统,采用3种方法减少滚齿加工机床热误差变形,采用三合一组合齿轮加工刀具。将齿轮加工的全部工艺集成在一台机床内,能通过一次装夹完成车削、滚齿和去毛刺加工。由于节省了上下料时间,生产效益得到了很大的提高,实现了齿轮滚切高效、高精度、节能环保加工。     

干式切削加工技术的发展及应用

在切削加工中大量使用切削液,不但增加了加工成本,而且也带来了环境污染,甚至危害操作人员的身体健康。干式切削是解决这些问题的有效方法之一。在切削加工过程中,干式切削不使用任何切削液,既减少了环境污染,同时也避免了对切削液后处理所产生的大量费用。介绍了干式切削技术的研究现状、干式切削工艺的特点和干式切削技术的应用,着重分析了实现干式切削技术需要解决的相关技术问题,比如刀具材料的选择、刀具几何参数的优化以及机床结构的优化等,最后指出了干式切削技术未来的发展方向。     

热变形对高速干式滚齿机加工精度的影响

根据高速干式滚齿机机床的设计结构,分析了其热变形机制。在此基础上,分析了机床床身热变形以及立柱热变形对滚齿加工精度的影响,同时建立了相应的误差模型并进行了初步验证,为滚齿机热变形误差的控制及补偿提供了有益参考。     

薄壁铝合金高速铣削工艺寻优及模拟仿真

本文详细讨论了薄壁零件的加工技术.首先,以CAXA软件为技术平台,自动生成零件的刀具路径,并进行了模拟仿真加工;针对薄壁零件刚性差、强度弱、加工工艺性差、易发生加工变形和切削振动等情况,决定采用高速加工技术.通过对机床、刀具、工件以及切削参数等进行全面分析,采用了刚度大的高速切削机床,并选择了合适的切削刀具.通过改变工件装夹方式,优化编程策略和合理选用切削用量,实现了薄壁零件的高速干式切削.     

新一代切削刀具AIP涂层SX系列

近10年来,涂层技术在切削刀具上的应用得到了快速普及,涂层刀具已成为切削加工不可缺少的主流刀具。与此同时,随着切削加工向高速切削、强力切削和干式切削的迅速发展,对涂层刀具的性能提出了更高要求。本文就刀具涂层技术的现状、开发动向以及日本JFE精密株式会社开发涂层新技术的情况作一简介。     

PCD刀具高速干式切削铜合金的磨损研究

使用PCD刀具对锡青铜合金材料进行高速干式切削试验,分别采用扫描电镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）对刀具的磨损形貌进行观察和磨损区域化学成分进行分析,并以此研究了PCD刀具的磨损机理。结果表明:在高速干式切削条件下,PCD刀具主要表现为前刀面的片状剥落和后刀面的轻微破损;同时还伴随着机械应力和热应力冲击下的脆性破损,出现崩刃、切削刃整体断裂以及前后刀面的大面积剥落。刀具磨损的主要原因是高温作用下的氧化磨损和扩散磨损。      

AlCrBSiN复合涂层制备及高速干式切削性能*

针对 AlCrSiN 涂层难以满足高速干式切削加工的需求,通过添加 B 元素,利用多弧离子镀技术在硬质合金刀具表面制备高速干式切削性能优异的 AlCrBSiN 涂层。采用 X 射线衍射仪、扫描电镜、高温退火炉、测力仪以及数控车床表征涂层的结构、高温性能及高速干式切削性能。结果表明,不同 B 含量（0 at.%, 0.64 at.%和 1.03 at.%）的 AlCrBSiN 涂层中的相结构均为固溶的（Al,Cr）N 相,B 和 Si 元素主要以非晶 Si₃N₄和 BN 的形式存在,B 和 Si 元素均能够起到细化晶粒的作用;B5 涂层（0.64 at.%）显示出较好的结合强度（L_c2值为 52.8 N）,而 B10 涂层（1.03 at.%）的硬度最高（3 618±71 HK_0.05）;高温退火试验显示 B5 涂层具有最佳的高温稳定性能,而高速干式车削结果进一步表明 B5 涂层车刀切削力最小,切削寿命最高 （17 min）,与未添加 B 的 AlCrSiN 相比提高了 21%。涂层刀具后刀面的主要磨损机理为磨粒磨损和粘结磨损,前刀面的主要磨损机理为氧化磨损、磨粒磨损和粘结磨损。B 元素可以提高 AlCrBSiN 涂层刀具的高温稳定性能和高速干式切削性能。所制备的 AlCrBSiN 涂层能有效提高刀具表面的高温和抗切削磨损性能,在高速干式切削领域具有较好的应用情景。     

基于结构参数的齿轮滚削力计算和精度影响研究

通过分析圆柱齿轮的滚切加工过程,获得了每一个刀齿的切屑层状态;根据齿轮和刀具的结构参数,利用单位切削力的计算方法,推导出主切削力的计算公式,得到了切削过程的切削力的变化规律.通过建立滚刀的力学模型,对刀具进行了变形分析,并对变形影响齿轮展成加工精度的程度进行了研究;推导了刀齿发生径向误差和转角误差时被加工齿轮的实际包络方程和产生的齿轮法向误差计算公式;对滚齿机床设计、刀具的设计制造以及齿轮加工过程的进一步研究等方面具有一定的指导意义.     

碎渣机高性能滚齿板的研究

干式排渣机系统中,传统滚齿板容易受磨损,其服役寿命很短。本文研究了滚齿板滚齿的形状、尺寸和滚齿分布对碎渣机的工作效果和服役寿命的影响;通过优化滚齿板的结构,设计出新型高效耐磨的滚齿板。采用高铬铸铁材料制造了新型结构滚齿板,并研究了热处理工艺对显微组织、冲击韧度、硬度、磨损性能的影响,获得合理的热处理工艺,使得新型滚齿板的服役寿命得到有效提高。     

石墨烯涂层刀具的研究现状

针对高效干式切削加工中润滑能力不足,将自润滑性能优良的石墨烯粒子原位生长或者以复合材料的形式沉积于硬质合金刀具基体表面,有望弥补传统干切削中刀具使用寿命和加工性能偏低的不足。介绍了石墨烯材料在金属切削刀具领域中的研究和应用的现状,解读使用不同的工艺制备方法获得原生石墨烯涂层或者石墨烯复合超硬材料,并用其进行金属切削加工和摩擦磨损的试验。结果表明：石墨烯涂层刀具具备优良的润滑性能,能有效降低刀具的摩擦因数和磨损率,提高其使用寿命。     

Development of a new rapid characterization method of hob's wear resistance in gear manufacturing—Application to the evaluation of various cutting edge preparations in high speed dry gear hobbing

Gear hobbing remains a cutting technology mainly dedicated to large-scale productions of gears for the automotive industry. The improvements in hobbing tool design are problematic due to the very long duration of wear tests and due to the application of special machine tools only available in production plants. In order to overcome these limitations and to accelerate the efficiency of the investigations, a new rapid testing method called “flute hobbing” has been developed on a standard five-axes milling machine widely present in research laboratories. This testing method has been associated with a software providing the geometry of each chip in hobbing. The correlation of the chip geometry with the wear of each tooth enables to discriminate the critical teeth of a hob in order to focus the development in this area of the cutting zone. This new methodology has been used to investigate the influence of the cutting edge preparation on the wear resistance of gear hobs made of PM-HSS in the context of dry high speed manufacturing. The application of the AFM technology to generate defined edge preparation has shown its efficiency to improve the tool wear resistance and has confirmed previous results.     

滚齿机挂轮快速计算研究

针对在滚齿机上滚切圆拄齿轮的滚切原理及调整计算，建立了滚切圆柱齿轮传动比计算模型，并实现了用计算机进行辅助计算选择滚齿机的挂轮，将分齿挂轮和差动挂轮联合在一起计算。本程序自动识别齿轮类型、选择相应的调整计算公式来计算分齿挂轮和差动挂轮的传动比并选择出最高精度的挂轮，方便实用。     

基于自适应控制技术的铣削参数优化

采用BP神经网络算法应用于铣齿功率建模能较准确地预测铣齿功率大小,进而运用STATISTICA的正交设计优化试验数据对滚齿机进行再制造,通过在主轴箱加设传感器实现了机床振动稳定性的的在线监控,分析各个切削状态下主轴箱振动同铣削功率的关系,进行优化切削参数,实现了数控系统与在线监控技术的自适应闭环监控.完成了4m大型滚齿机向高速铣齿机床SKX-4000的智能化再制造.结果表明,采用的控制策略能适应强力铣削的工况变化,稳定地控制加工过程,达到保护机床、刀具和提高加工效率的目的.     

圆柱齿轮滚齿加工三向Dexel模型仿真与验证

针对基于实体建模技术的滚齿加工仿真问题,开发一种圆柱齿轮滚齿加工三向Dexel模型仿真方法。研究圆柱齿轮滚齿加工的运动学模型。根据滚刀和齿轮毛坯的几何参数创建三角形网格模型,并转换为引擎内的Dexel模型。同时,借助Delaunay三角剖分和Alpha形状重构进行高效的CWE计算和未变形切屑几何仿真。采用斜角切削模型来计算每个时间步上所有啮合节点的力分布。使用利勃海尔LC500滚齿机对所提仿真方法进行了验证,并结合旋转测力计和卡尔曼滤波器来补偿结构动力学,从而进行准确的切削力测量。结果表明：所提方法能够准确预测出沿滚刀刃口离散节点的三维力分布,预测误差(均方根和标准差)在4%～12%之间,且当切削条件变化时,仍然可以准确预测轴向和横向的切削力,有助于进一步提高滚齿加工仿真的效率与精度。     

零传动滚齿机虚拟设计技术研究

论述了虚拟设计技术的概念和特点,运用虚拟设计技术对零传动滚齿机进行三维建模及干涉检验,并对关键部件进行刚度分析,在此过程中,对虚拟设计关键技术进行了研究,完成了零传动滚齿机的虚拟设计。     

YM3150E型精密滚齿机的PLC改造

本文简要介绍了TM3150型滚齿机的控制原理，并详细介绍了滚齿机的PLC改造及PLC控制系统的设计。     

基于华中8型数控系统的蜗轮加工软件开发

为改变国内针对蜗轮滚削加工的研发大多基于国外数控系统的局面,在国产数控系统上建立相应的蜗轮滚切加工系统软件.在分析六轴四联动数控滚齿机齿轮滚切加工工艺的基础上,建立滚刀轴和各进给轴运动关系模型;基于华中HNC-848数控系统开放的上下位机体系结构,利用开放的APP接口函数进行蜗轮加工专用软件界面及功能二次开发;设计用户...     

数控滚齿机参数化自动编程系统开发

为了提高齿轮加工效率,提出了一种基于滚齿加工的自动编程系统。在分析齿轮滚削加工工艺的基础上,建立了齿轮加工的数学模型,进而得到数控滚齿加工的NC程序。该方法仅需通过人机界面输入工件、刀具和工艺等参数,在工艺数据库和运算库的支撑下,即可自动生成NC程序。针对广州数控218MC数控系统,通过用户宏程序进行了自动编程系统的开发,实现了人机界面设计、滚齿算法设计和功能模块设计。最后,通过在工厂多台五轴滚齿机上的应用表明该系统编程效率高、加工零件精度高、算法可靠性强的特点,同时降低了机床操作人员的职业技术门槛,提升了国产齿轮数控系统的市场竞争力。     

Exploratory investigation of chip formation and surface integrity in ultra-high-speed gear hobbing

Gear hobbing is widely employed to manufacture automotive gears, where the productivity depends on the cutting speed. Currently, gear hobbing is performed at ～300 m/min using high-speed steel hob cutters. In this study, ultra-high-speed gear hobbing was attempted using a large-diameter cemented carbide hob cutter on a gear grinder. This enabled a cutting speed up to 2450 m/min. Many interesting phenomena were acquired in this speed range. Chips were severely oxidized, whereas the gear surface was not affected. Compressive residual stress was generated at the gear surfaces with low surface roughness and high hardness, while the wear of hob cutter was insignificant.