齿轮高速干切滚刀寿命预估模型与优化方法

由于齿轮高速干式滚切工艺切削速度高且缺少切削油的冷却润滑,为满足高速干切滚刀的抗磨损、耐高温等性能要求,高速干切滚刀基体材料和涂层的制备工艺均较为复杂,且价格昂贵,因而需要优化高速干切工艺以延长高速干切滚刀使用寿命,进而降低工件制造成本,提高效益。结合生产实践和理论分析,研究了齿轮高速干切滚刀的失效形式和失效原理,提出了以单个刀齿切削长度为高速干切滚刀寿命评价指标并建立相应计算模型的方法,基于此开展了高速干切滚刀寿命试验,建立了高速干切滚刀寿命多元线性回归模型,采用MATLAB求解得到该试验条件下的高速干切滚刀寿命经验公式。最后基于此提出了通过优化滚切工艺参数以及采用新型窜刀方式等来延长高速干切滚刀寿命的方法。     

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。     

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。     

高速滚齿干切技术

通过与湿切滚齿的对比,介绍了干切滚齿机床、干切滚刀、夹具和干切工艺加工方案。对比了干切和湿切滚齿的效率、刀具使用寿命、切削液成本之间的差异及干切无冷却和干切气冷两种环境下刀具、工件、切屑的温度差异,给出了干切环境下的热量分布情况。     

高速干式滚齿切削热力耦合与工艺参数分析

为了方便优化高速干式切削工艺,对高速干式滚齿机切削进行热力耦合和工艺参数影响分析。首先结合高速干式滚齿加工的技术特点,对干式滚齿中切削力和切削温度场进行了理论建模。在此基础上,对滚刀单个刀齿的切削温度场进行有限元仿真分析,以获得滚刀前刀面的切削温度分布情况,实现仿真研究滚齿切削的可能性。然后以最高切削温度为研究目标,分析进给量、滚刀转速等工艺参数对滚齿加工过程的影响。最后在滚齿机上展开了干式滚齿切削实验。结果表明:随着滚刀转速的提升机床切削温度快速升高后慢慢降低并趋于稳定,且高转速有利于节约能耗;研究结果可对切削工艺的优化策略提供指导,为滚齿机的设计制造提供理论基础。     

全切式小模数齿轮滚刀的特点及齿形设计

<正> 一、全切式小模数齿轮滚刀的特点常用小模数渐开线齿轮滚刀(以下简称小模数滚刀)的设计,与大、中模数渐开线齿轮滚刀基本相同,但小模数齿轮的制造工艺却与大、中模数齿轮有较大的不同。小模数滚刀按齿形分类有全切式(顶切)和标准型(非全切式)两种,标准型滚刀齿形直接采用齿轮标准的基准齿形,只有顶刃和侧刃参与切削。全切式滚刀顾名思意则是整个齿形都要参与切削。这种全切式滚齿工艺加工仪表齿轮具有以下特     

滚削淬硬齿轮预切滚刀的设计

硬齿面“刮削”是近十年来世界新发展的先进技术,它对提高整个齿轮加工的切齿效率效果显著。本文结合生产实践,着重探讨滚削淬硬齿轮采用预切滚刀的设计,提出了验算中滚刀的主要参数务须满足的特定条件式。     

基于Deform3D的齿轮高速干式滚切过程模型及性能分析

齿轮高速干式滚切工艺取消了切削油/液的使用,是一种绿色高效的齿轮制造工艺,其成形过程分析是提升该滚齿工艺性能的有效途径。基于金属切削工艺仿真软件Deform3D建立了齿轮高速干式滚切过程的有限元仿真模型;进行了齿轮高速干式滚切材料去除过程的数值仿真分析,获得了不同参数条件下齿轮高速干式滚切过程中切屑的变形规律,以及切削力与切削温度的分布规律,分析并确定了影响滚切性能的主要参数。研究结果为齿轮高速干式滚切工艺参数优化提供了理论和方法支撑。     

高速干切齿轮滚刀参数和滚齿工艺研究

目前,环境保护工作的要求日益严格,能源消耗有了具体的降低指标。在机械制造业干切削加工受到关注,其中齿轮的于切削滚齿已提上日程。国内有的齿轮加工厂已进口了干切滚齿机,有的齿轮机床厂已经开始试制干切滚齿机,已有2个以上的工具厂被要求配套供应能在滚齿速度200m／min以上工作的干切齿轮滚刀（以下简称于切滚刀）。     

用标准滚刀加工超大变位齿轮

在超大变位齿轮加工方面,有人认为要用加长滚刀或重新设计滚刀才能完成滚齿切削。笔者认为用标准滚刀完成滚齿切削会更经济、更实用,现作如下分析。 1.滚切原理 我们用滚刀加工渐开线齿轮的方法属于展成法     

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.

     

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.     

凸曲前刀面硬质合金刮削滚刀构形方法与滚切机理的研究

本文在剖析现有硬质合金刮削滚刀构形方法利弊的基础上,着重论述了作者研究出的一种新颖构形方法。并对该种刮削滚刀的滚切机理作了阐述。切削实验结果证明它具有更优越的切削性能,抗崩刃能力强,整体寿命高,在实际应用中深受厂家欢迎。     

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。     

高速干切滚齿工艺参数的多目标优化与决策方法

为降低高速干切滚齿加工能耗、提高滚齿加工质量,提出一种基于改进多目标灰狼优化（MOGWO）算法和逼近理想解排序法（TOPSIS）的高速干切滚齿工艺参数多目标优化与决策方法。分析了滚齿工艺参数,将切削参数和滚刀参数作为优化变量,构建了面向最小加工能耗和最优加工质量的多目标优化模型,采用改进MOGWO算法对所建的模型进行迭代寻优,利用TOPSIS对优化的工艺参数解进行多属性决策。实验结果验证了所提方法的有效性。      

微小型齿轮的微细滚削加工研究

用自行设计的微小型硬质合金齿轮滚刀进行了模数为0.175mm的微小型齿轮滚削加工研究.首先设计了相应模数的微小型齿轮滚刀,并详细阐述该刀具的设计过程,包括刀具材料的选择、结构形式的设计、齿形设计和刀具局部强度的校核等.简述了该滚刀的制造加工工艺,在微小型数控滚齿机上进行了微小型齿轮的滚削加工试验研究.结果表明,采用范成...     

大变位齿轮的滚切加工

通过分析展成法加工大变位齿轮过程中的运动关系和成形原理,指出了用标准滚刀滚切大变位齿轮的不足之处,提出了非标滚刀的设计原理与方法,开辟了提高大变位齿轮滚切加工精度的新途径。     

新构形齿轮刀具工作角度的研究

以加大半径的新构形齿轮刀具加工斜齿轮为例,通过分析切齿运动,研究了被切齿轮的齿数、螺旋角、刀具的标注角度、头数及加大半径量对工作角度的影响,并通过切齿实验进行了验证,为新构形齿轮刀具的设计和制造提供了理论依据。