高速干切齿轮滚刀几何设计准则及参数化建模方法

根据高速干式滚齿相对于传统滚齿加工方式的特点,以及高速干式滚齿应实现的目标,进行了高速干切齿轮滚刀应具备的特点分析,提出了高速干切齿轮滚刀几何设计准则。对高速干切齿轮滚刀的参数化建模进行了研究,设计了一种新的高速干切齿轮滚刀计算机辅助设计方案。提出新的滚刀三维建模方法,通过生成二维设计图对高速干切齿轮滚刀的设计进行仿真验证。     

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。     

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。     

交变冲击载荷下高速干切滚刀主轴系统振动响应特性研究

与传统湿切滚齿相比,高速干切滚齿更加绿色高效,但其主轴转速大且加工参数变化范围广的特性直接影响着滚刀主轴系统的动态特性。为了解不同主轴转速和进给量对高速干切滚刀主轴系统加工过程中振动响应的影响规律,进行多参数混合影响的切削载荷作用下滚刀主轴系统振动响应分析。建立高速干切滚刀主轴系统的有限元模型并进行模态分析,得到各阶固有频率和振型。通过试验获得了在不同主轴转速和进给量下的主切削力,并将其对滚刀主轴系统的激励简化为单频谐波激励。根据不同的加工参数对激扰切削载荷的频率和幅值进行设置,采用分频段的振动谐响应分析方法,得到了滚刀主轴系统的振动响应规律。进行了主轴敲击试验获得了滚刀主轴系统的频响曲线,开展了不同加工参数组合下的加工过程振动响应测试,试验结果验证了仿真分析的可靠性。所得到的振动响应规律可以指导高速干切滚刀主轴系统的加工参数优化。     

齿轮高速干式滚切工艺参数优化模型及应用系统开发

齿轮滚切工艺是应用最广泛的齿部成形加工工艺,高速干切工艺的出现和逐步成熟为齿轮滚切实现绿色环保加工以及高效自动化生产提供了技术条件。但由于高速干切工艺切削速度高且缺少切削油/液的冷却润滑,因而工艺参数对机床热变形误差、刀具寿命和工件质量等影响很大,需要开展深入研究。以自动化加工效率、齿轮单件成本为目标,工件材料、刀具涂层以及切削速度、进给量和滚刀顶刃最大切屑厚度等因素为变量,建立一种齿轮高速干式滚切工艺参数优化模型。通过数据分析和试验验证,基于工件材料的抗拉强度,得出齿轮高速干切滚齿工艺切削速度和滚刀顶刃最大切屑厚度推荐值;同时,为实现模型在齿轮自动化生产线上的应用,建立了高速干切滚齿工艺参数在机自适应优化修正模型,并基于西门子840D数控系统开发了高速干切滚齿工艺参数优化支持系统。该系统在某轿车齿轮自动生产线的生产实践中得到应用,取得了良好的效果。     

干切滚齿机热变形误差模型及其误差补偿技术研究

针对YDE3120CNC干切滚齿机床,运用热传导形成温度梯度原理、金属材料热膨胀原理、材料力学中梁的伸长和弯曲变形理论基础,分析了该机床热变形误差,并提出了一种滚刀与工件主轴相对位移热变形误差数学模型。在此基础上研制了一套用于干切滚齿机热变形误差补偿系统,利用该系统从间接和直接的角度测量出滚刀与工件主轴相对位移,然后进行热变形误差补偿实验。通过该实验,验证了该机床热变形误差数学模型的正确性及可靠性,为干切滚齿机床在线热变形误差检测及补偿打下了基础。     

高速干切滚齿机床能耗分布特性及其预测模型

针对高速干切滚齿机床的能耗优化问题,对变工艺参数下的机床能耗分布特性及其预测模型进行了研究.首先,以机床能耗元件为研究对象,建立了高速干切滚齿机床功率模型;然后,基于机床电路分布原理,通过滚齿实验对所建模型进行了分析验证,揭示了变工艺参数与机床不同部位的功率和能耗之间的关系;最后,构建了高速干切滚齿机床能耗预测模型.     

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。      

干式滚齿及其机床的单元技术研究与实践

通过对干式滚齿现状的简要介绍,阐明了高速干式滚齿已经成为现代滚齿加工研究的主要方向.从能量分配的角度分析,指出了高速干式滚齿机设计中的5项干切适应性技术,它们的核心问题是如何保障高切削速度和如何减小切削热对加工的影响.围绕这两个核心论点,结合高效滚齿机YK3610的研发工作,对滚齿机的5项干切适应性技术进行了探讨,并给出了解决方案,主要内容包括:(1)机床布局选择时如何减少高温切屑对加工的影响;(2)零传动与高速滚齿;(3)床身的热平衡;(4)排屑和安全防护.     

干切滚齿机床热流复杂特性及多维调控策略

针对干切滚齿机床的热稳定性问题,研究其热量流动特性及优化控制策略.通过分析传动方式和结构布局特征,阐明了干切滚齿机床的热流复杂多源特性.基于宏微观传热动力学,建立了结构流体温度多场耦合的干切滚齿机床储热模型.通过热稳定性致变因子探析,提出了干切滚齿机床热流多维调控方法,包括热稳定性多源协同优化、压缩空气场协同强化换热、...     

NUM 1O5O CNC——专门为高速切削而设计

NUM1050系统是为如下高性能机床而设计:刚性攻丝、精确反馈、高速轮廓铣削、高速加工中心、带有直线电机的机床、双主轴车床、车削中心和超精车床、柔性传输机床、高效木工机床、磨削中心、刀具磨床、滚齿和磨齿机床等等。     

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。     

零传动滚齿机工件主轴动态分析及改进措施

分析了零传动滚齿机工件主轴的结构特点,重点对影响零传动滚齿机工件主轴动态特性的几个主要因素中的刚度、频率等进行了分析研究,并提出了改善零传动滚齿机工件主轴动态特性的几项重要措施,为零传动滚齿机工件主轴的优化设计提供了理论依据.     

面向高效节能的数控滚齿加工参数多目标优化模型

数控滚齿加工工艺是应用较为广泛的齿形加工方式,合理的加工参数选择能够显著影响加工过程能耗和加工时间。为降低滚齿加工过程能耗和加工时间,提出一种面向高速干切的高效节能数控滚齿加工参数多目标优化模型。首先,系统地分析了数控滚齿加工过程的能耗特性,建立了数控滚齿加工过程能耗模型;然后,以数控滚齿加工的滚刀转速和轴向进给量为优化变量,建立了以最低能耗和最少加工时间为目标的多目标优化模型,并采用帝国竞争算法对模型进行优化求解;最后,以某车间的齿轮加工过程为应用案例,验证了该模型的有效性和实用性。     

重庆机床国家科技攻关重大课题通过验收

重庆机床（集团）有限责任公司承担的西部开发科技行动“数控高速高精度滚齿／插齿／磨齿机床的成套技术开发”课题日前通过国家专家组验收。它采用可重构和模块化理念，将滚齿／插齿／磨齿机床作为一个系统，开发了相应的可重构和模块化技术，研制出了工件转速在200～800r／min时，高精度、无分度侧隙、最佳阻尼、惯量匹配以及快速响应新系列工作台和转速在2000r／min以上的新型滚刀主轴系统等8项关键技术及设备，开发出了具有自主知识产权的基型产品YS3116CNC7七轴四联动数控高速自动干切滚齿机及其他系列数控制齿机床等十余种新产品，且均已投放市场。     

鼓形齿轮联轴器齿面设计及加工的若干问题

本文对鼓形齿轮联轴器的齿面设计及加工进行了综合分析,明确了设计及加工鼓形外齿的正确途径;对当前滚切鼓形外齿造成齿形,齿线、齿根等一系列的畸变进行了论证;最后提出应用旋向相反的滚刀进行滚切,以克服当前滚切鼓形外齿齿线扭曲,致使工作寿命低下的关键。     

高速干式滚齿切削温度理论及实验研究

高速干式滚齿加工是近年来发展的一种高效率的绿色齿轮制造技术,它克服了传统齿轮加工生产效率低下、生产成本高、污染环境及危害工人身体健康等缺点。基于金属切削原理、传热学理论及滚齿加工原理,建立了高速干式滚齿的切削温度模型,应用有限元法仿真分析了滚刀的切削温度场;通过高速干式飞刀铣齿来模拟滚齿实验,结合理论仿真和实验测量结果,综合分析高速干式滚齿的切削温度与切削参数之间的变化规律。     

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。