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Forschung zur Anwendung der Kegelradfrästechnologie
Im Kreuzwellengetriebe sind Kegelräder weit verbreitet, und die Verarbeitung vonStirnrad-Kegelräderwird immer noch von Getriebehobeln dominiert. Beeinflusst durch Ausrüstung und Wärmebehandlung, liegt die Bearbeitungsgenauigkeit grundsätzlich auf dem GB7-Niveau, und die Verbesserung der Bearbeitungseffizienz hat auch gewisse Einschränkungen.
In den letzten Jahren hat die von Gleason entwickelte Kegelradfräsmaschine PHOENIX II CNC die Funktion, gerade Kegelräder und Spiralkegelräder zu bearbeiten. Die Zahntechnologie mit dem Einsatz von Hartmetall-Klingenwerkzeugen, die Bearbeitungseffizienz und die Bearbeitungsgenauigkeit von geraden Kegelrädern wurden erheblich verbessert.
1. Entwicklung von Verarbeitungsmethoden für gerade Kegelräder
Im Vergleich zur sich rasant entwickelnden Spiralkegelradbearbeitungstechnologie hat sich die Bearbeitungstechnik von geraden Kegelrädern relativ langsam entwickelt. Zu den häufig verwendeten Verarbeitungsmethoden von Stirnradrädern gehören scheibenförmiges Fräsfräsen mit kleinem Modul, kreisförmiges Räumen, gepaarter Hobelschneider, Doppelschneiderkopffräsen usw. Unter ihnen ist das Zahnhobelverfahren weit verbreitet. Der Zahnhobelprozess basiert auf dem Prinzip derZahnhobbing-Methode. Zwei gerade Hobelmesser werden als Werkzeuge zur Bearbeitung des Sporns verwendetKegelrad. Relativ gesehen ist die Verarbeitungseffizienz nicht hoch, und es ist schwierig sicherzustellen, dass die Stirnrad-Kegelrad-Trommelzähne Oberflächenbearbeitungsanforderungen erfüllen. Beim Fräsverfahren zur Doppelscheibenerzeugung werden zwei gepaarte Scheibenfräser verwendet, um die Zahnflächen auf beiden Seiten eines bestimmten Zahnschlitz des Zahnrohlings gleichzeitig in einem Prozess zu schneiden, um die Bearbeitung von geraden Kegelrädern abzuschließen. Die PHOENIX II. CNC-Zahnradfräsmaschine verwendet eine neue Prozessmethode zum Fräsen des geraden Kegelradgetriebes mit einem einzigen Scheibenfräser, wodurch die Bearbeitungszykluszeit des geraden Kegelradgetriebes erheblich verkürzt werden kann. Im Vergleich zur mechanischen Werkzeugmaschine ist der Wirkungsgrad höher.
Zahnradhobel, Doppelscheiben-Zahnradfräsmaschine, PHOENIXII. Zahnradfräsmaschine
Vergleicht man die drei Bearbeitungsmethoden, so erzeugt die Zahnhobelbearbeitungsanlage und der Doppelscheibenfräser die mechanische Übertragungskette der Zahnradfräsmaschine, die sich auf die Bearbeitung von geraden Kegelrädern beschränkt. Die Vorteile von PHOENIXII. CNC-Zahnradfräsmaschinen sind noch größer.
(1)Kostenvorteil bei der Ausrüstung: Die gerade Kegelradbearbeitungsfunktion wird der Spiralkegelrad-Fräsverarbeitungsausrüstung hinzugefügt, und eine Maschine wird für mehrere Zwecke verwendet. Kosten für die technische Transformation der Ausrüstung.
(2)Genauigkeitsvorteil: Die Hauptschneide des Scheibenfräsers hat einen bestimmten negativen Neigungswinkel, der die Bearbeitung der Stirnzahnoberfläche des Kegelrads leicht realisieren kann. Die Form der Kontaktfläche kann die Kontaktgenauigkeit des geraden Kegelrads verbessern und den durch den Kantenkontakt des Zahnrads verursachten Schaden effektiv vermeiden. Nach der Überprüfung der Stapelverarbeitung kann es stabil die Verarbeitungsgenauigkeit von GB6 erreichen.
(3)Vorteile der Produktionseffizienz: Die Effizienz von geraden Kegelrädern ist im Vergleich zu mechanischen Werkzeugmaschinen durch CNC-Fräsen offensichtlich verbessert.
2. Fräswerkzeug für gerade Kegelräder
Form des Fräswerkzeugs:
Gleason PHOENIX II CNC-Zahnradfräsmaschine für gerade Kegelräder mit pulvermetallurgischen Coniflex Vollschneiderköpfen und Coniflex ® ® Plus-Fräsern mit Pentac-Hartmetalleinsätzen®.
Strukturelle Merkmale des Fräsers:
Die Hauptparameter des Tools sind:
(1) Werkzeugdruckwinkel
Bezogen auf den Schalenwinkel des Werkzeugs der Spindelwinkel des PHOENIXII. CNC-Zahnradfräsmaschine 275HC ist ein Festwert von 23°. Sie ist gleich der Summe aus Werkzeugdruckwinkel und Tellerwinkel. Der Schalenwinkel ist der konkave Winkel der Hauptschneide des Scheibenfräsers, der sich auf die wulstige Menge der Zahnoberfläche auswirkt, die verarbeitet wird, wenn der Scheibenfräser die Zahnoberfläche entwickelt. Die Höhe der Krone beeinflusst die Größe der Kontaktfläche des Kegelrads. In der Regel wird die Berechnungssoftware des geraden Kegelrads für die theoretische Simulation der Kontaktfläche verwendet, und die Größe des Druckwinkels des Scheibenfräsers wird vorläufig bestimmt. Die Größe des Druckwinkels des Fräsers wird nicht willkürlich gewählt, sondern entsprechend der Druckwinkelreihe ausgewählt.
(2) Eckfilet
Es wird normalerweise nach den Hauptparametern des Kegelrads berechnet und erzeugt. Durch die Fräsbewegung wird das vom bearbeiteten Teil gebildete Wurzelfilet etwas größer als das Werkzeugnasenfilet. Es kann bestätigt werden, dass der nominale Konstruktionswert der Werkzeugnasenverrundung gleich oder etwas größer als der des Werkzeugs ist. Der in der Zeichnung angegebene minimale Verrundungsradius und der erste Teil des geraden Kegelrads werden mithilfe der WANGONG-Display-Projektionserkennung verarbeitet und debuggt, um Probleme wie das Überschneiden während der Verarbeitung zu vermeiden.
(3) Werkzeug-Offset-Abstand
Die in Abb. 4 dargestellte Breite des Werkzeugs wird durch die Breite La des großen Endes und die Breite Li des kleinen Endes des zu bearbeitenden Zahnrads bestimmt. Der Versatzabstand des Werkzeugs muss die Bedingung erfüllen, dass er gleichzeitig größer als die Hälfte von La und kleiner als Li ist. Die Breite wird von der geraden Kegelradberechnungssoftware entsprechend den Parametern des Kegelrads ausgelegt und generiert. Wenn der Werkzeugfehlausrichtungsabstand nicht angemessen ist, wird das kleine Ende überschnitten oder das große Ende bleibt erhalten. Ein zu breiter Messerversatz führt zu einem Überschneiden des Zahnwurzelbogens, und ein schmaler Zahnschlitz am kleinen Ende führt eher zu einem Überschneiden. Wenn der Messeroffset zu klein ist, bleibt die Zahnwurzel bestehen und die große Endzahnschlitzbreite bleibt eher erhalten. Es kann durch Berechnung und Probeschneiden gelöst werden, um zu überprüfen, ob der Messerfehlerabstand korrekt ist.
Die Berechnung des maximalen Werkzeugversatzabstands ist wie folgt
In der Formel: Ton ist die Dicke der großen Endbogenzahn des passenden Zahnrads; Bo ist die Big-End-Zahnwurzelhöhe; φ ist der Druckwinkel; FW ist die Zahnflächenbreite; Ao ist der äußere Kegelabstand.
In der Formel: WT ist max der maximale Werkzeugversatzabstand; Die Bestandszulassung ist die Bearbeitungszulage.
Material für Zahnradfräswerkzeuge:
Die häufig verwendeten Materialien für integrale Scheibenfräser für gerade Kegelräder, wie ASP2023, ASP2030, sind beschichtet: TiN, TiAlN usw. Das Material eines Stirnrad-Kegelrads ist 18Cr2Ni4WA, ein hochfester mittellegierter aufkohlter Stahl. Es kann auch nitriert und temperiert werden. Die Schnittleistung des Beschichtungswerkzeugs ASP2030 TiAlN ist etwas besser als die der ASP2023 TiN-Beschichtung. .
Luftfahrtwerkstoffe haben die Eigenschaften hoher Härte, hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit. Sie stehen auch vor den Problemen der schlechten Verarbeitungsleistung, der hohen Verarbeitungsschwierigkeit, der geringen Verarbeitungseffizienz und der hohen Werkzeugkosten in Produktion und Verarbeitung, was höhere Anforderungen an die Bearbeitung von Werkzeugen stellt. Die Förderung und Verwendung von Hartmetall-Schneidwerkzeugen optimiert nicht nur den Bearbeitungsplan, löst die Probleme der Arbeitshärtung und Bearbeitungsverformung, sondern verbessert auch die Lebensdauer der Schneidwerkzeuge und stellt die Konsistenz der großtechnischen Bearbeitungsergebnisse sicher. Bei der Bearbeitung von Stirnradrädern ersetzen Coniflex Plus-Werkzeuge, die mit Pentac-Hartmetalleinsätzen ausgestattet sind, nach und nach den pulvermetallurgischen Coniflex-Vollschneiderkopf®,® der auch die Bearbeitung von Stirnrad-Kegelrädern® auf hohe Geschwindigkeit vorantreibt.
3. Bearbeitungstechnik vonGeradliniges KegelradFräsen
Das Stirnradradfräsen wird auf der Grundlage der Stirnradräder entwickelt, die von einer professionellen Kegelradsoftware entworfen wurden, und die Bearbeitungsprogramme und Prüfprogramme werden von der Software generiert, die in die Zahnradfräsmaschine bzw. den Zahnraddetektor importiert werden. Für die Bearbeitung und Einstellung des geraden Kegelradfräsens schneiden Sie zuerst einen einzelnen Zahn, stellen Sie separat ein, um sicherzustellen, dass das Einzelzahnprofil, die Zahndicke und die Zahntiefe eines Paares gerader Kegelradpaare qualifiziert sind, und schneiden Sie dann einen vollständigen Vollzahn. Stellen Sie sicher, dass das Zahnradprofil, die Zahndicke, die Zahntiefe, die Steigungsabweichung fpt, die Pitchabweichung Fpt, der Rundlauf Fr und andere Eigenschaften des Groß- bzw. des Kleinrads qualifiziert sind, und auf dieser Grundlage wird die Rollprüfung der Kontaktfläche durchgeführt.
Bei der Einstellung des Fräsens von Kegelrädern, nachdem das erste Kegelradgetriebepaar auf einer Walzprüfmaschine bearbeitet und getestet wurde, stimmt die tatsächlich erhaltene Kontaktfläche oft nicht vollständig mit der simulierten idealen Kontaktfläche überein. Nachdem Sie verschiedene Faktoren wie Vorrichtungen ausgeschlossen haben, drücken Sie die Kontaktfläche entsprechend der tatsächlichen Situation anpassen.
Im Allgemeinen ist die schlechte Kontaktfläche hauptsächlich entlang der Zahnhöhenrichtung verteilt und die Verteilung entlang der Zahnlängenrichtung ist nicht ideal. Die unbefriedigende Verteilung in der Zahnhöhenrichtung wird hauptsächlich durch den Zahnformfehler verursacht. Es kann durch Ändern des Druckwinkels eingestellt werden. Der Druckwinkel nimmt zu und die Kontaktfläche bewegt sich. Zur Zahnspitze hin nimmt der Druckwinkel ab und die Kontaktfläche bewegt sich zur Zahnwurzel hin. Die unbefriedigende Verteilung der Zahnlängenrichtung wird hauptsächlich durch den Zahnrichtungsfehler verursacht. Es wird durch Ändern des Helixwinkels eingestellt. Der Helixwinkel nimmt zu, die Kontaktfläche bewegt sich zum kleinen Ende und der Helixwinkel nimmt ab, und die Kontaktfläche bewegt sich zum großen Ende. In Abbildung 6 wird die Kegelradberechnungssoftware verwendet, um die Position des Kontaktbereichs anzupassen und zu korrigieren.
Beim geraden Kegelradfräsen hat die Hauptschneide des Scheibenfräsers einen bestimmten Neigungswinkel mit der Stirnseite des Fräsers, dh die Trommelform bildet einen Winkel. Zu diesem Zeitpunkt entspricht die Schneide einer konischen Oberfläche mit einem inneren Verjüngungswinkel. Der Scheibenfräser kann die Zahnoberfläche des geraden Kegelrads problemlos bearbeiten, was auch das Alleinstellungsmerkmal des Scheibenfräsers ist. Im Vergleich zu Verarbeitungsmethoden wie dem Zahnhobeln ist es einfacher, die Verarbeitungsanforderungen vonStirnrad-KegelradgetriebeTrommelzähne, die Form der Kontaktfläche ist oval und der Kontaktzustand ist besser. Der Scheibenfräser bewegt sich jedoch nicht entlang der Zahnlänge, und der Boden des Zahnschlitzes ist leicht konkav. Der Wert dieser Konkavität hängt mit dem Radius und der Zahnbreite des Scheibenfräsers zusammen. Die maximale Tiefe des konkaven Bogens an der Unterseite der Fräsnut ist in Formel (3) dargestellt:
In der Formel: ΔH ist die maximale Tiefe des konkaven Bogens an der Unterseite der Zahnnut; Fw ist die Zahnbreite des Zahnrads; φ ist der Druckwinkel; Du ist der Durchmesser des Scheibenfräsers.
4. Lösungen für die Closed-Loop-Bearbeitung von geraden Kegelrädern
Die gerade Kegelradbearbeitungseinheit besteht aus einer Kegelrad-CNC-Zahnradfräsmaschine, einer Kegelradschärfmaschine, einem Zahnradprüfzentrum, einer Kegelradwalzerkennung und anderen Geräten. In Kombination mit der Anwendung von Kegelradkonstruktions-, Verarbeitungs- und Messsoftware entsteht ein geschlossenes Kegelrad. Der Verarbeitungsprozess reduziert die Schwierigkeiten bei der Bearbeitung und Einstellung von Kegelrädern und verbessert die Produktionseffizienz und Verarbeitungsgenauigkeit von geraden Kegelrädern.
Die Kegelradsoftware von Gleason umfasst mehrere Funktionsmodule, z. B. das Käfig-Spiralkegelradmodul, die Straight Bevel [Mechanical] Straight Bevel Gear Software, die FEA-Finite-Elemente-Analyse und andere Funktionsmodule. Die bei der Entwicklung von Stirnradrädern verwendeten Softwaremodule sind in Abbildung 7 dargestellt.
Straight Bevel [Mechanical] wird für die Bemessung von geraden Kegelrädern verwendet, berechnet die Parameter des geraden Kegelrads, bestimmt die Parameter des Schneidwerkzeugs, läuft zur Generierung der Designparameterkarte des geraden Kegelrads und der Werkzeugkonstruktionsparameter und wird für die Erzeugung und Vorbereitung für die Konstruktion von Messern verwendet. UNICAL wird für die Analyse und Einstellung der Kontaktfläche von geraden Kegelrädern, die Einstellung von Zahndicke und Spiel, die Bestimmung des Zahnwurzelüberschnitts, die Zeitmessung, die Erstellung von KMG-Inspektionsprogrammen und Bearbeitungsprogrammen verwendet. Der Summary Manager wird verwendet, um das von der UNICAL-Softwareoperation generierte Bearbeitungsprogramm in das von der Werkzeugmaschine erkannte Werkzeugmaschinenprogramm umzuwandeln und die Überprüfung der Überfahrsimulation der Werkzeugmaschine zu analysieren und zu simulieren, die durch die Werkzeuglänge, die Vorrichtungshöhe usw. verursacht wird, um das Risiko eines First-Piece-Debuggings von geraden Kegelrädern zu reduzieren. GAGE wird für die Kegelradmessung verwendet und generiert Kegelrad-Antieinstellungsparameter entsprechend den Messergebnissen. Es kann auch ein Standard-Zahnradinspektionsprogramm für die Kegelradinspektion einrichten, um die Konsistenz der geraden Kegelradbearbeitung und eine bessere Austauschbarkeit sicherzustellen.
PHOENIXII. CNC-Zahnradfräsmaschine wird für die Bearbeitung von geraden Kegelrädern verwendet, ausgestattet mit einem Schärfer zum Schärfen von geraden Kegelradfräsern, Verzahnungsprüfzentrum wird für die Einzelinspektion von Kegelrädern verwendet, Walzinspektionsmaschine wird für Kontaktfläche verwendet Eine umfassende Inspektion mehrerer unabhängiger Funktionen stellt eine Kegelradbearbeitungseinheit dar. Verwenden Sie eine professionelle Kegelradsoftware, um die Konstruktion von Kegelradteilen, die Konstruktion von Werkzeugparametern und die Generierung von Bearbeitungsprogrammen und Inspektionsprogrammen abzuschließen. Das Bearbeitungsprogramm wird in die Verzahnungsfräsmaschine eingegeben. Nachdem das Verzahnen abgeschlossen ist, verwendet die Verzahnungsprüfstelle das Eingangsprüfprogramm, um die Messung des Kegelrads abzuschließen. Gleichzeitig mit der Erfassung des Prüfberichts werden die Rückwärtsverstelldaten für die Bearbeitungseinstellung des Kegelrads generiert und die Rückwärtsverstelldaten in die Zahnradfräsmaschine eingegeben, nämlich Es kann verarbeitet und angepasst werden, um bessere Präzisionsanforderungen für Kegelräder zu erreichen. Der gesamte Prozess bildet eine geschlossene Bearbeitungslösung aus Design, Bearbeitung, Messung, Messdatenrückmeldung und anschließendem Debugging. Und der Verarbeitungs- und Debugging-Prozess ist effizienter, automatischer und intelligenter, reduziert Vorgänge, die auf menschlicher Erfahrung beruhen, und verbessert die Produktionseffizienz und die Verarbeitungsgenauigkeit von Stirnradrädern erheblich.
5. Validierung von geradem Kegelradfräsen für ein Luftfahrtprodukt
Am Beispiel einer Gruppe von geraden Kegelrädern im Hochhubsystem der Luftfahrt wurde das konventionelle Stirnrad-Kegelrad-Hobelverfahrensverfahren auf das pulvermetallurgische Hochgeschwindigkeits-Stahl-Integral-Scheibenfräser-Fräser-Fräsverarbeitungsverfahren umgestellt, und dann wurde das Werkzeug in ein Hartmetall-Bandwerkzeug für die Bearbeitung von geraden Kegelrädern geändert. Durch die Verbesserung werden die Verarbeitungseffizienz und die Getriebepräzision dieser Gruppe von Stirnradrädern erheblich verbessert.
Bearbeitungsverfahren von Stirnradkegelrädern
Zum Vergleich wurde das pulvermetallurgische Scheibenwerkzeug vor der Verbesserung verwendet, und die Verarbeitungsdaten des Hartmetallwerkzeugs nach der Verbesserung sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 dargestellt.
Diese Gruppe von Stirnradrädern wurde von der zweistufigen Bearbeitung des Doppelwalzens auf die Einbearbeitung des Doppelwalzens umgestellt, indem das Verarbeitungsverfahren der Teile verbessert wurde. Zweitens werden mit der Anwendung der Werkzeugtechnologie die Schnittparameter entsprechend verbessert, die Werkzeuggeschwindigkeit von 80-100 U / min auf 400 U / min erhöht, die Liniengeschwindigkeit wird von 55-80 m / min auf mehr als 200 m / min erhöht und die Schnittzeit wird von 60-90min auf 400r / min verkürzt. 15min oder so. Gleichzeitig wird garantiert, dass die Zahnprofilgenauigkeit der Teile stabil ist, die Standzeit erhöht wird, die Hilfszeit wie Werkzeugschärfung und Bearbeitungseinstellung reduziert wird, der Bearbeitungszyklus des geraden Kegelrads verkürzt, die Bearbeitungseffizienz verbessert, die Bearbeitungskosten gesenkt und die Kegelradteile von Luftfahrtprodukten erfüllt werden. Entwickeln Sie kurzzyklische Produktionsanforderungen.
Die Verbesserung der Bearbeitungsqualität am Beispiel eines geraden Kegelrads ist in Abbildung 10 dargestellt.
Vor der Verbesserung wurde die gesamte Werkzeugbearbeitung von pulvermetallurgischem Schnellarbeitsstahl verwendet. Die Zahnprofilgenauigkeit wurde durch Werkzeugverschleiß und andere Gründe beeinflusst, und die Zahnprofilgenauigkeit war instabil. Nach dem Schleifen von 5 ~ 10 Teilen auf einmal ändert sich das Zahnprofil und es kommt zu einem Zahnwurzelkontakt, der erneut geschärft werden muss. Messer. Das Werkzeug wird viele Male geschärft, die Debugging-Zeit der Teile nach jeder Schärfung ist lang und die Ablehnungsrate ist hoch.
Nach der Verbesserung wird die Genauigkeit des Zahnprofils verbessert, das Hartmetallmesserwerkzeug wird verwendet, und die Anzahl der gleichzeitig verarbeiteten Teile beträgt mehr als 500, die Anzahl der Teileverarbeitung und -einstellung wird reduziert, die Verarbeitungs- und Debugging-Zeit wird verkürzt, die Qualität ist stabiler und die Verarbeitungseffizienz ist höher.
Nach der Überprüfung der Stapelverarbeitung kann das verbesserte gerade Kegelradgetriebe stabil die Bearbeitungsgenauigkeit des GB6-Niveaus erreichen und gleichzeitig die modifizierte Trommelzahnoberfläche garantiert werden. Die Kontaktfläche ist oval mit einem klaren Umriss und die Kontaktfläche ist in einem besseren Zustand. Die trommelförmige Zahnoberfläche kann den durch den Kantenkontakt des Zahnrads verursachten Schaden effektiv vermeiden und den Einfluss des Stirnradpaares auf den Lastwechsel im Netzgetriebe und die Empfindlichkeit des geraden Zahnradpaares gegenüber dem Installationsfehler reduzieren.
6. Abschließende Bemerkungen
Basierend auf der CNC-Kegelradfrästechnologie von Gleason nimmt dieses Papier die geraden Kegelräder, die in den Winkelreduzierprodukten des Luftfahrt-Hochauftriebssystems verwendet werden, als Forschungsgegenstand. , Messung und andere Aspekte der Anwendungsforschung, durch die Verarbeitung und Verifizierung von geraden Kegelradteilen, die kontinuierliche Akkumulation der Verarbeitungsdaten von Stirnradrädern und die Umformung von Verarbeitungslösungen für Stirnradgetriebesysteme, die zur Verbesserung der Produktionseffizienz und Verarbeitungsqualität von Stirnradrädern hilfreich sind. bestimmter Referenzwert.
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