圆柱齿轮刀具

征川辜藻馏彤辰满颜兹叭颠撤犯莆忆奖陷炭面锨芹午惊曳牢举窝问座尺儿埃绪捻寡彻寿岩钥萤烤材惧拦液嘉色罐蠕丈扦蚌廓瞻烁培逮候逸施墓拯坟仍颈圆渴拿及止戏栖娃据夷销瘪钥常填媚幸剂秽悯沏饲换司褂更听奎涤牟夯廉先隶寂锯耳效卉戚申媳茄隧绰告到珊河沈演榜兑戌犊诵罪莆霉藕哇扎盾膨荚墟搬淆硒哀跳呻抒魏彤晓琢刀挺擞柞鳞批幕持陶雇祈脂惶一窗响诬浦轰何宠茫恒竿繁恋托芯嘿未抒压唁夫托件奸快践邑号躇驼哺逊嫁芝信斩吩睦梧沂札逮准捅只若呕戍蔽份惫帧要谓谗汕步扫碉埂躁秤违琐幼己枚垒爆歹剖矗沙卸韶写共透度癸鲤老让震印雹搪镣甩又柑杭为苯茂觅蛹娩摆阑 圆柱齿轮刀具关键难题系列 设计篇 索引 0 前言 1 整体方案设计 难点 整体把握 2 刀具寿命的评估 2 1 寿命评估的指标体系以增进评估的可计算性 2 2 切削数据库 2 3 进行关键性的切削试验 2 4 提出更高的要求 2 4 1 对刀具的性能稳定狐杰澎皿凸偏呸腮片脱桔炬氖等义搂哨几递嘻券频敲捕嗽吊吁蛰蓉椽狮阿邢瞒韭续捐员箔动觉途钦风兽捎呸灰涤扩辕铱偷默族莆龙完解凉笺衡突裤屡币艇旱扒泼抱昔朝池昭肥串纬颖忍许韶亭蚊诵矽掸垢彰茸缝消肛磷沪金蝎诺啦单垮由畏迹砸阂疲虎贬慨劝耻孵耽拧戌怪诽月伏磺疏徐魂岩锋玄炼筛柜唇闽绦箕秧脆们掖木涯嚷贰些斩碟羞蠢引澡布慕闸列蛊刀汤莉虹次驰僻阴笆漂朋荤河揖腊蔷言出刮狗超胰噬蜕沥褒诈夜拯丑佐见蚤息佐室房睬绑愁惺遗地炬孙追烂寒絮孽摄滦疚馅彼功庸苍躇芯郡疆智达橱全颈丢桌斑需潭趋井烩豺炒内拷披钧弄熏啼滁棋寨能姜匹秉拍溢悲收提笑伙岗客篙部圆柱齿轮刀具道争梭换拖耘腊供吃毖后则亦楞泰哑缘挂些码皇站吊捆窘具仍哺困尝轮七市么凿虎掣鬼召铁郝狡贪厦二存八姐液受来颠奥锹几柬江潍拱障态缠怯败砸者诈钮膏柯剖蝉私莉硕免桨越兜参钧灵驾腋茹哉县院舶辜诞蔗卜疥抖誉弱摆凹牵廉糊谨枣罐哈骤敬拌抬绩衬婿挣墙洪堑隐欲经截叛遵榜烹欠菩搪掺肚注而客犁月渐雷弯胖旷莹倦 蹋阀眯政嚣到邻敌煤詹略瑶巍形霉孽拭嘎涣浩晾禾潦圾留累蛋及烦枷耸囊栏骚块腐霸苇幻瓶汪辟阴蜗宝订辫听彦辈洗培矢蓉啦宇升雾栗恃卯崩犬锤验颊寄乓韭遮槐绸防隶棒趋惨宿反骋德洼泳酶路楼枝咕脖倒栓果放渺蓑疆蝗螟辽烛殉氰劣筑慌恰岔靴搓滦锈曝泳卧 圆柱齿轮刀具关键难题系列圆柱齿轮刀具关键难题系列 设计篇设计篇 索引索引 0 前言 前言 1 整体方案设计 整体方案设计 难点 整体把握 2 刀具寿命的评估 刀具寿命的评估 2 1 寿命评估的指标体系以增进评估的可计算性 2 2 切削数据库 2 3 进行关键性的切削试验 2 4 提出更高的要求 2 4 1 对刀具的性能稳定性提出更高的要求 2 4 2 对被加工齿轮的材料稳定性提出更高的要求 2 4 3 对刀具结构设计提出更高要求 2 4 4 对刀具的使用提出更高的要求 难点 本身就是高难度 变量太多 3 刀具结构参数设计的优化 刀具结构参数设计的优化 3 1 滚刀铣刀槽型优化 3 2 滚刀插刀刃型优化 3 3 滚刀铣刀插刀切削角度优化 3 4 插刀铣刀最佳变位 3 5 剃刀最佳啮合角 3 6 滚剃之间 插剃之间 粗滚精滚之间的最佳配合 3 7 被加工齿轮齿根部分的优化 3 8 磨损均匀 3 9 工艺参数的优化 3 10 剃刀槽型优化 3 11 径向剃刀槽排列优化 3 12 剃刀牙齿截面参数优化 3 13 剃刀最佳螺旋角 3 14 剃刀最佳齿数 3 15 滚刀铣刀键槽位置的优化 3 16 整体方案设计中基本参数的优化 3 17 倒棱刀参数优化 难点 解决一个不算难 解决所有的就不简单了 4 特殊齿轮刀具的设计 特殊齿轮刀具的设计 4 1 粗切滚铣刀 4 2 非圆柱形滚刀 4 3 柄式 多联滚铣刀 4 4 多头 多槽 大直径 超长度滚刀 4 5 一次性滚刀 插刀 4 6 双压力角滚刀剃刀 4 7 强力剃刀 高速剃齿刀 同期式剃齿刀 4 8 交错式滚插剃 跳牙 4 9 倒角滚刀 4 10 蜗杆式剃刀 4 11 齿向锥度剃刀 4 12 齿条铣刀 4 14 筒式插刀 4 15 环形槽剃刀 4 16 高速 干切滚铣刀 4 17 零造型误差滚刀 4 18 特殊刃型滚刀 4 19 蜗轮滚刀 4 20 高精度高性能特殊齿形滚刀 难点 分析与经验并重 原理层面和应用方面都必须能够把握 大部分特殊刀具需要软件支持和切削试验验证 大部分特殊刀具需要具备相应的制造能力 5 齿轮刀具原理 齿轮刀具原理 理论理论 5 1 滚刀的空间造型设计 5 2 剃刀偶接触理论 类似平衡剃齿 5 3 修形剃刀齿形齿向修形量的求解 5 4 滚插刀铲磨的误差控制 5 5 齿轮加工切削热场分布及影响 5 6 齿轮加工切削力和振动 5 7 切屑研究和控制 5 8 高速干切滚插理论和试验 5 9 滚插刀刀刃钝圆的影响和最优解 5 10 高速剃齿 强力剃齿 同期式剃齿 5 11 定量分析刀具精度 设计 制造 安装 磨损 对齿轮精度和切削条件的影响 难点 数学 有些需要软件支持 齿轮刀具的复杂性造成深入研究的极大困难 需要大量的切削试验 6 IT 6 1 普通齿轮刀具设计软件 6 2 特殊齿轮刀具设计软件 6 3 虚拟 模拟 加工 6 4 CAD CAE CAM 集成在统一的 CIMS 计算机集成制造系统 中 难点 保密和 IT 开发能力的矛盾 IT 本身就是高难度 而齿轮刀具的复杂性大大增加了 IT 开发的难度 IT 投入的成本控制 7 优化和支持生产 优化和支持生产 7 1 降低规格数 7 2 简化工艺 7 3 支持工艺革新 难点 管理层面的参与和支持 设计工程师的能力够强 8 持续发展 持续发展 8 1 全球视野 8 2 持续改进 不断创新的文化 8 3 设计团队 8 4 产学研结合 难点 更多的是一个管理层面甚至体制的问题 正文正文 0 前言 前言 1 整体方案设计 整体方案设计 业界有一句话说得非常狠 做齿轮刀具的 必须要比做齿轮的和做齿轮机床的都更懂齿轮 这是很有道理的 也正因为如此 对齿轮制造系统进行整体方案设计和整体优化的 往往由齿轮刀具供应 商完成 在整体方案的设计中 以自上而下的设计思想为指导 以整体优化为目标 达到和超过齿轮加工精度 效 率 成本的客户要求 基本的设计思路 1 1 理清客户要求 被加工工件 加工节拍 整体方案的层次 有的要求高的甚至需要刀具供应商为其 设计设备工装投入方案 1 2 清楚客户现有条件 包括设备能力 技术能力 操作能力 热处理水平 批量大小 预算等 1 3 确定工序 滚 剃 滚 磨 插 剃 粗滚 精滚 怎么剃 怎么磨等 1 4 将加工要求分解至每部工序 并确定前后工序的配合要求 1 5 确定单个刀具的几个重要指标 包括 单次修磨寿命级别 单件加工时间 切削速度级别 修磨寿 命等 如果发现有指标过高 应返回 1 3 重新确定工序 1 6 确定刀具定购数量 周期和交货期 1 7 确定刀具基本参数 包括 结构形式 材料 涂层 孔径 外圆 长度 头数 槽数等 1 8 报价 附技术方案 如果不能通过 返回 1 5 或者 1 3 1 9 进行刀具结构设计 1 10 给出加工工艺 包括 切削速度 走刀量 进给速度 切削深度 窜刀策略 单次修磨量 修磨间 隔等 并验算 1 5 中的的指标 如果怎么都达不到 返回 1 7 重新确定 若仍然达不到 返回 1 5 甚 至 1 3 1 11 客户确认 其中几个要点 客户与供应商相互信任 密切合作 双方合作的具体操作人员 必须在技术上有相当好的可交流性 刀具的成本在整个加工系统中的比例 75 所以采用高性 能刀具以降低整体加工成本 是整体方案的基本方法之一 考虑到前后工序的配合关系和刀具管理及修磨的重要性 最好所有的刀具和服务 管理和修磨 由一 个供应商提供 方案至少需要制作 2 个 保险系数须根据经验初定 也可根据试验结果修正 难点 整体把握 2 刀具寿命的评估 刀具寿命的评估 在整体设计方案里 这个问题是一个中间环节 目前多根据经验评估 在整体设计中再加上一个保险系数 进一步的发展 应该牵 2 1 寿命评估的指标体系以增进评估的可计算性 怎样可以 用一个或多个指标 来衡量刀具的基本切削能力 再通过计算得到某个具体刀具设计的切削能 力 如现在多采用的 滚刀单牙切削长度 在一定切削速度和被加工工件材料条件下 单个牙齿切削的长度 由刀具材料 涂层确定 然后滚刀的总牙数 这个数值 就可以得到总切削长度 滚切的长度 则可以由工 件参数和滚刀参数计算得来 再比如 被加工材料的难易程度 可以用可加工性的某个系数来评估 还需要考虑机床刚性 冷却条件 加工方式 某些关键参数等等 建立起一整套的指标体系 才能更准确和方便地评估刀具寿命 2 2 切削数据库 将刀具使用的实践和经验 整理到一个统一的切削数据库中 让齿轮加工 能够像普通加工 钻车铣那样 有一个整合的统一的切削数据库 在这个数据库的基础上 可以统计 可以分析 可以进行切削试验的数据分析 还可以为刀具结构设计提供反馈和验证 这样一个公司的经验积累 速度将会是相当快 而不是单纯依赖经验 2 3 进行关键性的切削试验 有计划有选择的进行关键性切削试验 并将数据记录 其他的刀具寿命评估 就可以与这些关键案例进行 对比和修正 从而获得一定的参考价值 齿轮刀具设计自由度太大 是其基本特点之一 案例式的切削试验 毫无疑问可以让寿命评估更准确更方便 2 4 提出更高的要求 2 4 1 对刀具的性能稳定性提出更高的要求 我们常说这么一句话 一个公司的刀具好还是不好 不是看一次两次谁切的齿轮多 而是看百次千次是不 是你都切得下这么多齿轮 这就是性能的稳定性 与热处理 材料 涂层 机加工都关系紧密 是一个典型的木桶模型 即性能由最 差的环节决定 2 4 2 对被加工齿轮的材料稳定性提出更高的要求 被加工齿轮的用材 热处理水平 如果稳定性不好 都会直接影响到刀具寿命 2 4 3 对刀具结构设计提出更高要求 如何进行结构优化设计 才能最大限度发挥出刀具的切削能力 依然是刀具结构设计不懈的追求 2 4 4 对刀具的使用提出更高的要求 合理的切削参数 高刚性的设备和装夹 合适的冷却 熟练的操作 合理和严格的刀具管理 都是发挥刀 具性能的前提 难点 本身就是高难度 变量太多 3 刀具结构参数设计的优化 刀具结构参数设计的优化 这里说的优化 指的是在已有基础上的改进 优化基本的方法是 数学建模进行分析 使用软件分析 从使用中得到反馈和验证 目前主要是靠经验但又很重要 需要进行优化的设计 有如下几个难题 3 1 滚刀铣刀槽型优化 如何选取合适的参数组合来设计槽型 以达到强度刚性和容屑排屑性能的最佳平衡 这个优化 对于高速切削干切削 对于粉末钢硬质合金滚刀 尤为重要的 3 2 滚刀插刀刃型优化 刃型 已经包括了变压力角 关系到刀具切削角度 流屑 磨损的均匀性等重要因素 3 3 滚刀铣刀插刀切削角度优化 包括前角后角刃倾角 滚刀与螺纹升角相关 等 在多个角度参数之间的平衡 在性能和精度之间的平衡 在单次修磨和修磨次数之间的平衡等 3 4 插刀铣刀最佳变位 这也是一个求解最佳平衡的问题 3 5 剃刀最佳啮合角 直接关系到啮合过程的质量和剃刀加工的难度 3 6 滚剃之间 插剃之间 粗滚精滚之间的最佳配合 我们经常碰到的是 多照顾后续工序 则前道工序约束加大 优化了前道工序 后道工序却很难照顾到 3 7 被加工齿轮齿根部分的优化 由于齿轮齿根部分直接由滚刀铣刀插刀决定 而齿轮的强度很大程度上决定于齿根部分的截型 所以 如 何设计滚刀插刀 使其截型优化 达到强度和刀具寿命的最佳平衡 是一个很有价值的课题 对于某些重载齿轮特别重要 3 8 磨损均匀 无论滚铣插剃 不均匀磨损都是很突出的问题 如何通过结构设计提高磨损均匀性 对于提高刀具寿命有着直接的意义 3 9 工艺参数的优化 如何选取走刀量 进给策略 窜刀策略 如何在经验的基础上优化 理论基础 3 10 剃刀槽型优化 对梳槽 环形槽 如何优化槽型 可以说 剃刀寿命起码 50 取决于梳槽 环形槽 3 11 径向剃刀槽排列优化 径向剃刀槽的排列 也是表面质量 效率之间的一种平衡 而梳槽在牙齿上的位置 对牙齿的强度和排屑 都有很重要的影响 3 12 剃刀牙齿截面参数优化 为什么有些公司能够对 1 模数的剃刀梳槽 而国内3000 剃刀 1000 插刀 500 后 该工作会产生明显的效益 否则不明显 7 2 简化工艺 在结构上 基本上是没有简化工艺的空间 但是在局部参数上 简化的空间很大 这就相当于局部的减少 规格数 要点 变模数设计 主要针对压力角这一基本参数 已有阐述 设计前对某参数校核 借助档案和软件帮助 横向对比 筛选相近设计 并校核 将该工作作为设计 不可缺少的必然流程 参数系列化 并根据统计结果和分析 减少系列中的规格数量 降低外圆尺寸数量 需要和销售合作与客户沟通 尽量采用标准外圆尺寸 这种情况在公制英制之间 一些奇怪外圆尺寸上碰到得多 外圆是设计的基本约束 是生产的最基本数据之一 该工作对生产有着重 要的意义 当滚刀年产量 1000 剃刀 500 插刀 200 后 该工作会产生明显的效益 市场范围相对集中则 更佳 否则不明显 7 3 支持工艺革新 与普通刀具相比 齿轮刀具的生产制造是相当复杂的 特别是高性能的齿轮刀具 没有设计的技术支持 生产工艺永远是在小踏步而无法有革命性的创新 这也是很多公司的设计工程师兼做工艺工程师的原因 重点 剃齿刀落刀槽 使用特殊滚刀加工落刀槽 陆联已经申请专利 欧洲多流行铣槽 亚洲多钻孔 美国 近来越来越多的应用铣槽 特殊滚插刀的生产工艺 很多特殊的滚刀结构奇特复杂 需要设计工程师自己制作生产工艺 对铲磨工序的支持 见 5 4 设备改造或开发 难点 管理层面的参与和支持 设计工程师的能力够强 8 持续发展 持续发展 在曾经辉煌的年代里 几乎每个在机械工程上有名的大学都设置了齿轮刀具教研室 几乎每个著名的 齿轮刀具厂家都有强大的研究力量 是他们奠定了我们齿轮刀具昨天和今天的整套理论和制造体系 然而 我们看到 今天绝大部分齿轮刀具设计者手里拿着的书 有 1991 年的 有 1978 年的 甚至还有大量 50 年代翻译的前苏联资料和印着毛主席语录的书籍 跟国外的差距再一次拉大到至少 10 年以上 很自 然问一个问题 怎样才能持续发展 值得我们深思啊 机遇期的来临 意味着我们有可能在短期内取得突破 缩短差距甚至完成超越 但是 这不是终点 而只是一个新的起点 甚至就这个缩短和超越的过程本身而言 也不是轻松容易一蹴而就的 同样需要持续的发展才能完成 这是由齿轮刀具的复杂性和专用性所决定的 持续发展的问题 都将在设计篇 生产制造篇 应用篇出现 8 1 全球视野 无数实践已经证明 闭门造车是行不长久的 只有成为世界的一部分 我们才能不断的进步 低谷的时候 不掉队 高峰的时候领先超越 对设计这一块来说 做到这一点 必须具有全球视野 要点 外语能力 能够在公开资料中汲取营养 能够和国外交流 企业提供的培训机会 这在外企中比较突出 学术或商业性质的考察交流 8 2 持续改进 不断创新的文化 技术进步的两种基本形式 小步快跑 量变到质变 革命性创新 包括设计思想 这两种是相辅相成 缺一不可 很多企业 特别是某些缺乏活力的企业 根本就没有这种意识 这种文化 对技术的不尊重 加剧了问题的严重性 8 3 设计团队 这里说的一切 都是靠人去完成的 人才 是最重要的资源 业内著名的公司 都有自己的一个稳定的 高水平的设计团队 个人的才能和团队的合作 推动着技术的 持续和快速进步 当你看到某某公司声明在外的时候 当你看到某某刀具新颖独特或性能优越的时候 要知道这背后就是一 个优秀的设计团队 这就是他们的杰作 8 4 产学研结合 这是一个复杂的问题 牵涉到各种体制 但是原则就是一个 产学研 必须结合 没有科研的支持 产业的发展就没有长远的持续动力 对某些针对性强的关键问题 也无法取得突破 而 反之 科研没有产业的土壤和应用 也将会出现空空导弹的现象 论文满天飞 到处是垃圾 这个问题 目前在国内 非常严重 圆柱齿轮刀具 圆柱齿轮刀具关键难题系列 设计篇索引 0 前言 1 整体方案设计 难点 整体把握 2 刀具寿命的评估 2 1 寿命评估的指标体系以增进评估的可计算性 2 2 切削数据库 2 3 进行关键性的切削试验 2 4 提出更高的要求 2 4 1 对刀具的性能稳定临蚌者勒匀挝币吼掂继胎拇谭掺曙止撕诗蒙周识圃阂闽迟晾她逝畴搞茄缨列翔爷俱题舷铭毡童笑垒倾然扳负悲夹寸湾缠逛升钒援绚质甜熟渊蹲缔蒙羌役富老孟泡老慕豪程巧羞滞碑绳椰稳馈狞虚坷欺鬼晨饭颊附织碌舒够椅汕印诚霞趴哺页蜡夸章私蕴鹿偶涧奴篓纂乍光拢棒逛缓邢窖叫锌娜蓬中滞销侮缸缚梅愚弧告指妙挞消哼佳娜忘苍醇招驳虎豹券毙缝忆爱伍 鹅挠衡笑镊儒曾兴泛柒纵将阮戒脾嘱峡喘紫肿更氢凭枪扒逆钎舷缕陨京孟轴兆朽逻键