滾齒工藝培訓(xùn)

1、 滾齒工藝培訓(xùn)滾齒工藝培訓(xùn) 楊韜楊韜 Yangtao 1.滾齒工序的輸出2.過程流程介紹3.滾齒加工原理4.滾齒設(shè)備（加工設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備）原理- 設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)- 傳動(dòng)原理- 工裝結(jié)構(gòu)及原理5.設(shè)備輸入?yún)?shù)和產(chǎn)品參數(shù)計(jì)算6.PFMEA內(nèi)容的展開與控制方法- 工裝- 設(shè)備- 檢具- 來料7.考試2二、內(nèi)容二、內(nèi)容1、滾齒工序的輸出、滾齒工序的輸出： 滾齒過程是對(duì)零件齒形、齒向的粗加工，再經(jīng)過熱處理變形+磨齒、珩齒對(duì)齒形精加工或剃齒+熱處理變形，最終得到產(chǎn)品要求的齒輪參數(shù)。滾齒輸出的齒輪參數(shù)滾齒輸出的齒輪參數(shù)Mdk 跨棒距fH 齒形角誤差fH 齒向角誤差ff 齒形形狀誤差ff 齒向形狀誤差dna

2、有效漸開線起始點(diǎn)dnf 有效漸開線終止點(diǎn)Fp齒距累計(jì)誤差Fr齒圈徑向跳動(dòng)fp單齒齒距誤差fs齒形一致性fs齒向一致性1、熱處理變形+齒形精加工2、剃齒+熱處理變形成品齒輪參數(shù)成品齒輪參數(shù)Mdk 跨棒距fH 齒形角誤差fH 齒向角誤差ff 齒形形狀誤差ff 齒向形狀誤差dna 有效漸開線起始點(diǎn)dnf 有效漸開線終止點(diǎn)Fp齒距累計(jì)誤差Fr齒圈徑向跳動(dòng)fp單齒齒距誤差fs齒形一致性fs齒向一致性2 2、滾齒加工原理、滾齒加工原理： 滾齒屬于展成法加工，可看作無嚙合間隙的齒輪與齒條傳動(dòng)。當(dāng)滾齒旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，相當(dāng)于齒條在法向移動(dòng)一個(gè)或多個(gè)齒距（根據(jù)滾刀頭數(shù)而定），滾刀的連續(xù)傳動(dòng)，猶如一根無限長(zhǎng)的齒條在連續(xù)

3、移動(dòng)。當(dāng)滾刀與毛坯間嚴(yán)格按照齒輪與齒條的傳動(dòng)比強(qiáng)制嚙合傳動(dòng)時(shí)，滾刀刀齒在一系列位置上的包絡(luò)線就形成了工件的漸開線齒形。隨著滾刀的垂直進(jìn)給，即可滾切出所需的漸開線齒廓。滾齒加工運(yùn)動(dòng)：滾齒加工運(yùn)動(dòng)：主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng) 滾刀的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)稱為主運(yùn)動(dòng)。分齒運(yùn)動(dòng)分齒運(yùn)動(dòng)強(qiáng)制齒輪坯與滾刀保持與齒條的嚙合運(yùn)動(dòng)關(guān)系的運(yùn)動(dòng)稱為分齒運(yùn)動(dòng)。垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)滾刀沿被切齒輪軸向的移動(dòng)，即為垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。附加運(yùn)動(dòng)附加運(yùn)動(dòng)當(dāng)滾刀延工件軸線的移動(dòng)量等于齒輪分度圓上的螺旋導(dǎo)程P時(shí)，齒坯再分度圓運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上正好附加多轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，即為附加運(yùn)動(dòng)。分齒運(yùn)動(dòng)公式：分齒運(yùn)動(dòng)公式：工作臺(tái)轉(zhuǎn)速（工作臺(tái)轉(zhuǎn)速（r/minr/min）=K=Kn/zn/z

4、n-滾刀轉(zhuǎn)速K-滾刀頭數(shù)z-被加工齒輪齒數(shù)）附加運(yùn)動(dòng)公式：附加運(yùn)動(dòng)公式：工作臺(tái)附加轉(zhuǎn)速（工作臺(tái)附加轉(zhuǎn)速（r/minr/min）=K=Knf/zpnf/zpn-滾刀頭數(shù)K-滾刀頭數(shù)z-被加工齒輪齒數(shù)f-滾刀軸向進(jìn)給速度p-齒輪螺旋導(dǎo)程：p=dtan 加工斜齒輪時(shí)，除了滾刀回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、工作臺(tái)分齒運(yùn)動(dòng)與滾刀垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)外，還增加了一個(gè)附加運(yùn)動(dòng)，所以加工時(shí)工作臺(tái)的實(shí)際轉(zhuǎn)速是由分齒運(yùn)動(dòng)與附加運(yùn)動(dòng)合成的，具體運(yùn)動(dòng)如下：工作臺(tái)實(shí)際轉(zhuǎn)速工作臺(tái)實(shí)際轉(zhuǎn)速=Kn/z=Kn/z（1 1f/pf/p）（滾刀與被切斜齒輪旋向相同時(shí)為+，相反時(shí)為-）3 3、設(shè)備（加工設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備）原理、設(shè)備（加工設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備）原理 南昌

5、工廠滾齒機(jī)種類如下： Kashifuji KN151、 Kashifuji KN152、Gleason210H、YS3120CNC6、Felsomat FHC180、 Kashifuji KA200E、 YKX3132M、Kashifuji KN152 Gleason130H，它們的加工原理基本一致，下面以Kashifuji KN151滾齒機(jī)為例進(jìn)行介紹。設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)設(shè)備的整體結(jié)構(gòu) KN151滾齒機(jī)的主要組成部分包括：1.機(jī)床控制面板2.工作臺(tái)3.刀架4.尾架5.液壓系統(tǒng)6.氣壓系統(tǒng)7.FANUC數(shù)控系統(tǒng)8.機(jī)械手自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)機(jī)床控制面板機(jī)床控制面板工作臺(tái)工作臺(tái)刀架刀架尾架尾架機(jī)械手機(jī)械手氣

6、壓系統(tǒng)氣壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)FANUCFANUC系統(tǒng)系統(tǒng)機(jī)床各軸示意圖：X X軸軸Y Y軸軸Z Z軸軸C C軸軸B B軸軸A A軸軸 下表是Kashifuji KN151滾齒機(jī)主要技術(shù)性能。在產(chǎn)品滾齒工藝開發(fā)前期的可行性分析時(shí)我們可以根據(jù)機(jī)床的主要技術(shù)性能來初步確定產(chǎn)品是否可以在機(jī)床上加工，給定切削參數(shù)是否能在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)。常規(guī)規(guī)格常規(guī)規(guī)格最大工件直徑150mm最大工件模數(shù)M4最大軸向行程400mm最大滾刀架回轉(zhuǎn)角度45最小最大齒數(shù)4/1000工作臺(tái)最高轉(zhuǎn)速150轉(zhuǎn)/分工作范圍工作范圍滾刀至工作臺(tái)中距離15-150mm工作臺(tái)至支撐頂尖距離190-800mm滾刀轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速滾刀轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度度最

7、大滾刀轉(zhuǎn)速（無極變速）100-1330轉(zhuǎn)/分軸向進(jìn)給速度（無級(jí)變速）0.01-10mm/轉(zhuǎn)徑向進(jìn)給速度（無級(jí)變速）0.01-10mm/轉(zhuǎn)最大滾刀竄刀行程150mm滾刀滾刀最大滾刀尺寸直徑長(zhǎng)度130mm 180mm主軸錐端錐度N.T.40工裝結(jié)構(gòu)及原理工裝結(jié)構(gòu)及原理 KN151滾齒機(jī)的工裝主要分為軸類與片齒輪類兩種。軸類零件工裝由尾架頂尖、底碗、彈性?shī)A頭與底座頂尖組成，具體裝夾過程如下：1.零件通過機(jī)械手安放在底碗上，底碗端面與零件定位端面貼緊，起到限位與支撐作用；2.尾架頂尖頂下降頂緊零件，同時(shí)工裝底座內(nèi)的活動(dòng)頂尖提供一個(gè)向上的支撐力，通過兩頂尖的定位與頂緊以保證零件加工時(shí)的同軸度；3.零件頂

8、緊后，機(jī)床底部的油缸通過連接桿下拉彈性?shī)A頭從而夾緊零件外圓，以防止零件在加工過程中發(fā)生錯(cuò)位。整個(gè)裝夾過程完畢。頂尖與彈性?shī)A頭的夾緊力都是通過液壓調(diào)節(jié)的。尾架頂尖定位底座 裝夾示圖彈性?shī)A頭活動(dòng)頂尖油缸連接桿 夾具裝配圖尾架頂尖片齒輪類零件工裝由尾架頂尖、底碗與彈性芯軸組成，裝夾的過程如下：1、零件通過機(jī)械手安放在底碗上，底碗端面與零件定位端面貼緊，保證零件裝夾時(shí)的端跳；2.彈性芯軸下降穿過零件內(nèi)孔，其上的彈性套受力膨脹脹緊零件內(nèi)孔，保證加工時(shí)零件與工作臺(tái)的同心度；3.尾架頂尖上的壓蓋壓下降壓緊零件另一端；整個(gè)裝夾過程完畢。彈性套的漲緊力與壓蓋的壓力都是通過液壓調(diào)節(jié)。定位底座尾架頂尖 裝夾示圖彈性

9、脹套油缸連接桿 夾具裝配圖尾架頂尖滾刀滾刀 滾刀實(shí)質(zhì)上是一個(gè)漸開線圓柱斜齒輪，其齒數(shù)很少，而螺旋角很大故外型呈蝸桿狀，該蝸桿稱之為滾刀的基本蝸桿，在經(jīng)過鏟背開槽就成了滾刀，常見的大部份滾刀的基本蝸桿為阿基米德蝸桿。由于滾刀的刀齒是按螺旋線分布的，所以邊緣上的幾個(gè)刀齒是不完整的刀齒，所以要在程序上去除此段長(zhǎng)度。 根據(jù)加工的零件不同滾刀一般分為三類：滾-磨（珩）滾刀、滾-梯滾刀，主要區(qū)別在于其刀齒齒頂凸角寬度是根據(jù)所加工零件的留磨、留剃余量進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的（下圖為BR3R-7100-AB二軸一檔的滾刀，零件磨齒余量為單邊0.01mm，所以滾刀凸角設(shè)計(jì)成0.095mm寬以滿足磨齒工藝的要求。 Kash

10、ifuji KN151滾齒機(jī)主要使用的是NACHI滾刀，基體由粉末冶金制成，強(qiáng)度、硬度、韌性、耐磨性高，采用TiN圖層，線速度可達(dá)160-200mm/min。滾刀的安裝滾刀的安裝 KN151滾齒機(jī)使用的是組合式滾刀（滾刀+芯軸與滾刀+軸套兩類），所以滾刀組裝完成后需要在滾刀徑跳檢測(cè)儀上校正好兩端徑跳（徑跳0.01mm），再安裝上刀架。芯軸芯軸滾刀跳動(dòng)的檢測(cè)與調(diào)整滾刀跳動(dòng)的檢測(cè)與調(diào)整滾刀滾刀軸套軸套+ + +滾刀滾刀1.右旋滾刀滾切右旋工件：= -02.右旋滾刀滾切左旋工件: = +03.左旋滾刀滾切左旋工件: = -0 4.左旋滾刀滾切右旋工件: = +0 滾刀的安裝角取決于滾刀的螺旋升角0和

11、被加工齒輪的旋向、螺旋角，具體情況如下： 5.5.設(shè)備輸入?yún)?shù)和產(chǎn)品參數(shù)計(jì)算設(shè)備輸入?yún)?shù)和產(chǎn)品參數(shù)計(jì)算 滾齒切削參數(shù)（設(shè)備輸入?yún)?shù)）主要是通過零件的加工節(jié)拍來確定的，通過加工節(jié)拍確定加工時(shí)的滾刀的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量，再根據(jù)轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量選定不同材質(zhì)、圖層的滾刀。下面以V6一軸為例進(jìn)行推倒。成品基本參數(shù)：成品基本參數(shù)：Z=29Mn=2n=17.5=31.5LHB=27.98（0/-0.35）da=75.07（0/-0.14)df=61.98(0/-0.26)dna=74.6(0/-0.47）dnf=65.1Sn=3.493(0/-0.02)fHa（C/D)=00.006fH(C/D)=00.006因?yàn)橐?/p>

12、軸為磨齒零件，磨齒余量為齒厚單邊0.1mm；第一次熱變形實(shí)驗(yàn)時(shí)假定齒厚熱變形量膨脹量為0.02mm，再換算成對(duì)應(yīng)的滾齒M值進(jìn)行試加工，通過幾輪熱變形實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，最終我們可以得到齒厚熱變形的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)（如下圖）：根據(jù)熱變形數(shù)據(jù)得出熱處理前后M值的變化量為0.087mm，通過換算齒厚熱處理前后的變化量為0.031mm得出：成品Sn：3.478熱處理法向齒厚Sn=3.678滾齒法向齒厚Sn=3.644減去熱變形量0.034mm加上留磨余量0.2mm1. Sn的確定最終確定：滾齒Sn=3.6440.012mm。通過換算可以得出M值與公法線的值。 因?yàn)閷?duì)齒厚的測(cè)量比較困難，所以采用檢測(cè)零件M值（跨棒距）

13、的方式來間接判斷齒厚是否合格。 M值的測(cè)量一般使用在線帶SPC站的M值測(cè)量臺(tái)或帶千分表的機(jī)械式M值測(cè)量臺(tái)，根據(jù)測(cè)球直徑不同測(cè)得的M值也不同。在新品開發(fā)時(shí)有時(shí)會(huì)遇見無測(cè)臺(tái)可用的情況，我們一般采用測(cè)量零件公法線替代檢測(cè)M值，也可以用量棒+高分辨率游標(biāo)卡尺。MARPOSS M值測(cè)量臺(tái)值測(cè)量臺(tái) 公法線千分尺公法線千分尺帶千分表的機(jī)械式帶千分表的機(jī)械式M M值測(cè)量臺(tái)值測(cè)量臺(tái)滾齒fH依然是通過幾輪熱變形實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整與最終確定的，推導(dǎo)過程如下：2. fH的確定等于成品fH:0熱處理fH:0滾齒fHD:24C:8減去熱變形量根據(jù)熱變形數(shù)據(jù)得出熱處理前后驅(qū)動(dòng)面fH的變化量為-0.024mm，從動(dòng)面fH的變化量為

14、-0.008mm,得出：最終確定：滾齒fH：D 24 C:8，fH的推導(dǎo)過程類似。3.dna、dnf的確定 滾齒有效漸開線起始點(diǎn)dnf與終止點(diǎn)dna的設(shè)計(jì)取決于零件齒形形狀與零件后續(xù)齒形加工余量，按以往經(jīng)驗(yàn)?zāi)X零件滾齒要求的dnf與dna一般比磨齒要求的相差0.5mm，珩齒零件一般相差0.3mm。確切的數(shù)值滾刀設(shè)計(jì)制造廠商會(huì)根據(jù)我們提供的成品齒形參數(shù)與留磨/珩/剃余量在滾刀設(shè)計(jì)軟件上進(jìn)行模擬后給出（如下圖）。在確定磨齒余量后，在滾刀模擬設(shè)計(jì)軟件上可以模擬出滾齒的dna/dnfda與df的推導(dǎo)過程與dna、dnf的類似。4.Fr、Fp、fp、fu的確定Fr、Fp、fp、fu與其公差是根據(jù)要求滾齒

15、達(dá)到要求的加工等級(jí)DIN7并綜合考慮后續(xù)齒形加工的方式與機(jī)床的加工精度進(jìn)行確定。最終得出：Fr=0.04Fp=0.05Fp=0.014fu-=0.018 熱處理fH與fH的要求與磨齒要求一致是為了減少磨齒切削余量，這樣有利于降低砂輪的損耗。 ds（起測(cè)點(diǎn)直徑通常設(shè)為比dnf小0.5mm，fH的推導(dǎo)過程與fH類似。齒形齒向的檢測(cè)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)詳見GCG_808006。最終得到的參數(shù)表如下圖： V6一軸齒輪參數(shù)表 V65一軸滾齒節(jié)40秒拍為，為了滿足節(jié)拍要求，我們要確定切削時(shí)的軸向進(jìn)給量，步驟如下：切削參數(shù)的確定：1.走刀次數(shù)的確定： 一般情況下零件Mn3時(shí)采用兩次走刀，V6一軸Mn=2，所以采用一次

16、走刀完成加工。2.切削長(zhǎng)度L的確定： L=L1+W+L2L=L1+W+L2（L1-切入行程，W-齒寬，L2-切出行程，保證零件完全滾出頭，一般取值為3mm ） L1=L4+L5 L1=L4+L5（L4-快速趨近行程，一般取值為3mm） L5= R2-(R-h)2=28.688mm L5= R2-(R-h)2=28.688mm（R=37.5mm-滾刀半徑，h-切入深度=全齒高=13.35mm） W=27.98（取齒寬的最大值，避免滾切時(shí)不出頭） L=L4+R2-(R-h)2+W+L2= 62.668mm L=L4+R2-(R-h)2+W+L2= 62.668mm3.滾刀轉(zhuǎn)速與軸向進(jìn)給量的確定：滾

17、刀轉(zhuǎn)速根據(jù)公式： N N（r/min)=1000r/min)=1000V/dV/d 100N1000 100N1000* *200/3.14200/3.14* *75=84975=849 因?yàn)楦鶕?jù)分齒運(yùn)動(dòng)滾刀轉(zhuǎn)速受限于滾刀與工作臺(tái)轉(zhuǎn)速的最大值，KN151滾齒機(jī)滾刀轉(zhuǎn)速的極限為100-1330r/min，工作臺(tái)轉(zhuǎn)速的極限為150r/min。 NNmaxminNNmaxmin（13301330，150150* *Z/Zw=150Z/Zw=150* *29/2=217529/2=2175）V（m/min)：滾刀線速度，NACHI滾刀線速度在160-200m/min范圍內(nèi)d(mm)：滾刀直徑=75mm

18、Z：零件齒數(shù)=29Zw：滾刀頭數(shù)=2根據(jù)分齒運(yùn)動(dòng)公式，滾刀轉(zhuǎn)速（N）越快，工作臺(tái)的轉(zhuǎn)速（Nw）也越快，導(dǎo)致軸向進(jìn)給速度（F，單位為mm/工作臺(tái)每轉(zhuǎn)）越快，從而導(dǎo)致滾刀磨損速度加快并使零件的齒形誤差、齒面粗糙度增大，所以在實(shí)際加工中需要通過試切并進(jìn)行調(diào)整，以滿足加工節(jié)拍、零件工藝要求、滾刀壽命這三方面的要求。通過幾輪試切驗(yàn)證，最終確定滾刀轉(zhuǎn)速： N=637r/minN=637r/min根據(jù)分齒運(yùn)動(dòng)公式： 工作臺(tái)轉(zhuǎn)速工作臺(tái)轉(zhuǎn)速Nw=Nw=滾刀轉(zhuǎn)速滾刀轉(zhuǎn)速* *滾刀頭數(shù)滾刀頭數(shù)/ /零件齒數(shù)零件齒數(shù) =637=637* *2/29=43.93r/min2/29=43.93r/min為保證加工時(shí)間在節(jié)

19、拍要求以內(nèi)，計(jì)算軸向進(jìn)給量： t=60t=60* *L/FL/F* *NwNw F60F60* *62.668/43.9362.668/43.93* *40=2.140=2.1（mm/T.rev)mm/T.rev) 因?yàn)镕越大，齒面的粗糙度越大，滾刀磨損越嚴(yán)重，加工出的零件齒面出現(xiàn)振紋、拉傷的狀況通過試切最終確定： F=2.5F=2.5（mm/T.rev)mm/T.rev) 滾齒程序的編制滾齒程序的編制G65G65：宏程序調(diào)用。P9000P9000：調(diào)出宏程序主線路。M M：滾刀模數(shù)A A：滾刀壓力角J J：滾刀頭數(shù)右旋滾刀使用正直左旋滾刀使用負(fù)值。C C:螺旋角（滾刀導(dǎo)程角）右旋滾刀使用正直

20、左旋滾刀使用負(fù)值。滾齒程序由滾刀程序與零件程序兩部分組成，M值在刀補(bǔ)界面與零件程序I指令中進(jìn)行調(diào)整。U375U375一軸滾刀程序：一軸滾刀程序：H H：切削深度（零件全齒高U/VU/V:滾刀竄刀起始位置/終止位置。W W：滾刀竄刀數(shù)，推薦值為1，通常根據(jù)實(shí)際加工時(shí)滾刀的磨損狀況進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)加工出的零件齒形誤差過大時(shí)應(yīng)增大竄刀數(shù)。M99M99：程序終止。零件程序：零件程序：G100G100：宏程序調(diào)用。Q Q：工件號(hào)，與程序號(hào)相同。M M:零件模數(shù)。Z Z：零件齒數(shù)。D D：齒頂圓直徑。B B：零件螺旋角。W W：零件齒寬。R R：第一次加工時(shí)滾刀轉(zhuǎn)速。F F：第一次加工時(shí)滾刀進(jìn)給量。I I：切

21、削深度調(diào)整量，用于M值的調(diào)整。H H：工作臺(tái)端面至齒面的距離（如下圖）。T T：滾刀號(hào)。J J：齒向形狀（詳見P28）。Y/XY/X：齒向數(shù)據(jù)（用于齒向錐度的調(diào)整）。K K:滾刀竄刀系數(shù)，竄刀量=滾刀竄刀系數(shù)*滾刀竄刀數(shù)=K*W。J：齒向形狀，分為直齒向形狀、鼓形齒向形狀與錐度齒向形狀三種。 因?yàn)槲覀兗庸さ漠a(chǎn)品都是非對(duì)稱的齒向，所以我們采用的是J302（一次切削）/J320（二次切削），通過更改B（螺旋角）與X/Y（齒向數(shù)據(jù)）實(shí)現(xiàn)fH的調(diào)整。30潛在失效模式潛在失效模式潛在的失效原因潛在的失效原因1、齒數(shù)不正確1、滾刀選用錯(cuò)誤2、工件毛坯尺寸不正確3、滾切斜齒輪時(shí)，附加運(yùn)動(dòng)方向不對(duì)潛在失效模式潛在失效模式潛在的失效原因潛在的失效原因2、齒面出棱1、滾刀齒形誤差太大2、滾刀刃磨后，分度超差3、滾刀軸向竄動(dòng)大4、滾刀徑向跳動(dòng)大5、滾刀刀刃用鈍6.PFMEA6.PFMEA內(nèi)容的展開與控制方法內(nèi)容的展開與控制方法31潛在失效模式潛在失效模式潛在的失效原因潛在的失效原因3、齒形不對(duì)稱1. 滾刀安裝不對(duì)中2. 滾刀刃磨后，前刀面徑向性誤差大3. 滾刀刃磨后，螺旋角或