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    1. 齒輪技術
      倒角-被低估的工件加工工藝

      發布時間:2021.07.29 10:19  瀏覽次數:  作者:朱志剛

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      GUIDE

      導讀



      齒輪倒角或者去毛刺在實際應用中正獲得越來越多的關注。為使生產過程盡可能高效,在齒輪完成切削后直接在機床上進行倒角正變得越來越重要。


      閱讀本文,你會發現這個看似簡單的工作到底有多復雜,以及新的倒角概念如何提高效率。




      為何錐齒輪要倒角或者去毛刺呢?

      原因各式各樣。在任何情況下,錐齒輪的齒槽凹面和工件外輪廓交接的邊緣都必須要倒角。

      這些地方通常是由于刀具離開材料后,或多或少會留下毛刺。它們非常尖利,必須要倒角才能避免劃傷。



      隨著錐齒輪刀具不斷磨損,齒槽凸面與外輪廓交接處也可能出現毛刺。所以也應該考慮此區域,必要時進行倒角操作。


      倒角的復雜性很大程度上取決于工件外輪廓的形狀,以及根據客戶的需求,確定倒角區域。

      在倒角區域,外輪廓可能是直的,也可能是其他各種輪廓形狀。對于直倒角,可使用倒角刀具輕松切削,只需一刀。而復雜的倒角區域一般不能采用這類簡易的方式,必須考慮多個倒角位置,進行多刀操作。



      直接在切削機床上倒角





      在切削機床外倒角(二次裝夾)一般需要更多步驟,必須重新確定倒角邊緣的參考位置,才能倒角。手動倒角,又隱藏著損壞工件的風險,而且耗時,所以,大部分情況下,避免手工倒角。


      Abb1.JPG

      圖1:倒角刀具


      因此,直接在切削機床上倒角更有效率。這樣,工件裝夾位置已經非常穩定,切削之后齒槽的位置也已知,即使經歷過多個調試步驟,也不會改變。

      不需要對齒槽位置進行重復定位,調試工作顯著減少。即使工件外形極其復雜,需要確定不同的倒角位置,它們的位置也保持不變,都能依次在熟悉的裝夾位置進行操作。

      加工時間縮短,優勢明顯。奧利康C系列錐齒輪切削機床,具有精準穩定的切削質量,可助力高效切削過程。

      這些機床也可進行復雜的倒角任務。實現精準倒角,同時倒角刀具的壽命也高。


      小結

      C系列機床上的高效倒角工藝

      直接在切削機床上經濟高效倒角。Klingelnberg(克林貝格)C系列切削機床支持一次裝夾進行高效錐齒輪切削以及復雜的倒角。



      模擬高復雜性要求





      在錐齒輪生產中,對于直接在切削機床上倒角,目前已經實現,同時頻率正在不斷增加。由于復雜程度不同,需要使用不同的技術方法進行調整,這些技術方法都必須滿足一個條件:避免碰撞。

      倒角刀具和齒槽間容易發生碰撞,導致另一齒面出現損壞。然而,也必須要考慮倒角刀具和夾具碰撞的情形。對大輪倒角時,出現碰撞不是非常嚴重。而對于小輪倒角,碰撞分析通常尤為重要。


      對該復雜任務進行模擬也可幫助分析工件/夾具與刀具運動的穿透性。分析包含三種不同的元素。這三種元素必須預先與特定切削機床能力兼容:

      1. 模擬刀頭數,定義倒角刀的幾何形狀

      倒角刀具包含硬質合金刀條,這些刀條夾緊在刀塊上。條形刀有不同的輪廓形狀和不同的工藝角度,方便適應各類要求。

      為了降低在機調試費用和刀具費用,盡量使用相同的倒角刀具來盡可能多地完成倒角任務。


      2XIN.jpg

      圖2:倒角工作所有部件三維圖

      圖3.png

      圖3:需要倒角的邊-工件邊緣與齒槽之間的切削區

      Abb.4-XIN.jpg

      圖4:裝夾的工件,綠色的代表倒角刀路徑 

      圖片5.png

      圖5:夾具輪廓和工件(紅色);所有倒角位置的碰撞范圍(綠色)


      2. 關于定義倒角刀刃的離開角度

      離開角度的選擇必須要避免倒角(本身也是鐵屑去除的操作)后的二次倒角操作。倒角刀具的幾何形狀和刀具運動在此處共同作用。

      為了完整的分析倒角任務,很有必要進行測試,確定覆蓋倒角區域需要多少刀。同時檢查每個刀具位置刀刃的離開角。

      盡可能對工件輪廓形狀進行精確描述,有利于優化倒角位置。越來越多的車削工件描述都進行數字化表示。工件輪廓能以圖文交換的形式導入到模擬工具中。

      3. 碰撞檢查及特定切削機床路徑檢查。

      必須進行與倒角側向對的齒面的碰撞測試以及與夾具的碰撞測試。測試中,倒角刀具的軌跡用足夠的空間擴展表示。夾具描述越精確,越有利于優化倒角位置,避免碰撞。

      Klingelnberg(克林貝格)夾具自動生成夾具輪廓,也可用DXF文件形式導入。倒角工作的測試和碰撞檢查可適應不同條件,如機床的配置和機床尺寸等。

      小結

      三元素模擬

      模擬幫助實現高復雜度倒角工藝。Klingelnberg(克林貝格)開發的模擬工具包含三個元素:

      ◢定義刀具幾何形狀

      ◢定義倒角刀具刀刃離開角度

      ◢碰撞與過程檢查


      機床軸數決定靈活性





      對于螺旋錐齒輪生產,市場上有不同的機床設計。不同的設計,對應不同的倒角方式。
      對于倒角的多樣性,可用軸數扮演重要的角色。可用的移動軌跡取決于工件的尺寸和裝夾配置,也會影響倒角的方式。

      和老式型號相比,新生代機床倒角的功能范圍得到明顯拓寬。現代機床配置強調完全倒角的能力,這也可反映出新生代機床倒角的發展。


      『 倒角的多功能性取決于可使用的機床軸數 


      機床使其差異


      復雜倒角在一次裝夾的實現

      高效倒角

      縮短加工時間

      提升競爭力



      工件倒角的不同方法





      倒角可采用不同的方法,也可進行組合。包含:

      1. 對于Klingelnberg(克林貝格)臥式切削機床,只有4根軸可用于倒角;采用單刀加工。也能在最終位置通過旋轉工件對齒根倒角。




      Abb.6.jpg

      圖6:倒角刀在齒根時的動作和單刀切削后,

      倒角邊緣的最后形狀


      2. 能在Klingelnberg(克林貝格)立式機床上實現多刀倒角,并且可同時使用6根數控軸。在大端區域,通過連續多刀倒角。圖7展示了5刀倒角的結果。




      Abb_7.jpg

      圖7:倒角刀在5個不同加工位置切削后的輪廓


      因為齒面在齒廓上有明顯的連續彎曲,三刀即可改善,同時工件背錐存在特殊輪廓的改變。這就需要再進行一次傾斜角極大的切削。

      最后,對齒根間隙施加急轉一刀。對于每個倒角位置,刀具都從齒槽退出,然后重新定位至下個位置。

      3. 密集刀法也能在6根數控軸同時操作的Klingelnberg(克林貝格)立式機床上使用。通過無數極其靠近的切削可以對連續的邊沿進行倒角。

      該方法的特殊之處在于,當倒角位置從一處移動到另一處時,刀頭并不離開齒槽,而是沿著倒角位置以較高的進給速度移動。主要由刀尖圓角處完成切削。


      Abb_8.jpg

      圖8:倒角刀在不同位置切削后的輪廓


      工件倒角的方法


      單刀法

      帶四軸的臥式機床

      奧利康C27,C42和C60錐齒輪切齒機


      多刀法

      帶6根數控軸的立式機床

      奧利康C29,C30和C50錐齒輪切齒機


      密集刀法

      帶6根數控軸的立式機床

      奧利康C29,C30和C50錐齒輪切齒機



      新耦合運動優化碰撞曲線





      工件的倒角方法是基于連續運動的原理。這可以大大地縮短輔助時間,進而縮短整個倒角時間。連續的工作原理需要倒角刀具軸和工件軸進行耦合。

      耦合運動被定義成工件齒面向倒角刀的移動。該運動需要與倒角刀軌跡相關的特殊空間擴展。在很多倒角任務中,軌跡相對于碰撞的空間擴展是至關重要的挑戰。




      Abb.9 Left.jpg
      Abb.9-right.jpg

      圖9:同一倒角任務,兩種耦合情況的比較



      因此Klingelnberg(克林貝格)開發了一種方法來創建這種耦合運動,讓工件齒面向遠離倒角刀具的方向移動。

      這種耦合關系軌跡的空間擴展外形完全不同,需要的空間更少。這種倒角原理對易于發生碰撞的任務效果更好。






      結論


      看似簡單的在機倒角任務其實相當復雜。

      這可從倒角的多樣性以及確定過程參數的困難度看出,例如碰撞的風險。


      由Klingelnberg(克林貝格)開發的模擬工具對此提供了有力支持:在模擬時確定的機床設置可直接導入切削機床,幫助加工真正無毛刺的工件清除了障礙。


      更多的解決方案和需求表明對于客戶來說在切削機床上直接倒角是多么重要。


      這也清晰地展示了Klingelnberg(克林貝格)等公司為應對市場上特殊客戶需求而采取的高度個性化的方法。




      小結

      新的倒角原理-更加高效

      工件齒面和倒角刀具新耦合運動,助力高碰撞風險的任務。


      大昌華嘉齒輪應用技術總監朱志剛編譯

      源文件:GEARS inline 05 | 2018


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