動(dòng)態(tài)仿真在滾刀代用中的應(yīng)用

郝傳海，李　炎

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動(dòng)態(tài)仿真在滾刀代用中的應(yīng)用

郝傳海1，李炎2

摘要：工程機(jī)械齒輪加工中，滾刀的地位尤為重要，采用常規(guī)定制專用滾刀模式，面臨成本高、周期長(zhǎng)的問(wèn)題。以工程機(jī)械終傳動(dòng)配對(duì)齒輪為例，闡述了動(dòng)態(tài)仿真在加工齒輪軸新產(chǎn)品滾刀代用中的應(yīng)用，為公司加快新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供了思路。

關(guān)鍵詞：滾齒；動(dòng)態(tài)仿真；滾刀代用

在齒輪加工中，齒輪粗加工工序一般都采用滾齒方法加工。相對(duì)于其他加工方法，滾齒加工具有生產(chǎn)效率高、刀具壽命長(zhǎng)、大批量生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)，故被廣泛應(yīng)用。但滾刀的生產(chǎn)周期長(zhǎng)，在新產(chǎn)品加工中單件產(chǎn)品加工需要定制滾刀，面臨成本高、周期長(zhǎng)的問(wèn)題。因此，滾刀代用是實(shí)際生產(chǎn)中常用的辦法，不過(guò)，傳統(tǒng)的滾刀代用采用理論計(jì)算，工作量大、耗時(shí)長(zhǎng)，而且還難以直觀展現(xiàn)[1-2]。本文介紹的滾刀代用方法在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)滾刀代用方法的不足，可操作性和應(yīng)用性更強(qiáng)。

1代用滾刀理論依據(jù)

齒輪軸一類齒輪是工程機(jī)械中常見(jiàn)齒輪，加工工序如下：調(diào)質(zhì)-粗滾齒-淬火-高溫回火-磨齒。滾刀代用應(yīng)安排在粗滾齒階段，即粗滾齒加工后的齒形不必與理論齒形(設(shè)計(jì)齒形)完全相符，但要為后序加工留有合適加工余量。

代用滾刀理論依據(jù)有[3]：①滾刀與被加工齒輪的法向模數(shù)必須相同；②滾刀的齒形角應(yīng)等于齒輪的分度圓法向壓力角；③代用滾刀加工齒輪時(shí)，實(shí)際加工的齒形與理論齒形存在誤差，但理論齒形必須包容在實(shí)際加工出的齒輪實(shí)體之內(nèi)。這里③包含兩個(gè)具體條件：一是被加工齒輪齒根圓達(dá)到要求，不會(huì)與嚙合齒輪齒頂圓產(chǎn)生干涉，并有足夠的頂隙；二是加工余量符合工廠實(shí)際加工能力需求。

2實(shí)例驗(yàn)證

2.1　流程方案

滾刀代用操作步驟分為4個(gè)階段，如圖1所示。首先是搜集數(shù)據(jù)階段，需要從齒輪和滾刀設(shè)計(jì)圖紙中整理齒輪和滾刀參數(shù)，包括模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、中心距等信息；其次是處理數(shù)據(jù)階段，根據(jù)齒輪和滾刀數(shù)據(jù)，篩選出與被加工齒輪模數(shù)相同的滾刀，并借用AUTOCAD軟件繪制齒輪和滾刀動(dòng)態(tài)仿真圖；再次是分析判斷階段，主要判斷加工余量是否符合條件(具體加工余量可根據(jù)公司熱處理變形和磨齒效率確定)，粗加工有無(wú)過(guò)切現(xiàn)象等等;最后將初步判定合格的滾刀安裝到滾齒機(jī)上試加工，熱處理后根據(jù)齒輪精度要求選用磨齒工序、精滾工序、剃齒工序等方法加工至成品。

圖1　滾刀代用流程圖Fig.1　Flowchart of Hob Alternative

2.2　實(shí)例驗(yàn)證

以公司某一機(jī)型工程機(jī)械產(chǎn)品終傳動(dòng)I和II配對(duì)齒輪為例,I為齒輪軸產(chǎn)品(具體參數(shù)如表1)，II為大齒圈產(chǎn)品。II為公司常規(guī)產(chǎn)品，I為公司承擔(dān)新產(chǎn)品，根據(jù)滾刀代用理論，現(xiàn)計(jì)劃將加工齒輪II的刮前滾刀代用來(lái)加工齒輪I產(chǎn)品。

表1　配對(duì)齒輪I和II參數(shù)

借助AUTOCAD軟件繪制滾刀動(dòng)態(tài)仿真圖和I理論齒輪圖，如圖2~圖3所示。圖3為圖2中局部齒放大圖，A代表理論齒輪漸開(kāi)線起始點(diǎn)，B代表代用滾刀加工齒輪漸開(kāi)線起始點(diǎn)，B點(diǎn)落在A下方，說(shuō)明代用滾刀動(dòng)態(tài)仿真產(chǎn)生的齒形漸開(kāi)線符合設(shè)計(jì)齒輪對(duì)漸開(kāi)線的要求；漸開(kāi)線一側(cè)的加工余量為0.38 mm，符合公司熱處理以及磨齒后續(xù)加工對(duì)加工余量0.3 mm的要求；代用滾刀加工的齒輪齒底比設(shè)計(jì)齒輪過(guò)量0.57 mm，可以判定用此代用滾刀加工出的齒輪避免了磨齒工序中砂輪對(duì)齒輪底部的破壞，而且與配對(duì)齒輪不會(huì)發(fā)生加工干涉。

經(jīng)滾刀加工并熱處理后通過(guò)磨齒工序加工至成品，經(jīng)檢驗(yàn)完全滿足設(shè)計(jì)要求。

3結(jié)論

滾刀代用理論的具體應(yīng)用為公司加快新產(chǎn)品

圖2　代用滾刀動(dòng)態(tài)仿真圖Fig.2　Dynamic Simulation of Hob Alternative

圖3　滾刀加工動(dòng)態(tài)仿真局部齒放大圖Fig.3　Amplification Graph of Local Hob Gear Machining Dynamic Simulation

開(kāi)發(fā)提供了思路，具有縮短定制新刀具周期，加快開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品進(jìn)度的顯著優(yōu)點(diǎn)。本文通過(guò)滾刀動(dòng)態(tài)仿真加工，提出了借助軟件界面形象化、快速化、準(zhǔn)確化判斷代用滾刀的新方法，該方法同樣可以應(yīng)用在不同機(jī)型齒輪滾刀之間代用進(jìn)行判定。

參考文獻(xiàn)：

[1]李榮強(qiáng)，翟小安.齒輪粗加工中滾刀代用方法[J].工具技術(shù)，2013，47(1)：72-73.

[2]孫建華，于繼龍.代用滾刀的選擇與計(jì)算[J].工具技術(shù)，1999，33(6)：26-28.

[3]權(quán)中華，武永福，李濤濤.粗加工滾刀代用的計(jì)算與分析[J].金屬加工(冷加工)，2014(7):58-59.

Application of Dynamic Simulation in replacement Gear Hobs

HAO Chuanhai1,LI Yan2

(責(zé)任編輯：張英健)

Abstract：In methods of gear machining, hobbing is widely applied. Hobs occupy an important place in construction machinery gears. It takes a long time to produce gear hobs. According to the mode of conventional customization special hobs, it is possible to have a problem of high cost and long time. Therefore, taking engineering machinery final drive mating gear as an example，this paper discusses the application of dynamic simulation in replacement gear hobs for a new type of gear shaft. It provides a guideline to accelerate the development of new products for the company.

Keywords：Hobs; Dynamic Simulation; Replacement Gear Hobs

作者簡(jiǎn)介：郝傳海(1985-)，男，山東齊河人，助理講師，碩士，主要研究方向?yàn)楦咝Ъ庸?、CAD/CAPP/CAM和數(shù)控技術(shù)。

收稿日期：2015-01-15

中圖分類號(hào)：TH16

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-5322(2015)02-0026-02

doi:10.16018/j.cnki.cn32-1650/n.201502005