滾齒工藝培訓

1、 滾齒工藝培訓滾齒工藝培訓 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.滾齒設備（加工設備和檢測設備）原理- 設備的整體結構- 傳動原理- 工裝結構及原理5.設備輸入?yún)?shù)和產品參數(shù)計算6.PFMEA內容的展開與控制方法- 工裝- 設備- 檢具- 來料7.考試2二、內容二、內容1、滾齒工序的輸出、滾齒工序的輸出： 滾齒過程是對零件齒形、齒向的粗加工，再經過熱處理變形+磨齒、珩齒對齒形精加工或剃齒+熱處理變形，最終得到產品要求的齒輪參數(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dnf 有效漸開線終止點Fp齒距累計誤差Fr齒圈徑向跳動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dnf 有效漸開線終止點Fp齒距累計誤差Fr齒圈徑向跳動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。當滾齒旋轉一周時，相當于齒條在法向移動一個或多個齒距（根據(jù)滾刀頭數(shù)而定），滾刀的連續(xù)傳動，猶如一根無限長的齒條在連續(xù)

3、移動。當滾刀與毛坯間嚴格按照齒輪與齒條的傳動比強制嚙合傳動時，滾刀刀齒在一系列位置上的包絡線就形成了工件的漸開線齒形。隨著滾刀的垂直進給，即可滾切出所需的漸開線齒廓。滾齒加工運動：滾齒加工運動：主運動主運動 滾刀的回轉運動稱為主運動。分齒運動分齒運動強制齒輪坯與滾刀保持與齒條的嚙合運動關系的運動稱為分齒運動。垂直進給運動垂直進給運動滾刀沿被切齒輪軸向的移動，即為垂直進給運動。附加運動附加運動當滾刀延工件軸線的移動量等于齒輪分度圓上的螺旋導程P時，齒坯再分度圓運動的基礎上正好附加多轉一轉，即為附加運動。分齒運動公式：分齒運動公式：工作臺轉速（工作臺轉速（r/minr/min）=K=Kn/zn/z

4、n-滾刀轉速K-滾刀頭數(shù)z-被加工齒輪齒數(shù)）附加運動公式：附加運動公式：工作臺附加轉速（工作臺附加轉速（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-滾刀軸向進給速度p-齒輪螺旋導程：p=dtan 加工斜齒輪時，除了滾刀回轉運動、工作臺分齒運動與滾刀垂直進給運動外，還增加了一個附加運動，所以加工時工作臺的實際轉速是由分齒運動與附加運動合成的，具體運動如下：工作臺實際轉速工作臺實際轉速=Kn/z=Kn/z（1 1f/pf/p）（滾刀與被切斜齒輪旋向相同時為+，相反時為-）3 3、設備（加工設備和檢測設備）原理、設備（加工設備和檢測設備）原理 南昌

5、工廠滾齒機種類如下： 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滾齒機為例進行介紹。設備的整體結構設備的整體結構 KN151滾齒機的主要組成部分包括：1.機床控制面板2.工作臺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.機械手自動上料機構機床控制面板機床控制面板工作臺工作臺刀架刀架尾架尾架機械手機械手氣

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滾齒機主要技術性能。在產品滾齒工藝開發(fā)前期的可行性分析時我們可以根據(jù)機床的主要技術性能來初步確定產品是否可以在機床上加工，給定切削參數(shù)是否能在機床上實現(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最大滾刀架回轉角度45最小最大齒數(shù)4/1000工作臺最高轉速150轉/分工作范圍工作范圍滾刀至工作臺中距離15-150mm工作臺至支撐頂尖距離190-800mm滾刀轉速與進給速滾刀轉速與進給速度度最

7、大滾刀轉速（無極變速）100-1330轉/分軸向進給速度（無級變速）0.01-10mm/轉徑向進給速度（無級變速）0.01-10mm/轉最大滾刀竄刀行程150mm滾刀滾刀最大滾刀尺寸直徑長度130mm 180mm主軸錐端錐度N.T.40工裝結構及原理工裝結構及原理 KN151滾齒機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、彈性夾頭與底座頂尖組成，具體裝夾過程如下：1.零件通過機械手安放在底碗上，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，同時工裝底座內的活動頂尖提供一個向上的支撐力，通過兩頂尖的定位與頂緊以保證零件加工時的同軸度；3.零件頂

8、緊后，機床底部的油缸通過連接桿下拉彈性夾頭從而夾緊零件外圓，以防止零件在加工過程中發(fā)生錯位。整個裝夾過程完畢。頂尖與彈性夾頭的夾緊力都是通過液壓調節(jié)的。尾架頂尖定位底座 裝夾示圖彈性夾頭活動頂尖油缸連接桿 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，保證零件裝夾時的端跳；2.彈性芯軸下降穿過零件內孔，其上的彈性套受力膨脹脹緊零件內孔，保證加工時零件與工作臺的同心度；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 滾刀實質上是一個漸開線圓柱斜齒輪，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，所以邊緣上的幾個刀齒是不完整的刀齒，所以要在程序上去除此段長度。 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、留剃余量進行設計制造的（下圖為BR3R-7100-AB二軸一檔的滾刀，零件磨齒余量為單邊0.01mm，所以滾刀凸角設計成0.095mm寬以滿足磨齒工藝的要求。 Kash

10、ifuji KN151滾齒機主要使用的是NACHI滾刀，基體由粉末冶金制成，強度、硬度、韌性、耐磨性高，采用TiN圖層，線速度可達160-200mm/min。滾刀的安裝滾刀的安裝 KN151滾齒機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。芯軸芯軸滾刀跳動的檢測與調整滾刀跳動的檢測與調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.設備輸入?yún)?shù)和產品參數(shù)計算設備輸入?yún)?shù)和產品參數(shù)計算 滾齒切削參數(shù)（設備輸入?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)拍確定加工時的滾刀的轉速、進給量，再根據(jù)轉速、進給量選定不同材質、圖層的滾刀。下面以V6一軸為例進行推倒。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因為一

12、軸為磨齒零件，磨齒余量為齒厚單邊0.1mm；第一次熱變形實驗時假定齒厚熱變形量膨脹量為0.02mm，再換算成對應的滾齒M值進行試加工，通過幾輪熱變形實驗進行調整，最終我們可以得到齒厚熱變形的準確數(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。 因為對齒厚的測量比較困難，所以采用檢測零件M值（跨棒距）

13、的方式來間接判斷齒厚是否合格。 M值的測量一般使用在線帶SPC站的M值測量臺或帶千分表的機械式M值測量臺，根據(jù)測球直徑不同測得的M值也不同。在新品開發(fā)時有時會遇見無測臺可用的情況，我們一般采用測量零件公法線替代檢測M值，也可以用量棒+高分辨率游標卡尺。MARPOSS M值測量臺值測量臺 公法線千分尺公法線千分尺帶千分表的機械式帶千分表的機械式M M值測量臺值測量臺滾齒fH依然是通過幾輪熱變形實驗進行調整與最終確定的，推導過程如下：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)得出熱處理前后驅動面fH的變化量為-0.024mm，從動面fH的變化量為

14、-0.008mm,得出：最終確定：滾齒fH：D 24 C:8，fH的推導過程類似。3.dna、dnf的確定 滾齒有效漸開線起始點dnf與終止點dna的設計取決于零件齒形形狀與零件后續(xù)齒形加工余量，按以往經驗磨齒零件滾齒要求的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)值滾刀設計制造廠商會根據(jù)我們提供的成品齒形參數(shù)與留磨/珩/剃余量在滾刀設計軟件上進行模擬后給出（如下圖）。在確定磨齒余量后，在滾刀模擬設計軟件上可以模擬出滾齒的dna/dnfda與df的推導過程與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、達到要求的加工等級DIN7并綜合考慮后續(xù)齒形加工的方式與機床的加工精度進行確定。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（起測點直徑通常設為比dnf小0.5mm，fH的推導過程與fH類似。齒形齒向的檢測與評價標準詳見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，我們要確定切削時的軸向進給量，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.滾刀轉速與軸向進給量的確定：滾

17、刀轉速根據(jù)公式： N N（r/min)=1000r/min)=1000V/dV/d 100N1000 100N1000* *200/3.14200/3.14* *75=84975=849 因為根據(jù)分齒運動滾刀轉速受限于滾刀與工作臺轉速的最大值，KN151滾齒機滾刀轉速的極限為100-1330r/min，工作臺轉速的極限為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)分齒運動公式，滾刀轉速（N）越快，工作臺的轉速（Nw）也越快，導致軸向進給速度（F，單位為mm/工作臺每轉）越快，從而導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，所以在實際加工中需要通過試切并進行調整，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。通過幾輪試切驗證，最終確定滾刀轉速： N=637r/minN=637r/min根據(jù)分齒運動公式： 工作臺轉速工作臺轉速Nw=Nw=滾刀轉速滾刀轉速* *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為保證加工時間在節(jié)

19、拍要求以內，計算軸向進給量： 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) 因為F越大，齒面的粗糙度越大，滾刀磨損越嚴重，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：宏程序調用。P9000P9000：調出宏程序主線路。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值。C C:螺旋角（滾刀導程角）右旋滾刀使用正直

20、左旋滾刀使用負值。滾齒程序由滾刀程序與零件程序兩部分組成，M值在刀補界面與零件程序I指令中進行調整。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)實際加工時滾刀的磨損狀況進行調整，當加工出的零件齒形誤差過大時應增大竄刀數(shù)。M99M99：程序終止。零件程序：零件程序：G100G100：宏程序調用。Q Q：工件號，與程序號相同。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：第一次加工時滾刀轉速。F F：第一次加工時滾刀進給量。I I：切

21、削深度調整量，用于M值的調整。H H：工作臺端面至齒面的距離（如下圖）。T T：滾刀號。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。 因為我們加工的產品都是非對稱的齒向，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)）實現(xiàn)fH的調整。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、滾刀選用錯誤2、工件毛坯尺寸不正確3、滾切斜齒輪時，附加運動方向不對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、滾刀軸向竄動大4、滾刀徑向跳動大5、滾刀刀刃用鈍6.PFMEA6.PFMEA內容的展開與控制方法內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、齒形不對稱1. 滾刀安裝不對中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