1 插齒加工原理及直齒圓柱內(nèi)齒輪加工
特點(diǎn)研究
1 . 1 插齒加工原理
內(nèi)齒輪加工原理與外齒輪加工原理基本一致, 本文通過插齒機(jī)加工外齒輪原理對(duì)插齒加工原理進(jìn)行分析。如(圖1),為插齒機(jī)采取滾刀法加工外齒輪原理示意圖:
在插齒機(jī)加工齒輪過程中, 齒輪插刀與被切齒輪工件之間的運(yùn)動(dòng)類似于一對(duì)嚙合傳動(dòng)齒輪,在進(jìn)行插齒作業(yè)時(shí),齒輪插刀則會(huì)沿著上圖中Z 軸方向即工件軸向進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng), 通過直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行工件切割, 切出齒寬;在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中, 插齒刀與被切工件齒輪進(jìn)行無間隙嚙合運(yùn)動(dòng),完成一圈嚙合運(yùn)動(dòng)后,插齒刀按照上圖中X軸方向作一次徑向進(jìn)給, 循環(huán)操作并完后所有齒輪加工。
1 . 2 直齒圓柱內(nèi)齒輪加工特點(diǎn)研究
內(nèi)齒輪相對(duì)一般齒輪, 其加工空間十分有限, 空間限制為內(nèi)齒輪加工帶來了較大難度, 不利于加工磨削, 采取精插削工藝,可以有效提高內(nèi)齒輪加工精度。應(yīng)用插削進(jìn)行工件加工, 其加工精度一般控制在IT6-IT8范圍內(nèi),表面粗糙度可以控制在Ra0.63-2.5范圍內(nèi);直齒圓柱內(nèi)齒輪加工要求齒輪齒形其誤差較小,齒面精度較高;在進(jìn)行直齒圓柱內(nèi)齒輪加工過程中, 存在著空程問題,生產(chǎn)效率較低;插齒機(jī)與插齒。
刀剛度偏低, 容易對(duì)直齒圓柱內(nèi)齒輪加工質(zhì)量及精度造成較大影響。
為保證直齒圓柱內(nèi)齒輪加工速整體質(zhì)量,應(yīng)進(jìn)一步提高插齒刀制造精度,保證插齒刀安裝精度, 降低加工過程中圓周進(jìn)給量,為提高插齒機(jī)與插齒刀強(qiáng)度及其剛度,應(yīng)充分保證夾緊工件安裝牢固性及正確性。實(shí)現(xiàn)內(nèi)齒輪加工質(zhì)量的關(guān)鍵,還應(yīng)合理控制加工過程中刀具徑向進(jìn)給量與軸向進(jìn)給速度。本文重點(diǎn)對(duì)直齒圓柱內(nèi)齒輪加工插齒刀穩(wěn)定進(jìn)給條件進(jìn)行研究。
2 直齒圓柱內(nèi)齒輪加工刀具受力狀況分析
直齒圓柱內(nèi)齒輪在進(jìn)行切削加工的過程中,當(dāng)插齒刀切削所產(chǎn)生的合力在x、y、z三個(gè)軸向中所存在的分力Fx、Fy、Fz,其分力對(duì)z 軸向中的主進(jìn)給運(yùn)動(dòng)影響最小時(shí)其切削過程較為穩(wěn)定,在這種狀態(tài)下所切削出的齒輪質(zhì)量最為優(yōu)良。(圖2)為直齒圓柱內(nèi)齒輪加工刀具受力狀態(tài)示意圖:
插齒刀切削合力中分力Fz屬于z 軸方向主切削力, F z 切削力占全部切削力的80%-90%,屬于插齒機(jī)床零件設(shè)計(jì)、插齒刀具計(jì)算、插齒機(jī)床功率確定等基本性依據(jù)。Fz切削力直接作用于切削齒輪工件,在切削運(yùn)動(dòng)中切出齒輪齒形, 在切削過程中為保持切削平衡, 由插齒機(jī)床工作平臺(tái)提供支撐反力。然而在內(nèi)齒輪切削過程中,進(jìn)行金屬切削所需要的切削力是不斷變化的,插齒刀隨著z軸方向逐漸下移,在這個(gè)過程中,切削金屬抗力降低,金屬切削所需要的切削力則逐漸發(fā)生了變化, 這種變化過程導(dǎo)致內(nèi)齒輪加工過程的不穩(wěn)定。此外,隨著切削沿x軸方向切削深度的加大,其切削面積也出現(xiàn)一定變化,同樣為齒輪加工穩(wěn)定性造成影響。為穩(wěn)定插齒刀切削進(jìn)給,應(yīng)合理控制徑向進(jìn)給量與z軸方向進(jìn)給速度。
插齒刀切削合力中分力Fx屬于x 軸方向中的切削力,Fx切削分力占全部切削力的3%-5%,屬于工件撓度計(jì)算、插齒刀具加工、插齒機(jī)床強(qiáng)度設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。Fx切削分力配合Fz主切削分力進(jìn)行齒輪加工,在保證徑向切削深度中發(fā)揮著重要作用。Fx切削分力主要是由插齒機(jī)刀架抗力及刀桿抗力實(shí)現(xiàn)加工合力平衡。插齒刀切削合力中分力Fy屬于y軸方向中的切削力,屬于進(jìn)給功率計(jì)算、齒輪機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要依據(jù),Fy切削分力平衡主要是由是機(jī)床夾具來實(shí)現(xiàn)。
通過綜合研究獲得, 研究切削力作用下進(jìn)給穩(wěn)定條件,實(shí)質(zhì)上是進(jìn)行插齒刀沿z軸方向切削進(jìn)給量的穩(wěn)定條件以及沿x軸方向切深進(jìn)給穩(wěn)定條件的研究。
3 直齒圓柱內(nèi)齒輪加工穩(wěn)定進(jìn)給條件研究
為保證被切工件全齒高切削質(zhì)量, 要求插齒刀全齒高在尺寸上較之加工工件較大,插齒刀截面示意圖如下:
根據(jù)( 圖3) 可以獲知, 插齒刀全齒高h=ha+hf+c,則插齒刀齒頂寬度b為:
其中h代表全齒高,ha代表插齒刀齒頂高度,hf代表插齒刀齒根高度,c代表被加工齒輪頂隙,c*代表頂隙系數(shù),m代表插齒刀模數(shù),a代表壓力角,b代表齒頂寬度,ha*代表齒頂高系數(shù)。
為實(shí)現(xiàn)切削進(jìn)給穩(wěn)定, 要求每一齒被切削面積保持一致,切削力Fz相等,保持切削進(jìn)給平穩(wěn)性,最終完成所有齒形加工。在內(nèi)齒輪加工過程中,插刀刀桿沿z軸方向進(jìn)行垂直切削進(jìn)給時(shí),承受著徑向反力Fx作用,容易出現(xiàn)插刀刀桿變形問題,對(duì)齒輪加工精度及質(zhì)量造成影響,為此,應(yīng)提高刀桿強(qiáng)度與刀桿剛度,避免出現(xiàn)變形問題,實(shí)現(xiàn)齒輪加工質(zhì)量。通過滿足切削進(jìn)給穩(wěn)定條件,實(shí)現(xiàn)直齒圓柱齒輪加工質(zhì)量。
4 結(jié)語
內(nèi)齒輪傳動(dòng)因其傳動(dòng)比較大, 承載能力強(qiáng),可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷變速傳動(dòng),在機(jī)械設(shè)備加工與制造中應(yīng)用十分廣泛。為保證內(nèi)齒輪加工質(zhì)量,多采取插削加工法。本文在研究插齒加工原理及直齒圓柱內(nèi)齒輪加工特點(diǎn)基礎(chǔ)上, 對(duì)直齒圓柱內(nèi)齒輪加工刀具受力狀況與刀具切削進(jìn)給穩(wěn)定條件進(jìn)行研究。在進(jìn)行直齒圓柱內(nèi)齒輪切削加工過程中,滿足其切削進(jìn)給穩(wěn)定條件,提高對(duì)內(nèi)齒輪加工精度及表面質(zhì)量的控制, 有效提高齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)性、準(zhǔn)確性與傳動(dòng)承載能力,實(shí)現(xiàn)齒輪加工與應(yīng)用的綜合效益。
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