齿轮是能彼此符合的有齿的机械零件,齿轮传动可完成减速、增速、变向等功能。它在机械传动及整个机械领域中运用极其广泛。本文对齿轮类零件的加工工艺做归纳总结。
1
齿轮的功用、结构
齿轮虽然由于它们在机器中的功用不同而规划成不同的形状和尺度,但总可划分为齿圈和轮体两个部分。常见的圆柱齿轮有以下几类(下图):盘类齿轮、套类齿轮、内齿轮、轴类齿轮、扇形齿轮、齿条。其中盘类齿轮运用广。
圆柱齿轮的结构方法
一个圆柱齿轮能够有一个或多个齿圈。普通的单齿圈齿轮工艺性好;而双联或三联齿轮的小齿圈往往会遭到台肩的影响,约束了某些加工办法的运用,一般只能选用插齿。假如齿轮精度要求高,需求剃齿或磨齿时,一般将多齿圈齿轮做成单齿圈齿轮的组合结构。
2圆柱齿轮的精度要求
齿轮本身的制作精度,对整个机器的工作性能、承载能力及运用寿命都有很大影响。根据齿轮的运用条件,对齿轮传动提出以下几方面的要求:
1.
运动精度
要求齿轮能准确地传递运动,传动比安稳,即要求齿轮在一转中,转角差错不---一定范围。
2,
工作平稳性
要求齿轮传递运动平稳,冲击、振荡和噪声要小。这就要求约束齿轮转动时瞬时速比的改变要小,也就是要约束短周期内的转角差错。
3.
触摸精度
齿轮在传递动力时,为了不致因载荷分布不均匀使触摸应力过大,引起齿面过早磨损,这就要求齿轮工作时齿面触摸要均匀,并---有一定的触摸面积和符合要求的触摸位置。
4.
齿侧空隙
要求齿轮传动时,非工作齿面间留有一定空隙,以储存润滑油,补偿因温度、弹性变形所引起的尺度改变和加工、安装时的一些差错。
3齿轮的资料
齿轮应按照运用的工作条件选用适宜的资料。齿轮资料的挑选对齿轮的加工性能和运用寿命都有直接的影响。
一般齿轮选用中碳钢(如45钢)和低、中碳合金钢,如20cr、40cr、20crmnti等。2要求较高的重要齿轮可选用38crmoala氮化钢,非传力齿轮也能够用铸铁、夹布胶木或尼龙等资料。
4齿轮的热处理
齿轮加工中根据不同的意图,组织两种热处理工序:
1.
毛坯热处理
在齿坯加工前后组织预先热处理正火或调质,其首要意图是消除铸造及粗加工引起的剩余应力、---资料的可切削性和进步归纳力学性能。
2.
齿面热处理
齿形加工后,为进步齿面的硬度和耐磨性,常进行渗碳淬火、高频感应加热淬火、碳氮共渗和渗氮等热处理工序。
5齿轮毛坯
齿轮的毛坯方法首要有棒料、锻件和铸件。棒料用于小尺度、结构简单且对强度要求低的齿轮。当齿轮要求强度高、耐磨和耐冲击时,多用锻件,直径大于400~600mm的齿轮,常用铸造毛坯。
为了削减机械加工量,对---、低精度齿轮,能够直接铸出轮齿;关于小尺度、形状复杂的齿轮,可用精细铸造、压力铸造、精细铸造、粉末冶金、热轧和冷挤等新工艺制作出具有轮齿的齿坯,以进步劳动出产率、节省原资料。
6齿坯的机械加工计划的挑选
关于轴齿轮和套筒齿轮的齿坯,其加工进程和一般轴、套基本相似,现首要讨论盘类齿轮齿坯的加工进程。齿坯的加工工艺计划首要取决于齿轮的轮体结构和出产类型。
1 大批很多出产的齿坯加工
大批很多加工中等尺度齿坯时,多选用“钻一拉一多刀车”的工艺计划。
(1)以毛坯外圆及端面定位进行钻孔或扩孔。
(2)拉孔。
(3)以孔定位在多刀半自动车床上粗精车外圆、端面、切槽及倒角等。
这种工艺计划由于选用机床能够组成流水线或自动线,所以出产。
2.
成批出产的齿坯加工
成批出产齿坯时,常选用“车一拉一车”的工艺计划
(1)以齿坯外圆或轮毅定位,精车外圆、端面和内孔。
(2)以端面支承拉孔(或花键孔)。
(3)以孔定位精车外圆及端面等。
这种计划可由卧式车床或转塔车床及拉床实现。它的特点是加工安稳,出产效率较高。
当齿坯孔有台阶或端面有槽时,能够充分利用转塔车床上的多刀来进行多工位加工,在转塔车床上一次完成齿坯的加工。
7轮齿加工办法
齿轮齿圈的齿形加工是整个齿轮加工的中心。齿轮加工有许多工序,这些都是为齿形加工服务的,其意图在于终究获得符合精度要求的齿轮。
按照加工原理,齿形可分为成形法和展成法。成形法是用与被切齿轮齿槽形状相符的成形刀具切出齿面的办法,如铣齿、拉齿和成型磨齿等。
展成法是齿轮刀具与工件按齿轮副的啮合关系作展成运动切出齿面的办法,如滚齿、插齿、剃齿、磨齿和珩齿等。
齿形加工计划的挑选,首要取决于齿轮的精度等级、结构形状、出产类型及出产条件,关于不同的精度等级的齿轮,常用的齿形加工计划如下:
(1)8级精度以下齿轮
调质齿轮用滚齿或插齿就能满足要求。关于淬硬齿轮可选用:滚(插)齿—齿端加工—淬火—校对孔的加工计划。但淬火前齿形加工精度应进步一级。
(2)6-7级精度齿轮
关于淬硬齿轮可选用:粗滚齿—精滚齿—齿端加工—精剃齿—外表淬火—校对基准—珩齿。
(3)5级精度以上齿轮
一般选用:粗滚齿—精滚齿—齿端加工—淬火—校对基准—粗磨齿—精磨齿。磨齿是现在齿形加工中精度蕞高,外表粗糙度值蕞小的加工办法,蕞可达3-4级。
1.
铣齿
齿轮精度等级:9级以下
齿面粗糙度ra:6.3~3.2μm
适用范围:单件修配出产中,加工低精度的外圆柱齿轮、齿条、锥齿轮、蜗轮
2.
拉齿
齿轮精度等级:7级
齿面粗糙度ra:1.6~0.4μm
适用范围:大批量出产7级内齿轮,外齿轮拉刀制作复杂,故少用
3.
滚齿
齿轮精度等级:8~7级
齿面粗糙度ra:3.2~1.6μm
适用范围:各种批量出产中,加工中等外圆柱齿轮及蜗轮
4.
插齿
齿轮精度等级:8~7级
齿面粗糙度ra:1.6μm
适用范围:各种批量出产中,加工中等的内、外圆柱齿轮、多联齿轮及小型齿条
5.
滚(或插)齿—淬火—珩齿
齿轮精度等级:8~7级
齿面粗糙度ra:0.8~0.4μm
适用范围:用于齿面淬火的齿轮
数控加工中,刀具实践地点的方位往往和编程时刀具理论上应在的方位不同,这是咱们需求从头依据刀具方位来修正程序,然而正如咱们知道的,修正程序是一件多么繁杂而易错的环节,因而,刀具补偿的概念就应运而生。所谓刀具补偿就是用来补偿刀具实践安装方位与理论编程方位之差的一种功用。运用刀具补偿功用后,改动刀具,只需求改动刀具方位补偿值即可,而不用修正数控程序。
刀具补偿中咱们经常用的有长度补偿和半径补偿,一般初入数控职业的人很难娴熟的运用这两种补偿,下面咱们就这两种补偿办法详细讲解一下。
一、刀具长度补偿
1、刀具长度补偿的概念
首先咱们应了解一下什么是刀具长度。刀具长度是一个很重要的概念。咱们在对一个零件编程的时分,首先要质定零件的编程中心,然后才能树立工件编程坐标系,而此坐标系仅仅一个工件坐标系,零点一般在工件上。长度补偿仅仅和z坐标有关,它不象x、y平面内的编程零点,因为刀具是由主轴锥孔定位而不改动,关于z坐标的零点就不一样了。每一把刀的长度都是不同的,例如,咱们要钻一个深为50mm的孔,然后攻丝深为45mm,分别用一把长为250mm的钻头和一把长为350mm的丝锥。先用钻头钻孔深50mm,此刻机床现已设定工件零点,当换上丝锥攻丝时,假设两把刀都从设定零点开端加工,丝锥因为比钻头长而攻丝过长,损坏刀具和工件。此刻假设设定刀具补偿,把丝锥和钻头的长度进行补偿,此刻机床零点设定之后,即使丝锥和钻头长度不同,因补偿的存在,在调用丝锥工作时,零点z坐标现已主动向z+(或z)补偿了丝锥的长度,---了加工零点的正确。
2、刀具长度补偿指令
通过履行含有g43(g44)和h指令来实现刀具长度补偿,一起咱们给出一个z坐标值,这样刀具在补偿之后移动到离工件表面距离为z的地方。别的一个指令g49是撤销g43(g44)指令的,其实咱们不用运用这个指令,因为每把刀具都有自己的长度补偿,当换刀时,运用g43(g44)h指令赋予了自己的刀长补偿而主动撤销了---把刀具的长度补偿。
g43表明存储器中补偿量与程序指令的结尾坐标值相加,g44表明相减,撤销刀具长度偏置可用g49指令或h00指令。程序段n80 g43 z56 h05与中,假设05存储器中值为16,则表明结尾坐标值为72mm。
3、刀具长度补偿的两种办法
(1)用刀具的实践长度作为刀长的补偿(运用这种办法)。运用刀长作为补偿就是运用对刀仪丈量刀具的长度,然后把这个数值输入到刀具长度补偿寄存器中,作为刀长补偿。
运用刀具长度作为刀长补偿,能够避免在不同的工件加工中不断地修正刀长偏置。这样一把刀具用在不同的工件上也不用修正刀长偏置。在这种情况下,能够依照一定的刀具编号规矩,给每一把刀具作档案,用一个小标牌写上每把刀具的相关参数,包含刀具的长度、半径等材料。这关于那些专门设有刀具管理部门的公司来说,就用不着和操作工面对面地通知刀具的参数了,一起即使因刀库容量原因把刀具取下来等下次从头装上时,只需依据标牌上的刀长数值作为刀具长度补偿而不需再进行丈量。
运用刀具长度作为刀长补偿还能够让机床一边进行加工运转,一边在对刀仪上进行其他刀具的长度丈量,而不用因为在机床上对刀而占用机床运转时刻,这样可充分发挥加工中心的效率。这样主轴移动到编程z坐标点时,就是主轴坐标加上(或减去)刀具长度补偿后的z坐标数值。
(2)运用刀尖在z方向上与编程零点的距离值(有正负之分)作为补偿值。这种办法适用于机床只要一个人操作而没有足够的时刻来运用对刀仪丈量刀具的长度时运用。这样做当用一把刀加工别的的工件时就要从头进行刀长补偿的设置。运用这种办法进行刀长补偿时,补偿值就是主轴从机床z坐标零点移动到工件编程零点时的刀尖移动距离,因而此补偿值总是负值而且很大。
二、 刀具半径补偿
1、刀具半径补偿概念
在概括加工时,刀具中心运动轨道(刀具中心或金属丝中心的运动轨道)与被加工零件的实践概括要偏移一定距离,这种偏移称为刀具半径补偿,又称刀具中心偏移。
因为数控系统控制的是刀具中心轨道,因而数控系统要依据输入的零件概括尺度及刀具半径补偿值核算出刀心轨道。依据刀具补偿指令,数控加工机床可主动进行刀具半径补偿。---是在手艺编程时,刀具半径补偿尤为重要。手艺编程时,运用刀具半径补偿指令,就能够依据零件的概括值编程,不需核算刀心轨道编程,这样就---减少了核算量和出错率。尽管运用cad/cam主动编程,手艺核算量小,生成程序的速度快,但当刀具有少量磨损或加工概括尺度与规划尺度稍有偏差时或者在粗铣、半精铣和精铣的各工步加工余量变化时,仍需作恰当调整,而运用了刀具半径补偿后,不需修正刀具尺度或建模尺度而从头生成程序,只需求在数控机床上对刀具补偿参数做恰当修正即可。既简化了编程核算,又添加了程序的可读性。
刀具半径补偿有b功用(basic)和c功用(complete)两种补偿方式。因为b功用刀具半径补偿只依据本段程序进行刀补核算,不能解决程序段之间的过渡问题,要求将工件概括处理成圆角过渡,因而工件尖角处工艺性不好。而且编程人员必须事前估量出刀补后或许呈现的间断点和交叉点,并进行人为处理,明显添加编程的难度;而c功用刀具半径补偿能主动处理两程序段刀具中心轨道的转接,可---依照工件概括来编程,因而现代cnc数控机床几乎都采用c功用刀具半径补偿。这时要求树立刀具半径补偿程序段的后续至少两个程序段必须有值定补偿平面的位移指令(g00、g01,g02、g03等),否则无法树立正确的刀具补偿。
2、刀具半径补偿指令
依据iso规则,当刀具中心轨道在程序规则的前进方向的右边时称为右刀补,用g42表明;反之称为左刀补,用g41表明。
g41是刀具左补偿指令(左刀补),即顺着刀具前进方向看(假定工件不动),刀具中心 轨道位于工件概括的左面,称左刀补。
g42是刀具右补偿指令(右刀补),即顺着刀具前进方向看(假定工件不动),刀具中心轨道位于工件概括的右边,称右刀补。
高速车削tc4钛合金硬质合金刀片槽型对刀具磨损的影响
tc4钛合金具有比强度高、高温热强性和耐热功能高、抗腐蚀性好等尤秀功能,因而成为航空航天工业中应用前景极其宽广的资料。一起,因为化学活性大、变形系数小、热传导率低一级特色又使其成为一种典型的难加工资料。现在,硬质合金是切削tc4钛合金的首要刀具资料,且可转位硬质合金刀片的使用越来越广泛。在加工过程中,可转位刀片的槽型对切削过程有很大影响,---学者对刀片槽型对切削加工的影响进行了深入的研讨,波兰学者grzesik对三维槽型刀具切削钢材的切屑折断机理进行了研讨,发现对触摸面的控制是影响切屑折断的一个重要因素。中山一雄以为:切屑受挤压而弯曲是因为断屑槽施加弯矩效果的结果,并以为断屑槽型的不同会导致断屑功能的不同。worthington等人研讨了棱带宽度在切削过程中的断屑效果,并给出棱带的宽度范围,皮带轮槽刀片厂家,一起给出了切屑弯曲半径。方宁研讨了刀片槽型对断屑功能的影响,并应用多重线性办法,建立了两种预测新型刀片断屑功能的数学模型。
综上所述,现在对切削加工中槽型对切削影响的研讨首要集中在断屑方向。事实上,刀片的槽型对刀片本身的磨损也有很大影响,---是高速切削tc4钛合金时刀具磨损很快,此刻,槽型对刀片磨损的影响就显得更为---。本文选用山特维克可乐满cnmg120408刀片的sm和qm两种槽型进行研讨,通过实验来比照剖析不同切削速度下两种槽型刀片的磨损特色。
1 实验设备及条件
1.1 实验设备
实验选用的是沈阳地一机床厂出产的数控车床cak6150(如图1),其主轴蕞大转速为1800r/min。
刀片磨损的观测选用基恩士vhx-1000c型超景深三维显微体系(如图2)。
1.2 刀片的几许参数及槽型特征
实验选用刀片的商标为h13a,它是山特维克可乐满公司针对钛合金及耐热合金切削开发的一种新型细晶硬质合金刀具商标,具有---的耐磨粒磨损性和韧性,适用于钛合金的车削加工。
刀片型号为cnmg120408,其安装后的刀具几许参数如表1。
实验选用了cnmg120408的两种槽型,即qm槽型和sm槽型刀片进行比照研讨。两种刀片槽型的结构特征如图3所示,它们的前角均为15°,qm槽型选用波涛形槽背,一起它具有较大的棱带宽度,宽深比较小。sm槽型的棱带宽度较小,---可以忽略,因而刀刃比较尖利,槽型较陡峭,宽深比较大。
1.3 实验方案
tc4钛合金常用切削速度为40~50m/min,为深入研讨高速车削时刀片槽型对刀具磨损的影响规律,实验选择两种不同的切削速度进行比照剖析,其切削速度分别为:95m/min、139m/min。详细切削条件如表2所示。
2 实验结果及剖析
2.1 切削速度为95m/min时刀具磨损的形状
图4为切削速度95m/min时两种槽型刀片的磨损情况。在前刀面上,两种槽型刀片的磨损描摹首要是月牙洼磨损,qm槽型刀片磨损更为---,---察到刀具资料因为高温发生了塑性变形。在后刀面上,因为钛合金的回弹较大,后刀面和工件的触摸应力增大,切削区的温度升高,因而刀具后刀面的磨损比切削其他资料时要相对---一些。由图4可知,两种槽型刀片中qm槽型刀片后刀面磨损比sm槽型刀片---得多,可以显着观察到刀具资料高温软化后工件资料中的硬质点在刀具上划擦发生的犁沟,一起可见因为高温使刀具资料发生塑性变形引起的粘结磨损。sm槽型刀片的后刀面磨损较轻,仅发生了较小的机械磨损,未见显着犁沟
图5为两种槽型刀片在切削速度95m/min时的磨损曲线,可以看出,在切削初始阶段qm槽型刀片磨损稍大,跟着切削的持续,sm槽型刀片有很长的一段正常磨损阶段,切削旅程到达1400m后,后刀面磨损量仍小于0.15mm。qm槽型刀片的正常磨损阶段要短得多,后刀面磨损量在切削旅程为1300m时到达0.25mm,此后刀具磨损加重,进入急剧磨损阶段,皮带轮,切削旅程到达1400m时后刀面磨损量已---0.5mm。在切削速度为95m/min时sm槽型刀片的磨损显着小于qm槽型刀片,sm槽型刀片具有---的切削功能。
2.2 切削速度为139m/min时刀具磨损的形状
图6为切削速度为139m/min时两种槽型刀片的磨损情况。两种槽型刀片在前刀面上的月牙洼磨损均较为---,且均---察到高温引起的塑性变形。在后刀面上,两种槽型刀片均能显着观察到因为高温发生的粘结磨损和刀具资料高温软化后发生的犁沟磨损,且sm槽型刀片的后刀面磨损较重。
图7为两种槽型刀片在切削速度为139m/min时的磨损曲线,可以看出,在切削初始阶段,两种槽型刀片磨损大致相同,跟着切削的持续,两种槽型刀片的磨损均较快,首要原因是高速切削时刀具与工件触摸频率增大,刀尖的散热时刻缩短,导致切削区的温度急剧添加,刀具磨损速度加快。与切削速度为95m/min时不同,此刻qm槽型刀片磨损相对较小,切削旅程到达300m曾经刀具的磨损都比较平稳,为正常磨损阶段,而sm槽型刀片在切削旅程到达250m时就进入了急剧磨损阶段,正常磨损阶段较短。与切削速度为95m/min时相比,两种槽型刀片的磨损均敏捷得多。sm槽型刀片的后刀面磨损量到达0.3mm时,切削旅程不足450m,刀具使用寿命比切削速度为95m/min时大幅下降。qm槽型刀片的后刀面磨损量到达0.3mm时,切削旅程约为500m,刀具使用寿命不及切削速度为95m/min时的一半。在整个磨损过程中qm槽型刀片的磨损小于sm槽型刀片,此刻qm槽型刀片具有---的切削功能。
2.3 两种切削速度下两种槽型刀片功能差异的剖析
比较图5和图7不难发现,两种槽型刀片在两种切削速度下的切削功能体现恰好相反。在相对较低的95m/min切削条件下,sm槽型要比qm槽型刀片的切削功能好,而在相对较高的139m/min切削条件下,结果相反,qm槽型刀片的磨损一向小于sm槽型刀片。
如图3所示,剖析sm槽型与qm槽型的区别可知,sm槽型刀片刃口尖利,刀尖体积较小,qm槽型刀片刃口粗钝,刀尖体积较大。在切削过程中切削区的温度是影响刀具磨损机理与速率的决定性因素,而切削区的温度又由切削时切削热的发生速率与散出速率一起决定。换言之,切削时单位时刻发生的热量经切屑、刀具、工件和周围介质散出后,留存在切削区内的热量决定了其切削温度,进而决定了刀具的磨损机理与速率。
选用95m/min的切削速度时,因为sm槽型刀片刃口尖利,切屑早年刀面流出更顺畅,摩擦热发生较少,切削区内刀尖处的温度相对较低,因而sm槽型刀片磨损较少。
当选用139m/min的切削速度时,高速切削条件下两种槽型刀片发生切削热的速率均远高于较低的95m/min速度时的切削加工,此刻切削区的散热条件对切削区温度的影响效果---出来。在干切削时切削热的传出途径除掉切屑和工件散热外,刀具散热是切削热传出的重要途径,---是关于导热性不好的钛合金零件,其工件散热较慢,刀具散热就显得更为重要。此刻,sm槽型刀片虽然产热较少,但其散热条件相对更差,qm槽型刀片虽然产热较多,双皮带轮刀片,但其粗钝的刃口和较大的刀尖体积------了散热条件,这样,在切削热的发生与散出这对对立中,qm槽型刀片胜出,qm槽型刀片在切削区内刀尖处的温度低于sm槽型。一起,此刻两种槽型刀片的切削温度都远高于95m/min时的切削温度,车皮带轮40度刀片,粘接磨损成为此刻刀具的首要磨损方式。qm槽形刀片刃口粗钝,更有利于抵抗工件资料的粘接,然后减小刀具的磨损。因而,在切削速度为139m/min时,qm槽形刀片体现出---的切削功能。
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