圓柱齒輪刀具.doc

圓柱齒輪刀具關(guān)鍵難題系列設(shè)計篇索引0，前言1，整體方案設(shè)計。難點：* 整體把握2，刀具壽命的評估2.1 壽命評估的指標(biāo)體系以增進評估的可計算性2.2 切削數(shù)據(jù)庫2.3 進行關(guān)鍵性的切削試驗2.4 提出更高的要求2.4.1 對刀具的性能穩(wěn)定性提出更高的要求2.4.2 對被加工齒輪的材料穩(wěn)定性提出更高的要求2.4.3 對刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計提出更高要求2.4.4 對刀具的使用提出更高的要求難點：* 本身就是高難度* 變量太多3，刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計的優(yōu)化3.1 滾刀銑刀槽型優(yōu)化3.2 滾刀插刀刃型優(yōu)化3.3 滾刀銑刀插刀切削角度優(yōu)化3.4 插刀銑刀最佳變位3.5 剃刀最佳嚙合角3.6 滾剃之間，插剃之間，粗滾精滾之間的最佳配合3.7 被加工齒輪齒根部分的優(yōu)化3.8 磨損均勻3.9 工藝參數(shù)的優(yōu)化3.10 剃刀槽型優(yōu)化3.11 徑向剃刀槽排列優(yōu)化3.12 剃刀牙齒截面參數(shù)優(yōu)化3.13 剃刀最佳螺旋角3.14 剃刀最佳齒數(shù)3.15 滾刀銑刀鍵槽位置的優(yōu)化3.16 整體方案設(shè)計中基本參數(shù)的優(yōu)化3.17 倒棱刀參數(shù)優(yōu)化難點：* 解決一個不算難，解決所有的就不簡單了4，特殊齒輪刀具的設(shè)計4.1 粗切滾銑刀4.2 非圓柱形滾刀4.3 柄式/多聯(lián)滾銑刀4.4 多頭/多槽/大直徑/超長度滾刀4.5 一次性滾刀/插刀4.6 雙壓力角滾刀剃刀4.7 強力剃刀（高速剃齒刀，同期式剃齒刀）4.8 交錯式滾插剃（跳牙）4.9 倒角滾刀4.10 蝸桿式剃刀4.11 齒向錐度剃刀4.12 齒條銑刀4.14 筒式插刀4.15 環(huán)形槽剃刀4.16 高速/干切滾銑刀4.17 零造型誤差滾刀4.18 特殊刃型滾刀4.19 蝸輪滾刀4.20 高精度高性能特殊齒形滾刀難點：* 分析與經(jīng)驗并重，原理層面和應(yīng)用方面都必須能夠把握* 大部分特殊刀具需要軟件支持和切削試驗驗證* 大部分特殊刀具需要具備相應(yīng)的制造能力5，齒輪刀具原理/理論5.1 滾刀的空間造型設(shè)計5.2 剃刀偶接觸理論（類似平衡剃齒）5.3 修形剃刀齒形齒向修形量的求解5.4 滾插刀鏟磨的誤差控制5.5 齒輪加工切削熱場分布及影響5.6 齒輪加工切削力和振動5.7 切屑研究和控制5.8 高速干切滾插理論和試驗5.9 滾插刀刀刃鈍圓的影響和最優(yōu)解5.10 高速剃齒（強力剃齒/同期式剃齒）5.11 定量分析刀具精度（設(shè)計，制造，安裝，磨損）對齒輪精度和切削條件的影響難點：* 數(shù)學(xué)* 有些需要軟件支持* 齒輪刀具的復(fù)雜性造成深入研究的極大困難* 需要大量的切削試驗6，IT 6.1 普通齒輪刀具設(shè)計軟件6.2 特殊齒輪刀具設(shè)計軟件6.3 虛擬（模擬）加工6.4 CAD CAE CAM 集成在統(tǒng)一的 CIMS （計算機集成制造系統(tǒng)）中難點：* 保密和 IT 開發(fā)能力的矛盾* IT 本身就是高難度，而齒輪刀具的復(fù)雜性大大增加了 IT 開發(fā)的難度* IT 投入的成本控制7，優(yōu)化和支持生產(chǎn)7.1 降低規(guī)格數(shù)7.2 簡化工藝7.3 支持工藝革新難點：* 管理層面的參與和支持* 設(shè)計工程師的能力夠強8，持續(xù)發(fā)展8.1 全球視野8.2 持續(xù)改進，不斷創(chuàng)新的文化8.3 設(shè)計團隊8.4 產(chǎn)學(xué)研結(jié)合難點：* 更多的是一個管理層面甚至體制的問題正文0，前言1，整體方案設(shè)計。業(yè)界有一句話說得非常狠：做齒輪刀具的，必須要比做齒輪的和做齒輪機床的都更懂齒輪！這是很有道理的。也正因為如此，對齒輪制造系統(tǒng)進行整體方案設(shè)計和整體優(yōu)化的，往往由齒輪刀具供應(yīng)商完成。在整體方案的設(shè)計中，以自上而下的設(shè)計思想為指導(dǎo)，以整體優(yōu)化為目標(biāo)，達到和超過齒輪加工精度，效率，成本的客戶要求?；镜脑O(shè)計思路：1.1 理清客戶要求。被加工工件，加工節(jié)拍，整體方案的層次（有的要求高的甚至需要刀具供應(yīng)商為其設(shè)計設(shè)備工裝投入方案）1.2 清楚客戶現(xiàn)有條件。包括設(shè)備能力，技術(shù)能力，操作能力，熱處理水平，批量大小，預(yù)算等1.3 確定工序。滾+剃，滾+磨，插+剃，粗滾+精滾，怎么剃，怎么磨等1.4 將加工要求分解至每部工序，并確定前后工序的配合要求。1.5 確定單個刀具的幾個重要指標(biāo)，包括（單次修磨壽命級別，單件加工時間，切削速度級別，修磨壽命等） 如果發(fā)現(xiàn)有指標(biāo)過高，應(yīng)返回1.3重新確定工序1.6 確定刀具定購數(shù)量，周期和交貨期。1.7 確定刀具基本參數(shù)，包括（結(jié)構(gòu)形式，材料，涂層，孔徑，外圓，長度，頭數(shù)，槽數(shù)等）1.8 報價（附技術(shù)方案）。如果不能通過，返回1.5或者1.31.9 進行刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計。1.10 給出加工工藝，包括（切削速度，走刀量，進給速度，切削深度，竄刀策略，單次修磨量，修磨間隔等）。并驗算 1.5 中的的指標(biāo)。如果怎么都達不到，返回 1.7 重新確定；若仍然達不到，返回 1.5甚至1.31.11 客戶確認(rèn)其中幾個要點：* 客戶與供應(yīng)商相互信任，密切合作。* 雙方合作的具體操作人員，必須在技術(shù)上有相當(dāng)好的可交流性。* 刀具的成本在整個加工系統(tǒng)中的比例 75%。所以采用高性能刀具以降低整體加工成本，是整體方案的基本方法之一。* 考慮到前后工序的配合關(guān)系和刀具管理及修磨的重要性，最好所有的刀具和服務(wù)（管理和修磨）由一個供應(yīng)商提供。* 方案至少需要制作2個。* 保險系數(shù)須根據(jù)經(jīng)驗初定，也可根據(jù)試驗結(jié)果修正。難點：* 整體把握2，刀具壽命的評估在整體設(shè)計方案里，這個問題是一個中間環(huán)節(jié)。目前多根據(jù)經(jīng)驗評估，在整體設(shè)計中再加上一個保險系數(shù)。進一步的發(fā)展，應(yīng)該牽?2.1 壽命評估的指標(biāo)體系以增進評估的可計算性怎樣可以，用一個或多個指標(biāo)，來衡量刀具的基本切削能力，再通過計算得到某個具體刀具設(shè)計的切削能力。如現(xiàn)在多采用的，滾刀單牙切削長度。在一定切削速度和被加工工件材料條件下，單個牙齒切削的長度，由刀具材料+涂層確定。然后滾刀的總牙數(shù)*這個數(shù)值，就可以得到總切削長度。滾切的長度，則可以由工件參數(shù)和滾刀參數(shù)計算得來。再比如，被加工材料的難易程度，可以用可加工性的某個系數(shù)來評估。還需要考慮機床剛性，冷卻條件，加工方式，某些關(guān)鍵參數(shù)等等。建立起一整套的指標(biāo)體系，才能更準(zhǔn)確和方便地評估刀具壽命。2.2 切削數(shù)據(jù)庫將刀具使用的實踐和經(jīng)驗，整理到一個統(tǒng)一的切削數(shù)據(jù)庫中。讓齒輪加工，能夠像普通加工，鉆車銑那樣，有一個整合的統(tǒng)一的切削數(shù)據(jù)庫。在這個數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，可以統(tǒng)計，可以分析，可以進行切削試驗的數(shù)據(jù)分析。還可以為刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計提供反饋和驗證。這樣一個公司的經(jīng)驗積累，速度將會是相當(dāng)快。而不是單純依賴經(jīng)驗。2.3 進行關(guān)鍵性的切削試驗有計劃有選擇的進行關(guān)鍵性切削試驗，并將數(shù)據(jù)記錄。其他的刀具壽命評估，就可以與這些關(guān)鍵案例進行對比和修正，從而獲得一定的參考價值。齒輪刀具設(shè)計自由度太大，是其基本特點之一。案例式的切削試驗，毫無疑問可以讓壽命評估更準(zhǔn)確更方便。2.4 提出更高的要求2.4.1 對刀具的性能穩(wěn)定性提出更高的要求我們常說這么一句話，一個公司的刀具好還是不好，不是看一次兩次誰切的齒輪多，而是看百次千次是不是你都切得下這么多齒輪。這就是性能的穩(wěn)定性。與熱處理，材料，涂層，機加工都關(guān)系緊密。是一個典型的木桶模型，即性能由最差的環(huán)節(jié)決定。2.4.2 對被加工齒輪的材料穩(wěn)定性提出更高的要求被加工齒輪的用材，熱處理水平，如果穩(wěn)定性不好，都會直接影響到刀具壽命2.4.3 對刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計提出更高要求如何進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，才能最大限度發(fā)揮出刀具的切削能力，依然是刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計不懈的追求。2.4.4 對刀具的使用提出更高的要求合理的切削參數(shù)，高剛性的設(shè)備和裝夾，合適的冷卻，熟練的操作，合理和嚴(yán)格的刀具管理，都是發(fā)揮刀具性能的前提。難點：* 本身就是高難度* 變量太多3，刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計的優(yōu)化這里說的優(yōu)化，指的是在已有基礎(chǔ)上的改進。優(yōu)化基本的方法是：* 數(shù)學(xué)建模進行分析* 使用軟件分析* 從使用中得到反饋和驗證目前主要是靠經(jīng)驗但又很重要，需要進行優(yōu)化的設(shè)計，有如下幾個難題：3.1 滾刀銑刀槽型優(yōu)化如何選取合適的參數(shù)組合來設(shè)計槽型，以達到強度剛性和容屑排屑性能的最佳平衡？這個優(yōu)化，對于高速切削干切削，對于粉末鋼硬質(zhì)合金滾刀，尤為重要的。3.2 滾刀插刀刃型優(yōu)化刃型（已經(jīng)包括了變壓力角），關(guān)系到刀具切削角度，流屑，磨損的均勻性等重要因素3.3 滾刀銑刀插刀切削角度優(yōu)化包括前角后角刃傾角（滾刀與螺紋升角相關(guān)）等在多個角度參數(shù)之間的平衡，在性能和精度之間的平衡，在單次修磨和修磨次數(shù)之間的平衡等3.4 插刀銑刀最佳變位這也是一個求解最佳平衡的問題。3.5 剃刀最佳嚙合角直接關(guān)系到嚙合過程的質(zhì)量和剃刀加工的難度。3.6 滾剃之間，插剃之間，粗滾精滾之間的最佳配合我們經(jīng)常碰到的是，多照顧后續(xù)工序，則前道工序約束加大；優(yōu)化了前道工序，后道工序卻很難照顧到。3.7 被加工齒輪齒根部分的優(yōu)化由于齒輪齒根部分直接由滾刀銑刀插刀決定，而齒輪的強度很大程度上決定于齒根部分的截型，所以，如何設(shè)計滾刀插刀，使其截型優(yōu)化，達到強度和刀具壽命的最佳平衡，是一個很有價值的課題。對于某些重載齒輪特別重要。3.8 磨損均勻無論滾銑插剃，不均勻磨損都是很突出的問題。如何通過結(jié)構(gòu)設(shè)計提高磨損均勻性，對于提高刀具壽命有著直接的意義。3.9 工藝參數(shù)的優(yōu)化如何選取走刀量，進給策略，竄刀策略？如何在經(jīng)驗的基礎(chǔ)上優(yōu)化？理論基礎(chǔ)？3.10 剃刀槽型優(yōu)化對梳槽（環(huán)形槽），如何優(yōu)化槽型？可以說，剃刀壽命起碼 50% 取決于梳槽（環(huán)形槽）。3.11 徑向剃刀槽排列優(yōu)化徑向剃刀槽的排列，也是表面質(zhì)量，效率之間的一種平衡。而梳槽在牙齒上的位置，對牙齒的強度和排屑，都有很重要的影響。3.12 剃刀牙齒截面參數(shù)優(yōu)化為什么有些公司能夠?qū)?模數(shù)的剃刀梳槽，而國內(nèi)3000, 剃刀 1000, 插刀 500 后，該工作會產(chǎn)生明顯的效益。否則不明顯。7.2 簡化工藝在結(jié)構(gòu)上，基本上是沒有簡化工藝的空間。但是在局部參數(shù)上，簡化的空間很大。這就相當(dāng)于局部的減少規(guī)格數(shù)。要點：* 變模數(shù)設(shè)計，主要針對壓力角這一基本參數(shù)。已有闡述： /read.php?tid=259941* 設(shè)計前對某參數(shù)校核。借助檔案和軟件幫助，橫向?qū)Ρ?，篩選相近設(shè)計，并校核。將該工作作為設(shè)計不可缺少的必然流程* 參數(shù)系列化，并根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果和分析，減少系列中的規(guī)格數(shù)量* 降低外圓尺寸數(shù)量。需要和銷售合作與客戶溝通，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)外圓尺寸。這種情況在公制英制之間，一些奇怪外圓尺寸上碰到得多。外圓是設(shè)計的基本約束，是生產(chǎn)的最基本數(shù)據(jù)之一。該工作對生產(chǎn)有著重要的意義。* 當(dāng)滾刀年產(chǎn)量 1000, 剃刀 500, 插刀 200 后，該工作會產(chǎn)生明顯的效益。市場范圍相對集中則更佳。否則不明顯。7.3 支持工藝革新與普通刀具相比，齒輪刀具的生產(chǎn)制造是相當(dāng)復(fù)雜的。特別是高性能的齒輪刀具。沒有設(shè)計的技術(shù)支持，生產(chǎn)工藝永遠是在小踏步而無法有革命性的創(chuàng)新。這也是很多公司的設(shè)計工程師兼做工藝工程師的原因。重點：* 剃齒刀落刀槽。使用特殊滾刀加工落刀槽，陸聯(lián)已經(jīng)申請專利。歐洲多流行銑槽，亞洲多鉆孔，美國近來越來越多的應(yīng)用銑槽。* 特殊滾插刀的生產(chǎn)工藝。很多特殊的滾刀結(jié)構(gòu)奇特復(fù)雜，需要設(shè)計工程師自己制作生產(chǎn)工藝。* 對鏟磨工序的支持。見 5.4* 設(shè)備改造或開發(fā)難點：* 管理層面的參與和支持* 設(shè)計工程師的能力夠強8，持續(xù)發(fā)展* 在曾經(jīng)輝煌的年代里，幾乎每個在機械工程上有名的大學(xué)都設(shè)置了齒輪刀具教研室，幾乎每個著名的齒輪刀具廠家都有強大的研究力量。是他們奠定了我們齒輪刀具昨天和今天的整套理論和制造體系。然而我們看到，今天絕大部分齒輪刀具設(shè)計者手里拿著的書，有1991 年的，有 1978 年的，甚至還有大量50年代翻譯的前蘇聯(lián)資料和印著毛主席語錄的書籍。跟國外的差距再一次拉大到至少 10 年以上。很自然問一個問題：怎樣才能持續(xù)發(fā)展？值得我們深思啊。* 機遇期的來臨，意味著我們有可能在短期內(nèi)取得突破，縮短差距甚至完成超越。但是，這不是終點，而只是一個新的起點。* 甚至就這個縮短和超越的過程本身而言，也不是輕松容易一蹴而就的。同樣需要持續(xù)的發(fā)展才能完成。這是由齒輪刀具的復(fù)雜性和專用性所決定的。* 持續(xù)發(fā)展的問題，都將在設(shè)計篇，生產(chǎn)制造篇，應(yīng)用篇出現(xiàn)。8.1 全球視野無數(shù)實踐已經(jīng)證明，閉門造車是行不長久的。只有成為世界的一部分，我們才能不斷的進步，低谷的時候不掉隊，高峰的時候領(lǐng)先超越。對設(shè)計這一塊來說，做到這一點，必須具有全球視野。要點：* 外語能力。能夠在公開資料中汲取營養(yǎng)，能夠和國外交流* 企業(yè)提供的培訓(xùn)機會。這在外企中比較突出* 學(xué)術(shù)或商業(yè)性質(zhì)的考察交流8.2 持續(xù)改進，不斷創(chuàng)新的文化技術(shù)進步的兩種基本形式：* 小步快跑，量變到質(zhì)變* 革命性創(chuàng)新，包括設(shè)計思想這兩種是相輔相成，缺一不可。很多企業(yè)，特別是某些缺乏活力的企業(yè)，根本就沒有這種意識，這種文化。對技術(shù)的不尊重，加劇了問題的嚴(yán)重性。8.3 設(shè)計團隊這里說的一切，都是靠人去完成