滚齿工艺培训

1、 滚齿工艺培训滚齿工艺培训 杨韬杨韬 Yangtao 1.滚齿工序的输出 2.过程流程介绍 3.滚齿加工原理 4.滚齿设备（加工设备和检测设备）原理 - 设备的整体结构 - 传动原理 - 工装结构及原理 5.设备输入参数和产品参数计算 6.PFMEA内容的展开与控制方法 - 工装 - 设备 - 检具 - 来料 7.考试 2 二、内容二、内容 1、滚齿工序的输出、滚齿工序的输出： 滚齿过程是对零件齿形、齿向的粗加工，再经过热处理变形+磨齿、珩齿对齿形精加工或剃齿+ 热处理变形，最终得到产品要求的齿轮参数。 滚齿输出的齿轮参数滚齿输出的齿轮参数 Mdk 跨棒距 fH 齿形角误差 fH 齿向角误差

2、ff 齿形形状误差 ff 齿向形状误差 dna 有效渐开线起始点 dnf 有效渐开线终止点 Fp齿距累计误差 Fr齿圈径向跳动 fp单齿齿距误差 fs齿形一致性 fs齿向一致性 1、热处理变形+齿形精 加工 2、剃齿+热处理变形 成品齿轮参数成品齿轮参数 Mdk 跨棒距 fH 齿形角误差 fH 齿向角误差 ff 齿形形状误差 ff 齿向形状误差 dna 有效渐开线起始点 dnf 有效渐开线终止点 Fp齿距累计误差 Fr齿圈径向跳动 fp单齿齿距误差 fs齿形一致性 fs齿向一致性 2 2、滚齿加工原理、滚齿加工原理： 滚齿属于展成法加工，可看作无啮合间隙的齿轮与齿条传动。当滚齿旋转一周时，相当

3、于齿 条在法向移动一个或多个齿距（根据滚刀头数而定），滚刀的连续传动，犹如一根无限长的齿 条在连续移动。当滚刀与毛坯间严格按照齿轮与齿条的传动比强制啮合传动时，滚刀刀齿在一 系列位置上的包络线就形成了工件的渐开线齿形。随着滚刀的垂直进给，即可滚切出所需的渐 开线齿廓。 滚齿加工运动：滚齿加工运动： 主运动主运动 滚刀的回转运动称为主运动。 分齿运动分齿运动强制齿轮坯与滚刀保持与齿条的啮合运动关系的运动称为分齿运动。 垂直进给运动垂直进给运动滚刀沿被切齿轮轴向的移动，即为垂直进给运动。 附加运动附加运动当滚刀延工件轴线的移动量等于齿轮分度圆上的螺旋导程P时，齿坯再分度圆运 动的基础上正好附加多转

4、一转，即为附加运动。 分齿运动公式：分齿运动公式： 工作台转速（工作台转速（r/minr/min）=K=Kn/zn/z n-滚刀转速 K-滚刀头数 z-被加工齿轮齿数） 附加运动公式：附加运动公式： 工作台附加转速（工作台附加转速（r/minr/min）=K=Knf/zpnf/zp n-滚刀头数 K-滚刀头数 z-被加工齿轮齿数 f-滚刀轴向进给速度 p-齿轮螺旋导程：p=dtan 加工斜齿轮时，除了滚刀回转运动、工作台分齿运动与滚刀垂直进给运动外，还增加了一个 附加运动，所以加工时工作台的实际转速是由分齿运动与附加运动合成的，具体运动如下： 工作台实际转速工作台实际转速=Kn/z=Kn/z（

5、1 1f/pf/p） （滚刀与被切斜齿轮旋向相同时为+，相反时为-） 3 3、设备（加工设备和检测设备）原理、设备（加工设备和检测设备）原理 南昌工厂滚齿机种类如下： Kashifuji KN151、 Kashifuji KN152、Gleason210H、YS3120CNC6、Felsomat FHC180、 Kashifuji KA200E、 YKX3132M、Kashifuji KN152 Gleason130H，它们的加工原理基本一致，下 面以Kashifuji KN151滚齿机为例进行介绍。 设备的整体结构设备的整体结构 KN151滚齿机的主要组成部分包括： 1.机床控制面板 2.工

6、作台 3.刀架 4.尾架 5.液压系统 6.气压系统 7.FANUC数控系统 8.机械手自动上料机构 机床控制面板机床控制面板工作台工作台刀架刀架 尾架尾架 机械手机械手 气压系统气压系统液压系统液压系统FANUCFANUC系统系统 机床各轴示意图： X X轴轴 Y Y轴轴 Z Z轴轴 C C轴轴 B B轴轴 A A轴轴 下表是Kashifuji KN151滚齿机主要技术性能。在产品滚齿工艺开发前期的可行性分析时我 们可以根据机床的主要技术性能来初步确定产品是否可以在机床上加工，给定切削参数是否 能在机床上实现。 常规规格常规规格 最大工件直径150mm 最大工件模数M4 最大轴向行程400m

7、m 最大滚刀架回转角度45 最小最大齿数4/1000 工作台最高转速150转/分 工作范围工作范围 滚刀至工作台中距离15-150mm 工作台至支撑顶尖距离190-800mm 滚刀转速与进给速滚刀转速与进给速 度度 最大滚刀转速（无极 变速） 100-1330转/分 轴向进给速度（无级 变速） 0.01-10mm/转 径向进给速度（无级 变速） 0.01-10mm/转 最大滚刀窜刀行程150mm 滚刀滚刀 最大滚刀尺寸 直径长度 130mm 180mm 主轴锥端锥度N.T.40 工装结构及原理工装结构及原理 KN151滚齿机的工装主要分为轴类与片齿轮类两种。 轴类零件工装由尾架顶尖、底碗、弹性

8、夹头与底座顶尖组成，具体装夹过程如下： 1.零件通过机械手安放在底碗上，底碗端面与零件定位端面贴紧，起到限位与支撑作用； 2.尾架顶尖顶下降顶紧零件，同时工装底座内的活动顶尖提供一个向上的支撑力，通过两顶尖 的定位与顶紧以保证零件加工时的同轴度； 3.零件顶紧后，机床底部的油缸通过连接杆下拉弹性夹头从而夹紧零件外圆，以防止零件在加 工过程中发生错位。整个装夹过程完毕。 顶尖与弹性夹头的夹紧力都是通过液压调节的。 尾架顶尖 定位底座 装夹示图 弹性夹头 活动顶尖 油缸连接杆 夹具装配图 尾架顶尖 片齿轮类零件工装由尾架顶尖、底碗与弹性芯轴组成，装夹的过程如下： 1、零件通过机械手安放在底碗上，底

9、碗端面与零件定位端面贴紧，保证零件装夹时的端跳； 2.弹性芯轴下降穿过零件内孔，其上的弹性套受力膨胀胀紧零件内孔，保证加工时零件与工作 台的同心度； 3.尾架顶尖上的压盖压下降压紧零件另一端；整个装夹过程完毕。 弹性套的涨紧力与压盖的压力都是通过液压调节。 定位底座 尾架顶尖 装夹示图 弹性胀套 油缸连接杆 夹具装配图 尾架顶尖 滚刀滚刀 滚刀实质上是一个渐开线圆柱斜齿轮，其齿数很少，而螺旋角很大故外型呈蝸杆状，该蝸杆称之为滚刀 的基本蝸杆，在经过铲背开槽就成了滚刀，常见的大部份滚刀的基本蝸杆为阿基米德蝸杆。由于滚刀的刀 齿是按螺旋线分布的，所以边缘上的几个刀齿是不完整的刀齿，所以要在程序上去

10、除此段长度。 根据加工的零件不同滚刀一般分为三类：滚-磨（珩）滚刀、滚-梯滚刀，主要区别在于其刀齿齿顶凸角 宽度是根据所加工零件的留磨、留剃余量进行设计制造的（下图为BR3R-7100-AB二轴一档的滚刀，零件磨 齿余量为单边0.01mm，所以滚刀凸角设计成0.095mm宽以满足磨齿工艺的要求。 Kashifuji KN151滚齿机主要使用的是NACHI滚刀，基体由粉末冶金制成，强度、硬度、韧性、耐磨性高， 采用TiN图层，线速度可达160-200mm/min。 滚刀的安装滚刀的安装 KN151滚齿机使用的是组合式滚刀（滚刀+芯轴与滚刀+轴套两类），所以滚刀组装完成后需要 在滚刀径跳检测仪上校

11、正好两端径跳（径跳0.01mm），再安装上刀架。 芯轴芯轴 滚刀跳动的检测与调整滚刀跳动的检测与调整 滚刀滚刀轴套轴套 + + + + 滚刀滚刀 1.右旋滚刀滚切右旋工件： = -0 2.右旋滚刀滚切左旋工件: = +0 3.左旋滚刀滚切左旋工件: = -0 4.左旋滚刀滚切右旋工件: = +0 滚刀的安装角取决于滚刀的螺旋升角0和被加工齿轮的旋向、螺旋角，具体情况如下： 5.5.设备输入参数和产品参数计算设备输入参数和产品参数计算 滚齿切削参数（设备输入参数）主要是通过零件的加工节拍来确定的，通过加工节拍确定加 工时的滚刀的转速、进给量，再根据转速、进给量选定不同材质、图层的滚刀。下面以V6

12、一轴 为例进行推倒。 成品基本参数：成品基本参数： Z=29 Mn=2 n=17.5 =31.5LH B=27.98（0/-0.35） da=75.07（0/-0.14) df=61.98(0/-0.26) dna=74.6(0/-0.47） dnf=65.1 Sn=3.493(0/-0.02) fHa（C/D)=00.006 fH(C/D)=00.006 因为一轴为磨齿零件，磨齿余量为齿厚单边0.1mm；第一次热变形实验时假定齿厚热变形量膨胀量为 0.02mm，再换算成对应的滚齿M值进行试加工，通过几轮热变形实验进行调整，最终我们可以得到齿厚热 变形的准确数据（如下图）： 根据热变形数据得出

13、热处理前后M值的变化量为0.087mm，通过换算齿厚热处理前后的变化量为0.031mm 得出： 成品Sn： 3.478 热处理法向齿 厚Sn=3.678 滚齿法向齿厚 Sn=3.644 减去热变形量0.034mm加上留磨余量0.2mm 1. Sn的确定 最终确定：滚齿Sn=3.6440.012mm。通过换算可以得出M值与公法线的值。 因为对齿厚的测量比较困难，所以采用检测零件M值（跨棒距）的方式来间接判断齿厚是否合格。 M值的测量一般使用在线带SPC站的M值测量台或带千分表的机械式M值测量台，根据测球直径不同测得的M值也 不同。在新品开发时有时会遇见无测台可用的情况，我们一般采用测量零件公法线

14、替代检测M值，也可以用量棒 +高分辨率游标卡尺。 MARPOSS M值测量台值测量台 公法线千分尺公法线千分尺 带千分表的机械式带千分表的机械式M M值测量台值测量台 滚齿fH依然是通过几轮热变形实验进行调整与最终确定的，推导过程如下： 2. fH的确定 等于 成品 fH:0 热处理 fH:0 滚齿fH D:24 C:8 减去热变形量 根据热变形数据得出热处理前后驱动面fH的变化量为-0.024mm，从动面fH的变化量为-0.008mm,得出： 最终确定：滚齿fH：D 24 C:8，fH的推导过程类似。 3.dna、dnf的确定 滚齿有效渐开线起始点dnf与终止点dna的设计取决于零件齿形形状

15、与零件后续齿形加工余量，按以往 经验磨齿零件滚齿要求的dnf与dna一般比磨齿要求的相差0.5mm，珩齿零件一般相差0.3mm。确切的数值 滚刀设计制造厂商会根据我们提供的成品齿形参数与留磨/珩/剃余量在滚刀设计软件上进行模拟后给出 （如下图）。 在确定磨齿余量后，在滚刀 模拟设计软件上可以模拟出 滚齿的dna/dnf da与df的推导过程与dna、dnf的类似。 4.Fr、Fp、fp、fu的确定 Fr、Fp、fp、fu与其公差是根据要求滚齿达到要求的加工等级DIN7并综合考虑后续齿形加工的方式与机床 的加工精度进行确定。 最终得出： Fr=0.04 Fp=0.05 Fp=0.014 fu-=

16、0.018 热处理fH与fH的要求与磨齿要求一致是为了减少磨齿切削余量，这样有利于降低砂轮的损耗。 ds（起测点直径通常设为比dnf小0.5mm，fH的推导过程与fH类似。齿形齿向的检测与评价标准详 见GCG_808006。最终得到的参数表如下图： V6一轴齿轮参数表 V65一轴滚齿节40秒拍为，为了满足节拍要求，我们要确定切削时的轴向进给量，步骤如下： 切削参数的确定： 1.走刀次数的确定： 一般情况下零件Mn3时采用两次走刀，V6一轴Mn=2，所以采用一次走刀完成加工。 2.切削长度L的确定： L=L1+W+L2L=L1+W+L2 （L1-切入行程，W-齿宽，L2-切出行程，保证零件完全滚

17、出头，一般取值为3mm ） L1=L4+L5 L1=L4+L5 （L4-快速趋近行程，一般取值为3mm） L5= R2-(R-h)2=28.688mm L5= R2-(R-h)2=28.688mm （R=37.5mm-滚刀半径，h-切入深度=全齿高=13.35mm） W=27.98 （取齿宽的最大值，避免滚切时不出头） L=L4+R2-(R-h)2+W+L2= 62.668mm L=L4+R2-(R-h)2+W+L2= 62.668mm 3.滚刀转速与轴向进给量的确定： 滚刀转速根据公式： N N（r/min)=1000r/min)=1000V/dV/d 100N1000 100N1000*

18、*200/3.14200/3.14* *75=84975=849 因为根据分齿运动滚刀转速受限于滚刀与工作台转速的最大值，KN151滚齿机滚刀转速的极限为100- 1330r/min，工作台转速的极限为150r/min。 NNmaxminNNmaxmin（13301330，150150* *Z/Zw=150Z/Zw=150* *29/2=217529/2=2175） V（m/min)：滚刀线速度，NACHI滚刀线速度在160-200m/min范围内 d(mm)：滚刀直径=75mm Z：零件齿数=29 Zw：滚刀头数=2 根据分齿运动公式，滚刀转速（N）越快，工作台的转速（Nw）也越快，导致轴向

19、进给速度（F，单位为 mm/工作台每转）越快，从而导致滚刀磨损速度加快并使零件的齿形误差、齿面粗糙度增大，所以在实际 加工中需要通过试切并进行调整，以满足加工节拍、零件工艺要求、滚刀寿命这三方面的要求。 通过几轮试切验证，最终确定滚刀转速： N=637r/minN=637r/min 根据分齿运动公式： 工作台转速工作台转速Nw=Nw=滚刀转速滚刀转速* *滚刀头数滚刀头数/ /零件齿数零件齿数 =637=637* *2/29=43.93r/min2/29=43.93r/min 为保证加工时间在节拍要求以内，计算轴向进给量： t=60t=60* *L/FL/F* *NwNw F60F60* *6

20、2.668/43.9362.668/43.93* *40=2.140=2.1（mm/T.rev)mm/T.rev) 因为F越大，齿面的粗糙度越大，滚刀磨损越严重，加工出的零件齿面出现振纹、拉伤的状 况通过试切最终确定： F=2.5F=2.5（mm/T.rev)mm/T.rev) 滚齿程序的编制滚齿程序的编制 G65G65：宏程序调用。 P9000P9000：调出宏程序主线路。 M M：滚刀模数 A A：滚刀压力角 J J：滚刀头数 右旋滚刀使用正直 左旋滚刀使用负值。 C C:螺旋角（滚刀导程角） 右旋滚刀使用正直 左旋滚刀使用负值。 滚齿程序由滚刀程序与零件程序两部分组成，M值在刀补界面与零

21、件程序I指令中进行调整。 U375U375一轴滚刀程序：一轴滚刀程序： H H：切削深度（零件全齿高 U/VU/V:滚刀窜刀起始位置/终止位 置。 W W：滚刀窜刀数，推荐值为1， 通常根据实际加工时滚刀的磨 损状况进行调整，当加工出的 零件齿形误差过大时应增大窜 刀数。 M99M99：程序终止。 零件程序：零件程序： G100G100：宏程序调用。 Q Q：工件号，与程序号相同。 M M:零件模数。 Z Z：零件齿数。 D D：齿顶圆直径。 B B：零件螺旋角。 W W：零件齿宽。 R R：第一次加工时滚刀转速。 F F：第一次加工时滚刀进给量。 I I：切削深度调整量，用于M值的调整。 H

22、 H：工作台端面至齿面的距离（如下图）。 T T：滚刀号。 J J：齿向形状（详见P28）。 Y/XY/X：齿向数据（用于齿向锥度的调整）。 K K:滚刀窜刀系数，窜刀量=滚刀窜刀系数*滚刀窜刀数=K*W。 J：齿向形状，分为直齿向形状、鼓形齿向形状与锥度齿向形状三种。 因为我们加工的产品都是非对称的齿向，所以我们采用的是J302（一次切削）/J320（二次切削），通过 更改B（螺旋角）与X/Y（齿向数据）实现fH的调整。 30 潜在失效模式潜在失效模式潜在的失效原因潜在的失效原因 1、齿数不正确1、滚刀选用错误 2、工件毛坯尺寸不正确 3、滚切斜齿轮时，附加运动方向不对 潜在失效模式潜在失效模式潜在的失效原因潜在的失效原因 2、齿面出棱1、滚刀齿形误差太大 2、滚刀刃磨后，分度超差 3、滚刀轴向窜动大 4、滚刀径向跳动大 5、滚刀刀刃用钝 6.PFMEA6.PFMEA内容的展开与控制方法内容的展开与控制方法 31 潜在失效模式潜在失效模式潜在的失效原因潜在的失效原因 3、齿形不对称1. 滚刀安装不对中 2. 滚刀刃磨后，前刀面径向性误差大 3. 滚刀刃磨后，螺旋角或导程误差大 4. 滚刀跳动