Investigación sobre la aplicación de la tecnología de fresado de engranajes cónicos rectos

Investigación sobre la aplicación de la tecnología de fresado de engranajes cónicos rectos

 
En comparación con los engranajes cónicos en espiral, los engranajes cónicos rectos tienen las ventajas de una alta madurez de fabricación, un costo relativamente bajo y un procesamiento más simple, y se utilizan ampliamente en productos aeroespaciales. Este documento toma el engranaje cónico recto utilizado en el reductor de velocidad angular del sistema de alta elevación de aviación como objeto de investigación, y adopta el método de mecanizado de fresado de las posiciones de corte superior e inferior de la fresadora de disco en elEquipo de fresado de engranajes cónico CNC Gleason PHOENIX II. Se completa el procesamiento del engranaje cónico recto y se lleva a cabo un análisis detallado de los aspectos de procesamiento, medición, aplicación de software, etc., lo que tiene un buen significado de referencia para mejorar la calidad de procesamiento y la eficiencia de procesamiento del engranaje cónico recto.

En la transmisión del eje de intersección, los engranajes cónicos son ampliamente utilizados, y el procesamiento deengranajes cónicos de espolóntodavía está dominado por cepilladores de engranajes. Afectado por el equipo y el tratamiento térmico, la precisión del mecanizado está básicamente en el nivel GB7, y la mejora de la eficiencia del mecanizado también tiene ciertas limitaciones.

En los últimos años, la fresadora de engranajes cónicos CNC PHOENIX II desarrollada por Gleason tiene la función de procesar engranajes cónicos rectos y engranajes cónicos en espiral. La tecnología dental, con la aplicación de herramientas de cuchillas de carburo, la eficiencia del mecanizado y la precisión del mecanizado de los engranajes cónicos rectos se han mejorado considerablemente.
 

1. Desarrollo de métodos de procesamiento para engranajes cónicos rectos


En comparación con la tecnología de procesamiento de engranajes cónicos en espiral en rápido desarrollo, la tecnología de procesamiento de engranajes cónicos rectos se ha desarrollado relativamente lentamente. Los métodos de procesamiento comúnmente utilizados de los engranajes cónicos de espolón incluyen fresado de módulo en forma de disco, brochado circular, cortador de cepilladora pareado, fresado de doble cabezal de corte, etc. Entre ellos, el proceso de cepillado dental es ampliamente utilizado. El proceso de cepillado dental se basa en el principio de lamétodo de fresado de dientes. Dos cuchillos de cepillado recto se utilizan como herramientas para procesar el espolónengranaje cónico. En términos relativos, la eficiencia de procesamiento no es alta, y es difícil garantizar que los dientes de tambor de engranaje cónico de espolón sean requisitos de procesamiento de superficie. El método de fresado de generación de doble disco utiliza dos fresadoras de disco emparejadas para cortar simultáneamente las superficies de los dientes a ambos lados de una cierta ranura dental del diente en blanco en un proceso para completar el procesamiento de los engranajes cónicos rectos. La fresadora de engranajes CNC PHOENIX II. adopta un nuevo método de proceso para fresar el engranaje cónico recto con una fresadora de un solo disco, lo que puede acortar en gran medida el tiempo del ciclo de procesamiento del engranaje cónico recto. En comparación con la máquina herramienta mecánica, la eficiencia es mayor.

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Cepilladora de engranajes, fresadora de engranajes de doble disco, PHOENIXII. fresadora de engranajes

Comparando los tres métodos de procesamiento, el equipo de procesamiento de cepillado de dientes y el cortador de fresado de doble disco generan la cadena de transmisión mecánica utilizada en la fresadora de engranajes, que se limita al procesamiento de engranajes cónicos rectos. Las ventajas de la fresadora de engranajes CNC PHOENIXII. son aún mayores.

(1)Ventaja de costo del equipo: La función de procesamiento de engranajes cónicos rectos se agrega al equipo de procesamiento de fresado de engranajes cónicos en espiral, y una máquina se utiliza para múltiples propósitos. Costo de transformación técnica del equipo.

(2)Ventaja de precisión: el borde de corte principal de la fresadora de disco tiene un cierto ángulo de inclinación negativo, que puede realizar fácilmente el procesamiento de la superficie del diente de espolón del engranaje cónico. La forma del área de contacto puede mejorar la precisión del contacto del engranaje cónico recto y evitar eficazmente el daño causado por el contacto del borde del engranaje. Después de la verificación del procesamiento por lotes, puede alcanzar de manera estable la precisión de procesamiento del nivel GB6.

(3)Ventajas de la eficiencia de la producción: La eficiencia de los engranajes cónicos rectos se mejora obviamente en comparación con la de las máquinas herramienta mecánicas mediante fresado CNC.
 

2. Herramienta de fresado de engranajes cónicos rectos



Forma de la herramienta de fresado:

Fresadora de engranajes CNC Gleason PHOENIX II para engranajes cónicos rectos utilizando cabezales de corte sólido Coniflex ® de metalurgia de polvo y cortadoras Coniflex ® Plus con inserciones de carburo Pentac®.
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Características estructurales de la fresadora:

Los principales parámetros de la herramienta son:

(1) Ángulo de presión de la herramienta

Relacionado con el ángulo del plato de la herramienta, el ángulo del husillo de la fresadora de engranajes CNC PHOENIXII 275HC es un valor fijo de 23°. Es igual a la suma del ángulo de presión de la herramienta y el ángulo del plato. El ángulo del plato es el ángulo cóncavo del borde de corte principal de la fresadora de disco, que afecta la cantidad abultada de la superficie del diente procesada cuando la fresadora de disco desarrolla la superficie del diente. La cantidad de coronación afecta el tamaño del área de contacto del engranaje cónico. Por lo general, el software de cálculo del engranaje cónico recto se utiliza para la simulación teórica del área de contacto, y el tamaño del ángulo de presión de la fresadora de disco se determina preliminarmente. El tamaño del ángulo de presión de la fresadora no se selecciona arbitrariamente, sino que se selecciona de acuerdo con la serie de ángulos de presión.

(2) Filete de esquina

Por lo general, se calcula y genera de acuerdo con los parámetros principales del engranaje cónico. El movimiento de fresado hace que el filete de raíz formado por la pieza mecanizada sea ligeramente más grande que el filete de nariz de la herramienta. Se puede confirmar que el valor nominal de diseño del filete de nariz de la herramienta es igual o ligeramente mayor que el de la herramienta. El radio mínimo del filete especificado en el plano, la primera parte del engranaje cónico recto se procesa y depura utilizando la detección de proyección de pantalla WANGONG para evitar problemas como el sobrecorte durante el procesamiento.
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(3) Distancia de desplazamiento de la herramienta

El ancho de la herramienta que se muestra en la Fig. 4 está determinado por el ancho La del extremo grande y el ancho Li del extremo pequeño del engranaje a mecanizar. La distancia de desplazamiento de la herramienta debe satisfacer la condición de que sea mayor que la mitad de La y menor que Li al mismo tiempo. El ancho está diseñado y generado por el software de cálculo de engranajes cónicos rectos de acuerdo con los parámetros del engranaje cónico. Si la distancia de desalineación de la herramienta no es apropiada, el extremo pequeño se sobrecortará o el extremo grande permanecerá. Un desplazamiento de cuchillo demasiado ancho causará un corte excesivo del arco de la raíz del diente, y una ranura estrecha del diente en el extremo pequeño es más probable que cause un corte excesivo. Si el desplazamiento del cuchillo es demasiado pequeño, hará que la raíz del diente permanezca, y es más probable que permanezca el ancho de la ranura del diente final grande. Se puede resolver mediante cálculo y corte de prueba para verificar si la distancia de error del cuchillo es correcta.
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El cálculo de la distancia máxima de desplazamiento de la herramienta es el siguiente
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En la fórmula: Ton es el grosor del diente de arco de extremo grande del engranaje correspondiente; Bo es la altura de la raíz del diente de extremo grande; φ es el ángulo de presión; FW es el ancho de la superficie del diente; Ao es la distancia cónica exterior.

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En la fórmula: WT, max es la distancia máxima de desplazamiento de la herramienta; La tolerancia de stock es la asignación de mecanizado.

Material de la herramienta de fresado de engranajes:

Los materiales comúnmente utilizados para fresadoras de disco integral para engranajes cónicos rectos, como ASP2023, ASP2030, están recubiertos: TiN, TiAlN, etc. El material de un engranaje cónico de espolón es 18Cr2Ni4WA, que es un acero carburizado de aleación media de alta resistencia. También puede ser nitrided y templado. El rendimiento de corte de la herramienta de recubrimiento ASP2030 TiAlN es ligeramente mejor que el del recubrimiento ASP2023 TiN. .

Los materiales aeronáuticos tienen las características de alta dureza, alta resistencia y alta tenacidad. También se enfrentan a los problemas de un rendimiento de procesamiento deficiente, una alta dificultad de procesamiento, una baja eficiencia de procesamiento y un alto costo de herramientas en la producción y el procesamiento, lo que plantea requisitos más altos para las herramientas de procesamiento. La promoción y el uso de herramientas de corte de carburo cementado no solo optimiza el plan de procesamiento, resuelve los problemas de endurecimiento del trabajo y la deformación del procesamiento, sino que también mejora la vida útil de las herramientas de corte y garantiza la consistencia de los resultados de procesamiento a gran escala. En el mecanizado de engranajes cónicos de espolón, las herramientas Coniflex® Plus equipadas con insertos de carburo Pentac® están reemplazando gradualmente el cabezal de corte sólido Coniflex® de pulvimetalurgia, que también empuja el mecanizado de engranajes cónicos de espolón a alta velocidad.

 

3. Tecnología de mecanizado deEngranaje cónico rectoMolienda



El fresado de engranajes cónicos spur se desarrolla en base a los engranajes cónicos spur diseñados por el software profesional de engranajes cónicos, y los programas de mecanizado y los programas de prueba son generados por el software, que se importan a la fresadora de engranajes y al detector de engranajes respectivamente. Para el procesamiento y ajuste del fresado de engranajes cónicos rectos, primero corte un solo diente, ajuste por separado para asegurarse de que el perfil de un solo diente, el grosor del diente y la profundidad del diente de un par de pares de engranajes cónicos rectos estén calificados, y luego corte un diente completo completo. Asegúrese de que el perfil del engranaje, el grosor del diente, la profundidad del diente, la desviación del paso fpt, la desviación del paso Fpt, el fr de desgaste y otras características de la rueda grande y la rueda pequeña estén calificadas respectivamente, y sobre esta base, se lleva a cabo la inspección de rodadura del área de contacto.

Al ajustar el fresado de engranajes cónicos, después de que el primer par de engranajes cónicos se procesan y prueban en una máquina de inspección de laminación, el área de contacto real obtenida a menudo no es completamente consistente con el área de contacto ideal simulada. Después de excluir varios factores, como los accesorios, presione Ajustar el área de contacto de acuerdo con la situación real.

En general, el área de mal contacto se distribuye principalmente a lo largo de la dirección de la altura del diente y la distribución a lo largo de la dirección de la longitud del diente no es ideal. La distribución insatisfactoria en la dirección de la altura del diente es causada principalmente por el error de forma del diente. Se puede ajustar cambiando el ángulo de presión. El ángulo de presión aumenta y el área de contacto se mueve. Hacia la punta del diente, el ángulo de presión disminuye y el área de contacto se mueve hacia la raíz del diente. La distribución insatisfactoria de la dirección de la longitud del diente es causada principalmente por el error de dirección del diente. Se ajusta cambiando el ángulo de la hélice. El ángulo de la hélice aumenta, el área de contacto se mueve al extremo pequeño y el ángulo de la hélice disminuye, y el área de contacto se mueve al extremo grande. La Figura 6 utiliza el software de cálculo de engranajes cónicos para ajustar y corregir la posición del área de contacto.

En el proceso de fresado de engranajes cónicos rectos, el borde de corte principal de la fresadora de disco tiene un cierto ángulo de inclinación con la cara final de la fresadora, es decir, la forma del tambor forma un ángulo. En este momento, el filo de corte es equivalente a una superficie cónica con un ángulo cónico interno. La fresadora de disco puede procesar fácilmente la superficie del diente del engranaje cónico recto, que también es la característica única de la fresadora de disco. En comparación con los métodos de procesamiento, como el cepillado dental, es más fácil garantizar los requisitos de procesamiento deengranaje cónico de espolóndientes de tambor, la forma del área de contacto es ovalada y el estado de contacto es mejor. Sin embargo, la fresadora de disco no se mueve a lo largo de la longitud del diente, y la parte inferior de la ranura del diente es ligeramente cóncava. El valor de esta concavidad está relacionado con el radio y el ancho del diente de la fresadora de disco. La profundidad máxima del arco cóncavo en la parte inferior de la ranura de fresado se muestra en la fórmula (3):

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En la fórmula: ΔH es la profundidad máxima del arco cóncavo en la parte inferior del surco del diente; Fw es el ancho del diente del engranaje; φ es el ángulo de presión; Du es el diámetro de la fresadora de disco.
 

4. Soluciones para el mecanizado de circuito cerrado de engranajes cónicos rectos



La unidad de procesamiento de engranajes cónicos rectos está compuesta por una fresadora cnc de engranajes cónicos, una máquina de afilado de engranajes cónicos, un centro de prueba de engranajes, una máquina de detección de laminación de engranajes cónicos y otros equipos. Combinado con la aplicación de software de diseño, procesamiento y medición de engranajes cónicos, se forma un engranaje cónico de circuito cerrado. El proceso de procesamiento reduce la dificultad de procesar y ajustar los engranajes cónicos, y mejora la eficiencia de producción y la precisión del procesamiento de los engranajes cónicos rectos.

El software de engranaje cónico Gleason incluye múltiples módulos funcionales, como el módulo de engranaje cónico en espiral Cage, el software de engranaje cónico recto Straight Bevel [Mechanical], el análisis de elementos finitos FEA y otros módulos funcionales. Los módulos de software utilizados en el desarrollo de engranajes cónicos de espolón se muestran en la Figura 7.
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El bisel recto [Mecánico] se utiliza para el diseño de engranajes cónicos rectos, calcula los parámetros del engranaje cónico recto, determina los parámetros de la herramienta de corte, corre para generar la tarjeta de parámetros de diseño del engranaje cónico recto y los parámetros de diseño de la herramienta, y se utiliza para la generación y preparación para el diseño de cuchillos. UNICAL se utiliza para el análisis y ajuste del área de contacto de engranajes cónicos rectos, el ajuste del grosor y la reacción violenta de los dientes, la determinación del sobrecorte de la raíz del diente, el análisis de tiempo, la generación de programas de inspección de MMC y los programas de mecanizado. El Administrador de resumen se utiliza para convertir el programa de mecanizado generado por la operación del software UNICAL en el programa de máquina herramienta reconocido por la máquina herramienta, y para analizar y simular la verificación de simulación de sobrerecorrido de la máquina herramienta causada por la longitud de la herramienta, la altura del accesorio, etc., para reducir el riesgo de depuración de la primera pieza de los engranajes cónicos rectos. GAGE se utiliza para la medición de engranajes cónicos y genera parámetros antiajuste de engranajes cónicos de acuerdo con los resultados de la medición. También puede establecer un programa estándar de inspección de engranajes para la inspección de engranajes cónicos para garantizar la consistencia del procesamiento de engranajes cónicos rectos y una mejor intercambiabilidad.
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PHOENIXII. La fresadora de engranajes CNC se utiliza para el procesamiento de engranajes cónicos rectos, equipada con un afilador para el afilado de fresas de engranajes cónicos rectos, el centro de inspección de engranajes se utiliza para la inspección única de engranajes cónicos, la máquina de inspección de laminación se utiliza para el área de contacto Una inspección exhaustiva de varias funciones independientes constituye una unidad de mecanizado de engranajes cónicos. Utilice software profesional de engranajes cónicos para completar el diseño de piezas de engranajes cónicos, el diseño de parámetros de herramientas y la generación de programas de mecanizado y programas de inspección. El programa de mecanizado se introduce en la fresadora de engranajes. Una vez que se completa el corte del engranaje, el centro de inspección del engranaje utiliza el programa de inspección entrante para completar la medición del engranaje cónico. Al mismo tiempo que se obtiene el informe de inspección, se generan los datos de ajuste inverso para el ajuste de procesamiento del engranaje cónico, y los datos de ajuste inverso se ingresan en la fresadora de engranajes, es decir, se puede procesar y ajustar para lograr mejores requisitos de precisión para engranajes cónicos. Todo el proceso forma una solución de mecanizado de circuito cerrado a partir del diseño, el mecanizado, la medición, la retroalimentación de datos de medición y luego la depuración. Y el proceso de procesamiento y depuración es más eficiente, más automático e inteligente, reduciendo las operaciones que dependen de la experiencia humana y mejorando en gran medida la eficiencia de producción y la precisión del procesamiento de los engranajes cónicos de espolón.
 

5. Validación del fresado de engranajes cónicos rectos para un producto de aviación



Tomando como ejemplo un grupo de engranajes cónicos rectos en el sistema de alta elevación de la aviación, el método convencional de procesamiento de engranajes cónicos de engranajes cónicos de engranajes de espolón se cambió al método de procesamiento de fresado de fresado de disco integral de acero de alta velocidad de metalurgia en polvo, y luego la herramienta se cambió a una herramienta de corte de tira de corte de corte de carburo cementado para mecanizar engranajes cónicos rectos. A través de la mejora, la eficiencia de procesamiento y la precisión del engranaje de este grupo de engranajes cónicos de espolón se mejoran considerablemente.
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Método de mecanizado del engranaje cónico de espolón

Para la comparación, la herramienta de disco de pulvimetalurgia se utilizó antes de la mejora, y los datos de procesamiento de la herramienta de carburo cementado después de la mejora se muestran en la Tabla 1 y la Tabla 2.
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Este grupo de engranajes cónicos de espolón se ha cambiado de procesamiento de dos ciclos de doble laminación a un procesamiento de doble laminación mejorando el método de procesamiento de piezas. En segundo lugar, con la aplicación de la tecnología de herramientas, los parámetros de corte se mejoran correspondientemente, la velocidad de la herramienta se aumenta de 80-100r / min a 400r / min, la velocidad de la línea se aumenta de 55-80m / min a más de 200m / min, y el tiempo de corte se acorta de 60-90min a 400r / min. 15min más o menos. Al mismo tiempo, se garantiza que la precisión del perfil dental de las piezas sea estable, se aumenta la vida útil de la herramienta, se reduce el tiempo auxiliar, como el afilado de la herramienta y el ajuste del procesamiento, se acorta el ciclo de procesamiento del engranaje cónico recto, se mejora la eficiencia del procesamiento, se reduce el costo de procesamiento y se satisfacen las partes del engranaje cónico de los productos de aviación. Desarrollar requisitos de producción de ciclo corto.
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La mejora de la calidad del mecanizado, tomando como ejemplo un engranaje cónico recto, se muestra en la Figura 10.
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Antes de la mejora, se utilizó el procesamiento general de herramientas de acero de alta velocidad para pulvimetalurgia. La precisión del perfil del diente se vio afectada por el desgaste de la herramienta y otras razones, y la precisión del perfil del diente fue inestable. Después de moler 5 ~ 10 partes a la vez, el perfil del diente cambia y se produce el contacto de la raíz del diente, que debe volver a afilarse. cuchillos. La herramienta se afila muchas veces, el tiempo de depuración de las piezas después de cada afilado es largo y la tasa de rechazo es alta.
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Después de la mejora, se mejora la precisión del perfil del diente, se utiliza la herramienta de cuchilla de carburo y el número de piezas procesadas a la vez es más de 500, se reduce el número de piezas de procesamiento y ajuste, se acorta el tiempo de procesamiento y depuración, la calidad es más estable y la eficiencia de procesamiento es mayor.

Después de la verificación del procesamiento por lotes, el engranaje cónico recto mejorado puede alcanzar de manera estable la precisión de mecanizado del nivel GB6 y, al mismo tiempo, se puede garantizar la superficie modificada del diente del tambor. El área de contacto es ovalada con un contorno claro, y el área de contacto está en mejores condiciones. La superficie del diente en forma de tambor puede evitar eficazmente el daño causado por el contacto del borde del engranaje y reducir la influencia del par de engranajes de espolón en el cambio de carga en la transmisión de malla y la sensibilidad del par de engranajes rectos al error de instalación.
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6. Observaciones finales


Basado en la tecnología de fresado de engranajes cónicos CNC de Gleason, este documento toma los engranajes cónicos rectos utilizados en los productos reductores de velocidad variable angular del sistema de alta elevación de aviación como objeto de investigación. , medición y otros aspectos de la investigación de aplicaciones, a través del procesamiento y verificación de piezas de engranajes cónicos rectos, acumulando continuamente los datos de procesamiento de engranajes cónicos de espolón y formando soluciones de procesamiento para sistemas de engranajes cónicos de espolón, que son útiles para mejorar la eficiencia de producción y la calidad de procesamiento de engranajes cónicos de espolón. cierto valor de referencia.