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齿轮珩齿工艺的仿真计算(二)


研究现状

      珩齿加工的工艺特点及动力学特征。齿轮珩磨是-种切削速度较低的磨削工艺,可用于外齿轮和内齿轮的硬加工。齿轮珩磨最常见的应用是外齿轮在模数mn=0.5 mm到m =5 mm范围内的硬精加工。该齿轮珩磨刀具与外齿轮在轴交角2下啮合,与非连续齿廓磨削和连续展成齿轮磨削相比,所获得的切削速度非常低。由于的切削速度较低,vc=0.5 m/s至vc= 15 m/s,工件不太可能发生热结构损伤。在齿轮材料去除过程中,由于较低的切削速度,对工件材料的热影响较小,导致齿轮近表面区域的残余压应力较大。尽管齿轮珩磨过程的鲁棒性较差,且具有自再生激励的倾向,但目前还没有关于加工-机械相互作用的科学研究。青岛鑫日达精密齿轮

      齿轮珩磨过程中的运动学和由比产生的接触条件与螺旋滚滚动式齿轮传动的运动学有关。虽然这- -过程中的接触条件比较复杂,但是工件与刀具之间的接触可以描述为每个滚动位置的线接触。在齿轮珩磨中,影响加工生产率的主要因素是切削速度v。由于轴交角E,齿轮齿侧和刀具之间存在相对速度ve,因此可以加工材料。相对速度v,由切向分最的渐开线的方向(由于滚动运动)以及一个零件的方向侧面线(由于轴交角)(图1)。这导致了珩齿的表面真正典型的过程.这被称为“人字切削”。

      每转进给过程沿径向连续进行,在亚微米范围内。在恒旋转速度珩磨刀具上,切削速度随轴交角的增大而增大。在齿廓上,小轴交角存在较大的切削速度梯度,而大横轴角存在较低的切削速度梯度。这种关系的产生是由于纵向滑动速度vgl比齿高方向滑动速度Vgh较大。在小横轴角时,纵向滑动速度占主导地位的部分减小,使横向滑动速度VgH沿齿高的变化更强烈地反映在切削速度上。此外,珩磨刀具的磨料颗粒穿透齿轮的轨迹会由于横轴角的变化而发生变化。在大轴交角加工过程中出现了长而平的晶粒路径,而在小横轴角加工过程中出现了陡峭而短的晶粒路径。因此,这些颗粒路径的形状取决于切削速度以及齿轮齿形的位置。由于接触条件和运动参数以及它对局部过程力的影响而耐引起的相互关系还没有得到充分的了解。

      传统磨削工艺的力学模型。 磨削过程中,磨削刀具与工件之间的接触是由不同磨粒沿工件材料中规定的路径相互作用的随机无序序列组成的。并不是所有的磨削刀具颗粒都能接触到。因此,Kassen 建立了动态切削刃数量的术语Ndyn。这一因素考虑到在任何给定的时间内切削刃的平均数目。忽略工件和刀具的弹塑性变形,动态切削刃数不受接触几何法、磨削运动学和刀具性能的影响。所建立的连接由Wemner采用,并扩展到-个力模型,用公式1计算表面磨削过程中特定的法向磨削力Fn'。

      确定法向磨削力Fn' 的为法向磨削力F,与有效接触宽度ber有关。此外,具体的磨削力Fn',用铁屑横截面面积Acu及动态切削刃数Nyn和比磨削力系数k是相关的。除了表面磨削过程中磨削法向力的计算外,Werner 还对模型进行了必要的调整,将模型转换为内磨削和外磨削。为此,需要根据公式2计算当最砂轮直径deq。。对于内齿磨削,砂轮直径ds与工件直径d相减,对于外圆磨削,两种直径相互增加,这导致修改了内外磨削工件的接触长度I按照公式3计算。

Bock根据Werne的模型,开发了内部磨削力模型转移到内部磨和力的参数化模型。因此,Bock 引人接触长度的特定的值相关铁屑厚度heq/g,公式4,和力与接触长度和与Fn/ lg,公式5。

      相关铁屑厚度与接触长度heq/lg是由切向进给速率v,切削速度v,径向进给f和相当砂轮直径deq影响的。该部分的切向进给速率vf和切削速度ve等于速度比q。法向力Fn与接触长度Ig用速度比q,与接触宽度be和切屑厚度比值heq/g计算有关的。利用系数a1和b1考虑了刀具、工件和冷却润滑剂的经验影响。
已有的几种磨削力模型已被Toenshoff等人发展成一个基本的力学模型,用这些力模型计算连续加工工艺过程中的磨削力、接触力。这个过程。由于齿轮珩磨过程中接触条件的变化,现有的力模型不能直接用于齿轮珩磨。为了计算齿轮珩磨过程中的局部分解力,必须将啮合条件转化为局部平稳过程。齿轮珩齿过程中机械相互作用模型处理方法
针对齿轮珩磨存在的挑战,德国研究基金会(6r2905 /71-1和KL 500/152-1)资助的“齿轮珩磨机与齿间交互”项目启动。本课题的研究目的是对齿轮珩磨过程中的激振行为进行预测,从而绘制出发生振动的图谱。将合适的力模型与动态机床模型耦合,可以使珩磨过程得到更有效的设计,避免振动,并推导出机床的优化方法。在图2中,显示了建模一工艺-机床交互的方法。
 由于齿轮珩磨过程中工件与刀具接触条件的变化,现有的磨削力模型无法计算磨削力。因此,必须建立齿轮珩磨力模型。珩磨刀具与工件之间的截面体积可以用穿透计算。相贯体积等于未变形铁屑体积,这是计算磨削力所必需的。用力模型计算磨削力后,将磨削力转移到动态机床模型上。在机床仿真中,力及其大小和方向必须应用于机床结构,后续的位移必须计算到机床模型中。然后,在穿透计算中,必须在次五次模拟回路中考虑位移。为了关闭模拟回路,必须考虑前面加工步骤已经产生的齿轮几何形状。因此,当前的几何图形必须在每次模拟增量之后存储并加载到下一个增量中。
  齿轮珩磨的一一个特别的挑战是进给低,这导致几何模型的精度要求很高。齿轮加工总切削力受多种因素的影响。除磨削力外,总切削力还受齿轮啮合力和摩擦力的影响。该方法能充分解析地描述确定磨削力所需的运动学关系,并能通过数值方法确定局部几何参数。除了运动学和几何参数外,还有其他因素必须在经验试验中确定。这些影响因素包括珩磨刀具规格,待加工材料.冷却润滑剂和摩擦性能。