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浅谈齿轮铣削的发展

2013年06月18日 09:00中国机床商务网点击:5052

  JC35导读:除了在专用机床上大批量生产齿轮外,越来越多的带有齿的零件正在非齿轮加工机床上加工,也包括小批量齿轮加工。金属切削技术已经有相当大的进步,无论何种应用,其它金属切削技术都会运用在齿轮铣削工序中。常规意义上的齿轮加工-也就是使用高速钢滚刀,以中等速度并使用油冷中铣削齿轮的齿轮专门化生产-正在发生着改变。这就是竞争的压力所致。
  
  在这种意义上,加工中心和多任务机床越来越多地被使用,它们在提供新功能的同时,还可以在各种零件上加工齿型。就像其它传统的专用齿轮切削机床一样,这些齿轮业的新加工功能使加工效率倍增。现在,新开发的可转位刀片技术为提升加工工序中的齿轮加工提供了新方法。
  
  刀具技术的进步。制造齿轮,无论是单纯齿轮还是具有齿型的零件,都是可以加工的,取决于不同的加工形式。
  
  可转位刀片刀具已经在齿轮切削中使用一段时间了。但是,总的来说,这种技术并未提供性能方面的优势,也未满足今日可能需要的精度要求。齿轮制造商倾向于坚持使用整体高速钢刀具,因为它可保证加工过程的安全性、精确性以及可靠性。但是,高速钢已经使用了100多年了,它的发展空间已经很有限了。尽管它作为一种切削材料已经有了相当大的发展,然而,在承受现代刀具会遇到的切削温度和磨削负荷方面,它先天地受到限制。现在,刀具毫无疑问地成为齿轮生产中提高生产效率和降低加工成本的限制因素。一般来说,在超过高速钢使用的切削速度2.5倍的切削速度的情况下,现代硬质合金刀片的刀具寿命是高速钢刀具的5倍。
  
  精度--最后一个障碍。可转位刀片的最新进展克服了高速钢刀具使用者曾经提出的精度和公差保持问题。直到现在,这方面一直是磨削的高速钢刀具领先和保持自己地位的领域,而使用现代专用可转位刀片刀具的齿轮铣削,正在达到甚至更小的DIN公差等级。
  
  新的可转位刀片滚刀为B级,大部分指标达到A级,甚至AA级。加工的齿轮精度是9级,但常常可以达到8级,极小的刀具跳动有利于获得更长的刀具寿命,这也消除了加工表面产生接痕的可能。加工后的齿轮型线非常接进所要求的成品形状,从而使得后续工序的加工余量小并均匀。通过刀具上的磨削的基准面,使刀具在机床上安装调整很方便,也很容易掌握。
  
  切削速度是造成这种差别的原因。这种专门开发的可转位刀片技术主要优点是在齿轮齿槽粗加工和精加工中大幅度提高金属去除率,以及使得小到中批量零件加工更经济、更灵活。由于需转位的刀片有一定数量,所以,齿轮铣削中刀片装夹的高效性和简易性很重要。一些刀片夹紧使用了压板,而不是螺钉,这就可以在10-15秒内精确地更换刀片。安全、可靠的刀片槽提供了可靠的性能并且非常易于操作。
  
  最近推出的用于齿轮铣削的刀片技术部分基于其它切削领域的发展。与众多领域专用(专门用于齿轮铣削领域)的发展一起,对新一代齿轮铣削刀具作出了贡献。这就创建了全面的用于模数3-30的盘铣刀和滚刀的产品范围以及新的加工方法。
  
  新型切削刃。齿轮铣削使用高刚性的盘型铣刀,工艺的特性是断续的切削。除了切削刃上的热变化外,机械间断要求在硬度与韧性之间适当平衡,以提供高切削参数所需的耐用性与强度。除了切入和切出外,刀具材料提供的韧性程度是由形状和槽型确定的。但是,在齿轮铣削中,确定切削刃韧性的要求时,还需将相对小的径向切削深度与大的刀具直径两个因素结合起来考虑。
  
  不使用冷却液的干式加工是可转位刀片铣削刀具和现在的高切削率时优先采用的方法。即使是使用大量冷却液,也难以对切削刃有很大的作用,大部分冷却液蒸发了。剩余的冷却液仅能够在刀片切入和切出切削时稍冷却。因此,热变化就被放大了,对刀片的负面影响比热量更大。在很大程度上,齿轮铣削中使用冷却液是继承使用高速钢刀具时的做法,或者是为了减少零件上的热量的需要。但是,采用硬质合金的齿轮铣削可以承受高温,因而不需要冷却液。在正确使用干式加工时,只有很少的热量传到零件上。
  
  但是,对齿轮滚削,工艺则不同-一把刀具上常常会有超过100个切削刃参与切削。这是一种相对平稳的使用连续切削的切削工艺,切削厚度和切削力方向是变化的。滚刀提供了高精度。高速钢滚刀通常采用50-100m/min(165-330SFM)的切削速度,必须使用冷却液。与高速钢滚刀不同,硬质合金滚刀在250-300m/min(820-985SFM)的切削速度时工作也十分优良,可以使用或不使用冷却液。
  
  刀具材料造成性能的差别。现代涂层刀片材质具有提供高安全性的能力,这种高安全性是在高切削速度和高进给生成的温度条件下产生的。许多材质在干/湿条件下都工作良好。为了排屑或者为了将尺寸保持在公差内要求保持零件温度,要使用冷却液,这就需要在湿条件下切削了。在讨论到铣削正常化表面硬化钢时,硬质合金刀片在高生产效率方面的优点就特别突出了。对于回火钢,主要优点是在高切削参数下显著地延长了刀具寿命。
  
  对于硬度在300HB以上的材料,使用可转位硬质合金刀具时可采用的切削速度通常可以是传统的高速钢的5倍。可转位刀片在齿轮铣削中取得成功的重要因素是槽型和制造因素。切削刃的槽型、倒棱以及刀片材质结合在一起,是获得最佳解决方案的重要组合因素。正确的刃带形状的微槽型、倒角和切削刃钝化决定性地影响切削刃的强度和耐用性。这对切削参数能力、安全性,都有直接的影响,并且,对质量的一致性的可预测性尤其有非常重要的直接影响。刀片槽型也提供了良好的切屑形成性能,这对切屑的排出和处理都很重要。最后,宏观槽型和微观槽型以及切削刃在刀具上的位置不会像高速钢刀具重磨时那样发生改变。
  
  良好的定位起到决定性作用。齿轮铣削刀具上有大量的刀片。在切削时,一个切削刃的位置影响其它切削刃。如果这些位置变化太大,它们就会对切削性能(切削力)和达到正确的精度水平的能力产生负面影响。从这个意义上讲,刀片定位、刀具制造技术和刀片的精确公差,对获得不断提高精度要求的市场所需的解决方案而言是至关重要的。
  
  机床和刀柄对取得成功也很关键。像Höfler公司先进的和特别稳定的机床,与可乐满Capto心轴接口结合,就提供了充分利用新的齿轮铣削的可转位刀片技术的基础。
  
  新的可转位刀片技术越来越多地用于盘铣刀和滚刀。它也可以通过像uP-Gear技术和InvoMilling工艺等新方法,在专用机床系统上使用。除了在专用机床系统,齿轮铣削也可以在多任务机床和五轴加工中心上高效地进行。这种新技术得到当地和全球的专门致力于齿轮铣削(包括设计、应用和商业支持)的专业团队的支持。
  
  重点一直是开发新一代刀具、切削方法和在全面控制所有相关技术和支持。结果是齿轮铣削再一次被广泛应用,这在一年多以前是无法想像的,但是,现在已经变成了现实。
  
  新方法开启了新的可能性。除了新一代刀具外,新的铣削方法也获得了用于锥齿轮加工的upGear技术。这种技术已经用于GleasonHeller五轴机床。这些机床配备了对用户友好的软件和适用的刀具包,它提供了全新的、柔性的、高效率的和高性价比的解决方案。与立铣工艺相比,加工时间缩短了。此外,由于刀具成本比使用专用的锥齿轮刀具低许多,因此,实际机床成本不高于传统的五轴机床。由于工艺的通用性,采用这种方法的刀具种类减少了。
  
  我们开发的另一个独特的新方法是用于加工中心和多任务机床的InvoMilling方法:一种槽铣和车铣的组合。采用这种方法可以加工任何模数和螺旋角的,渐开线的和非渐开线的齿廓。通过与机床制造商DMG/MoriSeiki的合作,在机床的数控界面上轻松操作,就可以在大量应用中执行齿轮铣削。而在以前,大部分齿轮铣削只能在专用机床上执行。
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