滾齒工藝培訓(xùn)

楊韜Yangtao

滾齒工序的輸出過程流程介紹滾齒加工原理滾齒設(shè)備（加工設(shè)備和檢測設(shè)備）原理設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)傳動原理工裝結(jié)構(gòu)及原理設(shè)備輸入?yún)?shù)和產(chǎn)品參數(shù)計(jì)算PFMEA內(nèi)容的展開與控制方法工裝設(shè)備檢具來料考試2二、內(nèi)容1、滾齒工序的輸出：

滾齒過程是對零件齒形、齒向的粗加工，再經(jīng)過熱處理變形+磨齒、珩齒對齒形精加工或剃齒+熱處理變形，最終得到產(chǎn)品要求的齒輪參數(shù)。滾齒輸出的齒輪參數(shù)Mdk——跨棒距fHα——齒形角誤差fHβ——

齒向角誤差ffα——齒形形狀誤差ffβ——齒向形狀誤差dna——有效漸開線起始點(diǎn)dnf——有效漸開線終止點(diǎn)Fp——齒距累計(jì)誤差Fr——齒圈徑向跳動fp——單齒齒距誤差fsα——齒形一致性fsβ——齒向一致性1、熱處理變形+齒形精加工2、剃齒+熱處理變形成品齒輪參數(shù)Mdk——跨棒距fHα——齒形角誤差fHβ——齒向角誤差ffα——齒形形狀誤差ffβ——齒向形狀誤差dna——有效漸開線起始點(diǎn)dnf——有效漸開線終止點(diǎn)Fp——齒距累計(jì)誤差Fr——齒圈徑向跳動fp——單齒齒距誤差fsα——齒形一致性fsβ——齒向一致性2、滾齒加工原理：滾齒屬于展成法加工，可看作無嚙合間隙的齒輪與齒條傳動。當(dāng)滾齒旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，相當(dāng)于齒條在法向移動一個或多個齒距（根據(jù)滾刀頭數(shù)而定），滾刀的連續(xù)傳動，猶如一根無限長的齒條在連續(xù)移動。當(dāng)滾刀與毛坯間嚴(yán)格按照齒輪與齒條的傳動比強(qiáng)制嚙合傳動時(shí)，滾刀刀齒在一系列位置上的包絡(luò)線就形成了工件的漸開線齒形。隨著滾刀的垂直進(jìn)給，即可滾切出所需的漸開線齒廓。滾齒加工運(yùn)動：主運(yùn)動——

滾刀的回轉(zhuǎn)運(yùn)動稱為主運(yùn)動。分齒運(yùn)動——強(qiáng)制齒輪坯與滾刀保持與齒條的嚙合運(yùn)動關(guān)系的運(yùn)動稱為分齒運(yùn)動。垂直進(jìn)給運(yùn)動——滾刀沿被切齒輪軸向的移動，即為垂直進(jìn)給運(yùn)動。附加運(yùn)動——當(dāng)滾刀延工件軸線的移動量等于齒輪分度圓上的螺旋導(dǎo)程P時(shí)，齒坯再分度圓運(yùn)動的基礎(chǔ)上正好附加多轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，即為附加運(yùn)動。分齒運(yùn)動公式：工作臺轉(zhuǎn)速（r/min）=Kn/z

n-滾刀轉(zhuǎn)速

K-滾刀頭數(shù)

z-被加工齒輪齒數(shù)）附加運(yùn)動公式：工作臺附加轉(zhuǎn)速（r/min）=Knf/zp

n-滾刀頭數(shù)

K-滾刀頭數(shù)

z-被加工齒輪齒數(shù)

f-滾刀軸向進(jìn)給速度

p-齒輪螺旋導(dǎo)程：p=πdtanβ加工斜齒輪時(shí)，除了滾刀回轉(zhuǎn)運(yùn)動、工作臺分齒運(yùn)動與滾刀垂直進(jìn)給運(yùn)動外，還增加了一個附加運(yùn)動，所以加工時(shí)工作臺的實(shí)際轉(zhuǎn)速是由分齒運(yùn)動與附加運(yùn)動合成的，具體運(yùn)動如下：工作臺實(shí)際轉(zhuǎn)速=Kn/z（1±f/p）（滾刀與被切斜齒輪旋向相同時(shí)為+，相反時(shí)為-）3、設(shè)備（加工設(shè)備和檢測設(shè)備）原理南昌工廠滾齒機(jī)種類如下：KashifujiKN151、KashifujiKN152、Gleason210H、YS3120CNC6、FelsomatFHC180、KashifujiKA200E、YKX3132M、KashifujiKN152Gleason130H，它們的加工原理基本一致，下面以KashifujiKN151滾齒機(jī)為例進(jìn)行介紹。設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)KN151滾齒機(jī)的主要組成部分包括：1.機(jī)床控制面板2.工作臺3.刀架4.尾架5.液壓系統(tǒng)6.氣壓系統(tǒng)7.FANUC數(shù)控系統(tǒng)8.機(jī)械手自動上料機(jī)構(gòu)機(jī)床控制面板工作臺刀架尾架機(jī)械手氣壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)FANUC系統(tǒng)機(jī)床各軸示意圖：X軸Y軸Z軸C軸B軸A軸下表是KashifujiKN151滾齒機(jī)主要技術(shù)性能。在產(chǎn)品滾齒工藝開發(fā)前期的可行性分析時(shí)我們可以根據(jù)機(jī)床的主要技術(shù)性能來初步確定產(chǎn)品是否可以在機(jī)床上加工，給定切削參數(shù)是否能在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)。常規(guī)規(guī)格最大工件直徑150mm最大工件模數(shù)M4最大軸向行程400mm最大滾刀架回轉(zhuǎn)角度±45°最小最大齒數(shù)4/1000工作臺最高轉(zhuǎn)速150轉(zhuǎn)/分工作范圍滾刀至工作臺中距離15-150mm工作臺至支撐頂尖距離190-800mm滾刀轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度最大滾刀轉(zhuǎn)速（無極變速）100-1330轉(zhuǎn)/分軸向進(jìn)給速度（無級變速）0.01-10mm/轉(zhuǎn)徑向進(jìn)給速度（無級變速）0.01-10mm/轉(zhuǎn)最大滾刀竄刀行程150mm滾刀最大滾刀尺寸

直徑×長度130mm×180mm主軸錐端錐度N.T.40工裝結(jié)構(gòu)及原理KN151滾齒機(jī)的工裝主要分為軸類與片齒輪類兩種。軸類零件工裝由尾架頂尖、底碗、彈性夾頭與底座頂尖組成，具體裝夾過程如下：

1.零件通過機(jī)械手安放在底碗上，底碗端面與零件定位端面貼緊，起到限位與支撐作用；

2.尾架頂尖頂下降頂緊零件，同時(shí)工裝底座內(nèi)的活動頂尖提供一個向上的支撐力，通過兩頂尖的定位與頂緊以保證零件加工時(shí)的同軸度；

3.零件頂緊后，機(jī)床底部的油缸通過連接桿下拉彈性夾頭從而夾緊零件外圓，以防止零件在加工過程中發(fā)生錯位。整個裝夾過程完畢。

頂尖與彈性夾頭的夾緊力都是通過液壓調(diào)節(jié)的。尾架頂尖定位底座裝夾示圖彈性夾頭活動頂尖油缸連接桿夾具裝配圖尾架頂尖片齒輪類零件工裝由尾架頂尖、底碗與彈性芯軸組成，裝夾的過程如下：1、零件通過機(jī)械手安放在底碗上，底碗端面與零件定位端面貼緊，保證零件裝夾時(shí)的端跳；2.彈性芯軸下降穿過零件內(nèi)孔，其上的彈性套受力膨脹脹緊零件內(nèi)孔，保證加工時(shí)零件與工作臺的同心度；3.尾架頂尖上的壓蓋壓下降壓緊零件另一端；整個裝夾過程完畢。彈性套的漲緊力與壓蓋的壓力都是通過液壓調(diào)節(jié)。定位底座尾架頂尖裝夾示圖彈性脹套油缸連接桿夾具裝配圖尾架頂尖滾刀

滾刀實(shí)質(zhì)上是一個漸開線圓柱斜齒輪，其齒數(shù)很少，而螺旋角很大故外型呈蝸桿狀，該蝸桿稱之為滾刀的基本蝸桿，在經(jīng)過鏟背開槽就成了滾刀，常見的大部份滾刀的基本蝸桿為阿基米德蝸桿。由于滾刀的刀齒是按螺旋線分布的，所以邊緣上的幾個刀齒是不完整的刀齒，所以要在程序上去除此段長度。

根據(jù)加工的零件不同滾刀一般分為三類：滾-磨（珩）滾刀、滾-梯滾刀，主要區(qū)別在于其刀齒齒頂凸角寬度是根據(jù)所加工零件的留磨、留剃余量進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的（下圖為BR3R-7100-AB二軸一檔的滾刀，零件磨齒余量為單邊0.01mm，所以滾刀凸角設(shè)計(jì)成0.095mm寬以滿足磨齒工藝的要求。KashifujiKN151滾齒機(jī)主要使用的是NACHI滾刀，基體由粉末冶金制成，強(qiáng)度、硬度、韌性、耐磨性高，采用TiN圖層，線速度可達(dá)160-200mm/min。滾刀的安裝KN151滾齒機(jī)使用的是組合式滾刀（滾刀+芯軸與滾刀+軸套兩類），所以滾刀組裝完成后需要在滾刀徑跳檢測儀上校正好兩端徑跳（徑跳≤0.01mm），再安裝上刀架。芯軸滾刀跳動的檢測與調(diào)整滾刀軸套++滾刀1.右旋滾刀滾切右旋工件：

δ=β-λ02.右旋滾刀滾切左旋工件:

δ=β+λ03.左旋滾刀滾切左旋工件:

δ=β-λ0

4.左旋滾刀滾切右旋工件:

δ=β+λ0

滾刀的安裝角δ取決于滾刀的螺旋升角λ0和被加工齒輪的旋向、螺旋角β，具體情況如下：

5.設(shè)備輸入?yún)?shù)和產(chǎn)品參數(shù)計(jì)算滾齒切削參數(shù)（設(shè)備輸入?yún)?shù)）主要是通過零件的加工節(jié)拍來確定的，通過加工節(jié)拍確定加工時(shí)的滾刀的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量，再根據(jù)轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量選定不同材質(zhì)、圖層的滾刀。下面以V6一軸為例進(jìn)行推倒。成品基本參數(shù)：Z=29Mn=2αn=17.5°β=31.5°LHB=27.98（0/-0.35）da=75.07（0/-0.14)df=61.98(0/-0.26)dna=74.6(0/-0.47）dnf=65.1Sn=3.493(0/-0.02)fHa（C/D)=0±0.006fHβ(C/D)=0±0.006因?yàn)橐惠S為磨齒零件，磨齒余量為齒厚單邊0.1mm；第一次熱變形實(shí)驗(yàn)時(shí)假定齒厚熱變形量膨脹量為0.02mm，再換算成對應(yīng)的滾齒M值進(jìn)行試加工，通過幾輪熱變形實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，最終我們可以得到齒厚熱變形的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)（如下圖）：根據(jù)熱變形數(shù)據(jù)得出熱處理前后M值的變化量為0.087mm，通過換算齒厚熱處理前后的變化量為0.031mm得出：成品Sn：3.478熱處理法向齒厚Sn=3.678滾齒法向齒厚Sn=3.644減去熱變形量0.034mm加上留磨余量0.2mm1.

Sn的確定最終確定：滾齒Sn=3.644±0.012mm。通過換算可以得出M值與公法線的值。

因?yàn)閷X厚的測量比較困難，所以采用檢測零件M值（跨棒距）的方式來間接判斷齒厚是否合格。

M值的測量一般使用在線帶SPC站的M值測量臺或帶千分表的機(jī)械式M值測量臺，根據(jù)測球直徑不同測得的M值也不同。在新品開發(fā)時(shí)有時(shí)會遇見無測臺可用的情況，我們一般采用測量零件公法線替代檢測M值，也可以用量棒+高分辨率游標(biāo)卡尺。MARPOSSM值測量臺公法線千分尺帶千分表的機(jī)械式M值測量臺滾齒fHβ依然是通過幾輪熱變形實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整與最終確定的，推導(dǎo)過程如下：2.

fHβ的確定等于成品fHβ:0熱處理fHβ:0滾齒fHβ

D:24

C:8減去熱變形量根據(jù)熱變形數(shù)據(jù)得出熱處理前后驅(qū)動面fHβ的變化量為-0.024mm，從動面fHβ的變化量為-0.008mm,得出：最終確定：滾齒fHβ：D24C:8，fHα的推導(dǎo)過程類似。3.dna、dnf的確定滾齒有效漸開線起始點(diǎn)dnf與終止點(diǎn)dna的設(shè)計(jì)取決于零件齒形形狀與零件后續(xù)齒形加工余量，按以往經(jīng)驗(yàn)?zāi)X零件滾齒要求的dnf與dna一般比磨齒要求的相差0.5mm，珩齒零件一般相差0.3mm。確切的數(shù)值滾刀設(shè)計(jì)制造廠商會根據(jù)我們提供的成品齒形參數(shù)與留磨/珩/剃余量在滾刀設(shè)計(jì)軟件上進(jìn)行模擬后給出（如下圖）。在確定磨齒余量后，在滾刀模擬設(shè)計(jì)軟件上可以模擬出滾齒的dna/dnfda與df的推導(dǎo)過程與dna、dnf的類似。4.Fr、Fp、fp、fu的確定Fr、Fp、fp、fu與其公差是根據(jù)要求滾齒達(dá)到要求的加工等級DIN7并綜合考慮后續(xù)齒形加工的方式與機(jī)床的加工精度進(jìn)行確定。最終得出：Fr=0.04Fp=0.05Fp=0.014fu-=0.018熱處理fHα與fHβ的要求與磨齒要求一致是為了減少磨齒切削余量，這樣有利于降低砂輪的損耗。

ds（起測點(diǎn)直徑通常設(shè)為比dnf小0.5mm，fHα的推導(dǎo)過程與fHβ類似。齒形齒向的檢測與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)詳見GCG_808006。最終得到的參數(shù)表如下圖：V6一軸齒輪參數(shù)表

V65一軸滾齒節(jié)40秒拍為，為了滿足節(jié)拍要求，我們要確定切削時(shí)的軸向進(jìn)給量，步驟如下：切削參數(shù)的確定：1.走刀次數(shù)的確定：一般情況下零件Mn≥3時(shí)采用兩次走刀，V6一軸Mn=2，所以采用一次走刀完成加工。2.切削長度L的確定：

L=L1+W+L2（L1-切入行程，W-齒寬，L2-切出行程，保證零件完全滾出頭，一般取值為3mm

）L1=L4+L5（L4-快速趨近行程，一般取值為3mm）L5=√[R^2-(R-h)^2]=28.688mm（R=37.5mm-滾刀半徑，h-切入深度=全齒高=13.35mm）W=27.98（取齒寬的最大值，避免滾切時(shí)不出頭）∴L=L4+√[R^2-(R-h)^2]+W+L2=62.668mm3.滾刀轉(zhuǎn)速與軸向進(jìn)給量的確定：滾刀轉(zhuǎn)速根據(jù)公式：

N（r/min)=1000×V/πd

∴100≤N≤1000*200/3.14*75=849

因?yàn)楦鶕?jù)分齒運(yùn)動滾刀轉(zhuǎn)速受限于滾刀與工作臺轉(zhuǎn)速的最大值，KN151滾齒機(jī)滾刀轉(zhuǎn)速的極限為100-1330r/min，工作臺轉(zhuǎn)速的極限為150r/min。

∴N≤Nmax≤min（1330，150*Z/Zw=150*29/2=2175）V（m/min)：滾刀線速度，NACHI滾刀線速度在160-200m/min范圍內(nèi)d(mm)：滾刀直徑=75mmZ：零件齒數(shù)=29Zw：滾刀頭數(shù)=2根據(jù)分齒運(yùn)動公式，滾刀轉(zhuǎn)速（N）越快，工作臺的轉(zhuǎn)速（Nw）也越快，導(dǎo)致軸向進(jìn)給速度（F，單位為mm/工作臺每轉(zhuǎn)）越快，從而導(dǎo)致滾刀磨損速度加快并使零件的齒形誤差、齒面粗糙度增大，所以在實(shí)際加工中需要通過試切并進(jìn)行調(diào)整，以滿足加工節(jié)拍、零件工藝要求、滾刀壽命這三方面的要求。通過幾輪試切驗(yàn)證，最終確定滾刀轉(zhuǎn)速：

N=637r/min根據(jù)分齒運(yùn)動公式：

工作臺轉(zhuǎn)速Nw=滾刀轉(zhuǎn)速*滾刀頭數(shù)/零件齒數(shù)

=637*2/29=43.93r/min為保證加工時(shí)間在節(jié)拍要求以內(nèi)，計(jì)算軸向進(jìn)給量：

t=60*L/F*Nw

F≥60*62.668/43.93*40=2.1（mm/T.rev)因?yàn)镕越大，齒面的粗糙度越大，滾刀磨損越嚴(yán)重，加工出的零件齒面出現(xiàn)振紋、拉傷的狀況通過試切最終確定：

F=2.5（mm/T.rev)

滾齒程序的編制G65：宏程序調(diào)用。P9000：調(diào)出宏程序主線路。M：滾刀模數(shù)A：滾刀壓力角J：滾刀頭數(shù)

右旋滾刀使用正直

左旋滾刀使用負(fù)值。C:螺旋角（滾刀導(dǎo)程角）

右旋滾刀使用正直

左旋滾刀使用負(fù)值。滾齒程序由滾刀程序與零件程序兩部分組成，M值在刀補(bǔ)界面與零件程序I指令中進(jìn)行調(diào)整。U375一軸滾刀程序：H：切削深度（零件全齒高U/V:滾刀竄刀起始位置/終止位置。W：滾刀竄刀數(shù)，推薦值為1，通常根據(jù)實(shí)際加工時(shí)滾刀的磨損狀況進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)加工出的零件齒形誤差過大時(shí)應(yīng)增大竄刀數(shù)。M99：程序終止。零件程序：G100：宏程序調(diào)用。

Q：工件號，與程序號相同。

M:零件模數(shù)。

Z：零件齒數(shù)。

D：齒頂圓直徑。

B：零件螺旋角。

W：零件齒寬。

R：第一次加工時(shí)滾刀轉(zhuǎn)速。

F：第一次加工時(shí)滾刀進(jìn)給量。

I：切削深度調(diào)整量，用于M值的調(diào)整。

H：工作臺端面至齒面的距離（如下圖）。

T：滾刀號。

J：齒向形狀（詳見P28）。

Y/X：齒向數(shù)據(jù)（用于齒向錐度的調(diào)整）。

K:滾刀竄刀系數(shù)，竄刀量=滾刀竄刀系數(shù)*滾刀竄刀數(shù)=K*W。J：齒向形狀，分為直齒向形狀、鼓形齒向形狀與錐度齒向形狀三種。

因?yàn)槲覀兗庸さ漠a(chǎn)品都是非對稱的齒向，所以我們采用的是J302（一次切削）/J320（二次切削），通過更改B（螺旋角）與X/Y（齒向數(shù)據(jù)）實(shí)現(xiàn)fHβ的調(diào)整。30潛在失效模式潛在的失效原因1、齒數(shù)不正確1、滾刀選用錯誤2、工件毛坯尺寸不正確3、滾切斜齒輪時(shí)，附加運(yùn)動方向不對潛在失效模式潛在的失效原因2、齒面出棱1、滾刀齒形誤差太大