Вплив стратегії різання на геометрію недеформованої стружки на етапі врізання при обробці зовнішнього зубчастого колеса методом Power skiving

Abstract

Описано кінематику зубонарізання та алгоритм моделювання під час врізання різального інструменту в заготовку. Цей важливий етап процесу різання є одним з найнебезпечнішим не тільки у зуботочінні, але і при будь-якому методі обробки, а тому потребує ретельного дослідження. Аналізуючи результати дослідження у цьому напрямі та враховуючи стрімкий розвиток відносно нового методу нарізання зубчастих коліс можна зробити висновки про ще велику кількість не вирішених проблем під час обробки. Перш за все це пов’язано із складною кінематикою процесу і відповідно ускладненнями при відтворенні різання. В описі кінематики зубонарізання були представлені методи створення моделі симуляції зубонарізання, а також системи координат необхідні для перетворення системи координат профілю інструмента в систему координат профілю заготовки. Завдяки використанню середовища САПР, твердотільні моделі, які беруть участь у процесі, з найкращою доступною точністю відтворюють процес різання. Для кожного такого положення було встановлено точне розташування різака та проміжне положення заготовки в цей момент часу. Для конкретного прикладу, на основі алгоритму було побудовано профілі зрізів недеформованої стружки для зовнішніх прямозубих коліс при різних стратегіях врізання. Крім того, було застосовано аналітичний метод розрахунку положення перехідної поверхні та визначено максимальну товщину та площу стружки та підтверджено симуляцією для різних технологічних параметрів, а саме глибини врізання та кількості робочих переходів. Порівняння між аналітично розрахованою максимальною товщиною стружки та змодельованою максимальною товщиною стружки показує хороший збіг результатів. Отримані товщини і площі зрізів стружки можуть бути використані як індикатори для регулювання процесу різання, так і для оптимізації процесу. Встановлено характер зміни геометрії стружки для різних стратегій та переходів. Маючи повну інформацію про геометричні величини недеформованої стружки можна також встановити якісні характеристики процесу.

The kinematics of gear cutting and the modeling algorithm for the cutting-in of the cutting tool into the workpiece is described. This important stage of the cutting process is one of the most dangerous not only in gear turning, but in any machining process, and therefore requires careful study. Analyzing the results of research in this area, and taking into account the rapid development of a relatively new method of gear cutting, we can conclude that there are still a large number of unsolved problems during machining. This is primarily due to the complex kinematics of the process and the associated difficulties in reproducing the cut. In describing the kinematics of gear cutting, we have presented methods for creating a gear cutting simulation model, as well as the coordinate systems required to convert the tool profile coordinate system into the workpiece profile coordinate system. Using the CAD environment, the solid models involved in the process reproduce the cutting process with the best accuracy available. For each of these positions, the exact position of the cutter and the intermediate position of the workpiece at that time were determined. In a specific example, the algorithm was used to generate undeformed cutting profiles for external spur gears with different cutting strategies. In addition, an analytical method was applied to calculate the position of the transition surface and the maximum chip thickness and area were determined and confirmed by simulation for various process parameters, namely depth of cut and number of working transitions. The comparison between the analytically calculated maximum chip thickness and the simulated maximum chip thickness shows a good agreement. The obtained chip thicknesses and cut areas can be used as indicators to control the cutting process and to optimize the process. The nature of the change in chip geometry for different strategies and transitions was determined. With complete information on the geometric values of undeformed chips, it is also possible to determine the qualitative characteristics of the process.