微刨削技术已经发展到允许用户使用刨削技术来加工微内齿。

P生产内齿齿轮有许多不同的方式。不同的技术,如切割,拉削,电火花线切割,或剃须可以实现这些型材。然而,刮削似乎是减少这种类型的齿轮生产时间的最佳解决方案时,大量的生产批次是需要的。

这种内齿切割技术已经为人所知好几年了,并在行业中广泛应用于超过0.50 (DP>50)的模块。

然而,用低于0.50 (DP>50)的模块切割内齿轮并不是一件容易的任务。轮廓变得非常小,需要优化的刀具,只能在特殊的磨床上制造,可以处理微米(µm)精度。

微刨削技术的发展使用户能够获得加工微内齿的刨削技术。基本原理与标准模块相似,但对形状、毛刺、表面光洁度要求较高。低至0.15的模块已经生产出来,并且经常会越过技术限制。

这些发展扩大了内微齿零件快速和大批量生产的可能性。现在可以考虑生产微组件、医用微泵或微减速器,而无需考虑当前制造周期时间和质量水平方面的挑战。

也就是说,微剃内齿轮切割需要合适的,高精度的机器与微调选项。此外,零件主轴和刀具之间的完美同步是必要的。一旦掌握了所有这些参数,加工时间和生产率将是无与伦比的。

作为Power skving方法的发展,内部切割的齿轮零件的模块为0.10和220个齿今天是可能的。(提供:Louis Bélet SA)

1介绍和动机

Power skving原则已经存在很多年了。一些制造商和供应商正在为这类操作提供工具、设备和机器。到目前为止,用这种方法生产低于0.50 (DP>50)的零件是不可能的。

这类零件的生产方式的发展,无论是在机器还是工具方面,都使降低这一限制成为可能。

作为Power - Skiving方法的发展,现在可以进行0.10和220齿模块的齿轮零件内部切割。低维度似乎是可以实现的;然而,测试仍在进行中。一般来说,微刮削术语用于低于0.50 (DP>50)的模块。

本文档解释了power - saving过程的细节。这一原理同样适用于微削切削方法。

它还将说明比较不同的方法,以生产同一件:内齿轮与小模块。

约束相关的分析将基于加工时间,成本和每种生产方式的质量。

最后,本报告的结论部分给出了该生产方法的改进和未来发展趋势。

2基本原则

刮削是一种去除切屑的加工过程,允许通过生成内齿或外齿进行切削。这一制造原理主要在切割内齿时发挥其最大潜力。(图1及2)

图1:待切割部分。(模块1.0 / z27齿/非标准形状。)
图2:零件轮廓[mm]。
图3:刀柄上的刀。

工具如图3所示:

在哪里

ØDt为齿顶直径[mm]。

ØD为节径[mm]。

ØDF为树突直径[mm]。

风投为切削速度[m/min]。

副总裁为部分外围速度[m/min]。

Vf为刀具外围速度[m/min]。

人工智能工具倾斜角度[°]。

该工具的轮廓适合于切削时的倾斜角度(图4)。

图4:刀具轮廓样品。
图5:切削速度计算。

倾斜角度(人工智能)与切削速度(风投).参见图5。

与其他齿轮加工方法相比,刮削工艺有许多显著的优点:

  • 生产速度。
  • 完成质量。
  • 精度。

可在标准机器和合适的设备上使用。

大部分供应商提供从模块0.50 (DP 50)开始的削皮工具。到目前为止,其他技术已经用于较小的模块。其中一些技术是可以接受的,但不是非常有效,而且在许多情况下,它们非常慢。

主要原因包括:

  • 制造工具的复杂性。
  • 刀具精度、夹紧系统等。
  • 磨床精度要求高。

虽然简单不适合描述工具的磨削,但生产手段和工具的改进现在允许为更小的模块制造削皮工具(图6)。

图6:待切割的参考零件。

到目前为止,有许多不同的切割方法可供选择。

4拉削

拉削(图7)是一种使用称为拉刀的带齿刀具来去除材料的加工过程。拉削工艺对小批量生产具有良好的精度。然而,去毛刺通常是必要的,而且生产时间非常慢。此外,当零件保持不好时,变形是经常发生的。由于使用简单,这种制造方法在工业上得到了广泛的应用。

图7:拉削。

5 UV-LIGA

这种技术被称为UV-LIGA(图8),被用于制造微型元件,并受到微电子技术的启发。它结合了光刻和电铸工艺,在生产成本方面是非常容易获得的,并且易于通过供应商迅速实施。对于齿轮的制造,我们可以提到,这种工艺具有优良的精度,既不变形,也不毛刺。它是用来做小零件的,但它必须是平的。生产成本高,生产时间慢。

图8:UV-LIGA [memscyclopedia.org]。

6电火花

线切割电火花加工(电火花线切割)(图9)是一种金属加工工艺,通过电侵蚀将材料从导电工件中分离出来。这一过程允许良好的精度零件没有毛刺或变形。它的意思是用于原型或小批量。这是一个非常缓慢的过程,生产成本相对较高,尤其是批量较大的时候。

图9:Wire EDM [paarlprecision.com]。

7塑造

齿轮整形(图10)是一个加工过程,创建齿在齿轮上使用刀具的小齿轮的形式。插齿是一种方便、通用的齿轮加工方法。它涉及到连续的,同平面旋转切削齿轮。这个过程相当缓慢,但对于小批量来说成本相对较低。它的精度是卓越的,没有失真。几乎看不到毛刺。

图10:塑造[eduscol.education.fr]。

8 Micro-skiving

微刮削过程遵循与刮削相同的原则,并可以在执行方面与它进行比较。但是,按照0.10的顺序设计和使用模块的工具是完全不同的。在数值和精度方面,刀具和机器设置对应一个完整的数量级。此外,齿廓通常是不规则的,顶部,和非标准的。

9工具设计

微齿轮不一定遵循AGMA, DIN,或ISO标准来定义它们的轮廓。材料阻力或空间限制是设计师必须考虑的一些参数。这有时会导致非常奇怪的侧写。

图11、12和13是一些用户要求的一些定制概要文件的表示。你可以看到黑色的轮廓齿轮,和红色的形状的刀具。

图11:样本概要文件m0.133065 Z248。
图12:样品轮廓m0.7000 Z36。
图13:样品剖面m0.2111 Z90。

有时,用户要求的自定义形状或配置文件根本不可行。

图14中所示的配置文件不能通过微剥离实现,用户必须考虑另一种实现方法。

图14:skving无法实现Profile。

必须计算刀具轮廓,倾斜角度意味着形状的变形。在不修改剖面高度的情况下,必须考虑到这一点。

建议Zgear和Zcutter之间的比例是相对圆的,在小数点后最大不超过两位。有些机器命令不能很好地处理许多十进制数字的同步比率。

Zgear和Zcutter之间的比例越大,刀具的轮廓就越不同于被切割零件的轮廓。

10工具的配置文件开发

由于经常缺乏内部微齿的标准定义,必须开发一种从零件定义刀具轮廓的几何方法。

图15:生成的概要文件。

让我们以图15所示的例子为例:

m = 0.1800。

144颗牙齿。

Zcutter = 120个齿。

齿轮Ø = m x Zgear。

切刀Ø = m x z切刀。

抵消C1;C2 =(齿轮Ø刀Ø)/ 2。

图16显示了工具概要文件生成的对数图。

图16:概要文件生成的标识图。
图17:计算的概要。

为了不使绘图过载,这将导致图17所示的概要文件的部分表示。

因为需要倾斜的角度,工具的轮廓被“修正”如下-1人工智能)因子用于补偿如图18所示的倾斜。

图18:倾斜补偿。

11刀磨

11.1挑战

与井眼相关的剖面精度在千分尺范围内,几何公差必须保持在一个非常严格的水平。(参见图19)。

图19:工具的几何公差[尺寸单位:mm]。
图20:微小半径的轮廓[mm]。

在牙齿轮廓底部的半径可以变得非常小。(参见图20)。

11.1.1解决方案

  • 工具毛坯必须完美。
  • 磨削过程中刀具不从刀杆上拆卸,并实时检查刀具的轮廓。
  • 每个轴上都有直线电机的磨床。
  • 高的热稳定性和机器的刚度。
  • 适合砂轮使用的颗粒和粘合剂。
  • 掌握砂轮的成型。

12刀使用

为了最佳地使用刀具,必须以最高的精度进行调整。最小的漏点(<2µm)是生产完美零件的必要条件。工具相对于零件的位置如图21所示。倾斜角度等于工具齿上的角度。

图21:工具运行时的定位。
图22:切割失败:NOK部分。

如果这个交叉没有对齐,牙齿可能是不对称的,如图22所示。

最新一代的螺杆机在图23中有一个定位轴(B),可以设置,包括一个主轴,与主轴(C1)完全同步。

图23:螺丝机轴[Star Micronics AG]。

切割的精度直接取决于机器的精度。

其他机器如加工中心或专用机器(图24)也可用于此类操作。

图24:适合刮削的机器[Affolter, Bumotec, Citizen, Tornos]。

13的结果

参考零件m0.1800 z144的切割示例如图25所示。

图25:微削片刀m0.1800 Z120。

采用与其他工艺相同的比较表,现在让我们采用微刮削的方法来生产图26和27中的参考零件。

图26:DXF覆盖的概要结果。
图27:概要结果。

13.1未来改进

以下是一些有待改进的不同观点和问题:

  • 倾斜角优化(人工智能).
  • 不同碳化物牌号或其他材料。
  • 刀具上的涂层。
  • 根据具体的材料确定切削速度和进给量的极限。
  • 刀具寿命的定义。
  • 冷却剂类型对切割质量的影响。

14个结论

微刮削还处于非常早期的阶段,还有很多地方需要改进。但随着人造物品的微型化正在兴起,它出现的时机当然很合适:

  • 工业4.0趋势中的微型工厂。
  • 机器人总是在寻找缩小他们设备的尺寸。
  • 用于医疗设备的最大超便携设备。
  • 运输中的发动机(热力或电力)越来越小。
  • 新的手表机芯设计。

到目前为止,都避免使用带内齿的微型车轮;设计师知道它们的高制造成本。

多亏了微刮削,他们现在可以让自己的想象力驰骋,无论是在微型化程度和齿廓形状上——所有这些都与较低的内部切削刃车轮的制造成本,同时提高质量。

微齿轮供应商终于有了一个简单,耐用,经济的解决方案,可以用于大量的机器。

在这篇文章中,以零件为例,使用微刮削可以让用户减少70个加工时间,从电火花线切割的30分钟减少到每个零件25秒,所有这些都具有优秀的质量。