Recherche sur l’application de la technologie de fraisage à engrenages coniques droits

Par rapport aux engrenages coniques en spirale, les engrenages coniques droits présentent les avantages d’une maturité de fabrication élevée, d’un coût relativement faible et d’un traitement plus simple, et sont largement utilisés dans les produits aérospatiaux. Cet article prend l’engrenage conique droit utilisé dans le réducteur de vitesse angulaire du système de levage élevé de l’aviation comme objet de recherche, et adopte la méthode d’usinage de fraisage des positions de fraisage supérieure et inférieure de la fraise à disque sur leÉquipement de fraisage à engrenages coniques CNC Gleason PHOENIX II. Le traitement de l’engrenage conique droit est terminé et une analyse détaillée est effectuée à partir des aspects du traitement, de la mesure, de l’application logicielle, etc., ce qui a une bonne importance de référence pour améliorer la qualité de traitement et l’efficacité du traitement de l’engrenage conique droit.

Dans la transmission d’arbre d’intersection, les engrenages coniques sont largement utilisés et le traitement desengrenages coniques à éperonest toujours dominé par les raboteuses d’engrenages. Affectée par l’équipement et le traitement thermique, la précision d’usinage est essentiellement au niveau GB7, et l’amélioration de l’efficacité de l’usinage a également certaines limites.

Ces dernières années, la fraiseuse à engrenages coniques PHOENIX II CNC développée par Gleason a pour fonction de traiter les engrenages coniques droits et les engrenages coniques en spirale. La technologie des dents, avec l’application d’outils à lame en carbure, l’efficacité d’usinage et la précision d’usinage des engrenages coniques droits ont été considérablement améliorées.
 

1. Développement de méthodes de traitement pour les engrenages coniques droits

Par rapport à la technologie de traitement des engrenages coniques en spirale qui se développe rapidement, la technologie de traitement des engrenages coniques droits s’est développée relativement lentement. Les méthodes de traitement couramment utilisées des engrenages coniques à éperon comprennent le fraisage de fraise à module en forme de disque, le brochage circulaire, la raboteuse jumelée, le fraisage à double tête de coupe, etc. Parmi eux, le processus de rabotage des dents est largement utilisé. Le processus de rabotage des dents est basé sur le principe de laméthode de laminage des dents. Deux couteaux de rabotage droits sont utilisés comme outils pour traiter l’éperonengrenage conique. Relativement parlant, l’efficacité de traitement n’est pas élevée et il est difficile de s’assurer que les dents de tambour d’engrenage coniques d’éperon sont des exigences de traitement de surface. La méthode de fraisage à double génération de disque utilise deux fraises à disque jumelées pour couper simultanément les surfaces dentaires des deux côtés d’une certaine fente dentaire de l’ébauche de la dent en un seul processus pour terminer le traitement des engrenages coniques droits. La fraiseuse à engrenages PHOENIX II. CNC adopte une nouvelle méthode de processus de fraisage de l’engrenage conique droit avec une fraise à disque unique, ce qui peut réduire considérablement le temps de cycle de traitement de l’engrenage conique droit. Par rapport à la machine-outil mécanique, l’efficacité est supérieure.


Raboteuse, fraiseuse à double engrenage à disque, PHOENIXII. fraiseuse à engrenages

En comparant les trois méthodes de traitement, l’équipement de traitement du rabotage des dents et la fraise à double disque génèrent la chaîne de transmission mécanique utilisée dans la fraiseuse à engrenages, qui se limite au traitement des engrenages coniques droits. Les avantages de phoenixii. Fraiseuse à engrenages CNC sont encore plus grands.

(1)Avantage en termes de coûts d’équipement: La fonction de traitement de l’engrenage conique droit est ajoutée à l’équipement de traitement du fraisage à engrenages coniques en spirale, et une machine est utilisée à des fins multiples. Coût de transformation technique de l’équipement.

(2)Avantage de précision: le bord de coupe principal de la fraise à disque a un certain angle d’inclinaison négatif, ce qui permet de réaliser facilement le traitement de la surface de la dent d’éperon de l’engrenage conique. La forme de la zone de contact peut améliorer la précision de contact de l’engrenage conique droit et éviter efficacement les dommages causés par le contact de bord de l’engrenage. Après vérification du traitement par lots, il peut atteindre de manière stable la précision de traitement du niveau GB6.

(3)Avantages de l’efficacité de la production: L’efficacité des engrenages coniques droits est évidemment améliorée par rapport à celle des machines-outils mécaniques par fraisage CNC.
 

2. Outil de fraisage à engrenages coniques droits

Forme de l’outil de fraisage:

Fraiseuse à engrenages CNC Gleason PHOENIX II pour engrenages coniques droits utilisant des têtes de coupe solides Coniflex ® pour la métallurgie des poudres et des fraises Coniflex ® Plus avec inserts en carbure Pentac®.


Caractéristiques structurelles de la fraise:

Les principaux paramètres de l’outil sont:

(1) Angle de pression de l’outil

Lié à l’angle de parabole de l’outil, l’angle de broche de la fraiseuse à engrenages PHOENIXII. CNC 275HC est une valeur fixe de 23 °. Il est égal à la somme de l’angle de pression de l’outil et de l’angle de la parabole. L’angle de la parabole est l’angle concave de l’arête de coupe principale de la fraise à disque, ce qui affecte la quantité bombée de la surface de la dent traitée lorsque la fraise à disque développe la surface de la dent. La quantité de couronnement affecte la taille de la zone de contact de l’engrenage conique. Habituellement, le logiciel de calcul de l’engrenage conique droit est utilisé pour la simulation théorique de la zone de contact et la taille de l’angle de pression de la fraise à disque est déterminée au préalable. La taille de l’angle de pression de la fraise n’est pas choisie arbitrairement, mais est sélectionnée en fonction de la série d’angles de pression.

(2) Filet d’angle

Il est généralement calculé et généré en fonction des principaux paramètres de l’engrenage conique. Le mouvement de fraisage rend le filet de racine formé par la partie usinée légèrement plus grand que le filet de nez de l’outil. Il peut être confirmé que la valeur nominale de conception du filet de nez de l’outil est égale ou légèrement supérieure à celle de l’outil. Le rayon de filet minimal spécifié dans le dessin, la première partie de l’engrenage conique droit est traité et débogué à l’aide de la détection de projection d’affichage WANGONG pour éviter des problèmes tels que la surcoupe pendant le traitement.

(3) Distance de décalage de l’outil

La largeur de l’outil illustré à la Fig. 4 est déterminée par la largeur La de la grande extrémité et la largeur Li de la petite extrémité de l’engrenage à usiner. La distance de décalage de l’outil doit satisfaire à la condition qu’elle soit supérieure à la moitié de La et inférieure à Li en même temps. La largeur est conçue et générée par le logiciel de calcul d’engrenage conique droit en fonction des paramètres de l’engrenage conique. Si la distance de désalignement de l’outil n’est pas appropriée, la petite extrémité sera surdécoupée ou la grande extrémité restera. Un décalage de couteau trop large entraînera une surcoupe de l’arc de la racine de la dent, et une fente de dent étroite à la petite extrémité est plus susceptible de provoquer une surcoupe. Si le décalage du couteau est trop petit, la racine de la dent restera et la grande largeur de la fente de la dent d’extrémité est plus susceptible de rester. Il peut être résolu par calcul et coupe d’essai pour vérifier si la distance d’erreur du couteau est correcte.


Le calcul de la distance maximale de décalage de l’outil est le suivant

Dans la formule: Ton est l’épaisseur de dent d’arc à grande extrémité de l’engrenage correspondant; Bo est la hauteur de la racine de la dent à grande extrémité; φ est l’angle de pression; FW est la largeur de la surface de la dent; Ao est la distance conique extérieure.


Dans la formule : WT, max est la distance maximale de décalage de l’outil ; L’autorisation de stock est l’allocation d’usinage.

Matériau de l’outil de fraisage à engrenages:

Les matériaux couramment utilisés pour les fraises à disque intégrées pour engrenages coniques droits, tels que ASP2023, ASP2030, sont revêtus: TiN, TiAlN, etc. Le matériau d’un engrenage conique à éperon est le 18Cr2Ni4WA, qui est un acier carburé à alliage moyen à haute résistance. Il peut également être nitruré et revenu. Les performances de coupe de l’outil de revêtement ASP2030 TiAlN sont légèrement meilleures que celles du revêtement ASP2023 TiN. .

Les matériaux aéronautiques ont les caractéristiques d’une dureté élevée, d’une résistance élevée et d’une ténacité élevée. Ils sont également confrontés aux problèmes de mauvaises performances de traitement, de difficulté de traitement élevée, de faible efficacité de traitement et de coût élevé de l’outil dans la production et le traitement, ce qui met en avant des exigences plus élevées pour les outils de traitement. La promotion et l’utilisation d’outils de coupe en carbure cémenté optimisent non seulement le plan de traitement, résolvent les problèmes d’écrouissage et de déformation du traitement, mais améliorent également la durée de vie des outils de coupe et assurent la cohérence des résultats de traitement à grande échelle. Dans l’usinage des engrenages coniques à éperon, les outils Coniflex® Plus équipés d’inserts en carbure Pentac® remplacent progressivement la tête de coupe solide Coniflex® de métallurgie des poudres, qui pousse également l’usinage des engrenages coniques à haute vitesse.

 

3. Technologie d’usinage deEngrenage conique droitMeunerie

Le fraisage d’engrenages coniques à éperon est développé sur la base des engrenages coniques à éperon conçus par un logiciel professionnel d’engrenages coniques, et les programmes d’usinage et de test sont générés par le logiciel, qui sont importés respectivement dans la fraiseuse à engrenages et le détecteur d’engrenages. Pour le traitement et le réglage du fraisage d’engrenages coniques droits, coupez d’abord une seule dent, ajustez séparément pour vous assurer que le profil de la dent unique, l’épaisseur de la dent et la profondeur de la dent d’une paire d’engrenages coniques droits sont qualifiés, puis coupez une dent complète complète. S’assurer que le profil de l’engrenage, l’épaisseur de la dent, la profondeur de la dent, la déviation de pas fpt, la déviation de pas Fpt, l’écoulement Fr et d’autres caractéristiques de la grande roue et de la petite roue sont qualifiés respectivement, et sur cette base, l’inspection de roulement de la zone de contact est effectuée.

Lors du réglage du fraisage des engrenages coniques, après le traitement et le test de la première paire d’engrenages coniques sur une machine d’inspection de laminage, la zone de contact réelle obtenue n’est souvent pas complètement cohérente avec la zone de contact idéale simulée. Après avoir exclu divers facteurs tels que les luminaires, appuyez sur Ajuster la zone de contact en fonction de la situation réelle.

Généralement, la mauvaise zone de contact est principalement répartie le long de la direction de la hauteur de la dent et la distribution le long de la direction de la longueur de la dent n’est pas idéale. La distribution insatisfaisante dans le sens de la hauteur de la dent est principalement causée par l’erreur de forme de la dent. Il peut être ajusté en changeant l’angle de pression. L’angle de pression augmente et la zone de contact se déplace. Vers l’extrémité de la dent, l’angle de pression diminue et la zone de contact se déplace vers la racine de la dent. La distribution insatisfaisante de la direction de la longueur de la dent est principalement causée par l’erreur de direction de la dent. Il est ajusté en changeant l’angle de l’hélice. L’angle d’hélice augmente, la zone de contact se déplace vers la petite extrémité, l’angle d’hélice diminue et la zone de contact se déplace vers la grande extrémité. La figure 6 utilise le logiciel de calcul de l’engrenage conique pour ajuster et corriger la position de la zone de contact.

Dans le processus de fraisage à engrenages coniques droits, le bord de coupe principal de la fraise à disque a un certain angle d’inclinaison avec la face d’extrémité de la fraise, c’est-à-dire que la forme du tambour forme un angle. À ce stade, l’arête de coupe est équivalente à une surface conique avec un angle conique interne. La fraise à disque peut facilement traiter la surface de la dent de l’engrenage conique droit, ce qui est également la caractéristique unique de la fraise à disque. Par rapport aux méthodes de traitement telles que le rabotage des dents, il est plus facile de s’assurer des exigences de traitement deengrenage conique d’éperondents de tambour, la forme de la zone de contact est ovale et l’état de contact est meilleur. Cependant, la fraise à disque ne se déplace pas le long de la longueur de la dent et le fond de la fente de la dent est légèrement concave. La valeur de cette concavité est liée au rayon et à la largeur de la dent de la fraise à disque. La profondeur maximale de l’arc concave au bas de la rainure de fraisage est indiquée dans la formule (3):


Dans la formule: ΔH est la profondeur maximale de l’arc concave au bas de la rainure de la dent; Fw est la largeur de dent de l’engrenage; φ est l’angle de pression; Du est le diamètre de la fraise à disque.
 

4. Solutions pour l’usinage en boucle fermée d’engrenages coniques droits

L’unité de traitement des engrenages coniques droits est composée d’une fraiseuse à engrenages CNC à engrenages coniques, d’une affûteuse à engrenages coniques, d’un centre d’essai d’engrenages, d’une machine de détection de roulement d’engrenages coniques et d’autres équipements. Combiné à l’application d’un logiciel de conception, de traitement et de mesure d’engrenages coniques, un engrenage conique en boucle fermée est formé. Le processus de traitement réduit la difficulté de traitement et d’ajustement des engrenages coniques et améliore l’efficacité de la production et la précision du traitement des engrenages coniques droits.

Le logiciel d’engrenage conique Gleason comprend plusieurs modules fonctionnels, tels que le module d’engrenage conique en spirale Cage, le logiciel d’engrenage conique droit [mécanique], l’analyse par éléments finis FEA et d’autres modules fonctionnels. Les modules logiciels utilisés dans le développement des engrenages coniques à éperon sont illustrés à la figure 7.

Le biseau droit [mécanique] est utilisé pour la conception d’engrenages coniques droits, calcule les paramètres de l’engrenage conique droit, détermine les paramètres de l’outil de coupe, exécute pour générer la carte de paramètre de conception de l’engrenage conique droit et les paramètres de conception de l’outil, et est utilisé pour la génération et la préparation de la conception de couteaux. UNICAL est utilisé pour l’analyse et le réglage de la zone de contact des engrenages coniques droits, l’ajustement de l’épaisseur de la dent et du contrecoup, la détermination de la surcoupe de la racine de la dent, l’analyse du timing, la génération de programmes d’inspection CMM et les programmes d’usinage. Le gestionnaire de résumé est utilisé pour convertir le programme d’usinage généré par le fonctionnement du logiciel UNICAL en programme de machine-outil reconnu par la machine-outil, et pour analyser et simuler la vérification de simulation de dépassement de la machine-outil causée par la longueur de l’outil, la hauteur de fixation, etc., afin de réduire le risque de débogage de première pièce des engrenages coniques droits. GAGE est utilisé pour la mesure des engrenages coniques et génère des paramètres anti-ajustement des engrenages coniques en fonction des résultats de mesure. Il peut également établir un programme d’inspection d’engrenage standard pour l’inspection d’engrenages coniques afin d’assurer la cohérence du traitement des engrenages coniques droits et une meilleure interchangeabilité.

PHOENIXII. La fraiseuse à engrenages CNC est utilisée pour le traitement des engrenages coniques droits, équipée d’un affûteur pour l’affûtage des fraises à engrenages coniques droits, le centre d’inspection des engrenages est utilisé pour l’inspection unique des engrenages coniques, la machine d’inspection de laminage est utilisée pour la zone de contact Une inspection complète de plusieurs fonctions indépendantes constitue une unité d’usinage à engrenages coniques. Utilisez un logiciel d’engrenage conique professionnel pour compléter la conception des pièces d’engrenages coniques, la conception des paramètres de l’outil et la génération de programmes d’usinage et d’inspection. Le programme d’usinage est introduit dans la fraiseuse à engrenages. Une fois la découpe de l’engrenage terminée, le centre d’inspection de l’engrenage utilise le programme d’inspection entrant pour terminer la mesure de l’engrenage conique. En même temps que le rapport d’inspection est obtenu, les données de réglage inverse pour le réglage de traitement de l’engrenage conique sont générées et les données de réglage de la marche arrière sont entrées dans la fraiseuse à engrenages, à savoir qu’elles peuvent être traitées et ajustées pour répondre à de meilleures exigences de précision pour les engrenages coniques. L’ensemble du processus forme une solution d’usinage en boucle fermée de la conception à l’usinage, en passant par la mesure, le retour des données de mesure, puis le débogage. Et le processus de traitement et de débogage est plus efficace, plus automatique et intelligent, ce qui réduit les opérations qui reposent sur l’expérience humaine et améliore considérablement l’efficacité de la production et la précision du traitement des engrenages coniques à éperon.
 

5. Validation du fraisage à engrenages coniques droits pour un produit aéronautique

En prenant comme exemple un groupe d’engrenages coniques droits dans le système de levage élevé de l’aviation, la méthode conventionnelle de traitement de rabotage d’engrenage conique à engrenages d’éperon a été remplacée par une méthode de traitement de fraisage de fraisage à disque intégral en acier à haute vitesse métallurgie en acier à grande vitesse, puis l’outil a été remplacé par un outil de découpe en carbure cémenté pour l’usinage d’engrenages coniques droits. Grâce à l’amélioration, l’efficacité de traitement et la précision des engrenages de ce groupe d’engrenages coniques à éperon sont considérablement améliorées.

Méthode d’usinage d’engrenages coniques à éperon

À titre de comparaison, l’outil de disque de métallurgie des poudres a été utilisé avant l’amélioration, et les données de traitement de l’outil en carbure cémenté après l’amélioration sont présentées dans les tableaux 1 et 2.

Ce groupe d’engrenages coniques à éperon est passé du traitement en deux cycles du double laminage au traitement unique du double laminage en améliorant la méthode de traitement des pièces. Deuxièmement, avec l’application de la technologie de l’outil, les paramètres de coupe sont améliorés en conséquence, la vitesse de l’outil est augmentée de 80-100r / min à 400r / min, la vitesse de la ligne est augmentée de 55-80m / min à plus de 200m / min, et le temps de coupe est raccourci de 60-90min à 400r / min. 15min environ. Dans le même temps, la précision du profil dentaire des pièces est garantie stable, la durée de vie de l’outil est augmentée, le temps auxiliaire tel que l’affûtage de l’outil et le réglage du traitement est réduit, le cycle de traitement de l’engrenage conique droit est raccourci, l’efficacité du traitement est améliorée, le coût de traitement est réduit et les pièces d’engrenage coniques des produits aéronautiques sont satisfaites. Développer les exigences de production à cycle court.


L’amélioration de la qualité d’usinage, en prenant un engrenage conique droit comme exemple, est illustrée à la figure 10.

Avant l’amélioration, le traitement global de l’outil de métallurgie des poudres en acier à grande vitesse a été utilisé. La précision du profil de la dent était affectée par l’usure de l’outil et d’autres raisons, et la précision du profil de la dent était instable. Après avoir broyé 5 à 10 pièces à la fois, le profil de la dent change et le contact avec la racine de la dent se produit, qui doit être réaffûté. Couteaux. L’outil est affiné plusieurs fois, le temps de débogage des pièces après chaque affûtage est long et le taux de rejet est élevé.

Après l’amélioration, la précision du profil dentaire est améliorée, l’outil de lame en carbure est utilisé et le nombre de pièces traitées en même temps est supérieur à 500, le nombre de pièces traitées et ajustées est réduit, le temps de traitement et de débogage est raccourci, la qualité est plus stable et l’efficacité du traitement est plus élevée.

Après vérification du traitement par lots, l’engrenage conique droit amélioré peut atteindre de manière stable la précision d’usinage du niveau GB6 et, en même temps, la surface de la dent du tambour modifiée peut être garantie. La zone de contact est ovale avec un contour clair et la zone de contact est en meilleur état. La surface de la dent en forme de tambour peut efficacement éviter les dommages causés par le contact de bord de l’engrenage et réduire l’influence de la paire d’engrenages d’éperon sur le changement de charge dans la transmission de maillage et la sensibilité de la paire d’engrenages droits à l’erreur d’installation.

 

6. Remarques finales

Basé sur la technologie de fraisage d’engrenages coniques CNC Gleason, cet article prend comme objet de recherche les engrenages coniques droits utilisés dans les réducteurs angulaires à vitesse variable du système de levage élevé de l’aviation. , la mesure et d’autres aspects de la recherche d’application, par le traitement et la vérification des pièces d’engrenages coniques droits, l’accumulation continue des données de traitement des engrenages coniques à éperon et la formation de solutions de traitement pour les systèmes d’engrenages coniques à éperon, qui sont utiles pour améliorer l’efficacité de la production et la qualité de traitement des engrenages coniques à éperon. certaines valeurs de référence.