倒角-被低估的工件加工工艺

2021-07-29 11:46:53

齿轮倒角或者去毛刺在实际应用中正获得越来越多的关注。为使生产过程尽可能高效，在齿轮完成切削后直接在机床上进行倒角正变得越来越重要。

阅读本文，你会发现这个看似简单的工作到底有多复杂，以及新的倒角概念如何提高效率。

为何锥齿轮要倒角或者去毛刺呢？
原因各式各样。在任何情况下，锥齿轮的齿槽凹面和工件外轮廓交接的边缘都必须要倒角。
这些地方通常是由于刀具离开材料后，或多或少会留下毛刺。它们非常尖利，必须要倒角才能避免划伤。

随着锥齿轮刀具不断磨损，齿槽凸面与外轮廓交接处也可能出现毛刺。所以也应该考虑此区域，必要时进行倒角操作。

倒角的复杂性很大程度上取决于工件外轮廓的形状，以及根据客户的需求，确定倒角区域。
在倒角区域，外轮廓可能是直的，也可能是其他各种轮廓形状。对于直倒角，可使用倒角刀具轻松切削，只需一刀。而复杂的倒角区域一般不能采用这类简易的方式，必须考虑多个倒角位置，进行多刀操作。

直接在切削机床上倒角

在切削机床外倒角（二次装夹）一般需要更多步骤，必须重新确定倒角边缘的参考位置，才能倒角。手动倒角，又隐藏着损坏工件的风险，而且耗时，所以，大部分情况下，避免手工倒角。

图1:倒角刀具

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因此，直接在切削机床上倒角更有效率。这样，工件装夹位置已经非常稳定，切削之后齿槽的位置也已知，即使经历过多个调试步骤，也不会改变。
不需要对齿槽位置进行重复定位，调试工作显著减少。即使工件外形极其复杂，需要确定不同的倒角位置，它们的位置也保持不变，都能依次在熟悉的装夹位置进行操作。
加工时间缩短，优势明显。奥利康C系列锥齿轮切削机床，具有精准稳定的切削质量，可助力高效切削过程。
这些机床也可进行复杂的倒角任务。实现精准倒角，同时倒角刀具的寿命也高。

C系列机床上的高效倒角工艺

直接在切削机床上经济高效倒角。Klingelnberg（克林贝格）C系列切削机床支持一次装夹进行高效锥齿轮切削以及复杂的倒角。

模拟高复杂性要求

在锥齿轮生产中，对于直接在切削机床上倒角，目前已经实现，同时频率正在不断增加。由于复杂程度不同，需要使用不同的技术方法进行调整，这些技术方法都必须满足一个条件：避免碰撞。
倒角刀具和齿槽间容易发生碰撞，导致另一齿面出现损坏。然而，也必须要考虑倒角刀具和夹具碰撞的情形。对大轮倒角时，出现碰撞不是非常严重。而对于小轮倒角，碰撞分析通常尤为重要。

对该复杂任务进行模拟也可帮助分析工件/夹具与刀具运动的穿透性。分析包含三种不同的元素。这三种元素必须预先与特定切削机床能力兼容：
1. 模拟刀头数，定义倒角刀的几何形状
倒角刀具包含硬质合金刀条，这些刀条夹紧在刀块上。条形刀有不同的轮廓形状和不同的工艺角度，方便适应各类要求。
为了降低在机调试费用和刀具费用，尽量使用相同的倒角刀具来尽可能多地完成倒角任务。

图2:倒角工作所有部件三维图

图3:需要倒角的边-工件边缘与齿槽之间的切削区

图4:装夹的工件,绿色的代表倒角刀路径

图5:夹具轮廓和工件(红色);所有倒角位置的碰撞范围(绿色)

2. 关于定义倒角刀刃的离开角度
离开角度的选择必须要避免倒角（本身也是铁屑去除的操作）后的二次倒角操作。倒角刀具的几何形状和刀具运动在此处共同作用。
为了完整的分析倒角任务，很有必要进行测试，确定覆盖倒角区域需要多少刀。同时检查每个刀具位置刀刃的离开角。
尽可能对工件轮廓形状进行精确描述，有利于优化倒角位置。越来越多的车削工件描述都进行数字化表示。工件轮廓能以图文交换的形式导入到模拟工具中。
3. 碰撞检查及特定切削机床路径检查。
必须进行与倒角侧向对的齿面的碰撞测试以及与夹具的碰撞测试。测试中，倒角刀具的轨迹用足够的空间扩展表示。夹具描述越精确，越有利于优化倒角位置，避免碰撞。
Klingelnberg（克林贝格）夹具自动生成夹具轮廓，也可用DXF文件形式导入。倒角工作的测试和碰撞检查可适应不同条件，如机床的配置和机床尺寸等。

三元素模拟

模拟帮助实现高复杂度倒角工艺。Klingelnberg（克林贝格）开发的模拟工具包含三个元素：

◢定义刀具几何形状

◢定义倒角刀具刀刃离开角度

◢碰撞与过程检查

机床轴数决定灵活性

对于螺旋锥齿轮生产，市场上有不同的机床设计。不同的设计，对应不同的倒角方式。对于倒角的多样性，可用轴数扮演重要的角色。可用的移动轨迹取决于工件的尺寸和装夹配置，也会影响倒角的方式。
和老式型号相比，新生代机床倒角的功能范围得到明显拓宽。现代机床配置强调完全倒角的能力，这也可反映出新生代机床倒角的发展。

『 倒角的多功能性取决于可使用的机床轴数 』

机床使其差异

复杂倒角在一次装夹的实现

◢高效倒角

◢缩短加工时间

◢提升竞争力

工件倒角的不同方法

倒角可采用不同的方法，也可进行组合。包含：
1. 对于Klingelnberg（克林贝格）卧式切削机床，只有4根轴可用于倒角；采用单刀加工。也能在最终位置通过旋转工件对齿根倒角。

图6:倒角刀在齿根时的动作和单刀切削后，

倒角边缘的最后形状

2. 能在Klingelnberg（克林贝格）立式机床上实现多刀倒角，并且可同时使用6根数控轴。在大端区域，通过连续多刀倒角。图7展示了5刀倒角的结果。

图7:倒角刀在5个不同加工位置切削后的轮廓

因为齿面在齿廓上有明显的连续弯曲，三刀即可改善，同时工件背锥存在特殊轮廓的改变。这就需要再进行一次倾斜角极大的切削。
最后，对齿根间隙施加急转一刀。对于每个倒角位置，刀具都从齿槽退出，然后重新定位至下个位置。
3. 密集刀法也能在6根数控轴同时操作的Klingelnberg（克林贝格）立式机床上使用。通过无数极其靠近的切削可以对连续的边沿进行倒角。
该方法的特殊之处在于，当倒角位置从一处移动到另一处时，刀头并不离开齿槽，而是沿着倒角位置以较高的进给速度移动。主要由刀尖圆角处完成切削。