简介

　　在工业实践中，轴向滚齿通常被用作滚齿工艺的常见工艺形式。如果在加工的齿附近存在干涉，该过程的适用性受到限制，因为所需的进给路径不再可用。对于干涉接近齿轮的部件，可选择不同的软齿面加工工艺，例如，经常使用齿轮刮削或剃齿。由于进给量和进给量的变化对齿面形状和尺寸精度没有影响，一种消除由于有限的工作空间所造成的限制的方法是在进给阶段调整刀具的进给方向。为了避免干涉发生碰撞，因此可以不轴向进给，而是以任何角度到工件轴的进给角进行径向或对角进给(图1)。

　　图一

　　与轴向滚刀相比，没有基于知识的方法来设计径向或对角进给参数的过程，而只有经验法则或经验值。在考虑进给参数的情况下，对滚齿加工效率的科学研究是有限的。在本报告所基于的研究项目“可变进给滚齿机工艺设计”中，目前正在对不同进给角度的技术依赖性进行分析。在此基础上，为今后的滚刀加工工艺设计提供了参数和模型。

　　概况

　　轴向滚刀加工的设计一般基于各种参数，如最大进给痕深度δx或最大尖端切屑厚度hcumax。由于在进给期间没有对最终间隙进行成型加工，根据进给标记的高度设计进给是不相关的。对于最大尖端切屑厚度，Hoffmeister根据公式1推导出了数学关系式。

　　然而，这个方程是为轴向滚齿的全切发展的，在考虑任何进给角的进给设计是不允许的。径向横进给的设计,设计根据在文献4中的方程2进行建议。根据这一方法,进给比fr到 fa是与横向进给路径E的切削深度t按相应比例选择的。通过这种方法，实现了过程时间恒定的设计。然而，这种设计方法没有考虑加工过程中的工艺依赖关系，也不能得出刀具载荷的结论。

　　本文利用制造仿真软件SPARTApro给出了确定特征切屑值和设计滚切工艺的一种可能性。在机械运动学仿真的基础上，利用刀具轮廓贯穿的若干平行平面对工件进行模拟。交叉结果在加工区域，该加工区域对应于该过程中各自生成位置的未变形铁屑几何形状。确定的切屑特征允许在切削过程中评估作用在滚刀上的负载。

　　在SPARTApro的帮助下，韦伯首次分析了不同进给角度下的滚齿切削条件。针对主时间不变的设计，采用几何穿透计算的方法分别确定了不同进给角度下的切屑特性。在飞切试验中，随着进给角的增加，该设计确定了被加工工件的数量N，从以后表示为刀具寿命N。通过插值之前确定的铁屑厚度，在随后的测试系列中实现了一个具有恒定的最大铁屑厚度hcu,max的设计。采用这种方法，随着进给角q的增加，主时间缩短，但刀具寿命N显著降低。此外，研究表明，平均切屑厚度与刀具之间存在线性关系。基于这种相关性，可以根据刀具寿命设计该工艺，并使径向进料的刀具寿命与轴向进料的刀具寿命很好地近似。然而，所描述的设计方法需要对特征值进行大量的重复迭代，这使的实际进给工艺设计更加困难。

　　Troβ 通过一种计算方法扩展了制造仿真软件SPARTApro，实现了对任何切入角φ的自动计算。采用该方法分析了进给角φ对铁屑参数和相关刀具载荷的影响(图2，左上角)。对所研究的齿轮情况，根据结果进行了回归分析，并推导了一个数学关系，以描述最大铁屑厚度hmax作为进给角φ和路径进给f的函数。该方程允许基于最大铁屑厚度humax进行基于特征值的进给设计。

图二

　　在理论分析的基础上，进行了飞切试验，研究了进给角φ对刀具磨损的影响。在试验中，只对进料进行了加工，以确定进料角φ对脱离工件宽度的刀具磨损的影响。在基于最大芯片厚度hcumax的设计中，随着进料角φ的增加，刀具寿命N会减小。在轴向部件大的进给角的情况下，由于高载荷循环和累积切削弧长，刀具出现环形磨损和侧面磨损(图2，左下角)。随着进给角φ的增加，平均铁屑厚度和平均铁屑长度的增加，这导致了刀具载荷的增加，工具在侧面的磨损更快。在另一个试验中，径向进料的设计使加工时间与轴向进料相同。这表明刀具寿命N略有增加，因此刀具寿命有所降低。

　　与韦伯进行的研究相比，平均铁屑厚度hm与刀具寿命之间存在线性关系的结论只适用于特定的条件下。如果考虑到所有确定的数据点，包括额外的测试，则回归线的决定系数为R²=为0.79。另一方面，如果在平均铁屑厚度上绘制Llim，线性关联关系变得更加简洁，决定系数为R2=0.95(图2右)。平均铁屑厚度和可承受的累积切削长度lculim对于根据刀具寿命设计进给参数具有很高的潜力。

　　以往关于进给角对刀具磨损影响的研究只考虑了进给阶段的加工，而不考虑具有工件最终轮廓的后续轴向加工。此外，必须验证从飞行切削试验中收集获得的知识，以便提出设计建议。