Βελτιστοποίηση τεχνολογικών παραμέτρων κατεργασίας οδοντώσεων με φραιζάρισμα με κύλιση. Διπλ. Μηχ. (M.Sc.) Ταπόγλου Νικόλαος

Transcript

1 Βελτιστοποίηση τεχνολογικών παραμέτρων κατεργασίας οδοντώσεων με φραιζάρισμα με κύλιση Διπλ. Μηχ. (M.Sc.) Ταπόγλου Νικόλαος

2 2 Κατεργασία οδοντώσεων με φραιζάρισμα με κύλιση Στάθμη των γνώσεων Μοντέλο Προσομοίωσης Επαλήθευση του μοντέλου Προσομοίωση με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων Διερεύνηση βέλτιστων συνθηκών κατεργασίας H παρούσα έρευνα έχει συγχρηματοδοτηθεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο - ΕΚΤ) και από εθνικούς πόρους μέσω του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Διά Βίου Μάθηση» του Εθνικού Στρατηγικού Πλαισίου Αναφοράς (ΕΣΠΑ) Ερευνητικό Χρηματοδοτούμενο Έργο: Ηράκλειτος ΙΙ. Επένδυση στην κοινωνία της γνώσης μέσω του Ευρωπαϊκού Κοινωνικού Ταμείου. Δομή παρουσίασης

3 3 Κινηματική της κατεργασίας

4 4 Μορφή κυλινδρικής εξελιγμένης σπείρας Μια ή περισσότερες ελικοειδείς τροχιές Κατατομή βασισμένη στην κατατομή αναφοράς DIN-3972 Εξωτερική διάμετρος από mm Μέτρο οδόντωσης από mm Υλικό κατασκευής ταχυχάλυβας ή σκληρομέταλλα Κοπτικό εργαλείο

5 5 Η κατεργασία ενός αυλακιού του οδοντωτού τροχού με φραιζάρισμα με κύλιση γίνεται με μια σειρά περασμάτων του κοπτικού εργαλείου, κάθε ένα από τα οποία ονομάζεται θέση κύλισης. Θέσεις κύλισης

6 6 Ανάλογα με την κατεύθυνση της πρόωσης, η κατεργασία οδοντώσεων με φραιζάρισμα με κύλιση χωρίζεται σε: ομόρροπο φραιζάρισμα αντίρροπο φραιζάρισμα Περιστροφή κοπτικού εργαλείου Περιστροφή κοπτικού εργαλείου Πρόωση Πρόωση Αντίρροπο φραιζάρισμα Ομόρροπο φραιζάρισμα Παραλλαγές κατεργασίας

7 6 Ανάλογα με την κατεύθυνση της πρόωσης, η κατεργασία οδοντώσεων με φραιζάρισμα με κύλιση χωρίζεται σε: ομόρροπο φραιζάρισμα αντίρροπο φραιζάρισμα Στη περίπτωση των ελικοειδών τροχών υπάρχουν δυο ακόμα παραλλαγές οι οποίες προκύπτουν από τη σύγκριση της γωνίας ελίκωσης του κοπτικού εργαλείου σε σχέση με αυτήν του τροχού. Όταν η κατεύθυνση της ελίκωσης του κοπτικού εργαλείου είναι ίδια με αυτήν του τροχού, τότε η κατεργασία ονομάζεται ομοιόστροφη, ενώ στην αντίθετη περίπτωση ονομάζεται αντίστροφη. Παραλλαγές κατεργασίας

8 7 FRS Μοντέλο προσομοίωσης κατεργασίας οδοντωτών τροχών / Sulzer, G "Leistungssteigerung bei der Zylinderradherstellung durch genaue Erfassung der Zerspankinematik.", Dissertation, TH Aachen. Joppa, K. / 1977 "Leistungssteigerung beim Waelzfraesen mit Schnellarbeitsstahl durch Analyse, Beurteilung und Beinflussung des Zerspanprozesses.", TH Aachen. FRSDYN Υπολογισμός δυνάμεων κοπής / Μπουζάκης, Κ. Δ.1980 "Konzept und technologishe Grundlagen zur automatiserten Erstellung optimaler Bearbeitungsdaten beim Waelzfraesen.", Habilitation, TH Aachen. Gutmann, P. / 1988 "Zerspankraftberechnung beim Waelzfraesen.", TH Aachen. Αντωνιάδης, Α. / 1989 "Προσδιορισμός κρουστικών καταπονήσεων των εργαλείων στο φραιζάρισμα κυλίσεως οδοντώσεων και προσδιορισμός των δυνάμεων κοπής κατά την αποφλοίωση στην αυτή κατεργασία μορφοποιήσεως οδοντώσεων.", Διδακτορική διατριβή, Α.Π.Θ.. SPARTApro Πρόγραμμα προσομοίωσης της κατεργασίας οδοντώσεων με φραιζάρισμα με κύλιση Στάθμη των γνώσεων

9 8 Αντωνιάδης, Α. / 1989 "Προσδιορισμός κρουστικών καταπονήσεων των εργαλείων στο φραιζάρισμα κυλίσεως οδοντώσεων και προσδιορισμός των δυνάμεων κοπής κατά την αποφλοίωση στην αυτή κατεργασία μορφοποιήσεως οδοντώσεων.", Διδακτορική διατριβή, Α.Π.Θ.. Αντωνιάδης, Α., Βιδάκης, Ν., Μπιλάλης, Ν. / 2002 "Fatigue Fracture Investigation of Cemented Carbide Tools in Gear Hobbing, Part 1: FEM Modeling of Fly Hobbing and Computational Interpretation of Experimental Results.", Journal of Manufacturing Science and Engineering, (4): p "Fatigue Fracture Investigation of Cemented Carbide Tools in Gear Hobbing, Part 2: The Effect of Cutting Parameters on the Level of Tool Stresses - A Quantitative Parametric Analysis.", Journal of Manufacturing Science and Engineering, (4): p Φρειδερίκος, Ο. / "Προσομοίωση της δημιουργίας και ροής αποβλίττων κατά το φραιζάρισμα με κύλιση οδοντώσεων με χρησιμοποίηση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων.", Διδακτορική διατριβή, Α.Π.Θ.. Στάθμη των γνώσεων

10 9 Rech, J., Djouadi, M. A. και Picot, J. / 2001 "Wear resistance of coatings in high speed gear hobbing.", Wear, vol. 250, pp Rech, J. / 2006 "Influence of cutting edge preparation on the wear resistance in high speed dry gear hobbing.", Wear, vol. 261, pp Michalski, J. και Skoczylas, L. / 2008 "A comparative analysis of the geometrical surface texture of a real and virtual model of a tooth flank of a cylindrical gear.", Journal of Materials Processing Technology, vol. 204, pp , "Modelling the tooth flanks of hobbed gears in the CAD environment.", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 36, pp , Michalski, J/ 2009 "Surface topography of the cylindrical gear tooth flanks after machining.", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 43, pp , Vedmar, L., Andersson, C., και Stahl, J.-E. / 2009 "A Parametric Analysis of the Undeformed Chip Geometry in Gear Hobbing.", Journal of Manufacturing Science and Engineering, vol. 131, pp L. Vedmar / 2010 "A Parametric Analysis of the Gear Surface Roughness After Hobbing.", Journal of Mechanical Design, vol. 132, pp Στάθμη των γνώσεων

11 10 Στόχοι

12 11 Autodesk Inventor 2011

13 11 Σύστημα αρχείων Δίκτυο δεδομένων API Autodesk Inventor Περιβάλλον του Autodesk Inventor Autodesk Inventor και το περιβάλλον προγραμματισμού API

14 12 Δομή του μοντέλου HOB3D

15 13 Δομή του μοντέλου HOB3D

16 14 Κινηματική της κατεργασίας οδοντώσεων με φραιζάρισμα με κύλιση

17 15 Σημείο 1 x 1 =h w tan a n y 1 =h w Σημείο 2 x 2 =x 1 +S w -2h kw tan a n y 2 =h w Σημείο 3 x 3 =x 2 +h w tan a n y 3 =0 Διαδικασία υπολογισμού της τροχιάς του κοπτικού εργαλείου

18 16 Συναρμολόγηση τροχιάς-οδοντωτού τροχού

19 17 Γεωμετρία στερεών αποβλίττων

20 18 Γεωμετρία στερεών αποβλίττων

21 19 Διαστάσεις αποβλίττου

22 20 Συνιστώσες των δυνάμεων κοπής: F S συνιστώσα δύναμης κοπής παράλληλα στην ταχύτητα κοπής [Ν] F V συνιστώσα δύναμης κοπής παράλληλα στην πρόωση [Ν] F R συνιστώσα δύναμης κάθετη στις F s και F r [Ν] F s =b K s1,1 h 1-z F r =b K R1,1 h 1-y F v =b K V1,1 h 1-x όπου: b πλάτος αποβλίττου [mm] h πάχος αποβλίττου [mm] K S1,1, Κ R1,1, K V1,1 ειδική αντίσταση κοπής [N/mm 2 ] z, x, y σταθερά κατεργαζόμενου υλικού s πρόωση [mm/rev] Μοντέλο δυνάμεων κοπής κατά Kienzle-Victor

23 21 Διαδικασία υπολογισμού των δυνάμεων κοπής

24 22 Αποτελέσματα υπολογισμού των δυνάμεων κοπής

25 23 φ in,j i =φ j i +j 2π n st Άθροιση των δυνάμεων κοπής

26 24 Αποτελέσματα υπολογισμού δυνάμεων κοπής

27 25 Εισαγωγή των δεδομένων της κατεργασίας Περιβάλλον HOB3D

28 26 Έλεγχος της μορφής του αυλακιού Έλεγχος με βάση το θεωρητικό αυλάκι Έλεγχος με βάση πειραματικά αποτελέσματα Έλεγχος των αναπτυσσόμενων δυνάμεων κοπής Έλεγχος με βάση πειραματικά μετρημένες δυνάμεις κοπής, με κατεργασία οδοντώσεων με φραιζάρισμα με κύλιση, με ένα δόντι Έλεγχος με βάση πειραματικά μετρημένες δυνάμεις κοπής, με κατεργασία οδοντώσεων με φραιζάρισμα με κύλιση, με ολόκληρο κοπτικό εργαλείο Στάδια επαλήθευσης των αποτελεσμάτων του μοντέλου

29 27 Η διαδικασία παραγωγής της μορφής της κατατομής αναφοράς γίνεται σε δύο βήματα: Κατασκευή εξελιγμένης καμπύλης Κατασκευή καμπύλης του ποδιού Σημείο έναρξης της εξελιγμένης: r X P =-R b P s1 +P s P 3 Y P =R b P c1 -P c2 + r P 3 όπου: 1+P 3 2 P s1 = 1+tan 2 a sin 180 π tan a -a P c1 = 1+tan 2 a cos 180 π tan a -a P s2 = y r -x m n sin a +x r cos a P c2 = y r -x m n cos a -x r sin a P 3 = R b cos a- P c1 +P c2 R b sin a- P s1 +P s2 Εξελιγμένη: X inv =R b cos a+a sin a Y inv =R b sin a+a cos a H. Petri, "Zahnfuß-Analyse bei außenverzahnten Evolventenstirnrädern. Teil II - Berechnung," Antriebstechnik, vol. 14, pp , Κατασκευή κατατομής αναφοράς

30 28 Πρόγραμμα σύγκρισης κατατομών

31 29 Επαλήθευση παραγόμενης αυλάκωσης

32 30 Επαλήθευση παραγόμενης αυλάκωσης με πειραματικά δεδομένα

33 31 *Κ. Δ. Μπουζάκης 1980 Konzept und technologishe Grundlagen zur automatiserten Erstellung optimaler Bearbeitungsdaten beim Waelzfraesen, Habilitation, TH Aachen. Επαλήθευση δυνάμεων κοπής στο αντίρροπο φραιζάρισμα

34 32 *Κ. Δ. Μπουζάκης 1980 Konzept und technologishe Grundlagen zur automatiserten Erstellung optimaler Bearbeitungsdaten beim Waelzfraesen, Habilitation, TH Aachen. Επαλήθευση δυνάμεων κοπής στο ομόρροπο φραιζάρισμα

35 33 Επαλήθευση συνολικών δυνάμεων κοπής

36 34 Δομή του μοντέλου προσομοίωσης με χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων

37 35 Τροποποίηση της γεωμετρίας του τροχού

38 36 Εισαγωγή και πλεγματοποίηση του οδοντωτού τροχού

39 37 Επαλήθευση της τροχιάς του κοπτικού δοντιού

40 38 Επαλήθευση της τροχιάς του κοπτικού δοντιού

41 39 Επαλήθευση παραγόμενων αποβλίττων

42 40 Επαλήθευση παραγόμενων αποβλίττων

43 41 Επαλήθευση παραγόμενων αποβλίττων

44 42 Επαλήθευση παραγόμενων αποβλίττων

45 43 Επαλήθευση δυνάμεων κοπής

46 44 Επαλήθευση δυνάμεων κοπής

47 45 Επαλήθευση δυνάμεων κοπής

48 46 Διερεύνηση βέλτιστων συνθηκών κατεργασίας

49 47 Επίδραση του μέτρου της οδόντωσης στις δυνάμεις κοπής

50 48 Επίδραση του μέτρου της οδόντωσης στις δυνάμεις κοπής

51 49 Επίδραση του αριθμού των δοντιών του οδοντωτού τροχού στις δυνάμεις κοπής

52 50 Επίδραση του αριθμού των δοντιών του οδοντωτού τροχού στις δυνάμεις κοπής

53 51 Επίδραση της γωνίας ελίκωσης του οδοντωτού τροχού στις δυνάμεις κοπής

54 52 Επίδραση της γωνίας ελίκωσης του οδοντωτού τροχού στις δυνάμεις κοπής

55 53 Επίδραση του αριθμού των στηλών του κοπτικού εργαλείου στις δυνάμεις κοπής

56 54 Επίδραση του αριθμού των στηλών του κοπτικού εργαλείου στις δυνάμεις κοπής

57 55 Επίδραση του αριθμού των αρχών του εργαλείου κοπτικού στις δυνάμεις κοπής

58 56 Επίδραση του αριθμού των αρχών του κοπτικού εργαλείου στις δυνάμεις κοπής

59 57 Επίδραση της κατεύθυνσης της πρόωσης στις δυνάμεις κοπής

60 58 Επίδραση της πρόωσης στις δυνάμεις κοπής

61 59 Σύνοψη - μελλοντικές επεκτάσεις

62 60 Εργασίες σε διεθνή περιοδικά με κριτές Tapoglou, N., Antoniadis, A. "CAD-based calculation of cutting force components in Gear Hobbing.", A.S.M.E. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 2012, Vol. 134(3), pp Tapoglou, N., Mammas, A., Antoniadis, A. "Influence of Machining Data on Developed Cutting Forces in Gear Hobbing.", International Journal Machining and Machinability of Materials (υπο κρίση). Kyratsis, P., Tapoglou, N., Bilalis, N., Antoniadis, A. Thrust force prediction of twist drill tools using a 3D CAD system application programming interface, International Journal Machining and Machinability of Materials, 2011, Vol. 10, Nos. 1/2, pp Tapoglou, N., Antoniadis, A. 3-Dimenstional Kinematics Simulation of Face Milling, Measurement, 2012, Vol. 45(6), pp Ανακοινώσεις σε διεθνή συνέδρια με κριτές Tapoglou, N., Antoniadis, A. "CAD-Based calculation of cutting force components in gear hobbing.", Design, Technology and Management in Manufacturing D.T.M.M.-2010, Iasi Romania, pp Tapoglou, N., Belis, T., Vakondios, D., Antoniadis, A. "CAD-Based Simulation of Gear hobbing.", 31st International Symposium on Mechanics of Materials Aghia Marina, Greece, pp Tapoglou, N., Maravelakis E., Antoniadis, A. "3D Simulation of Face Milling.", International Conference on Mechanical and Industrial Engineering, ICMIE 2009, Amsterdam, Netherlands. Tapoglou, N., Antoniadis, A. "Influence of cutting parameters in face milling on cutting forces and surface roughness using CAD based simulation.", International Conference on Manufacturing Systems, ICMS 2009, Iasi, Romania pp Δημοσιεύσεις

63 61 Ευχαριστώ για την προσοχή σας Ενδεικτική βιβλιογραφία Sulzer, G., (1974) Leistungssteigerung bei der Zylinderradherstellung durch genaue Erfassung der Zerspankinematik, Dissertation, TH Aachen Gutman, P., (1988) Zerspankraftberechnung beim Waelzfraesen, Dissertation, TH Aachen Joppa, K., (1977) Leistungssteigerung beim Waelzfraesen mit Schnellarbeitsstahl durch Analyse, Beurteilung und Beinflussung des Zerspanprozesses, Dissertation, TH Aachen Antoniadis, A., (1988) Determination of the impact tool stresses during gear hobbing and determination of cutting forces during hobbing of hardened gears, Dissertation, Aristotle University of Thessaloniki Antoniadis, A., Vidakis, N., Bilalis, N., (2002) Fatigue Fracture Investigation of Cemented Carbide Tools Used in Gear Hobbing, Part I: FEM Modeling of Fly Hobbing and Computational Interpretation of Experimental Results. ASME Journal of Manufacturing Science & Engineering 124/4: Bouzakis, K., D., (1979) Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Zerspankraftkomponenten beim Waelzfraesen Teil 1: Digitalrechnerprogramm FRDYN VDI-Z 121 Nr. 19 Oct. (I) : Petri, H., (1975) Zahnhuβ Analyse bei auβenverzahnten Evolventenstirnraedern : Teil III Berechnung, Antriebstechnik 14, Nr 5: DIN 3972, (1992) Bezugsprofile von Verzahnwerkzeugen fuer Evolventen-Verzahnungen nach DIN 867. Taschenbuch 106, Beuth Verlag H παρούσα έρευνα έχει συγχρηματοδοτηθεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο - ΕΚΤ) και από εθνικούς πόρους μέσω του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Διά Βίου Μάθηση» του Εθνικού Στρατηγικού Πλαισίου Αναφοράς (ΕΣΠΑ) Ερευνητικό Χρηματοδοτούμενο Έργο: Ηράκλειτος ΙΙ. Επένδυση στην κοινωνία της γνώσης μέσω του Ευρωπαϊκού Κοινωνικού Ταμείου.