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车齿刀数字化设计与加工  
我有意向    2023-08-23    浏览:884  
技术简介
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一、项目简介
当前国内外圆柱齿轮的加工方法主要以滚齿、插齿、铣齿、拉齿为主,然而对
于内齿轮的加工,现有齿轮加工方法已无法满足其高精度、高效率、绿色环保的加
工需求。车齿技术可用于加工内外圆柱齿轮,尤其适用于小模数内齿轮的加工,具
有加工精度高、效率高、成本低等一系列优点。目前车齿原理、车齿刀设计、数
控车齿机床等方面的研究已经取得一些进展,可是距离工程实际要求还有一定距
离。车齿刀作为车齿工艺系统的重要组成部分,其设计理论是推动车齿技术的重
要因素。车齿加工误差与工件齿面加工精度的高低有着直接关联,对于加工误差
的研究将有助于提高车齿加工精度,对于车齿技术的推广有着直接影响。利用计
算机仿真技术和计算机图形学技术,对齿轮刀具加工齿轮和形成齿廓的过程进行
动态图形仿真有助于提升刀具设计与加工水平。

二、关键技术
针对车齿(Power Skiving)的两类基本几何问题——[正]加工廓形仿真和[逆]
切削刃曲线计算,进行基于离散数值包络的软件工具计算、仿真(基于 VS-C#开
发)。
核心技术:
(1)廓形仿真过程
在软件中输入刀具参数/导入切削刃曲线、工件参数、安装参数以及计算参
数等,通过计算得到切削刃相对工件轴截面交线族,进而计算得到切削刃扫掠
体、加工齿槽侧面以及齿槽面展成切触点曲线三维轮廓,利用软件导出工件轴
截面齿槽切削廓形。
(2)切削刃曲线计算
在软件中输入刀具参数、工件参数/导入齿槽廓形、安装参数以及计算参数,计算工件齿面相对刀具前刀面交线族、刀具前刀面交线族包络廓形,得到
齿槽面展成切触点曲线性,导出切削刃廓型曲线。
(3)切削过程仿真分析
通过多切削工步参数输入以及刀齿侧面干涉分析,实现了车齿刀切削刃曲
线的参数化计算与多工步切削过程几何状态参数的图谱分析,解决了车齿刀关
键几何刃型的自主设计能力短板,提升了面向刀具切削性能的数字化分析与优
化设计能力。

三、市场前景及应用
目前数控机床大势所趋,将持续带动数控刀具规模增长。一是随着我国制造
业的发展和进步,市场上的产品规格不断丰富,市场对于高精度、高效率切削的
需求日趋旺盛。二是根据《中国制造 2025》,提出从制造业大国向制造业强国转
变,最终实现制造业强国的目标,而机床是工业之母,是实施制造强国战略的有
力抓手,因而将高档数控机床列为大力推动突破发展的重点领域之一,国家和有
关部门陆续制定了一系列产业政策以支持数机床的发展。使得金属切削机床数不
断增加,从而导致数控刀具规模不断扩大,预计到 2022 年,其国内市场规模将
接近 600 亿元,行业发展空间巨大。由于国外数控刀具行业起步时间早,技术、
资金、经验储备力量强,因此我国数控刀具市场中国外企业占据着较大市场份额。
但近年来随着国内刀具企业不断引进消化吸收国外先进技术,研究成果和开发生
产能力得到了大幅提升,国产刀具向高端市场延伸,凭借产品性价比优势,已逐
步实现对高端进口刀具产品的进口替代。根据中国机床工具工业协会统计数据,
2021 年我国刀具市场总消费规模约为 477 亿元,进口刀具规模为 138 亿元。而
绝大部分是现代制造业所需的高端刀具。且 2021 年进口刀具占总消费的比重已
从 2016 年的 37.2%下降至 28.9%。而这表明我国数控刀具的自给能力在逐步增
强,进口替代速度加快。



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