Analysis of tool design and kinematics when machining a gear by power skiving

Abstract

Gears are one of the most common machine parts used for transmitting motion and torque. At the same time, they are among the medium-complexity parts. The reliability and cost of the finished product depend on the manufacturing performance and the quality of the resulting part. Of the various methods of gear machining, power skiving is increasingly being used by the world&039;s leading enterprises. Over the past few decades, it has become a highly competitive gear manufacturing process. This is primarily due to advances in tool engineering and improvements in computer numerical control machines. This article reviews some of the main topics, including new tool designs and insights into process kinematics. This article provides a thorough review of literature and trends in developing new skiving tool designs. It shows a different approach to describing the cutting pattern to the conventional one, which corresponds to the actual kinematics of the power skiving process. During tool operation, the working, kinematic, or actual cutting angles undergo continuous variation. The magnitudes of these angles are governed by the direction of the cutting velocity vector rather than by the initial reference planes of the tool. It has been established that the actual rake angle on the lateral entering cutting edge of a skiving tooth becomes negative and varies along the entire cutting trajectory, thereby increasing the intensity of shear deformation on this edge. A similar effect is observed for the clearance angle on the lateral exiting cutting edge, which also attains a negative value, consequently leading to an increase in frictional forces along the flank surface. The combined influence of these adverse phenomena results in a substantial rise in the cutting force and, more critically, in accelerated wear at the skiver tooth tips. Each group of skiving cutters was analyzed, with emphasis placed on the advantages and disadvantages of each tool type. Taking this scheme into account, cutting processes using skiving cutters with different blade structures and geometries are analysed. The design shortcomings of combined super skiving cutters are analysed.

Зубчасті колеса є одними з найпоширеніших деталей машин, які використовуються для передачі руху та крутного моменту. В одно час, вони відносяться до деталей середньої групи складності. Від продуктивності виготовлення та якості отриманої деталі буде залежати надійність та вартість готової продукції. Серед різних методів обробки зубчастих коліс на світових провідних підприємствах все частіше можна зустріти зуботочіння Power Skiving. За останні кілька десятиліть він став висококонкурентним процесом виготовлення зубчастих коліс. Це пов&039;язано, перш за все, з прогресом в інструментальному машинобудуванні та вдосконаленням верстатів з числового програмного керування. У даному дослідженні розглянуто деякі з основних тем, а саме: нові конструкції інструментів та нове розуміння кінематики процесу. У цій статті представлено всебічний огляд літературних джерел і тенденції розвитку нових розробок конструкцій інструменту – скайвера. Показано інший підхід до опису схеми різання, відмінний від прийнятого, який відповідає реальній кінематиці процесу Power skiving. Під час роботи інструменту робочі, кінематичні або фактичні кути різання постійно змінюються. Величини цих кутів визначаються напрямком вектора швидкості різання, а не початковими площинами інструменту. Встановлено, що фактичний передній кут на бічній вхідній ріжучій кромці зуба стає від’ємним  і змінюється вздовж усієї траєкторії різання, тим самим збільшуючи інтенсивність деформації зсуву на цій кромці. Подібний ефект спостерігається і для заднього кута на бічній вихідній ріжучій кромці, який також досягає від’ємного значення, що, як наслідок, призводить до збільшення сил тертя вздовж задньої поверхні. Сукупний вплив цих несприятливих явищ призводить до суттєвого збільшення сили різання та, що більш критично, до прискореного зносу вершин зубів скайвера. Було проаналізовано кожну групу скайвінг-різців, при цьому акцент зроблено на перевагах і недоліках кожного типу інструменту. З урахуванням кінематичної схеми, проаналізовано процеси різання з використанням скайвера з різною конструкцією та геометрією леза. Проаналізовано конструктивні недоліки комбінованих зубів інструмента. Проаналізовано конструкційні недоліки комбінованих Super Skiving зубів.