Βελτιστοποίηση των τεχνολογικών παραμέτρων για τις κατεργασίες οδοντώσεων πλάνισης και αποφλοίωσης με κύλιση
Authors: Μαρινάκης Άγγελος 
Published: October 2023

Οι οδοντωτοί τροχοί αποτελούν ένα από τα πιο σημαντικά στοιχεία μηχανών, ευρέως διαδεδομένοι στη βιομηχανία λόγω της ικανότητάς τους για ακριβή, ευέλικτη και αξιόπιστη μετάδοση περιστροφικής κίνησης και ισχύος. Κάθε έτος παράγονται δισεκατομμύρια τεμάχια οδοντωτών τροχών, ενώ η παγκόσμια ζήτηση τους αυξάνεται συνεχώς. Η αυτοκινητοβιομηχανία αποτελεί τον βασικό καταναλωτή τους, ενώ ακολουθούν η αεροναυπηγική βιομηχανία, η αγροτική βιομηχανία, οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής κ.λπ., με επίσης τεράστιες απαιτήσεις σε οδοντωτούς τροχούς. Έτσι, η βελτιστοποίηση των διαδικασιών παραγωγής οδοντώσεων είναι ένα από τα σημαντικότερα διεθνή ζητήματα στην κατασκευαστική βιομηχανία. Η πλάνιση με κύλιση και η αποφλοίωση με κύλιση οδοντώσεων αποτελούν δύο από τις πιο χαρακτηριστικές κατεργασίες παρασκευής οδοντωτών τροχών. Η πλάνιση με κύλιση οδοντώσεων είναι η πρωταρχική έως τώρα κατεργασία κατασκευής εσωτερικών οδοντωτών τροχών, ενώ μόλις τα τελευταία χρόνια έχει βρει εφαρμογή και η αποφλοίωση με κύλιση, λόγω κυρίως της ανάπτυξης των σύνθετων κέντρων κατεργασίας, αυξάνοντας σημαντικά τους ρυθμούς παραγωγής. Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου και αξιόπιστου μοντέλου προσομοίωσης, το οποίο εκτελείται σε ένα εμπορικό σύστημα CAD και προσομοιώνει τις κατεργασίες κατασκευής οδοντώσεων της πλάνισης και της αποφλοίωσης με κύλιση. Τα στάδια της προσομοίωσης περιλαμβάνουν τη δημιουργία της κοπτικής κατατομής, τον υπολογισμό της τροχιάς του κοπτικού εργαλείου και στη συνέχεια την προσομοίωση της πολύπλοκης κινηματικής για κάθε κατεργασία. Η δημιουργία του κοπτικού εργαλείου και της τροχιάς που ακολουθεί γίνεται με τη μεγαλύτερη δυνατή διακριτοποίηση, η οποία σε συνδυασμό με την υψηλή ακρίβεια του λογισμικού CAD εξασφαλίζουν τη μέγιστη ακρίβεια της προσομοίωσης. Τα παραγόμενα αποτελέσματα του μοντέλου περιλαμβάνουν την τελική γεωμετρία του κατεργαζόμενου τροχού καθώς και τα τρισδιάστατα απαραμόρφωτα απόβλιττα που παράγονται κατά τη διάρκεια κάθε κατεργασίας. Η γεωμετρία των απαραμόρφωτων αποβλίττων χρησιμοποιείται στη συνέχεια για τον υπολογισμό των αναπτυσσόμενων δυνάμεων κοπής οι οποίες μετασχηματίζονται σε τέσσερα διαφορετικά συστήματα. Για την αποτελεσματική λειτουργία του μοντέλου δημιουργείται για κάθε κατεργασία ένα ολοκληρωμένο περιβάλλον γραφικής διεπαφής, μέσω του οποίου οι χρήστες μπορούν να εισάγουν δεδομένα, να εκτελέσουν και να αποθηκεύσουν προσομοιώσεις, αλλά και να εξάγουν όλες τις παραγόμενες πληροφορίες που προκύπτουν από την εκτέλεση αυτών. Η επιβεβαίωση του προσομοιωτικού μοντέλου γίνεται σε τρία στάδια. Αρχικά, μέσω θεωρητικών σχέσεων επαληθεύεται η γεωμετρία του αυλακιού του κατεργαζόμενου τροχού, η οποία είναι τμήμα εξελιγμένης καμπύλης του βασικού κύκλου. Στη συνέχεια γίνεται επαλήθευση της γεωμετρίας των απαραμόρφωτων αποβλίττων με σύγκρισή τους με αντίστοιχα της βιβλιογραφίας. Το τρίτο στάδιο αφορά την επαλήθευση των υπολογισμένων δυνάμεων κοπής, η οποία πραγματοποιείται μέσω της σύγκρισής τους με πειραματικά αποτελέσματα από τη βιβλιογραφία. Τέλος, το μοντέλο που αναπτύσσεται χρησιμοποιείται για την εκτέλεση μεγάλου πλήθους προσομοιώσεων των δύο κατεργασιών για εξωτερικές και εσωτερικές οδοντώσεις. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων αυτών αναλύονται για τη μελέτη της επίδρασης των διαφόρων παραμέτρων κάθε κατεργασίας στις αναπτυσσόμενες δυνάμεις κοπής.