齒輪加工技術(shù)與裝備的發(fā)展趨勢

    為適應(yīng)齒輪加工行業(yè)對制造精度、生產(chǎn)效率、清潔生產(chǎn)、提高質(zhì)量的要求，制齒機床及制齒技術(shù)出現(xiàn)了以下發(fā)展趨勢。

    1.數(shù)控化

    由于通過將機床的各運動軸進行CNC控制及部分軸間進行聯(lián)動后，具有以下優(yōu)點：

    （1）增加了機床的功能，如滾削小錐度及鼓形齒輪等變得極為簡單。

    （2）縮短了傳動鏈，同時采用半閉環(huán)或全閉環(huán)控制后，通過數(shù)控補償可以提高各軸的定位精度和重復定位精度，從而提高了機床的加工精度及Cp值，增加了機床的可靠性。

    （3）換品種時由于省去了計算及換分齒掛輪及差動掛輪、進給及主軸換擋的時間，插齒機還省去了換斜導軌的時間，從而減少了輔助加工時間，增加了機床的柔性。

    （4）由于機械結(jié)構(gòu)變得簡單了，可以設(shè)計得更有利于提高機床的剛性及把熱變形降到最底。

    （5）各軸間沒有機械聯(lián)系，結(jié)構(gòu)設(shè)計變得典型化，更利于實施模塊化設(shè)計及制造。

    2.高速高效

    齒輪加工機床如滾齒機、插齒機及磨齒機的高速化主要是指機床擁有高的刀具主軸轉(zhuǎn)速和高的工作臺轉(zhuǎn)速，它們是提高切削效率的主要指標。

    傳統(tǒng)機械滾齒機的滾刀主軸速度通常最高為500r/min,工作臺轉(zhuǎn)速最高為32r/min.隨著齒輪加工刀具性能的提高，齒輪加工機床的高速、高效切削得到了飛速發(fā)展和成熟，齒輪滾齒切削速度由100m/min,發(fā)展到可達500~600m/min,切削進給速度由3~4mm/r發(fā)展到20mm/r,這使?jié)L齒機主軸的最高轉(zhuǎn)速可達5500r/min,工作臺最高轉(zhuǎn)速可達800r/min,機床部件移動速度也高達10m/min;大功率主軸系統(tǒng)使機床可運用直徑和長度均較大的砂輪進行磨削，有利于增加砂輪壽命，也有利于操作者選擇最優(yōu)的磨削參數(shù)來完成磨削加工。

    高效加工是機床從各個方面采用了專用技術(shù)來得以保證：具有最佳吸振效果的鑄造床身；使機床具有最佳熱穩(wěn)定性的集成冷卻介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)；切削區(qū)保護隔板大傾角及光滑設(shè)計使干式切削產(chǎn)生的切屑迅速有效排出；具有用預(yù)載的、無隙滾珠絲桿驅(qū)動的進給系統(tǒng)；具有耐磨損直線導軌或采用PLC控制的定量潤滑鑄鐵導軌等。電主軸的應(yīng)用使刀具主軸得到提高，而工作臺轉(zhuǎn)速的提高則是采用了高精度斜齒輪副或力矩電動機。電主軸及力矩電動機具有回轉(zhuǎn)精度高、無反向間隙和不用維修等優(yōu)點。

    3.高精度

    由于采用了高精度、具有預(yù)加負荷的高剛性直線導軌、滾珠絲桿、滾動軸承、電主軸、力矩電動機及數(shù)控技術(shù)，使高速加工條件下的齒輪加工機床精度得到保證并有所提高。電主軸精度一般為徑向振擺0.002mm,軸向0.001mm;環(huán)形轉(zhuǎn)矩伺服電動機定位精度達0.5″，重復定位精度達0.01″；直線運動軸的定位精度小于0.008mm,重復定位精度小于0.005mm.滾齒及插齒盡管為粗加工，但在高速切削的條件下仍能達到DIN6~7級精度，為其后的精加工工序獲得高精度提供了保證。

    隨著磨齒機生產(chǎn)效率的提高、單件齒輪磨齒成本的降低以及汽車齒輪不斷追求提高精度的要求，市場對磨齒機的需求越來越大；同時，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，各種機床間的功能延伸較容易實現(xiàn)。因此，在激烈的市場競爭壓力下，世界各主要制齒機床制造商企業(yè)紛紛加入生產(chǎn)以磨齒機為代表的齒輪精加工機床行列。這種趨勢的發(fā)展將使今后的汽車齒輪加工越來越多地采用滾-磨工藝。

    4.功能復合

    功能復合型機床是指在一臺機床上或工件一次裝夾中，可以完成多道工序加工，從而提高工件的加工效率甚至精度。目前齒輪加工機床主要有以下功能復合組合形式：

    （1）自動上料、車削、滾齒、倒棱、去毛刺、自動下料。

    （2）自動上料、車削、滾齒、倒角、自動下料。

    （3）自動上料、車削、滾齒、磨削、自動下料。

    （4）自動上料、磨內(nèi)孔、車端面、磨齒輪、自動下料。

    （5）磨齒面、磨外圓、磨端面。

    （6）自動上料、倒棱去毛刺、剃齒、自動下料。

    （7）自動上料、滾齒、倒角、去毛刺、自動下料。

    （8）自動上料、銑弧齒錐齒輪、倒角、自動下料。

    （9）自動上料、倒棱去毛刺、剃齒、甩干、自動下料。

    5.綠色環(huán)保

    切削過程中應(yīng)用切削液可提高刀具壽命，改善加工表面質(zhì)量和利于排出切削熱而不致引起機床的熱變形。但是，在高速切削過程中切削液的飛濺和形成的油霧對生態(tài)環(huán)境，特別是操作者的健康特別有害。為此，通常是將加工區(qū)用護罩封閉起來，安裝上油霧分離器，使排出的只是不含油的霧，而切削油則重新流回機床內(nèi)循環(huán)利用。但這并不能從根本上解決環(huán)保問題，因為變質(zhì)切削液的更換排放會嚴重污染環(huán)境。

    濕式齒輪加工中消耗的切削液及切削液附加裝置的費用占加工成本的20%左右，采用高速干式切削能提高2~3倍以上的加工效率，刀具的使用壽命是濕式切削的2~5倍，因此，干式切削降低了單件齒輪的加工成本。

    高速干式切削既可減少切削液的消耗和冷卻處理裝備，又可避免對環(huán)境造成污染，還能提高生產(chǎn)效率，降低單件齒輪的制造成本。因此，高速干式切削成為齒加工機床制造商多年來追求的目標和發(fā)展方向。隨著齒輪加工機床的高速化，機床剛性的提高，良好的抗振性及排屑技術(shù)的完善，以及干式高速切削刀具的進一步發(fā)展，高速干切已在切齒機床上全面實現(xiàn)。

    6.智能化

    數(shù)字化控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)結(jié)合在一起，使數(shù)控齒輪加工機床的智能化水平更高。

    齒輪加工機床要實現(xiàn)誤差補償、溫度補償、自動平衡、防撞功能、過載保護、有無工件自動識別、裝夾工件是否正確、工件是否已加工過、對齒嚙合、加工余量分配、刀具磨損、在線精密檢測、自動修整砂輪、零編程界面、多功能加工軟件、切削工藝專家系統(tǒng)、機器人在機床間搬運工件時的自動識別、遠程控制、遠程診斷等功能。

    智能化是齒輪機床提高可靠性、安全性、穩(wěn)定性、復雜零件加工、精密加工和實現(xiàn)無人化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，還必將不斷完善和提高。

    結(jié)語