齒輪加工技術與裝備的發展趨勢分析

    為適應齒輪加工行業對製造精度、生產效率、清潔生產、提高質量的要求，制齒工具機及制齒技術出現了以下發展趨勢。

    1.數控化

    由於通過將工具機的各運動軸進行CNC控制及部分軸間進行聯動後，具有以下優點：

    （1）增加了工具機的功能，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，同時採用半閉環或全閉環控制後，通過數控補償可以提高各軸的定位精度和重複定位精度，從而提高了工具機的加工精度及Cp值，增加了工具機的可靠性。

    （3）換品種時由於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，增加了工具機的柔性。

    （4）由於機械結構變得簡單了，可以設計得更有利於提高工具機的剛性及把熱變形降到最底。

    （5）各軸間沒有機械聯繫，結構設計變得典型化，更利於實施模塊化設計及製造。

    2.高速高效

    齒輪加工工具機如滾齒機、插齒機及磨齒機的高速化主要是指工具機擁有高的刀具主軸轉速和高的工作檯轉速，它們是提高切削效率的主要指標。

    傳統機械滾齒機的滾刀主軸速度通常最高為500r/min,工作檯轉速最高為32r/min.隨著齒輪加工刀具性能的提高，齒輪加工工具機的高速、高效切削得到了飛速發展和成熟，齒輪滾齒切削速度由100m/min,發展到可達500~600m/min,切削進給速度由3~4mm/r發展到20mm/r,這使滾齒機主軸的最高轉速可達5500r/min,工作檯最高轉速可達800r/min,工具機部件移動速度也高達10m/min;大功率主軸系統使工具機可運用直徑和長度均較大的砂輪進行磨削，有利於增加砂輪壽命，也有利於操作者選擇最優的磨削參數來完成磨削加工。

    高效加工是工具機從各個方面採用了專用技術來得以保證：具有最佳吸振效果的鑄造床身；使工具機具有最佳熱穩定性的集成冷卻介質循環系統；切削區保護隔板大傾角及光滑設計使乾式切削產生的切屑迅速有效排出；具有用預載的、無隙滾珠絲杆驅動的進給系統；具有耐磨損直線導軌或採用PLC控制的定量潤滑鑄鐵導軌等。電主軸的應用使刀具主軸得到提高，而工作檯轉速的提高則是採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迴轉精度高、無反向間隙和不用維修等優點。

    3.高精度

    由於採用了高精度、具有預加負荷的高剛性直線導軌、滾珠絲杆、滾動軸承、電主軸、力矩電動機及數控技術，使高速加工條件下的齒輪加工工具機精度得到保證並有所提高。電主軸精度一般為徑向振擺0.002mm,軸向0.001mm;環形轉矩伺服電動機定位精度達0.5″，重複定位精度達0.01″；直線運動軸的定位精度小於0.008mm,重複定位精度小於0.005mm.滾齒及插齒儘管為粗加工，但在高速切削的條件下仍能達到DIN6~7級精度，為其後的精加工工序獲得高精度提供了保證。

    隨著磨齒機生產效率的提高、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，隨著數控技術的發展，各種工具機間的功能延伸較容易實現。因此，在激烈的市場競爭壓力下，世界各主要制齒工具機製造商企業紛紛加入生產以磨齒機為代表的齒輪精加工工具機行列。這種趨勢的發展將使今後的汽車齒輪加工越來越多地採用滾-磨工藝。

    4.功能複合

    功能複合型工具機是指在一台工具機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。目前齒輪加工工具機主要有以下功能複合組合形式：

    （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.綠色環保

    切削過程中應用切削液可提高刀具壽命，改善加工表面質量和利於排出切削熱而不致引起工具機的熱變形。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環境，特別是操作者的健康特別有害。為此，通常是將加工區用護罩封閉起來，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工具機內循環利用。但這並不能從根本上解決環保問題，因為變質切削液的更換排放會嚴重污染環境。

    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，採用高速乾式切削能提高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，乾式切削降低了單件齒輪的加工成本。

    高速乾式切削既可減少切削液的消耗和冷卻處理裝備，又可避免對環境造成污染，還能提高生產效率，降低單件齒輪的製造成本。因此，高速乾式切削成為齒加工工具機製造商多年來追求的目標和發展方向。隨著齒輪加工工具機的高速化，工具機剛性的提高，良好的抗振性及排屑技術的完善，以及乾式高速切削刀具的進一步發展，高速干切已在切齒工具機上全面實現。

    6.智能化

    數位化控制技術、傳感器技術、信息技術和網絡控制技術結合在一起，使數控齒輪加工工具機的智能化水平更高。

    齒輪加工工具機要實現誤差補償、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、加工餘量分配、刀具磨損、在線精密檢測、自動修整砂輪、零編程界面、多功能加工軟體、切削工藝專家系統、機器人在工具機間搬運工件時的自動識別、遠程控制、遠程診斷等功能。

    智能化是齒輪工具機提高可靠性、安全性、穩定性、複雜零件加工、精密加工和實現無人化生產的基礎，還必將不斷完善和提高。

    齒輪加工正朝著高效、高精度及綠色製造方向發展，齒輪加工工具機正朝著全數控、功能複合、智能化、自動化及信息化方向發展。中國齒輪加工工具機製造商要抓住這一發展趨勢，更好地為我國的汽車齒輪加工行業提供高效、複合、智能的裝備。

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