磨齿加工技术最新发展现状
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采用磨齿加工的齿轮具有低传动噪音、高传动效率和长使用寿命的优点。磨齿加工曾被认为是一种用于航空或其它高技术领域的昂贵齿轮加工手段。但现在,观念已经改变:磨齿机的效率提高了,砂轮性能也更好,高额成本得以大幅下降。由此,磨齿加工已开始大规模应用于齿轮加工中,如汽车、摩托车齿轮的制造,而且已达到普遍应用的程度。事实上,所有一级汽车齿轮供应商为保持竞争力,已普遍拥有磨齿机。汽车工业在未来2~5年内将逐渐成为硬齿面加工最大的增长市场。由于磨齿加工能去掉热处理畸变,因此许多齿轮箱均使用磨削齿轮,以更好地控制传动空程和噪音。磨齿加工工艺在整个齿轮行业中已基本成熟并在快速增长。

磨齿机的进步

今天的磨齿机比十年前的同类型机床的效率提高了许多。这来源于一系列重大改进:

1 机载测量

许多磨齿机因配备了机载测量系统而变得更为精确。由于使用了在机测量,不必将齿轮从工作台上拆卸下来送到其它地方去检测,避免了再加工时的二次安装误差。加工时,先由机载测量系统初步分析齿轮,再将实测参数与理论设计参数对比,求出所需修正量,控制系统采集到这些修正数据后自动调整磨齿加工状态,然后再进行磨齿和测量。如此反复循环,直至达到所需的精度要求。一体化机载测量和机载修正系统使现代磨齿机更加高效。
在国内,如秦川发展股份有限公司的YK75100型成型砂轮磨齿机,配以成都工具研究所的CEP 1000型上置式齿轮测量系统,已成功尝试了开环式在机测量(实测数据的反馈与控制还需人工完成)。但就国内整体水平而言,加工与测量的精度还需进一步提高。

2 直驱电机

近年来,结构紧凑的直驱电机在砂轮主轴和齿轮工件主轴上的使用日渐增加。直驱主轴可避免传动链误差。因此,在“修砂轮—磨齿轮”循环中运用直驱电机,并配以较好的砂轮和多轴联动控制,可消除切削纹、偏畸几何形状、齿轮使用噪音的高频误差及有害振动。

3 自动化

“自动化”一词越来越多地应用于磨齿加工特别是流程化生产中,包括工件安装、换刀以及与工件流程同步的库存分类等。自动化消除了机器空转时间并有利于减少工序间等待时间。

4 磨齿机软件

基于Windows的软件也像应用于个人计算机一样,广泛应用于今天的磨齿机中(如基于Windows的设计系统和数控系统)。以前只能以纸绘图,现在,图形界面和算法软件相结合的设计加修正软件包可使齿轮几何尺寸设计程序化和局部制造仿真化。
驱动、滚珠丝杠和位置传感器三者间的高精度闭环控制因软件的应用而得以实现。许多新一代磨齿机的部件配有与驱动单元分离的位置传感器,因而具有更高的精度和热稳定性。绝对式位移传感器和绝对编码技术保证了在高定位精度前提下,反馈数据的高速传输和机床传动的稳定性。

5 机床外形

如今的磨齿机外形更小,占地更少,这使制造商能更好地使用有限的生产区域,以“创造”更多可用空间,不必把钱花在扩建厂房的“砖块与水泥”上,而用于购置设备。

6 新材料砂轮

先进的陶瓷结合剂砂轮和电镀立方氮化硼(CBN)砂轮有着同样高的生产效率。由于“混合颗粒”型合成物中使用了新材料以及粘接工艺的进步,提高了陶瓷结合剂砂轮的强韧性、形状精度保持力、材料切除力和耐用性。这些优异性能来源于高性能颗粒结构和增大的孔隙度。同时,良好的颗粒结构减少了磨削压力,降低了磨削温度。
现在,由于使用了高压冷却液系统的新冷磨型陶瓷磨粒,而使得电镀CBN砂轮和陶瓷结合剂砂轮的选择变得困难。但电镀CBN砂轮比陶瓷结合剂砂轮操作简单,安装时间短,对操作者技术能力要求较低,提供了一个相对CBN磨粒陶瓷结合剂砂轮更可行的低成本选择。
美国Reishauer公司用他们的“冷磨削”工艺测试了这些陶瓷砂轮,结论是:①最新的氧化铝磨粒和陶瓷磨粒砂轮可产生与CBN磨粒陶瓷结合剂砂轮相同或更小的压力。②与预期相反,陶瓷砂轮比CBN砂轮效率更高且耐用。③与电镀CBN砂轮不同,陶瓷砂轮能在磨齿机上重修锋利,而电镀CBN砂轮必须送回原厂修磨。
陶瓷砂轮有较高切削速度(如60m/s),故适用于齿轮的大规模生产。这种磨轮比以前其它磨轮(如氧化铝砂轮)有更长的使用寿命。新的砂轮技术更多地使用在磨削加工产量最大的200mm及以下尺寸齿轮的蜗杆砂轮中。

7 磨削费用的降低

如今,磨齿成本大幅下降,其原因很多,如基于模块化设计的高性价比机型、数控系统、流程化生产等,即使是综合了前述所有先进技术的磨齿机也比以前的机型便宜得多,大批量生产使单件生产周期比以前缩短了50%~70%,损耗品(砂轮和金刚石修正器等)成本也大幅下降。
本文作者:冯刚(编译)
原载:《工具展望》2005年第1期
上载于:2007-4-13 13:02:59

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