EMO M ILAN 2009展出的磨齒機(jī)精品

陜西秦川機(jī)械發(fā)展股份有限公司

馬 云

EMO M ILAN 2009展出的磨齒機(jī)精品

Typical gear grinding machines exhibited at EM 0 M ILAN 2009

陜西秦川機(jī)械發(fā)展股份有限公司

馬 云

近十年來，數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)和數(shù)控蝸桿砂輪磨齒機(jī)逐漸成為硬齒面齒輪精加工市場上競爭的主流機(jī)型。數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)因其萬能性好，可磨削出不同的修正齒形，且磨齒精度不斷提高，最高可達(dá)DIN 2～3級，因而有可能逐步取代剃齒刀磨床；另外，數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)的生產(chǎn)效率也在不斷提高，已經(jīng)成為數(shù)控蝸桿砂輪磨齒機(jī)的主要競爭產(chǎn)品。世界各著名齒輪加工機(jī)床制造廠家都紛紛“擠入”數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)開發(fā)的競爭行列。在EMO MILAN 2009的2號館薈萃了全世界36家齒輪加工機(jī)床制造精英，展出的數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)，在數(shù)量上就超過了其他類型的磨齒機(jī)。

另外，更值得引起國內(nèi)齒輪機(jī)床行業(yè)關(guān)注的是近4～5年來，國際上齒輪加工機(jī)床的幾大跨國集團(tuán)Gleason／Pfauter／Hurth集團(tuán)、Kapp／Niles集團(tuán)、Sigma ΣPool集團(tuán)、 Samputensili／Modul集團(tuán)及德國HǒFLER公司等已相繼推出了采用蝸桿砂輪和成形砂輪復(fù)合磨齒的高效、高精度磨齒 （機(jī)）中心。與數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)一樣都配備內(nèi)齒磨頭附件和在線測量裝置 （可測量齒形、齒向、周節(jié)、齒厚等），工作臺、砂輪主軸均采用由力矩電機(jī)直接驅(qū)動，CNC配備各種專業(yè)化的修形軟件?，F(xiàn)將本屆展會上磨齒機(jī)精品做一簡單介紹。

1．GLEASON Titan?1500G磨齒機(jī)首秀

齒輪制造廠商期望在保持齒輪加工高精度的同時(shí)，大幅度地提高齒輪加工機(jī)床的加工效率。Gleason Titan 1500G磨齒機(jī) （圖1）正是為滿足這兩者需求而研發(fā)的新型齒輪加工機(jī)床。

Gleason Titan 1500G磨齒機(jī)可加工直徑1500mm，模數(shù)14mm以下的齒輪，磨削砂輪最高速度可達(dá)6000r／min，最大成形深度100mm。機(jī)床應(yīng)用了蝸桿砂輪與成形砂輪復(fù)合磨齒技術(shù)，使得高精度磨齒效率提高了50%；應(yīng)用了世界首創(chuàng)的多片砂輪磨削技術(shù)，采用不同粒度、不同形狀的多篇砂輪在數(shù)個(gè)齒槽內(nèi)進(jìn)行粗磨和精磨，磨齒效率提高近40%，齒面質(zhì)量也有較大提高，而且由于砂輪與工件齒面之間的接觸更加密切，工藝可靠性也有很大提高。

圖1 Titan?1500G磨齒機(jī)

該機(jī)床采用獨(dú)創(chuàng)的雙頭蝸桿雙面磨削專利技術(shù)，可使齒輪精磨時(shí)間縮短近50%。機(jī)床動態(tài)性能極佳，機(jī)床停機(jī)時(shí)間得到最大限度地減少。安裝工件所需時(shí)間同樣可大大縮短，夾持過程工件對中誤差自動補(bǔ)償?shù)臅r(shí)間也可以極大地節(jié)省。該機(jī)床具有很好的柔性，能夠自動更換磨頭和工件，適合大批量高精度齒輪的生產(chǎn)加工，同時(shí)也能滿足用戶單件小批量的加工需求。

該機(jī)床可選配外置工作臺、工件自動更換系統(tǒng)和砂輪修整器 （專利正在受理中）。一個(gè)這種砂輪修整器就可同時(shí)解決蝸桿砂輪和成形砂輪的修整問題，在修整過程中，不必要再更換其它修整工具。

機(jī)床配置的冷卻液噴嘴能夠自動調(diào)整，對準(zhǔn)砂輪磨削直徑方向，可確保在整個(gè)磨削過程中冷卻液對磨削區(qū)的最佳分配及在高效生產(chǎn)過程中磨削的熱安全性。其人機(jī)對話程序能夠根據(jù)最終所預(yù)期的磨削時(shí)間，磨削質(zhì)量／齒輪修形，生成一個(gè)粗磨、精磨復(fù)合磨削的最佳磨削工藝預(yù)案。分段磨削工藝為全自動化，用戶可以全面接受該預(yù)案，也可以根據(jù)情況進(jìn)行修改。自動定心和檢測所需時(shí)間因采用現(xiàn)代綜合工藝技術(shù)而大大減少，與此同時(shí)可保持同樣的高質(zhì)量和高可靠性。齒輪定位及齒距檢測所需時(shí)間可減少50%，齒線和齒廓檢測可加快25%。

2．KAPP KX－160 磨齒中心

KAPP公司的KX160 TWIN磨齒中心 （圖2）是在多工件主軸機(jī)床這一設(shè)計(jì)理念上，進(jìn)一步完善和精化而設(shè)計(jì)開發(fā)的，采用了可修整砂輪，以連續(xù)展成法來磨削齒輪的機(jī)床。機(jī)床具有調(diào)整時(shí)間短、效率高的特點(diǎn)。

圖2 KAPP KX－160磨齒中心

KX160 TWIN磨齒中心可加工直徑170mm以下，模數(shù)0．5mm～4．5mm的齒輪， 最大齒寬可達(dá)170mm， 最大螺旋角±45°，特別適合于對加工質(zhì)量要求特別苛刻的批量齒輪加工生產(chǎn)。機(jī)床的圓形工作臺兩側(cè)相對位置配置有兩根完全相同的工件主軸。在機(jī)床磨削一個(gè)零件的同時(shí)，另一個(gè)主軸同時(shí)完成第二個(gè)工件的自動上下料及自動對中，使機(jī)床的磨削輔助時(shí)間最大限度地縮短。機(jī)床專門適用于加工模數(shù)至4．5 mm、齒寬320 mm、最大外徑達(dá)170 mm的直齒及斜齒輪。機(jī)床在設(shè)計(jì)時(shí)還考慮了不同參數(shù)的工件其它要求等。

KX160 TWIN磨齒中心配置包含有一個(gè)單主軸常規(guī)蝸桿砂輪修整頭的組合修整器。金剛石成形滾輪為修整工具。修整工具可用來修整磨削蝸桿齒根部分。配置的Siemens Sinumerik 840D數(shù)控系統(tǒng)，增加了多功對話操作系統(tǒng)。對于齒輪磨削加工而言，數(shù)控系統(tǒng)軟件可以按照人機(jī)對話界面中毛坯的尺寸以及工件的工藝要求自動生成程序，操作界面直觀，操作簡便。公司還為用戶提供新型磨削增益軟件，從而實(shí)現(xiàn)高效加工。

該機(jī)床有10根數(shù)控軸，分別控制砂輪與工件間的位置、磨頭架轉(zhuǎn)角調(diào)整、磨削期間工件的驅(qū)動、直線位移等，圓形工作臺及兩個(gè)工件尾架也由數(shù)控軸控制。工件和磨頭主軸采用力矩電機(jī)直接驅(qū)動技術(shù)。

機(jī)床可選配在線測量系統(tǒng)，測量齒輪齒形誤差、齒向誤差、節(jié)距誤差以及鼓形量等各項(xiàng)參數(shù)。借助于KAPP人機(jī)對話界面直接輸入工藝要求，極大地減少了輔助生產(chǎn)時(shí)間。另外還可以在正常的磨削循環(huán)過程中，隨機(jī)對齒輪質(zhì)量進(jìn)行抽檢。

KX160 TWIN機(jī)床還配置有自動上下料裝置。作為機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)配置的自動化解決方案，還可以成套提供機(jī)械手系統(tǒng)、盤狀運(yùn)輸裝置、龍門式的自動裝卸工件系統(tǒng)等。

3．Niles公司ZP12成形砂輪磨齒機(jī)

圖3 ZP 12成形砂輪磨齒機(jī)

Niles公司是世界上生產(chǎn)錐面砂輪磨齒機(jī) （工件直徑630mm～4000mm）的著名公司，在向世界市場提供大規(guī)格磨齒機(jī)的同時(shí)，充分利用本公司原制造錐面砂輪磨齒機(jī)的雄厚基礎(chǔ)和卡普CBN成形砂輪技術(shù)的成功結(jié)合，迅速地向市場推出了ZP系列 （直徑450mm～4000mm）成形砂輪磨齒機(jī) （圖3）。ZP系列成形磨齒機(jī)采用雙砂輪、深切緩進(jìn)給成形原理，可實(shí)現(xiàn)四種磨齒方法 （1）傳統(tǒng)的單個(gè)成形砂輪磨齒方法；（2）特殊磨削方法，即雙成形砂輪磨削方法，一個(gè)作粗磨，另一個(gè)作精磨；（3）萬能磨齒方法，即用雙砂輪分別磨削左右兩個(gè)不同齒面；（4）最大效率磨齒方法，即用雙砂輪分別磨削齒輪的兩個(gè)齒槽和傳統(tǒng)的單個(gè)成形砂輪磨齒相比較，磨削效率更高。

ZP 12成形磨齒機(jī)可加工直徑2500mm以下的齒輪，磨齒深度100mm，齒傾角±35°以內(nèi)的齒輪。采用雙成形CBN砂輪，可實(shí)現(xiàn)4種磨削方法，和傳統(tǒng)的單個(gè)成形砂輪磨齒機(jī)相比較，生產(chǎn)效率高。砂輪頭架上 （左右）雙砂輪分別由變頻電機(jī)驅(qū)動，調(diào)速范圍大，最大轉(zhuǎn)速達(dá)11000 r／min，兩磨頭定位精度高達(dá)1μm，砂輪采用電動平衡系統(tǒng)。采用CNC砂輪修整器及程控修整法，可滿足各種修形要求。磨頭主軸調(diào)速范圍廣，并且可快速更換主軸頭，通用性好。

4．目前國際上最大規(guī)格的蝸桿砂輪磨齒機(jī)RZ1000

Reishauer公司新近推出RZ1000磨齒機(jī) （圖4）是目前國際上以連續(xù)位移磨削方式，采用蝸桿砂輪來精密磨削齒輪的系列產(chǎn)品中的加工工件直徑最大的機(jī)床，可加工直徑85mm～1000mm，模數(shù)1mm～8mm，±40°螺旋角以內(nèi)的齒輪。該機(jī)床的加工范圍可覆蓋Reishauer公司先前該系列所有產(chǎn)品，他擁有功能強(qiáng)大的軟件，能夠自動生成適和現(xiàn)有齒輪加工的變量參數(shù)。Reishauer公司可為用戶提供快速、高效的柔性化的多功能工件自動上下料裝置，大大縮短工件更換時(shí)間。

圖4 RZ1000磨齒機(jī)

RZ1000、RZ800、RZ630磨齒機(jī)系列產(chǎn)品配置有自適應(yīng)主軸控制系統(tǒng)。兩軸NC砂輪修整單元適合于萊斯豪爾公司所有機(jī)床的多種形式的線性修整、以及采用金剛滾輪進(jìn)行的整個(gè)齒廓的成形修整。該機(jī)床允許使用第三個(gè)方自動上下料系統(tǒng)，從而能夠更加方便、快捷地從磨削區(qū)域更換標(biāo)準(zhǔn)的磨削主軸或者工裝夾具，從砂輪架上更換砂輪；快速將普通修整工具更換為多功能數(shù)控修整單元。

RZ1000磨齒機(jī)操作界面窗口具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸入功能，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)床在線加工優(yōu)化操作；顯示支持機(jī)床所有重要功能的診斷系統(tǒng)，包括與外部網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接的可行性；顯示支持簡單加工分析的診斷系統(tǒng)及誤差檢測圖像輔助分析診斷系統(tǒng)；在通過Reishauer的工藝軟件進(jìn)行機(jī)床設(shè)定和工藝數(shù)據(jù)輸入時(shí)提供操作協(xié)助；具有工作軸監(jiān)測 （SIEMESN安全集成）的綜合安全功能，以保護(hù)操作者和機(jī)床的安全；通過電子手輪可移動相關(guān)調(diào)整部件及驅(qū)動軸；該機(jī)床具有計(jì)算機(jī)輔助調(diào)整工藝。

5．Hǒfler龍門型磨齒中心磨齒技術(shù)另一發(fā)展趨勢

Hǒfler新型PORTA型龍門型結(jié)構(gòu)的磨齒機(jī)是世界上第一臺龍門型結(jié)構(gòu)的成形砂輪磨齒機(jī)。其設(shè)計(jì)原則是將磨齒機(jī)的磨頭置于龍門型框架上，根據(jù)工件尺寸和磨削沖程不同配置不同的床身，按不同組合變換，向市場提供不同規(guī)格的機(jī)床，如內(nèi)齒輪磨齒機(jī)，加工范圍直徑800mm～3400mm；龍門磨齒中心，可加工直徑800mm～3400mm的內(nèi)齒，直徑3500mm以下的外齒輪；外齒輪磨齒機(jī)，可加工直徑2000mm以下的齒輪。

隨著這種新型結(jié)構(gòu)磨齒機(jī)的研發(fā)成功，可實(shí)現(xiàn)在同一臺機(jī)床上完成全套太陽輪、行星齒輪以及圓柱形齒輪的精密磨削加工。只通過操作按鈕就能完成大型內(nèi)齒輪、外齒輪、太陽輪及行星齒輪的精密磨削加工，省去了大量的夾具更換，大大減少輔助時(shí)間。

該機(jī)床的龍門型框架及床身均采用礦物質(zhì)鑄件，可隔熱，防振。各主要運(yùn)動軸、工作臺和工件臺采用雙面靜壓導(dǎo)軌，大大提高機(jī)床精度穩(wěn)定性，保證磨削工藝的優(yōu)勢。

龍門型磨齒中心的特點(diǎn)是在無需更換磨頭的情況下可快速進(jìn)行磨削內(nèi)齒輪及外齒輪的轉(zhuǎn)換。砂輪直徑最大為400mm，驅(qū)動電機(jī)功率為30kW；大功率冷卻液系統(tǒng)確保平穩(wěn)高效磨削無燒傷?？蛇x配Hǒfler公司研發(fā)的萬能齒輪在線檢測系統(tǒng)及測頭，實(shí)現(xiàn)隨機(jī)測量。測量結(jié)果可在屏幕上顯示，還可打印出測量結(jié)果。若測量結(jié)果超標(biāo)，機(jī)床會自動修整。作為專業(yè)的磨齒機(jī)制造商根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)成功地開發(fā)出了在線測量系統(tǒng)，大大提高了機(jī)床的自動化程度。

6．三菱重工的內(nèi)齒輪精密高效磨齒機(jī)Z120A

為了滿足市場對行星齒輪熱處理后硬齒面精密加工提出新的要求，解決批量生產(chǎn)情況下熱處理后內(nèi)齒輪精密磨削問題。三菱重工在成熟的ZEl5A外齒磨齒機(jī)基礎(chǔ)平臺上特地推出了新型精密高效內(nèi)齒圈高效磨齒機(jī)Z120A（圖5）。該機(jī)床采用多頭蝸桿陶瓷砂輪以展成磨削方式專門用來解決批量生產(chǎn)的汽車內(nèi)環(huán)形齒輪件進(jìn)行經(jīng)濟(jì)的硬齒面精加工問題。

圖5 精密高效磨齒機(jī)Z120A

該機(jī)床科加工直徑200mm以下，模數(shù)小于3mm，齒傾角40°以內(nèi)的齒輪。機(jī)床采用高速展成磨削法，對砂輪和工作臺進(jìn)行精密同步控制。砂輪和工件軸之間的軸交叉角設(shè)置在10°以上，以在磨削點(diǎn)獲得較高的滑動速度，砂輪為 “桶形”。采用陶瓷蝸桿砂輪，借助于CNC修整器可實(shí)現(xiàn)在線快速成形和修整。砂輪和工作臺采用力矩電機(jī)直接驅(qū)動技術(shù)，最大轉(zhuǎn)速分別達(dá)到15000r／min和6000r／min。機(jī)床使用非接觸式傳感器和內(nèi)置的AE（聲發(fā)射）傳感器，實(shí)現(xiàn)齒輪自動對中功能?？梢酝ㄟ^數(shù)值分析對砂輪齒形進(jìn)行編程，并借助3D CAD使用模擬工具來檢查砂輪和工件之聞的接觸及干涉的方法裝置。在出現(xiàn)齒面誤差時(shí)可快速修改磨削動作或修形動作，確保齒輪加工精度。