當代先進制齒及制齒機床技術的發展趨勢

內蒙古烏蘭察布市烏蘭察布職業學院 邢召云

1 齒輪制造技術的發展趨勢

1.1 設備數控化、中心化

根據調查顯示，國內外使用的齒輪加工設備中數控機床的比例越來越大，且數控機床的功能也在不斷增加，功能單一的數控機床正逐步被多功能的機床所代替，普通的、單主軸數控機床正逐步被雙主軸機床、車削中心、車銑復合中心（圖1）、車磨復合中心（圖2）、車銑磨復合中心所代替。這些機床的功能強大且加工精度高，一臺機床可以完成原來多臺機床的加工內容，如復合車功能的滾齒機在具有去毛刺、干切、熱后刮削功能的同時，還具有車加工功能，使得部分齒坯加工和齒輪加工可以同時在一臺機床上完成。另外，隨著刀具技術和數控技術的發展，已經可以利用特殊刀具在加工中心上完成圓柱齒輪和螺旋錐齒輪齒形加工，且加工效率等同于專用加工機床。

圖1

圖2

1.2 毛坯原材化

根據調查顯示，當今世界知名的齒輪制造廠家已經很少使用鍛件毛坯，從齒輪軸、花鍵軸到盤形齒輪，甚至是300mm以上的弧齒錐齒輪也大多采用圓鋼下料，有的甚至不經下料直接使用幾米長的圓鋼在機床上完成齒坯加工后再截斷，而且毛坯不需鍛造，可以節約鍛打費、運輸費、材料加熱氧化損耗費、預熱處理費等成本，直接使用原材料可節約毛坯費用20%以上，縮短生產周期10天左右。當然，對于高精度的齒輪，毛坯原材化的前提條件是高品質的原材料以及完備的熱后加工手段。

1.3 工序集中化

隨著車削中心、車磨復合機床等的推廣，一個工件的加工內容能夠在一臺機床上完成，而且以前必須與齒坯分開加工的工序如銑槽、鉆孔等也可以一并完成，因此同工序分散原則相比，工序集中的優點就是加工精度高，很多重要工序如果使用工序集中原則，可以避免重復定位誤差和定位基準不統一造成的定位誤差，使得精度明顯提高。例如將熱后硬態車削加工與磨削加工合為一道工序之后，車加工為磨加工留下的余量一般只有0.02～0.03mm，這不僅提高了加工效率，而且使得表面粗糙度可達Ra0.4或更高精度，保證了表面質量。

1.4 齒面精加工熱后化

目前，剃齒雖然仍是非常重要的齒形精加工方法，但是已經越來越多地為磨齒、刮齒所代替。這是因為剃齒不能進行硬態加工，為了消除熱處理變形的影響，剃齒一般要比產品精度高半級到一級，而磨齒主要采用蝸桿砂輪磨和成形磨，刮齒是在熱后再次對齒輪進行滾齒加工，熱后加工完成的齒輪精度便是最終精度，不需考慮熱處理變形問題，從而減少了為防止熱處理變形而提高原材料的成分、金相組織等的技術要求，降低了毛坯成本和加工成本。

1.5 質量控制SPC化

SPC是檢測和控制工藝過程的一種方法，通過檢測制造過程來收集加工數據并進行統計分析，不受人為因素的影響，能夠及時發現引起加工精度變化的根本原因，并預示是否需要調整以及如何調整。如圖3所示，當檢測點落在上警告線UWL和下警告線LWL之間時，表明生產過程穩定；當檢測點落在上警告線UWL與上控制線UCL之間，或下警告線LWL與下控制線LCL之間時，表明加工系統存在問題，可繼續生產，但需要提高檢測頻次；當檢測點落在上控制線UCL以上或下控制線LCL以下時，表明必須停止生產過程并進行檢查，找出原因并進行工藝參數的調整等。

圖3

1.6 加工干切化

濕式加工中冷卻液的使用帶來了很大的負面影響，如冷卻液的蒸發和滴漏造成了嚴重的環境污染，使車間空氣質量很差，危害了員工的身心健康，同時也帶來了很大的生產成本。隨著生產工藝的發展，干切技術正逐步成為未來生產的主要手段。如圖4所示的雙頻淬火機床就是采用的干切技術。

圖4

1.7 熱處理變形微量化

利用雙頻加熱技術實現了齒輪工件的仿形硬化，加熱時間極短而熱效率極高，使得變形量相對很小，對環境造成的污染也很小。如利用2 500kW的雙頻加熱技術對一直徑為200mm的螺旋傘齒輪進行雙頻感應淬火只需0.36s，如此短的時間內工件幾乎沒有變形。

2 齒輪加工機床的發展趨勢

2011年EMO展覽會上展出的齒輪加工機床的技術水平又有了新的提升，高精度、高速、高效、復合化、智能化、信息化、干式切削是今后制齒機床技術的發展趨勢。

2.1 齒輪加工機床的精度及精度的穩定性將進一步提升

目前齒輪加工機床制造公司通過采用重新設計機床結構、使用先進的控制技術或者改變機床床身的材質等措施來提高機床的加工精度及精度的穩定性。如德國格里森公司生產的Genesis210H滾齒機的床身和立柱采用礦物質鑄造聚合體，提高了機床的減震效果和熱穩定性，使得加工一件模數為2.65mm、齒數為52、螺旋角為30的齒輪，采用雙頭AA級滾刀，在滾刀轉速為773r／min、軸向進給量為2.6mm／WR的切削參數下一刀切加工的齒輪精度達DIN7級。

2.2 機床高速化、加工高效化將進一步增強

目前先進的齒輪加工機床（如滾齒機和磨齒機）普遍采用電主軸和力矩電機，使機床的轉速進一步提高。機床的高速化是縮短工件的切削時間，進行高效加工的重要保證。如格里森公司生產的Genesis210H滾齒機配備了新型機械凸輪驅動式雙抓手裝料系統，一刀切滾削加工一件模數為2.65mm、齒數為52、螺旋角為30、齒寬為21mm的齒輪滾刀速度為170m／min，加工時間為43s，交換工件時間為6s、輔助時間為2s、總時間為51s。

2.3 齒輪加工機床的功能復合將十分普遍

齒輪加工機床的發展使得傳統的、功能單一的滾齒機、剃齒機、磨齒機等正逐步被淘汰，齒輪加工機床的復合形式將多種多樣。例如自動上料、車削、滾齒、倒角、自動下料的機床，如WERA公司的Profilator320多功能齒輪加工機床（圖5）；自動上料、倒棱去毛刺、剃齒、自動下料的機床，如格里森公司的Genesis 130SVC機床（圖6）。

圖5

圖6

2.4 高速干切和自動化在切齒機上全面實現

高速干式切削既可以減少冷卻油的消耗和冷卻處理裝備，又可以避免對環境造成的污染，還能提高生產效率，降低單件齒輪的制造成本。因此，高速干式切削成為切齒機床發展的方向。

齒輪加工機床實現高速干式加工縮短了齒輪加工時間，且批量生產多以自動化生產為主，減少了勞動強度和輔助時間，降低了成本，如汽車齒輪所用機床均普遍配備了自動上下料系統，實現自動化生產。

2.5 智能化和信息化水平更高

數字化控制、傳感器、信息和網絡控制技術的結合，使得數控機床具有了智能化和信息化功能，如機床誤差補償、溫度補償、自動平衡、過載保護、有無工件自動識別、裝夾工件是否正確、工件是否已加工過等，并且隨著技術的進步，智能化和信息化水平將更高。

3 總結

通過本文的總結，我們了解了當代先進齒輪制造及齒輪機床技術的最新發展趨勢。雖然我國的齒輪行業加快了新技術、新產品開發的步伐并取得了相當程度的進步，但同國外發達國家相比還存在較大的差距，因此，重視技術創新、提高技術水平是我國齒輪行業義不容辭的責任。

［1］青海一機數控機床達國際先進水平［J］.機械工程師，2011（09）.

［2］王銀山，王小雷，何楓.從CIMT 2011看齒輪刀具和齒輪機床的發展［J］.工具技術，2011（06）.

［3］張淑榮，郭兆利.加工插齒刀改制計算［J］.工具技術，2011（09）.