目前齒輪加工的最新趨勢(shì)是粗加工和精加工均來自于同一供應(yīng)商，一方面簡化了規(guī)劃流程，另一方面可以深入發(fā)展與供應(yīng)商之間更廣泛的合作......
汽車工業(yè)對(duì)于變速器和齒輪的質(zhì)量要求一致在持續(xù)提高。當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)的緊湊化和大扭矩輸出的設(shè)計(jì)發(fā)展趨向，導(dǎo)致了需要配備性能更高的手動(dòng)的、自動(dòng)的各種變速器。與此同時(shí)，從駕駛舒適性和對(duì)汽車質(zhì)量的影響來說，就要求變速器有最大的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。
對(duì)于齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性能的嚴(yán)格要求就需要齒輪的幾何精度要能適應(yīng)承載下所引起的變形。這就需要生產(chǎn)出幾何精度控制在微米范圍內(nèi)，以及對(duì)齒面精度、齒面加工紋理和強(qiáng)度有嚴(yán)格要求的齒輪。
然而這些精度要求會(huì)和過高的制造成本形成矛盾，為此可通過縮短生產(chǎn)線和生產(chǎn)時(shí)間的方法來解決這兩者的矛盾。其中重要的一點(diǎn)就是采用將高效能齒輪切削和精加工技術(shù)組合在一起以達(dá)到最佳的效果，即一方面提高生產(chǎn)效率和成本效益，另一方面保證加工過程是在高質(zhì)量水平下穩(wěn)定地運(yùn)行。
質(zhì)量的關(guān)鍵：硬化后零件的精細(xì)加工
硬化后齒輪的精細(xì)加工是生產(chǎn)過程中保證質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)。對(duì)此，最適宜的兩種齒輪精加工方法是珩齒和蝸桿砂輪磨齒，這也是汽車工業(yè)中適應(yīng)大的市場(chǎng)需求和經(jīng)濟(jì)性好的兩種加工方法。
珩齒還是磨齒？
這兩種方法各有所長。除了齒輪的幾何精度，精加工形成的齒輪齒面的顯微紋理結(jié)構(gòu)是影響齒輪傳動(dòng)的壽命和噪聲特性的一個(gè)關(guān)鍵。珩齒形成的齒面紋理有利于降低噪聲，當(dāng)齒面粗糙度達(dá)到Ra=0.2µm，以及珩齒時(shí)形成的齒面殘余壓應(yīng)力達(dá)到1200N/mm²時(shí)，珩齒后的齒輪齒面具有較高的抗磨損能力。珩齒也適用于加工具有干涉外廓的，例如臺(tái)階直徑比根徑還大的齒輪，并且珩齒工藝過程控制較簡單，加工精度有保證，并且沒有齒面燒傷的危險(xiǎn)。
反之，蝸桿砂輪磨齒也有它的長處，因?yàn)樗且环N更加柔性化的加工方法，特別適用于小批量生產(chǎn)。由于變型產(chǎn)品的增多和為了降低庫存量，小批量生產(chǎn)方式已變得愈來愈重要。
Gleason公司推出了一系列的革新來極大地提高這兩種加工方法的功能，Gleason公司是專門研究齒輪制造方案的唯一供應(yīng)商，并且致力于高精度齒輪加工生產(chǎn)領(lǐng)域，不管是熱前加工還是熱后精加工都具有豐富的專業(yè)技能。
高效能的珩齒，成倍的生產(chǎn)效率率
以前珩磨高精度的齒輪需要相對(duì)較長的時(shí)間，Gleason公司經(jīng)過多年的研發(fā)，較大地提高了珩齒的加工速度。它能夠使珩磨速度從原先的Vc=3m/sec，達(dá)到了Vc=15m/sec，這不僅提高了珩齒的生產(chǎn)效率也擴(kuò)展了它的應(yīng)用范圍。
為了大大提高加工性能和精度的穩(wěn)定性，一個(gè)基本要求就是機(jī)床設(shè)計(jì)剛性要非常強(qiáng)。在Gleason150SPHSpheric®球面珩齒機(jī)上，垂直安裝在人造大理石床身上的珩輪頭架將加工的力直接傳遞到床身上，而非通常的直接傳遞至滾珠絲杠上，這樣機(jī)床的加工剛性大大提高，而且加工振動(dòng)也大大降低。
通過這樣的設(shè)計(jì)，該珩齒機(jī)珩磨輪轉(zhuǎn)速可達(dá)到3,000rpm，工件轉(zhuǎn)速達(dá)到10,000rpm，這樣一來就可以珩磨效率大大提高，珩磨余量可高達(dá)80µm，從而給珩齒帶來經(jīng)濟(jì)效益。
工具成本大大降低
機(jī)床設(shè)計(jì)剛性好時(shí)對(duì)工具壽命也是有好處的。和Spheric®球面強(qiáng)力珩齒技術(shù)相結(jié)合，150SPH珩齒機(jī)的珩輪相比于之前的機(jī)床，可以加工更多的齒輪，這也被更長的修整間隔所證實(shí)，反過來講也提高了加工生產(chǎn)率。對(duì)于典型的汽車變速器齒輪，珩輪每珩磨約600至800個(gè)工件之后才需要再次修整。并且修整時(shí)，珩輪和工件之間軸交角特有的計(jì)算機(jī)輔助隨動(dòng)調(diào)正，可使珩輪的修整次數(shù)達(dá)到約240次，反過來說這也大大降低珩磨每一工件所需的工具成本。
通常Gleason公司SPH系列珩齒機(jī)的珩齒時(shí)間為一般珩齒機(jī)的一半，同時(shí)其加工每一零件的工具成本能降低到一個(gè)相當(dāng)?shù)偷乃?mdash;—對(duì)于典型的轎車變速器齒輪可低于0.04歐元——珩齒后不用再增加如剃齒或磨齒的精加工工序。
此外，Gleason150SPH珩齒機(jī)還裝備有一快速工件更換裝置，就是采用標(biāo)準(zhǔn)的HSK錐柄夾具在珩齒加工的同時(shí)夾緊另一工坯，使非加工時(shí)間降至最低，。
最大柔性化的小批量生產(chǎn)
對(duì)于汽車制造者和他們的供應(yīng)商來說，生產(chǎn)大量的不同類型的齒輪和低庫存的要求，就意味著要頻繁地?fù)Q型，并減少每一生產(chǎn)批量的加工工件數(shù)。為此，既經(jīng)濟(jì)又高效，每批生產(chǎn)數(shù)量少于50件的新型生產(chǎn)線被頻繁提出。硬化后零件的精加工，更高柔性化的加工方法，這方面蝸桿砂輪磨齒有它特有的優(yōu)越性——尤其隨著技術(shù)的發(fā)展，采用這一工藝能更進(jìn)一步改善齒輪的精度。
具有扭曲修正和齒面紋理結(jié)構(gòu)優(yōu)化的蝸桿砂輪磨齒
所有的齒輪磨齒法都會(huì)產(chǎn)生固有的齒面扭曲現(xiàn)象，這就會(huì)產(chǎn)生偏離要求的齒輪幾何精度的誤差。這些誤差不利于優(yōu)化齒輪嚙合和噪聲特性，所以這就是為什么要提出扭曲修正的理由。過去的齒面扭曲修正方法很復(fù)雜，也很昂貴，為此在實(shí)踐中沒有得到廣泛的應(yīng)用。
Gleason公司在非常早的時(shí)期就涉及齒面扭曲影響的研究，同時(shí)建立了一套體系，從較深的技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)弄清了齒面扭曲的影響。Gleason公司開發(fā)了一種已取得專利的方法，這種方法可最小化和修正所有扭曲造成的影響，采用這種新方法，甚至可實(shí)現(xiàn)特定的齒面扭曲要求，來促使齒輪在最佳的狀態(tài)下嚙合。
此外，Gleason公司還開發(fā)了一種新的蝸桿砂輪磨齒法，該方法磨削的齒面紋理結(jié)構(gòu)與常規(guī)方法得到的紋理結(jié)構(gòu)不同，這種齒面紋理結(jié)構(gòu)對(duì)齒輪強(qiáng)度和噪聲特性都有好處。這些成效已經(jīng)在GleasonGenesis®160TWG和300TWG蝸桿砂輪磨齒機(jī)上得到實(shí)現(xiàn)并被證實(shí)，使得該機(jī)床成為硬化后齒輪精加工最高效的通用機(jī)床之一。
基礎(chǔ)：熱前加工的精度
齒輪的承載能力和噪聲是由熱后加工精度所決定，但是熱后加工的可靠性和生產(chǎn)效率也直接受熱前齒輪加工的精度來影響。
為提高設(shè)備的使用效能，齒輪熱前加工的發(fā)展趨向朝著在一臺(tái)機(jī)床上完成多種加工工序的集成化加工發(fā)展，例如一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行滾齒、倒角、去毛刺等。
集成了倒角和去毛刺的滾齒加工
齒輪齒槽去干凈毛刺和齒端倒角準(zhǔn)確是之后硬化后加工的基本前提條件。在滾齒機(jī)上采用集成化來進(jìn)行倒角和去毛刺是非常簡便的。眾所周知，滾齒加工時(shí)輪齒的定位是很精確的，所以在滾齒位置直接進(jìn)行倒角，一是節(jié)省了重復(fù)夾緊工序，同時(shí)工件也不需要再定位，這樣不但節(jié)省了安裝單獨(dú)去毛刺機(jī)床所需的占地空間和它的外部裝置，同時(shí)也簡化了零件的計(jì)算調(diào)整。這一解決方案已經(jīng)在GleasonGenesis210HiC滾齒機(jī)上得到了實(shí)現(xiàn)。
齒輪或花鍵軸在一次安裝中完成加工
Gleason公司推出的Agilus®機(jī)床現(xiàn)在已經(jīng)取得了巨大的發(fā)展，該機(jī)床首次可以在一臺(tái)齒輪加工機(jī)床上直接完成更多的加工工序。在一次裝夾下除了可倒角和去毛刺外，還可完成全部的車削、鉆削、銑削和滾齒加工。該機(jī)床可以加工所有軸類和盤狀圓柱齒輪，其最大加工直徑可達(dá)180mm，最大加工長度達(dá)500mm。
在Agilus®系列機(jī)床的刀具轉(zhuǎn)塔上，安裝了所有完成加工所需的固定式或回轉(zhuǎn)式的刀具。此外，該機(jī)床還可配備有專用工件卡爪，以方便更換工件，所以該機(jī)床可以非常簡單地集成各種自動(dòng)化系統(tǒng)。該機(jī)床可以使用刀具快換系統(tǒng)，以縮短調(diào)整時(shí)間，同時(shí)減少工夾具的數(shù)量。
熱前全部加工工序集成在一臺(tái)機(jī)床上完成，和由各單臺(tái)機(jī)床組成的生產(chǎn)線相比，可以大大節(jié)省加工場(chǎng)地、減少調(diào)整和重復(fù)加工的復(fù)雜性以及非生產(chǎn)時(shí)間。這樣，總的投入成本低，而且在通常生產(chǎn)線中無法實(shí)現(xiàn)的技術(shù)優(yōu)化現(xiàn)在也能做到了。例如，現(xiàn)在加工工序的順序就可被重新調(diào)整，其結(jié)果除了省去工件的重復(fù)夾緊和傳送作業(yè)外，還使一些通常的加工工序變得多余了。
在Agilus®機(jī)床上，工件被自動(dòng)夾緊后的第一步加工工序就是粗車、鉆削，然后立即是滾齒。隨后就進(jìn)行精車，之后就是去除齒輪上的粗毛刺。在一臺(tái)機(jī)床上加工這些工序，除了可節(jié)省通常所需的大量切削和非生產(chǎn)時(shí)間外，對(duì)于加工質(zhì)量一點(diǎn)也不會(huì)降低。
結(jié)束語
通過將各方面技術(shù)匯集在一個(gè)生產(chǎn)單元里，用戶可從齒輪生產(chǎn)中獲益，并且從齒輪總體解決方案提供者處獲益，由于總體解決方案提供者全面精通所有齒輪生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)，以及怎樣組合這些技術(shù)，并提供出一個(gè)有效的、全面的解決方案，以保證投資者的運(yùn)營，使其經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略目標(biāo)達(dá)到盡可能的好。