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齒輪磨床發(fā)展趨勢和國產(chǎn)典型磨齒機(jī)綜述論
齒輪磨床發(fā)展趨勢和國產(chǎn)典型磨齒機(jī)綜述論 齒輪磨床經(jīng)過八十余年發(fā)展，已從單一產(chǎn)品演變到多系列、多規(guī)格，從傳統(tǒng)的機(jī)械式到采用數(shù)控技術(shù)，從氧化鋁砂輪到采用CBN砂輪，使機(jī)床精度、性能和加工效率不斷提高，而操作日趨簡捷方便?，F(xiàn)已形成七個(gè)系列200余種規(guī)格的齒輪磨床，按標(biāo)準(zhǔn)化分為碟形雙砂輪系列（Y70）、錐形砂輪系列（Y71）、蝸桿砂輪系列（Y72）、成型砂輪系列（Y73）、大平面砂輪系列（Y74）、內(nèi)齒輪砂輪系列（Y75）、擺線齒輪系列（Y76）。中國的齒輪磨床研究制造已有四十余年歷史，從八十年代初至今近二十多年間發(fā)展較快，制造出七個(gè)系列60余種規(guī)格的齒輪磨床。其中1997年由秦川機(jī)床集團(tuán)有限公司研制成功的YK7250蝸桿砂輪磨齒機(jī)（數(shù)控八軸五聯(lián)動(dòng)）在國際機(jī)床博覽會(huì)上被有關(guān)專家譽(yù)為“具國際水平的機(jī)床”，標(biāo)志著中國齒輪磨床制造技術(shù)水平跨入世界先進(jìn)行列。 隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，齒輪加工業(yè)對(duì)于齒輪加工機(jī)床的性能要求不斷提高，反之，齒輪加工機(jī)床制造業(yè)對(duì)于齒輪加工又具有導(dǎo)向作用，形成有機(jī)的聯(lián)動(dòng)發(fā)展。為此，一批能適應(yīng)社會(huì)科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展節(jié)拍的新產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生；反之，則被淘汰。這在齒輪磨床制造業(yè)中尤為突出。像瑞士馬格公司（Magg）七十余年來一直以其生產(chǎn)的碟形雙砂輪磨齒機(jī)在國際市場獨(dú)顯風(fēng)采，作為磨齒機(jī)中最高精度的代表產(chǎn)品，采用展成磨削原理，及其它技術(shù)措施，可磨削出三級(jí)以上精度的齒輪。但是，馬格磨齒機(jī)亦有不足之處，主要是：效率低 展成磨削為點(diǎn)接觸加上碟形砂輪自身強(qiáng)度、剛度限制，不能作深切或強(qiáng)力磨削；生產(chǎn)成本高 所需的特殊附件多，如缺口分度板齒數(shù)須和工件齒數(shù)相匹配，工作基圓要與滾圓盤的直徑一致等，工作種類愈多，所需附件愈多。為此，這家世界聞名、歷史悠久的公司，于八十年代末被瑞士奧立康公司（Oerllkon）兼并。 國內(nèi)曾研制出Y7032A、Y7063A、Y7160等碟形雙砂輪磨齒機(jī)，其中原秦川機(jī)床廠制造的Y7032A，其主要性能均達(dá)到馬格公司同類產(chǎn)品SD-32-X碟形雙砂輪磨齒機(jī)水平，榮獲國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。但是，由于高效蝸桿砂輪磨齒機(jī)制造技術(shù)的成熟應(yīng)用，碟形雙砂輪磨齒機(jī)的市場占有率逐年縮小。 從馬格公司被兼并的現(xiàn)實(shí)，留給人們思考的是兩個(gè)字：“效率”。效率是物質(zhì)能量的反映，是生命力的象征。為此，自七十年代末至今，國內(nèi)外磨齒機(jī)發(fā)展趨勢，一直以高效率、高精度為追求目標(biāo)。 根據(jù)國內(nèi)外資料介紹，提高磨齒機(jī)效率、精度、性能等方面，著重從三個(gè)方面入手：一是采用CNC技術(shù)；二是采用新型磨削材料CBN砂輪；三是采用新的磨削原理，目前重點(diǎn)集中在蝸桿砂輪和成型砂輪磨削兩大類技術(shù)上。 --蝸桿砂輪磨齒機(jī)-- 隨著CNC技術(shù)的發(fā)展和蝸桿砂輪及成型砂輪磨削技術(shù)的日益成熟，其加工精度已經(jīng)趕上原馬格磨齒機(jī)水平，而生產(chǎn)效率遠(yuǎn)高于Magg磨齒機(jī)，已為市場和專家公認(rèn)，近年來占有絕大部分的市場。其中蝸桿砂輪磨齒機(jī)的生產(chǎn)效率又高于成型磨齒機(jī)，且技術(shù)成熟較早，所以市場份額就更大一些。國際上代表當(dāng)今蝸桿砂輪磨齒機(jī)制造水平的首推瑞士萊斯豪爾公司（Reishaue），其代表產(chǎn)品有：NZA、AZA、RZ300E、RZ301S、RZ362、RZ801、RZ820等型號(hào)蝸桿砂輪磨齒機(jī)。其他制造廠商主要有：美國格里森公司的TAG400、匈牙利Cepel公司的FKP-362-10、PCG326-10PLC等，日本Kashifuji公司的KF200、OKMOTO公司的SHG400，中國秦川公司的YE7232、YK7232、YK7250等型號(hào)產(chǎn)品及上海機(jī)床廠的YKA7232。表一：國內(nèi)外同類蝸桿砂輪磨齒機(jī)主要性能、特點(diǎn)對(duì)照表型號(hào)項(xiàng)目 瑞士 AZA 中國秦川 YE7232 匈牙利FKP 326-10 主要加工參數(shù) 直徑（mm） 10~330 20~320 10~320 模數(shù)（mm） 0.5~6 1~6 0.5~6 齒數(shù) 12~260 12~260 10~260 最大直齒寬度（mm） 170 170 螺旋角（?） ±45 ±45 ±45 夾持長度（mm） 145~420 180~420 240~420 磨削精度 4(5)級(jí)/DIN3962 4~5級(jí)/GB10095-88 4~6級(jí)/DIN3962 自動(dòng)進(jìn)給/自動(dòng)復(fù)位 有/有 有/有 有/無自動(dòng)切向位移 有 有 有砂輪單、雙頭磨削 有 有 有齒向修形功能 有 有 有齒形修形功能 有 有 有主傳動(dòng)元件數(shù) 22 20 22 砂輪修整形式 滾輪、車刀 金剛石滾輪 金剛石車刀工件滑座調(diào)速形式及特點(diǎn) 容積高速、均勻 容積高速、均勻 節(jié)流調(diào)整、不均勻電氣主控制系統(tǒng) PC裝置 PC裝置 PC裝置自動(dòng)化程度 程控自動(dòng)磨削 程控自動(dòng)磨削 程控自動(dòng)磨削生產(chǎn)能力 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 注：GB10095-88與DIN3962等效標(biāo)準(zhǔn)，瑞士AZA磨削Z<24達(dá)到DIN39625級(jí)精度。 通常大批量齒輪加工，蝸桿砂輪磨齒工藝當(dāng)為首選。上述磨齒機(jī)在性能、水平檔次上有差異，在價(jià)格上差異更大，萊斯豪爾公司的產(chǎn)品價(jià)格約為其他國外廠商同類產(chǎn)品的2~3倍，約為中國同類產(chǎn)品的4~5倍。在能滿足加工要求和保證生產(chǎn)效率前提下，筆者認(rèn)為國內(nèi)廠家應(yīng)立足國內(nèi)磨齒機(jī)的選型。經(jīng)過國家專業(yè)機(jī)構(gòu)檢測鑒定，秦川的YE7232與世界王牌瑞士萊斯豪爾的AZA磨齒機(jī)主要性能、特點(diǎn)類似，但價(jià)格僅為其的1/5~1/6（見分析表）。秦川的YE7232與世界王牌 瑞士萊斯豪爾的RZ301S等磨齒機(jī)主要性能，特點(diǎn)比較見表2。表二：秦川廠與瑞士萊斯豪爾公司（Reishauer）磨齒機(jī)性能對(duì)照表型號(hào)項(xiàng)目 秦川機(jī)床集團(tuán)有限公司 瑞士Reishauer公司 YK7232 RZ300E RZ301S 工 件 直徑（mm） 20~320 10~300 10~330 模數(shù)（mm） 1~6 0.5~5 0.5~6 齒數(shù) 12~256 7~256 10~600 螺旋角（°） ±45 ±45 ±45 工件架行程（mm） 180 180 180 最大頂尖距（mm） 420 420 420 最大重量（N） 600 500 600 砂 輪 直徑（mm） 400~300 350~270 350~270 寬度（mm） 100、80 84 104 磨削轉(zhuǎn)速（r/min） 1100~1650 1100~1900 1100~1900 修整轉(zhuǎn)速（r/min） 56 52~90 52~90 快速進(jìn)退量（mm） 40 50 50 切向位移量（mm） 90 70 90 工件軸向速度（mm/r） 0.4~3 0.6~3 0.6~3 單行程進(jìn)給量（mm） 0.01~0.1 0.01~0.08 0.01 機(jī)動(dòng)進(jìn)給總量（mm） 0.8 0.8 --- 精度 3~4(5) 3~4 3~4 傳動(dòng)系統(tǒng) 電子傳動(dòng) 電子傳動(dòng) 電子傳動(dòng)控制系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)數(shù)控 PC控制 計(jì)算機(jī)數(shù)控齒形修形 有 有 有齒面對(duì)刀 有 有 有磨削狀態(tài)指示 有 有 有自動(dòng)切向位移 有 可有 有砂輪轉(zhuǎn)速選擇 有 有 有操作調(diào)整性能 優(yōu) 良 優(yōu)磨削效率 較高 一般 高功能價(jià)格比 優(yōu) 一般 一般 *極限規(guī)格齒輪為5級(jí) --成型砂輪磨齒機(jī)-- 成型砂輪磨齒機(jī)的發(fā)展已有四十余年的歷史，該磨齒機(jī)的關(guān)鍵在于成型砂輪修整器。在八十年代以前，修整器大都為鋼帶滾圓結(jié)構(gòu)、四連桿機(jī)構(gòu)和漸開線樣板的修整器，囿于在磨削斜齒輪時(shí)，砂輪廓形必須隨砂輪直徑改變而改變，而機(jī)械式修整器很難實(shí)現(xiàn)隨機(jī)的變化。八十年代初，德國Kapp公司研制出VAG和VAS系列電鍍立方氮化硼成型砂輪磨齒機(jī)，由于砂輪預(yù)先制成必要的形狀，直徑幾乎沒有變化，避免磨削斜齒輪時(shí)出現(xiàn)的困難?？墒怯捎谶@種砂輪萬能性差，制作價(jià)格昂貴，故沒有得到普及推廣。比較理想的是采用數(shù)控砂輪修整器，在磨削斜齒輪時(shí)，修整器的運(yùn)動(dòng)軌跡可隨砂輪直徑的變化而變化。八十年代以來，很多廠商都致力于該修整器的研究。所以說蝸桿砂輪磨輪機(jī)不斷創(chuàng)新的同時(shí)，與之并行的成型砂輪磨齒工藝日趨成熟完善，并顯示出其特有的重要性，其關(guān)鍵在于克服了蝸桿砂輪磨齒工藝的不足。有關(guān)專家曾評(píng)述成型砂輪磨齒機(jī)的優(yōu)點(diǎn)為： 能十分方便地解決齒形修緣和齒根圓角問題 蝸桿砂輪磨齒機(jī)磨削修緣齒形時(shí)必須配備專用金剛石滾輪，生產(chǎn)成本較高。此外用同一修緣滾輪，當(dāng)砂輪直徑不同時(shí)，砂輪的實(shí)際修緣量是變化的，被磨齒輪的齒形修緣量也會(huì)跟著變化。模數(shù)越大，這個(gè)問題越明顯。 數(shù)控成型砂輪磨齒機(jī)磨修緣齒輪時(shí)，只需將修緣量和齒廓形狀通過數(shù)控系統(tǒng)的操作面板輸入系統(tǒng)，而且必要時(shí)可隨時(shí)修改，十分方便。 成型磨齒在理論上對(duì)工件模數(shù)沒有限制，而蝸桿砂輪磨齒機(jī)的工件模數(shù)有很大的局限性 理論上蝸桿砂輪磨齒機(jī)砂輪應(yīng)該修成一個(gè)漸開線蝸桿。而目前采用的修整方法，只能得到“K”型蝸桿，當(dāng)螺旋升角很小時(shí)，這兩者之間的差別不大；但是，當(dāng)螺旋升角加大時(shí)，兩者之間的誤差會(huì)明顯增大。所以AZA和RZ301S等蝸桿砂輪磨齒機(jī)最大模數(shù)只能到6mm。RZ801型磨齒機(jī)的最大模數(shù)為7mm或8mm，但是只能機(jī)下修形，必須另配修整器，很不經(jīng)濟(jì)。 采用大顆粒金剛石車修砂輪，可以獲得正確的漸開線蝸桿，但這種大顆粒金剛石價(jià)格十分昂貴，因此這種修整方法已經(jīng)不再采用。將一個(gè)平面金剛滾輪置于砂輪假想蝸桿基田圓柱的切平面內(nèi)，理論上可以修出漸開線蝸桿，但由于砂輪直徑是不斷變化的，金剛滾輪的位置必須跟著不斷地調(diào)整，所以實(shí)際上也很難實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)工件齒數(shù)較少、齒寬較大時(shí)，如油泵齒輪，成型磨的效率高于蝸桿砂輪磨 數(shù)控成型砂輪磨齒機(jī)具有其他各種磨齒機(jī)無法比擬的萬能性 配備相應(yīng)的軟件后，可以方便地加工各種特殊齒形，如擺線齒、花鍵等，調(diào)整方便，操作簡便。 成型砂輪磨齒機(jī)在工件齒數(shù)較多時(shí)，生產(chǎn)效率低于蝸桿砂輪磨齒機(jī)，卻又大大高于錐面砂輪磨齒機(jī) 國際上代表當(dāng)今成型砂輪磨齒機(jī)制造水平首推瑞士Oerlilion-Maag公司，其代表產(chǎn)品為Opal4200、Opal800、Opal1200型CMC磨齒機(jī)，磨削精度最高可達(dá)DIN2級(jí)。其他制造商有：意大利Samputensili公司的R1-370, 德國Kapp公司的VAS55、VAS432、VUS530、VUS531，日本唐津公司的FGS-30N及原德國Niles公司的雙砂輪成型磨齒機(jī)。中國秦川早期制造的成型砂輪磨齒機(jī)有YS7332、YS7363、Y73100，近年內(nèi)制造出的有YK7332、YK73100以及內(nèi)齒輪成型磨齒機(jī)Y7550、YK75100等。中國研制的成型磨齒機(jī)，其技術(shù)水平暫低于國外先進(jìn)水平，但幾種控成型砂輪磨齒機(jī)相當(dāng)于國際九十年代初期水平，且從適用性、性能價(jià)格方面，仍不失為國內(nèi)齒輪制造行業(yè)首選產(chǎn)品。國內(nèi)成型砂輪磨齒機(jī)的主要性能見表3。表3：國內(nèi)成型砂輪磨齒機(jī)主要技術(shù)性能型號(hào)項(xiàng)目 秦川機(jī)床集團(tuán)有限公司 YK7332 YK73100 YK75100 根圓直徑（mm） min 30 300 400 工件直徑（mm） max 320 1000 1000 法向模數(shù)（mm） min 1 3 2 max 12 16 12 螺旋角（°） max ±90 ±35 ±30 齒數(shù) - 1~99 1~333 32~300 齒寬（mm） - 350 450 200 磨具中心到工件軸線的距離（mm） min 128 300 70 max 303 880 370 砂輪軸向移動(dòng)行程（mm） min 20 20 - 精度GB10095-88 max 4級(jí) 5~6級(jí) 4~5級(jí)立柱拖板走刀速度（mm/min） max - 100 100 立柱進(jìn)刀速度（mm/min） max - 100 100 立柱拖板走刀行程（mm） max - 580 580 立柱進(jìn)刀行程（mm） max - 580 320 砂輪架走刀速度（mm/min） max 6000 Z軸 - 砂輪架進(jìn)刀速度（mm/min） max 10000 X軸 - 砂輪架走刀行程（mm） max 440 Z軸 - 砂輪架進(jìn)刀行程（mm） max 175 X軸 - 頭尾架頂尖距（mm） min 250 - - max 700 - - 國內(nèi)諸多用戶對(duì)于成型磨齒技術(shù)不是很熟悉，雖說制造過幾種型號(hào)的機(jī)械式成型磨齒機(jī)，但因固有的技術(shù)不足而應(yīng)用范圍很小。隨著數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，成型磨齒在九十年代初期以來已經(jīng)相當(dāng)成熟，所以與蝸桿砂輪磨齒技術(shù)一樣愈來愈受到重視，并被人們接受、應(yīng)用推廣，而形成齒輪磨床研究發(fā)展趨勢，作為國內(nèi)齒輪磨床制造業(yè)，亦應(yīng)從中引起重視和深思。 --錐思砂輪磨齒機(jī)-- 以萬能性好而著稱的錐面砂輪磨齒機(jī)，國外制造廠家水平較高的為德國的Niles公司（現(xiàn)為Kapp公司兼并）和Hofler公司，以及Kolb公司，其機(jī)床加工精度一般穩(wěn)定在DIN4級(jí)，個(gè)別型號(hào)可達(dá)DIN3級(jí)。Niles公司的代表產(chǎn)品有：ZSTZ10/LPC、ZTZ06EG-CNC、ZTZ08EG-CNC、ZST10EG-CNC磨齒機(jī)；Hofler公司的代表產(chǎn)品有：H300、H630E、H803E、H1003、H1253、H1603、H2000、H4000磨齒機(jī)；Kolb公司的代表產(chǎn)品有：KZ1、KZ2磨齒機(jī)等。 國內(nèi)在八十年代中期之前，主要研制生產(chǎn)錐面砂輪磨齒機(jī)。制造商代表為：上海機(jī)床廠和秦川機(jī)床集團(tuán)有限公司，曾先后生產(chǎn)數(shù)千臺(tái)錐面砂輪磨齒機(jī)，主要型號(hào)有：Y7163、Y7150、Y7132、Y7132A、Y7132B、Y7132D、Ym7132A、Y7163A、YK7163、Y7180等。其中秦川公司的Ym7132A、Y7163A、YK7163、Y7180等機(jī)床的性能與德國同類產(chǎn)品性能接近，達(dá)八十年代末國際先進(jìn)水平，加工精度穩(wěn)定在4級(jí)。同時(shí)，由于機(jī)床價(jià)格遠(yuǎn)低于進(jìn)口機(jī)床，以其良好的性能價(jià)格比，贏得國內(nèi)大部分市場。
