当代先进制齿及制齿机床技术的发展趋势

内蒙古乌兰察布市乌兰察布职业学院 邢召云

1 齿轮制造技术的发展趋势

1.1 设备数控化、中心化

根据调查显示，国内外使用的齿轮加工设备中数控机床的比例越来越大，且数控机床的功能也在不断增加，功能单一的数控机床正逐步被多功能的机床所代替，普通的、单主轴数控机床正逐步被双主轴机床、车削中心、车铣复合中心（图1）、车磨复合中心（图2）、车铣磨复合中心所代替。这些机床的功能强大且加工精度高，一台机床可以完成原来多台机床的加工内容，如复合车功能的滚齿机在具有去毛刺、干切、热后刮削功能的同时，还具有车加工功能，使得部分齿坯加工和齿轮加工可以同时在一台机床上完成。另外，随着刀具技术和数控技术的发展，已经可以利用特殊刀具在加工中心上完成圆柱齿轮和螺旋锥齿轮齿形加工，且加工效率等同于专用加工机床。

图1

图2

1.2 毛坯原材化

根据调查显示，当今世界知名的齿轮制造厂家已经很少使用锻件毛坯，从齿轮轴、花键轴到盘形齿轮，甚至是300mm以上的弧齿锥齿轮也大多采用圆钢下料，有的甚至不经下料直接使用几米长的圆钢在机床上完成齿坯加工后再截断，而且毛坯不需锻造，可以节约锻打费、运输费、材料加热氧化损耗费、预热处理费等成本，直接使用原材料可节约毛坯费用20%以上，缩短生产周期10天左右。当然，对于高精度的齿轮，毛坯原材化的前提条件是高品质的原材料以及完备的热后加工手段。

1.3 工序集中化

随着车削中心、车磨复合机床等的推广，一个工件的加工内容能够在一台机床上完成，而且以前必须与齿坯分开加工的工序如铣槽、钻孔等也可以一并完成，因此同工序分散原则相比，工序集中的优点就是加工精度高，很多重要工序如果使用工序集中原则，可以避免重复定位误差和定位基准不统一造成的定位误差，使得精度明显提高。例如将热后硬态车削加工与磨削加工合为一道工序之后，车加工为磨加工留下的余量一般只有0.02～0.03mm，这不仅提高了加工效率，而且使得表面粗糙度可达Ra0.4或更高精度，保证了表面质量。

1.4 齿面精加工热后化

目前，剃齿虽然仍是非常重要的齿形精加工方法，但是已经越来越多地为磨齿、刮齿所代替。这是因为剃齿不能进行硬态加工，为了消除热处理变形的影响，剃齿一般要比产品精度高半级到一级，而磨齿主要采用蜗杆砂轮磨和成形磨，刮齿是在热后再次对齿轮进行滚齿加工，热后加工完成的齿轮精度便是最终精度，不需考虑热处理变形问题，从而减少了为防止热处理变形而提高原材料的成分、金相组织等的技术要求，降低了毛坯成本和加工成本。

1.5 质量控制SPC化

SPC是检测和控制工艺过程的一种方法，通过检测制造过程来收集加工数据并进行统计分析，不受人为因素的影响，能够及时发现引起加工精度变化的根本原因，并预示是否需要调整以及如何调整。如图3所示，当检测点落在上警告线UWL和下警告线LWL之间时，表明生产过程稳定；当检测点落在上警告线UWL与上控制线UCL之间，或下警告线LWL与下控制线LCL之间时，表明加工系统存在问题，可继续生产，但需要提高检测频次；当检测点落在上控制线UCL以上或下控制线LCL以下时，表明必须停止生产过程并进行检查，找出原因并进行工艺参数的调整等。

图3

1.6 加工干切化

湿式加工中冷却液的使用带来了很大的负面影响，如冷却液的蒸发和滴漏造成了严重的环境污染，使车间空气质量很差，危害了员工的身心健康，同时也带来了很大的生产成本。随着生产工艺的发展，干切技术正逐步成为未来生产的主要手段。如图4所示的双频淬火机床就是采用的干切技术。

图4

1.7 热处理变形微量化

利用双频加热技术实现了齿轮工件的仿形硬化，加热时间极短而热效率极高，使得变形量相对很小，对环境造成的污染也很小。如利用2 500kW的双频加热技术对一直径为200mm的螺旋伞齿轮进行双频感应淬火只需0.36s，如此短的时间内工件几乎没有变形。

2 齿轮加工机床的发展趋势

2011年EMO展览会上展出的齿轮加工机床的技术水平又有了新的提升，高精度、高速、高效、复合化、智能化、信息化、干式切削是今后制齿机床技术的发展趋势。

2.1 齿轮加工机床的精度及精度的稳定性将进一步提升

目前齿轮加工机床制造公司通过采用重新设计机床结构、使用先进的控制技术或者改变机床床身的材质等措施来提高机床的加工精度及精度的稳定性。如德国格里森公司生产的Genesis210H滚齿机的床身和立柱采用矿物质铸造聚合体，提高了机床的减震效果和热稳定性，使得加工一件模数为2.65mm、齿数为52、螺旋角为30的齿轮，采用双头AA级滚刀，在滚刀转速为773r／min、轴向进给量为2.6mm／WR的切削参数下一刀切加工的齿轮精度达DIN7级。

2.2 机床高速化、加工高效化将进一步增强

目前先进的齿轮加工机床（如滚齿机和磨齿机）普遍采用电主轴和力矩电机，使机床的转速进一步提高。机床的高速化是缩短工件的切削时间，进行高效加工的重要保证。如格里森公司生产的Genesis210H滚齿机配备了新型机械凸轮驱动式双抓手装料系统，一刀切滚削加工一件模数为2.65mm、齿数为52、螺旋角为30、齿宽为21mm的齿轮滚刀速度为170m／min，加工时间为43s，交换工件时间为6s、辅助时间为2s、总时间为51s。

2.3 齿轮加工机床的功能复合将十分普遍

齿轮加工机床的发展使得传统的、功能单一的滚齿机、剃齿机、磨齿机等正逐步被淘汰，齿轮加工机床的复合形式将多种多样。例如自动上料、车削、滚齿、倒角、自动下料的机床，如WERA公司的Profilator320多功能齿轮加工机床（图5）；自动上料、倒棱去毛刺、剃齿、自动下料的机床，如格里森公司的Genesis 130SVC机床（图6）。

图5

图6

2.4 高速干切和自动化在切齿机上全面实现

高速干式切削既可以减少冷却油的消耗和冷却处理装备，又可以避免对环境造成的污染，还能提高生产效率，降低单件齿轮的制造成本。因此，高速干式切削成为切齿机床发展的方向。

齿轮加工机床实现高速干式加工缩短了齿轮加工时间，且批量生产多以自动化生产为主，减少了劳动强度和辅助时间，降低了成本，如汽车齿轮所用机床均普遍配备了自动上下料系统，实现自动化生产。

2.5 智能化和信息化水平更高

数字化控制、传感器、信息和网络控制技术的结合，使得数控机床具有了智能化和信息化功能，如机床误差补偿、温度补偿、自动平衡、过载保护、有无工件自动识别、装夹工件是否正确、工件是否已加工过等，并且随着技术的进步，智能化和信息化水平将更高。

3 总结

通过本文的总结，我们了解了当代先进齿轮制造及齿轮机床技术的最新发展趋势。虽然我国的齿轮行业加快了新技术、新产品开发的步伐并取得了相当程度的进步，但同国外发达国家相比还存在较大的差距，因此，重视技术创新、提高技术水平是我国齿轮行业义不容辞的责任。

［1］青海一机数控机床达国际先进水平［J］.机械工程师，2011（09）.

［2］王银山，王小雷，何枫.从CIMT 2011看齿轮刀具和齿轮机床的发展［J］.工具技术，2011（06）.

［3］张淑荣，郭兆利.加工插齿刀改制计算［J］.工具技术，2011（09）.