随着科学技术和经济的发展,齿轮加工业对于齿轮加工机床的性能要求不断提高,反之,齿轮加工机床制造业对于齿轮加工又具有导向作用,形成有机的联动发展。为此,一批能适应社会科技和经济发展节拍的新产品应运而生;反之,则被淘汰。这在齿轮磨床制造业中尤为突出。像瑞士马格公司(magg)七十余年来一直以其生产的碟形双砂轮磨齿机在市场独显风采,作为磨齿机中zui高精度的代表产品,采用展成磨削原理,及其它技术措施,可磨削出三级以上精度的齿轮。但是,马格磨齿机亦有不足之处,主要是:效率低展成磨削为点接触加上碟形砂轮自身强度、刚度限制,不能作深切或强力磨削;生产成本高所需的特殊附件多,如缺口分度板齿数须和工件齿数相匹配,工作基圆要与滚圆盘的直径一致等,工作种类愈多,所需附件愈多。为此,这家世界闻名、历史悠久的公司,于八十年代末被瑞士奥立康公司(oerllkon)兼并。国内曾研制出y7032a、y7063a、y7160等碟形双砂轮磨齿机,其中原秦川机床厂制造的y7032a,其主要性能均达到马格公司同类产品sd-32-x碟形双砂轮磨齿机水平,荣获国家科技进步一等奖。但是,由于蜗杆砂轮磨齿机制造技术的成熟应用,碟形双砂轮磨齿机的*逐年缩小。
从马格公司被兼并的现实,留给人们思考的是两个字:“效率”。效率是物质能量的反映,是生命力的象征。为此,自七十年代末至今,国内外磨齿机发展趋势,一直以率、高精度为追求目标。
根据国内外资料介绍,提高磨齿机效率、精度、性能等方面,着重从三个方面入手:一是采用cnc技术;二是采用新型磨削材料cbn砂轮;三是采用新的磨削原理,目前重点集中在蜗杆砂轮和成型砂轮磨削两大类技术上。
--蜗杆砂轮磨齿机--
随着cnc技术的发展和蜗杆砂轮及成型砂轮磨削技术的日益成熟,其加工精度已经赶上原马格磨齿机水平,而生产效率远高于magg磨齿机,已为市场和专家*,近年来占有绝大部分的市场。其中蜗杆砂轮磨齿机的生产效率又高于成型磨齿机,且技术成熟较早,所以*就更大一些。上代表当今蜗杆砂轮磨齿机制造水平的*瑞士莱斯豪尔公司(reishaue),其代表产品有:nza、aza、rz300e、rz301s、rz362、rz801、rz820等型号蜗杆砂轮磨齿机。其他制造厂商主要有:美国格里森公司的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,中国秦川公司的ye7232、yk7232、yk7250等型号产品及上海机床厂的yka7232。
表一:国内外同类蜗杆砂轮磨齿机主要性能、特点对照表
型号
项目
瑞士
aza
中国秦川
ye7232
匈牙利fkp
326-10
直径(mm)
10~330
20~320
10~320
模数(mm)
0.5~6
1~6
0.5~6
齿数
12~260
12~260
10~260
zui大直齿宽度(mm)
170
170
螺旋角(?)
±45
±45
±45
夹持长度(mm)
145~420
180~420
240~420
磨削精度
4(5)级/din3962
4~5级/gb10095-88
4~6级/din3962
自动进给/自动复位
有/有
有/有
有/无
自动切向位移
有
有
有
砂轮单、双头磨削
有
有
有
齿向修形功能
有
有
有
齿形修形功能
有
有
有
主传动元件数
22
20
22
砂轮修整形式
滚轮、车刀
金刚石滚轮
金刚石车刀
工件滑座调速形式及特点
容积高速、均匀
容积高速、均匀
节流调整、不均匀
电气主控制系统
pc装置
pc装置
pc装置
自动化程度
程控自动磨削
程控自动磨削
程控自动磨削
生产能力
优
优
优
注:gb10095-88与din3962等效标准,瑞士aza磨削z<24达到din39625级精度。
通常大批量齿轮加工,蜗杆砂轮磨齿工艺当为。上述磨齿机在性能、水平档次上有差异,在价格上差异更大,莱斯豪尔公司的产品价格约为其他国外厂商同类产品的2~3倍,约为中国同类产品的4~5倍。在能满足加工要求和保证生产效率前提下,笔者认为国内厂家应立足国内磨齿机的选型。经过国家专业机构检测鉴定,秦川的ye7232与世界瑞士莱斯豪尔的aza磨齿机主要性能、特点类似,但价格仅为其的1/5~1/6(见分析表)。秦川的ye7232与世界瑞士莱斯豪尔的rz301s等磨齿机主要性能,特点比较见表2。
表二:秦川厂与瑞士莱斯豪尔公司(reishauer)磨齿机
型号
项目
秦川机床集团有限公司
瑞士reishauer公司
yk7232
rz300e
rz301s
直径(mm)
20~320
10~300
10~330
模数(mm)
1~6
0.5~5
0.5~6
齿数
12~256
7~256
10~600
螺旋角(°)
±45
±45
±45
工件架行程(mm)
180
180
180
zui大*距(mm)
420
420
420
zui大重量(n)
600
500
600
直径(mm)
400~300
350~270
350~270
宽度(mm)
100、80
84
104
磨削转速(r/min)
1100~1650
1100~1900
1100~1900
修整转速(r/min)
56
52~90
52~90
快速进退量(mm)
40
50
50
切向位移量(mm)
90
70
90
工件轴向速度(mm/r)
0.4~3
0.6~3
0.6~3
单行程进给量(mm)
0.01~0.1
0.01~0.08
0.01
机动进给总量(mm)
0.8
0.8
---
精度
3~4(5)
3~4
3~4
传动系统
电子传动
电子传动
电子传动
控制系统
计算机数控
pc控制
计算机数控
齿形修形
有
有
有
齿面对刀
有
有
有
磨削状态指示
有
有
有
自动切向位移
有
可有
有
砂轮转速选择
有
有
有
操作调整性能
优
良
优
磨削效率
较高
一般
高
功能价格比
优
一般
一般
*极限规格齿轮为5级
--成型砂轮磨齿机--
成型砂轮磨齿机的发展已有四十余年的历史,该磨齿机的关键在于成型砂轮修整器。在八十年代以前,修整器大都为钢带滚圆结构、四连杆机构和渐开线样板的修整器,囿于在磨削斜齿轮时,砂轮廓形必须随砂轮直径改变而改变,而机械式修整器很难实现随机的变化。八十年代初,德国kapp公司研制出vag和vas系列电镀立方氮化硼成型砂轮磨齿机,由于砂轮预先制成必要的形状,直径几乎没有变化,避免磨削斜齿轮时出现的困难。可是由于这种砂轮性差,制作价格昂贵,故没有得到普及推广。比较理想的是采用数控砂轮修整器,在磨削斜齿轮时,修整器的运动轨迹可随砂轮直径的变化而变化。八十年代以来,很多厂商都致力于该修整器的研究。所以说蜗杆砂轮磨轮机不断创新的同时,与之并行的成型砂轮磨齿工艺日趋成熟完善,并显示出其*的重要性,其关键在于克服了蜗杆砂轮磨齿工艺的不足。有关专家曾评述成型砂轮磨齿机的优点为:
能十分方便地解决齿形修缘和齿根圆角问题
蜗杆砂轮磨齿机磨削修缘齿形时必须配备金刚石滚轮,生产成本较高。此外用同一修缘滚轮,当砂轮直径不同时,砂轮的实际修缘量是变化的,被磨齿轮的齿形修缘量也会跟着变化。模数越大,这个问题越明显。
数控成型砂轮磨齿机磨修缘齿轮时,只需将修缘量和齿廓形状通过数控系统的操作面板输入系统,而且必要时可随时修改,十分方便。
成型磨齿在理论上对工件模数没有限制,而蜗杆砂轮磨齿机的工件模数有很大的局限性
理论上蜗杆砂轮磨齿机砂轮应该修成一个渐开线蜗杆。而目前采用的修整方法,只能得到“k”型蜗杆,当螺旋升角很小时,这两者之间的差别不大;但是,当螺旋升角加大时,两者之间的误差会明显增大。所以aza和rz301s等蜗杆砂轮磨齿机zui大模数只能到6mm。rz801型磨齿机的zui大模数为7mm或8mm,但是只能机下修形,必须另配修整器,很不经济。
采用大颗粒金刚石车修砂轮,可以获得正确的渐开线蜗杆,但这种大颗粒金刚石价格十分昂贵,因此这种修整方法已经不再采用。将一个平面金刚滚轮置于砂轮假想蜗杆基田圆柱的切平面内,理论上可以修出渐开线蜗杆,但由于砂轮直径是不断变化的,金刚滚轮的位置必须跟着不断地调整,所以实际上也很难实现。
当工件齿数较少、齿宽较大时,如油泵齿轮,成型磨的效率高于蜗杆砂轮磨
数控成型砂轮磨齿机具有其他各种磨齿机*的性
配备相应的软件后,可以方便地加工各种特殊齿形,如摆线齿、花键等,调整方便,操作简便。
成型砂轮磨齿机在工件齿数较多时,生产效率低于蜗杆砂轮磨齿机,却又大大高于锥面砂轮磨齿机
上代表当今成型砂轮磨齿机制造水平*瑞士oerlilion-maag公司,其代表产品为opal4200、opal800、opal1200型cmc磨齿机,磨削精度zui高可达din2级。其他制造商有:意大利samputensili公司的r1-370,德国kapp公司的vas55、vas432、vus530、vus531,日本唐津公司的fgs-30n及原德国niles公司的双砂轮成型磨齿机。中国秦川早期制造的成型砂轮磨齿机有ys7332、ys7363、y73100,近年内制造出的有yk7332、yk73100以及内齿轮成型磨齿机y7550、yk75100等。中国研制的成型磨齿机,其技术水平暂低于*水平,但几种控成型砂轮磨齿机相当于九十年代初期水平,且从适用性、性能价格方面,仍不失为国内齿轮制造行业产品。国内成型砂轮磨齿机的主要性能见表3。
表3:国内成型砂轮磨齿机主要技术性能
型号
项目
秦川机床集团有限公司
yk7332
yk73100
yk75100
根圆直径(mm)
min
30
300
400
工件直径(mm)
max
320
1000
1000
法向模数(mm)
min
1
3
2
max
12
16
12
螺旋角(°)
max
±90
±35
±30
齿数
-
1~99
1~333
32~300
齿宽(mm)
-
350
450
200
磨具中心到工件轴线的距离(mm)
min
128
300
70
max
303
880
370
砂轮轴向移动行程(mm)
min
20
20
-
精度gb10095-88
max
4级
5~6级
4~5级
立柱拖板走刀速度(mm/min)
max
-
100
100
立柱进刀速度(mm/min)
max
-
100
100
立柱拖板走刀行程(mm)
max
-
580
580
立柱进刀行程(mm)
max
-
580
320
砂轮架走刀速度(mm/min)
max
6000
z轴
-
砂轮架进刀速度(mm/min)
max
10000
x轴
-
砂轮架走刀行程(mm)
max
440
z轴
-
砂轮架进刀行程(mm)
max
175
x轴
-
头尾架*距(mm)
min
250
-
-
max
700
-
-
国内诸多用户对于成型磨齿技术不是很熟悉,虽说制造过几种型号的机械式成型磨齿机,但因固有的技术不足而应用范围很小。随着数控技术的应用,成型磨齿在九十年代初期以来已经相当成熟,所以与蜗杆砂轮磨齿技术一样愈来愈受到重视,并被人们接受、应用推广,而形成齿轮磨床研究发展趋势,作为国内齿轮磨床制造业,亦应从中引起重视和深思。
--锥思砂轮磨齿机--
以性好而著称的锥面砂轮磨齿机,国外制造厂家水平较高的为德国的niles公司(现为kapp公司兼并)和hofler公司,以及kolb公司,其机床加工精度一般稳定在din4级,个别型号可达din3级。niles公司的代表产品有:zstz10/lpc、ztz06eg-cnc、ztz08eg-cnc、zst10eg-cnc磨齿机;hofler公司的代表产品有:h300、h630e、h803e、h1003、h1253、h1603、h2000、h4000磨齿机;kolb公司的代表产品有:kz1、kz2磨齿机等。
国内在八十年代中期之前,主要研制生产锥面砂轮磨齿机。制造商代表为:上海机床厂和秦川机床集团有限公司,曾先后生产数千台锥面砂轮磨齿机,主要型号有:y7163、y7150、y7132、y7132a、y7132b、y7132d、ym7132a、y7163a、yk7163、y7180等。其中秦川公司的ym7132a、y7163a、yk7163、y7180等机床的性能与德国同类产品性能接近,达八十年代末*水平,加工精度稳定在4级。同时,由于机床价格远低于进口机床,以其良好的性能价格比,赢得国内大部分市场。