采用11軸加工（gōng）中心（xīn）提高生產精密齒輪的效率
2013-5-17 來源： 作者：
在很多情況下，自動化齒輪鏜磨作業是用於環狀齒輪鏜磨加工和齒輪內表麵（miàn）銑齒加（jiā）工，這類金屬加工作業通常需要（yào）使用價格昂貴的刀具，並且非常耗時。現（xiàn）在，使（shǐ）用一種專用研磨輪和一（yī）台高效的CNC加工中（zhōng）心便能夠縮短精密齒輪的生產過程。
Sicmat公司是一家對精密機械設（shè）備的齒輪（lún）傳動裝置進（jìn）行終加工的領（lǐng）先企業，該公司為汽車製造（zào）業和相關供貨企業提供經過終加工的齒輪傳動裝置。在機床製造方麵，該公司采用自己的研磨輪（lún）技術進行（háng）齒輪加工。在齒輪加工作（zuò）業中，Sicmat公（gōng）司采用了NUM公司研發的（de）高效11軸CNC加工中心和一種（zhǒng）專用的外銑齒研磨輪進行加工，這使得Sicmat公司創出了德國（guó）新標準，即當前在金屬細研磨領域加工經過時效硬化的工件。
此類對齒輪（lún）傳動裝（zhuāng）置最後（hòu）加工作業所加工的工件大多是為（wéi）汽車製造業（yè）生產的中高檔齒輪。總的來說，齒輪的研磨作業（yè）是在工件進行表麵滲碳硬化的熱處理之前進行的。
可省去齒輪的研磨和磨（mó）削（xuē）作（zuò）業步驟
因為齒輪經過熱處理會產生變形，所以（yǐ），齒輪隻進行磨削和研磨加（jiā）工作業。為此，Sicmat公司研製出了一台高效的Grono 250型齒輪鏜床。使（shǐ）用該研磨機床（chuáng）可為傳動器生產廠家（jiā）提高生產質量。究（jiū）其原因是，使用這種高效的新型研磨機床能夠省去齒輪的某些研磨（mó）和磨削作業步驟。自動化齒輪研（yán）磨通常使用高度專業化的、裝有（yǒu）加工刀（dāo）具的機床來進行環狀齒輪的鏜磨加工和齒輪（lún）內表麵的磨（mó）削加工，這些加工所用的刀具價格昂貴，而且在機床上進行安裝調試也非常費時。但是，Sicmat公司相信，通過一個（gè）帶有外齧合的研磨輪（lún）能夠改善加工程序的（de）準確度，在很多（duō）工況下可以完全省（shěng）去齒輪研磨加（jiā）工作業。
圖（tú）1 Grono 250型齒（chǐ）輪鏜床裝有一個帶有外齒紋的專用研磨輪
高效的Grono 250型齒輪鏜床具有一係列優點，如刀具使用成本（běn）低，大大縮短並簡（jiǎn）化了研（yán）磨機床刀（dāo）具的調（diào）整（zhěng）時間。Sicmat公司在這方麵的第一步研究工作是與（yǔ）Turin大學的數學係、物理係和自然科學係合作進行的。合作研究的結果表明，這樣的研（yán）磨輪在實踐中是能夠成功進行（háng）加工作業的，這（zhè）也證明了Sicmat公司研發（fā）人員的觀點。借助於新的（de）研磨輪和一個（gè）由NUM公司研發的高精度CNC加工中心的程序，Grono 250型齒（chǐ）輪鏜床能夠進（jìn）行齒輪的精準研磨。CNC加工（gōng）中心（xīn）采用的程序是專門用於控製齒輪形態的。這種加工過程是在刀具進行表麵滲碳硬化的熱處理之後進行的。因（yīn）為這（zhè）樣（yàng）便可以省略對齒（chǐ）輪的研磨和磨削作（zuò）業步（bù）驟。
Grono 250型齒輪鏜（táng）床（chuáng）設置有8個“普通軸”運動軸，有3個進一步（bù）進行研磨和磨削加工的方向。這8個運動軸連接（jiē）在一個機器（qì）人（rén）輔助作業的裝載裝置上，由（yóu）NUM-Flexium- CNC加工中心進行控（kòng）製（zhì）。
圖2 整台齒輪研磨和（hé）磨削設（shè）備的示意圖（tú）。Grono 250型齒輪鏜床使用NUM公司CNC加（jiā）工中心技術進行控製（zhì）
確保加工部件（jiàn）的穩定性
NUM-Drive-C型11軸伺服驅動裝置（zhì）裝有若幹NUM MDLL 3050型伺服供電單元。每個供電單元可提供50kW的直流電。該（gāi）裝（zhuāng）置的製動能可回收利用，這樣便（biàn）可使整個（gè）伺服驅動裝置（zhì）的效率達到（dào）最大化。各個（gè）主加工軸由多個直驅電動機驅動。功率（lǜ）強的電動機（jī）用於驅動新研發的研磨輪和加工工件。這些功率強的電動機轉矩（jǔ）大，其同步性和控製通（tōng）過一個由（yóu）NUM集（jí）團公（gōng）司研發的專門（mén）應用（yòng）軟件來實現。對（duì）於成功的齒輪自動化研磨過（guò）程來（lái）說，一個重要的條件是使用（yòng）部件具有很高的（de）機械剛性。這樣才能夠達到精準（zhǔn）的（de）、且重（chóng）複性強的研磨效果（guǒ）。為此，Sicmat公（gōng）司決定，利用現有的機加工（gōng）平台作（zuò）為Raso TP 250型齒輪鏜床的（de）研發基礎，這是該公司齒輪研磨機床（chuáng）的代表作。
圖3 該圖展示的11根運動軸的作用是使齒輪加工機床與各（gè）種傳動形式以及各種傳動功率大小相匹配
該（gāi）機加工平台在不斷實現最佳化，不僅有足夠（gòu）的剛性，而且還具（jù）有良好的（de）減振性能。該機加工平台的（de）底板由（yóu）鋼製件通過（guò）電焊製成，並帶（dài）有振（zhèn）蕩緩衝裝置（zhì）。該機加工平台的緩（huǎn）衝梁、機架（jià）和尾座為鑄鐵件（jiàn）。因為是這樣的結構，所以（yǐ）該機加（jiā）工平台可（kě）接近性能好，便於（yú）進行齒輪加（jiā）工作業，且便於維修和保（bǎo）養。垂直的工件定位裝置使得連接另一個自動化加工過程變得簡（jiǎn）便。Grono 250型齒（chǐ）輪鏜床在齒輪（lún）研磨的每個過程中（zhōng）均（jun1）自動實現加工（gōng）效益的最大化。通常使用普通齒輪加工機床進行工（gōng）件表麵滲碳（tàn）硬化熱處理時，是通過機器人輔助操作並（bìng）借助於齒輪加（jiā）工生產線傳送帶上的一個張緊裝（zhuāng）置進行張緊的，因為這樣可以隨時測量相關型號齒輪的（de）外徑大小，即在對齒輪進行研磨加工之前，在一個一體化（huà）設（shè）置的檢測點來測量該齒輪的外徑大小。在進行齒輪（lún）研磨加工時，該加工工（gōng）件與第二（èr）個齒輪是同步進行的，推到銑齒加工處，並進行360°轉動（dòng）。在加工齒輪轉動（dòng）時，始終持續測量兩個軸之間的偏移。這種方式能（néng）夠確定工件的（de）加工餘量，且相應的數據會傳輸到（dào）Flexium- CNC加工中心係統。
圖4 帶有NUM-Flexium- CNC加工（gōng）中心係統的Grono 250齒輪鏜床的配電箱
采（cǎi）用主-從動組態裝置防止延滯
在完成加工齒輪的外徑測量後，由一個（gè）機器人輔助操作單（dān）元將加工齒輪傳遞（dì）到研磨設備處。在這（zhè）裏，加工齒輪首（shǒu）先被標注，然後該加工齒輪在所要求的轉數下進行研磨，並與一個新的銑齒的研磨輪同步轉動。如果出（chū）現研磨（mó）輪逐步齧合（hé）到加工齒輪，那麽，此時兩個軸便會在一（yī）個特定的（de）主-從動組態裝置裏工作，從動軸不會（huì）出現延滯。為了實現這一目（mù）標，NUM公司不得不為加（jiā）工（gōng）工件電動機（jī）研（yán）發出第二個主動軸，對（duì）兩（liǎng）個軸（zhóu）的（de）轉數必須進行高精度控製。通過兩個軸轉動的相對同步的匹配變化來實現加（jiā）工齒輪研磨過程的精密調（diào）整。
目前使用的一代（dài）Grono 250型齒輪鏜床心（xīn）軸的最大轉數為7000r/min。為了更加精確地控（kòng）製加工齒輪的研磨過程，Sicmat公司現在研發的齒輪加工機床的心軸最大轉數已達到10000r/min。
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