技術(shù)

最近幾年出現(xiàn)了一種趨勢，就越來越多齒輪采用磨削工藝才能滿足日益提高精度要求。這一趨勢也同樣反應(yīng)霍夫勒公司銷售數(shù)量上：過去五年時(shí)間里，該公司交付齒輪磨削機(jī)床數(shù)量增長了2倍。

　　齒輪制造商需要不斷滿足新要求，更低加工費(fèi)用、更短加工時(shí)間以及更大靈活性。然而，如果僅僅依靠目前生產(chǎn)方法卻很難這個(gè)趨勢方向上取得更多進(jìn)步。

　　目前機(jī)床技術(shù)更加有效安全

　　現(xiàn)代化磨削機(jī)床通過輸入功率記錄所有重要參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對磨削過程進(jìn)行直接控制。通過對比數(shù)據(jù)可以記錄砂輪磨換情況，必要時(shí)候可以記錄磨削過程調(diào)整程序與磨損情況相關(guān)，進(jìn)給運(yùn)動與測訊數(shù)據(jù)相關(guān)。

　　通過測量按鈕或者自動化磨削程序?qū)δハ鬟^程進(jìn)行測量分析，從而對每一個(gè)缺陷都進(jìn)行優(yōu)化調(diào)性。慕尼黑工業(yè)大學(xué)(TU Muenchen)進(jìn)行試驗(yàn)表明，不同磨削磨損形式對于點(diǎn)蝕損失有著明顯影響。

　　為了獲取一種最有規(guī)律齒面損傷情況就必須齒輪成型加工結(jié)束之后將齒輪繼續(xù)固定齒輪磨削機(jī)床土。

　　多年以來，霍夫勒齒輪磨削機(jī)床一直提供一種可能性，即齒輪成型之前或者之后，施加一定夾緊力情況下，能夠?qū)y試片或者推力環(huán)進(jìn)行磨削。齒輪磨削機(jī)床對測試片完成磨削之后才能進(jìn)行外圓磨削。

　　“完整加工工藝”帶來好處

　　如今可以實(shí)現(xiàn)同一臺機(jī)床上避免重新裝夾進(jìn)行鉆孔加工或者軸承座上進(jìn)行加工?，F(xiàn)代化立車技術(shù)能夠允許較高車削轉(zhuǎn)速，從而使得齒輪磨削機(jī)床上對圓柱體零件進(jìn)行外圓磨削成為可能。

　　完整加工機(jī)床通過加工過程避免出現(xiàn)重復(fù)裝夾以及簡化企業(yè)內(nèi)部物流辦法來解決時(shí)間與精度損失之間問題，能夠?qū)ぜ淮瓮瓿裳b夾加工。因此，非生產(chǎn)性軸助時(shí)間成本都得到了降低。

　霍夫勒公司齒輪磨削機(jī)床完性加工技術(shù)集成了鉆孔、平面磨削外圓磨削。實(shí)際上，需要多種機(jī)床才能完成上述加工任務(wù)。2007年漢諾威EMO歐洲機(jī)床展覽會上霍夫勒公司展出了最新開發(fā)“Rapid 1250 MFM (Multi-Funktions-Maschine，多功能機(jī)床)”機(jī)床，進(jìn)行齒輪成型同時(shí)能夠完成鉆孔以及齒頂圓磨削。

　　借助齒輪成型當(dāng)完整加工工藝可以改善齒輪心孔之間同心度，完整加工工藝還能夠優(yōu)化齒輪心孔上所發(fā)生硬化變形分布情況，從而可以獲得盡可能穩(wěn)定磨削損傷超高應(yīng)力表面滲碳深度。

　　接下來霍夫勒公司還EMO上展示了為齒輪輪廓磨削機(jī)床“Rapid 650”到“Rapid 6000”系列最新開發(fā)磨削頭。這一系列磨削頭能夠五根互相關(guān)聯(lián)軸上進(jìn)行齒輪磨削，并通過一臺力矩電機(jī)驅(qū)動這些磨削頭。這些磨削頭具有重要特性還包括雙調(diào)整系統(tǒng)、直接驅(qū)動電主軸、三維測量系統(tǒng)以及高達(dá)12000mm/min進(jìn)給速度。通過這些特性可以獲得獨(dú)一無二優(yōu)勢，比如能夠?qū)⑶拔乃鰧ⅰ巴負(fù)鋵W(xué)磨削”“高速磨削”結(jié)合一起選項(xiàng)功能。

　　拓?fù)鋵W(xué)磨削

　　為了獲得技術(shù)上進(jìn)步，需要找到相應(yīng)解決方案，比如借助拓?fù)鋵W(xué)齒輪輪廓磨削進(jìn)行自由成型，實(shí)現(xiàn)齒面偏差最小化?；舴蚶展鹃_發(fā)了一種方法可以借助需要達(dá)到拓?fù)鋵W(xué)齒輪輪廓形狀獲得優(yōu)化軸線特征。這也優(yōu)化磨削砂輪輪廓目所。

　　依據(jù)相應(yīng)算法，可以對齒輪成型進(jìn)行拓?fù)鋵W(xué)修正或者拓?fù)鋵W(xué)更改——按照允許偏差進(jìn)行——對一個(gè)面或者兩個(gè)面進(jìn)行磨削加工。

　　例子顯示了一個(gè)依據(jù)拓?fù)鋵W(xué)算法對齒輪成型加工進(jìn)行優(yōu)化結(jié)果。利用拓?fù)鋵W(xué)修正方法——或者稱為“取決于最終齒形”——可以減輕斜齒輪嚙入點(diǎn)嚙出點(diǎn)處受到表面壓力。利用這種技術(shù)可以縮小變速箱尺寸。

　　高速磨削技術(shù)

　　為了明顯縮短齒輪成型加工時(shí)間，霍夫勒公司開發(fā)了高速磨削技術(shù)(HsG, Highspeed Grinding)——很高進(jìn)給速度下進(jìn)行輪廓磨削。例如，相同Q'w(加工能率.單位為mm3/mm/s，指單位時(shí)間(秒)內(nèi)，單位面積(平方毫米)上所能完成切削體積(立方厘米)情況下，高速磨削技術(shù)可以通過提高進(jìn)給速度來縮短加工時(shí)間。這樣砂輪切入材料深度會相對減少，從而使得材料能夠得到更好冷卻清洗。相同磨削砂輪使用壽命情況下，也可以通過向接觸表面供應(yīng)更多冷卻油，來使得工件得到更好冷卻。然而，高速磨削技術(shù)帶來最大影響于可以將磨削過程產(chǎn)生殘余熱量從工件上更大區(qū)城范圍內(nèi)導(dǎo)出。這樣可以降低磨削燒傷風(fēng)險(xiǎn)，而磨削燒傷往往帶來更嚴(yán)重?fù)p傷。

　　用圖形方式模擬展示了格里森-法特公司于2O05年公布一項(xiàng)研究成果，即12000mm/min范圍之內(nèi)，磨削燒傷風(fēng)險(xiǎn)與進(jìn)給速度之間關(guān)系，而霍夫勒公司生產(chǎn)齒輪磨削機(jī)床正好能夠達(dá)到這個(gè)進(jìn)給速度。當(dāng)然，這只一個(gè)純圖形化表達(dá)方式.僅僅展示了理論上關(guān)系。但從這個(gè)圖形也可以達(dá)到這樣結(jié)淪，即如果要盡可能高進(jìn)給速度下確保盡可能低磨削燒傷風(fēng)險(xiǎn)，就應(yīng)該：較高進(jìn)給速度下采用較高加工能率進(jìn)行磨削。

　　由于霍夫勒公司生產(chǎn)齒輪磨削機(jī)床可以很高進(jìn)給速度下工作，所以能夠帶來很明顯生產(chǎn)效率提升。但，較高進(jìn)給速度也對齒輪磨削機(jī)床動態(tài)性能提出了要求，因?yàn)檫M(jìn)給運(yùn)動與其他軸向上運(yùn)動直接相關(guān)。所以，如果缺少了現(xiàn)代化直接驅(qū)動技術(shù)幫助，高速磨削技術(shù)也就無從談起。

力矩電機(jī)所帶來更高精度

　　齒輪磨削機(jī)床機(jī)械性能對于生產(chǎn)效率有著明顯影響：常規(guī)齒輪磨削機(jī)床無法達(dá)到由現(xiàn)代化驅(qū)動技術(shù)材料所決定加工參數(shù)。隨著下個(gè)世紀(jì)90年代末逐步引入力矩電機(jī)技術(shù)，現(xiàn)代化齒輪磨削機(jī)床上已經(jīng)很難再遇到以前齒輪加工工藝了。

　　臥式主軸精度很大程度上決定了齒輪磨削機(jī)床精度。與傳統(tǒng)渦輪-蝸桿傳動技術(shù)相比，力矩電機(jī)與光學(xué)編碼器共同作用能夠帶來較大優(yōu)勢：例如，力矩電機(jī)沒有磨損，齒輪磨削機(jī)床整個(gè)使用壽命周期內(nèi)都可以保證精度。由于臥式主軸所帶來機(jī)床頻率可以忽略，人們還可以機(jī)床上獲得多達(dá)36億個(gè)步進(jìn)增量，從而可以控制斜齒輪旋轉(zhuǎn)方向上偏差。對于目前生產(chǎn)要求來說，較高剛度以及較高轉(zhuǎn)速也其優(yōu)勢之一。

　　必須指出，齒輪磨削機(jī)床上使用力矩電機(jī)需要額外施加適當(dāng)控制?；舴蚶展旧蟼€(gè)世紀(jì)90年代為“BWO” (Backward Wave Oscillator，反波振蕩)控制系統(tǒng)開發(fā)了一種特殊優(yōu)化算法，用于臥式主軸自動優(yōu)化。幾年前霍夫勒公司與西門子公司進(jìn)行合作之后，這套算法也可以用于西門子840D控制系統(tǒng)。目前，霍夫勒公司后臺日常工作主要進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，確保機(jī)床能夠不受干擾地使用。

　　精度方面要求永無止境

　　需要強(qiáng)調(diào)，高精度磨削機(jī)床床身材料需要采用聚酯合成材料。礦物澆鑄結(jié)構(gòu)質(zhì)量會影響床身振動特性，以及由此而從根本上影響系統(tǒng)位置調(diào)節(jié)方面優(yōu)化：與灰鑄鐵相比，礦物澆鑄結(jié)構(gòu)衰減特性能夠提升25倍。因此，礦物澆鑄結(jié)構(gòu)熱特性很緩慢，從而可以獲得采用灰鑄鐵所無法獲得設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。例如，一臺內(nèi)齒/外齒磨削機(jī)床龍門架。

　　隨著對齒輪加工質(zhì)量不斷提高，目前我們可以對德國質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)DIN 1部分內(nèi)容補(bǔ)充附加條款。船用變速箱齒輪按照德國質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)DIN 1進(jìn)行磨削加工，而且大多數(shù)用戶能夠接受這樣加工質(zhì)量。然而需要指出，盡管根據(jù)德國質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)DIN 1，船用變速箱齒輪可以說已經(jīng)獲得較好磨削質(zhì)量，但現(xiàn)卻已經(jīng)有一些用戶無法繼續(xù)接受這樣質(zhì)量等級。需要借助拓?fù)鋵W(xué)對偏差進(jìn)行限制，需要借助FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立葉變換，離散傅立葉變換快速算法)對分割過程進(jìn)行分析，再決定相應(yīng)順序極值。極端情況下還需要對由于機(jī)床運(yùn)動特性聽產(chǎn)生波紋度進(jìn)行限制。

　　優(yōu)化負(fù)載壓力期間，齒輪成型加工過程會出現(xiàn)偏差會相對地難以察覺.因此，去除干擾修正平面需要更高精度，因?yàn)樽兯傧鋾X輪干涉區(qū)磨削行程發(fā)生錯(cuò)誤更大范圍內(nèi)產(chǎn)生激動現(xiàn)象——這些現(xiàn)象主要位于測微計(jì)或者某些部位。

　　霍夫勒公司于2004年開發(fā)了一種磨削機(jī)床，不僅進(jìn)行大型齒輪加工時(shí)侯能夠根據(jù)德國質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)DIN 1實(shí)現(xiàn)借助拓?fù)鋵W(xué)來對磨削過程進(jìn)行優(yōu)化，還能夠達(dá)到預(yù)先制定波紋度方面要求。產(chǎn)生這個(gè)想法背景由于齒輪干涉或者為了從相反方向?qū)Ξa(chǎn)生波紋現(xiàn)象進(jìn)行補(bǔ)償而提出要求?，F(xiàn)可以對低于0.1?m波紋振幅進(jìn)行磨削分析，從而可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)代化齒輪成型工藝載荷干擾加以區(qū)別對待。