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新一代磨齿技术

新一代磨齿技术 2011年12月02日 来源： 火车、风力发电机、减速器、船用传动装置、越野设备和印刷机中的齿轮有什么共同之处？它们必须运转安静，承受重载，具有卓越的齿距变化量，非常精确，使用寿命长。这通常意味着采用后热处理工艺对齿轮进行精加工，最常用的是磨削。解决方案是RZ1000，它是Reishauer生产的最新一代大型连续展成磨齿机。在更小的占地面积中制造更大的齿轮使所有制造商们都面临着难题，其部分原因在于材料/制造成本高，时间期限的压力，以及生产这样的高速齿轮所需要的技术水平。毫无疑问，与单齿成形磨削技术相比——虽然该工艺在过去十年里得到了显著提高，连续展成法磨齿的单件成本最低，产量最高，具有超高的分度精度。为了磨削大型齿轮，机床必须具备的关键因素包括动态刚度、灵活性、短调整和运转时间，以及机载检查。

如果把控制器看作是机床的大脑，那么自然可以把工作主轴假设当作心脏。为了传递平稳的运动、高转矩，以及从磨削到检查的必要工作轴转速，需要一种非传统的方法。

对于这类应用，工作台传动装置相当独特并已获得专利。无齿平面传动机构提供任何同类机床无法匹敌的静态和动态刚度。这种摩擦传动装置还消除了以往设计的“幽灵”频率，因为在传动组件中没有齿轮齿。

设计还使得工件轴的转速范围更大，而且不会像传统设计那样受到正/斜齿轮组或者铜蜗轮和钢蜗杆的限制。最初考虑过“直接传动系统”，但是它不能达到预期的效果，而且给工作轴转速带来一些新的主轴转速限制。一套高精密旋转编码器使该轴与机床的其他旋转轴保持同步。

机床的控制器，或者称为“大脑”，是解决方案链中下一个关键因素。从磨削和检查的角度来看，理想的被控工艺的先决条件是一个高速、超精密“展成”模块和灵活的操作系统。基于可配置化设计理念，西门子840D CNC系统为电动齿轮箱和人机界面的集成提供了一个理想的平台（如图2所示）。主要特点包括：

◆Windows操作员界面，可以在运转加工期间实时输入数据，利于迅速在线优化 ◆开放式的结构使得用户几乎能够对任何几何形状以及磨削、修整和检查技术功能进行编程，以提高质量和效率 ◆显示受支持的诊断系统，用于所有关键机床功能，包括与外部网络的可能连接 ◆显示受支持的诊断系统，用于基本工艺分析，具有图形化辅助错误检查功能 ◆利用Reishauer技术软件在数据输入期间帮助操作员自动计算机床数据集 ◆全面的安全功能用于轴的监测（SSI），以保护操作员和机床◆在自动或手动操纵式电子手轮的帮助下，使所有相关的调整和传动轴运动起来，以便安全快速地调整机床 ◆计算机辅助调整技术

任何结构的地基或者基座——无论它是住宅、商务大厦或者机床——都必须具备静态刚度以支持结构的功能。在构想新机床时，机座必须具备最好的结构完整性，能够抵御升温，并提供建造机床的平台。具有铸铁组件的装配机座看起来似乎能完全满足所有设计参数和目标。我们设计的任何机床必须容易接近，以利于快速装卸工件、调整和转换，同时占地面积要最小。

整个C1轴上容纳有磨削轴及与其相关的所有轴，它旋转180度以便于更换和修整磨轮，或者在磨削模式时回到原始位置。在它的三点钟位置（从操作员的视角看），主支柱处于磨削位置，无论手动或自动装载工作轴都便于接近机床。当支柱位于六点钟位置时，磨削轴提供一个符合人机工程学的位置，方便操作员更换磨轮，在这个末端位置，可以对它编程以适合操作员的高度。可以使用一个可选的磨轮更换装置作为替代方案。使支柱旋转到九点钟位置，以磨轮修整转速运转，并在行程两端进给，从而使修整加工过程变得轻而易举，即使对于起动多达七次的磨轮也是如此轻松。该12轴机床（6根旋转轴，6根线性轴）的配置使其几乎可以从事任何工作。

为了符合机床的“灵活性”理念，磨轮修整操作必须采用一种高效的方法来修整磨轮，以适应大批量生产任务，以及单件批量或者样机生产工作。

典型齿轮往往超过半吨重，基于这一事实，自然得考虑对RZ1000上磨削的齿轮进行机载检查。重量——再加上将齿轮抬离夹具，运到齿轮实验室，测量结果，然后将其送回磨床，重新安装零件，以及进行必要的修改所耗去的时间——足以证明将检查过程集成到机床上是合理的。有一些技术方面的争论意见反对使用昂贵的生产设备，把它变成世界上最贵重的齿轮检查机，但是时间和产量的经济效益胜过了它们。这些反对意见认为，最终的精度验证应该在专门的齿轮检查设备上进行，而机载检查应该只用作一项工艺内的操作。

操作软件属于Reishauer机床软件包的一部分。用于输入和输出检查参数的操作员界面完全集成到Reishauer HMI中。可以执行以下测量：

◆齿形 ◆齿向 ◆分度变化量 ◆跳动 ◆齿宽（尺寸）

应用

为了帮助风力涡轮发电机的生产商们在价格敏感的市场中进行全球性竞争，齿轮制造商必须认真考虑材料成本、废料切除比，并选择目前可用的最具成本效益的生产工艺。通常，齿轮箱的低速阶段采用由正齿轮或者斜齿轮构成的行星齿轮传动布置方案。太阳齿轮驱动平行中间轴，后者带动高速阶段。中间和高速阶段使用斜齿轮。虽然齿轮箱故障中仅有相对较少的一部分是由于制造不当的齿轮而导致的，但是所有制造商都有责任减少成本，增加产量，提高精度。

齿轮参数如下：

◆模数8mm ◆齿数62 ◆齿面宽140mm

磨轮参数：

◆外径300mm ◆宽度145mm ◆起动次数 3

工艺数据：

◆磨削时间16分钟 ◆停机时间21分钟

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