現(xiàn)代硬質(zhì)材料的精密加工技術(shù)
霍夫勒公司在漢諾威的歐洲機床展覽會上展示了齒輪磨削機床的最新發(fā)展情況。
齒輪磨削技術(shù)目前非常熱門。利用硬質(zhì)材科的精密加工技術(shù)，最新的機床技術(shù)能夠變得更加有效、安全和靈活。此外，其他諸如“拓撲學磨削”和“高速磨削”技術(shù)也能夠提高這方面的性能。
最近幾年出現(xiàn)了一種趨勢，就是越來越多的齒輪采用磨削工藝才能滿足日益提高的精度要求。這一趨勢也同樣反應在霍夫勒公司的銷售數(shù)量上：在過去的五年時間里，該公司交付的齒輪磨削機床數(shù)量增長了2倍。
齒輪制造商需要不斷滿足新的要求，更低的加工費用、更短的加工時間以及更大的靈活性。然而，如果僅僅依靠目前的生產(chǎn)方法卻很難在這個趨勢的方向上取得更多的進步。
目前的機床技術(shù)更加有效和安全
現(xiàn)代化的磨削機床通過輸入功率和記錄所有重要的參數(shù)來實現(xiàn)對磨削過程進行直接控制。通過對比數(shù)據(jù)可以記錄砂輪的磨換情況，在必要的時候可以記錄磨削過程調(diào)整程序與磨損情況相關(guān)，進給運動與測訊數(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^程進行測量分析，從而對每一個缺陷都進行優(yōu)化調(diào)性。慕尼黑工業(yè)大學(TU Muenchen)進行的試驗表明，不同的磨削磨損形式對于點蝕損失有著明顯的影響。
為了獲取一種最有規(guī)律的齒面損傷情況就必須在齒輪成型加工結(jié)束之后將齒輪繼續(xù)固定在齒輪磨削機床土。
“完整加工工藝”帶來的好處
如今可以實現(xiàn)在同一臺機床上避免重新裝夾進行鉆孔加工或者在軸承座上進行加工。現(xiàn)代化的立車技術(shù)能夠允許較高的車削轉(zhuǎn)速，從而使得在齒輪磨削機床上對圓柱體零件進行外圓磨削成為可能。
完整加工機床通過在加工過程中避免出現(xiàn)重復裝夾以及簡化企業(yè)內(nèi)部物流的辦法來解決時間與精度損失之間的問題，能夠?qū)ぜ淮瓮瓿裳b夾和加工。因此，非生產(chǎn)性的軸助時間和成本都得到了降低。
霍夫勒公司在齒輪磨削機床的完性加工技術(shù)中集成了鉆孔、平面磨削和外圓磨削。實際上，需要多種機床才能完成上述的加工任務。在2007年的漢諾威EMO歐洲機床展覽會上霍夫勒公司展出了最新開發(fā)的“Rapid 1250 MFM (Multi-Funktions-Maschine，多功能機床)”機床，在進行齒輪成型的同時能夠完成鉆孔以及齒頂圓磨削。
借助齒輪成型當中的完整加工工藝可以改善齒輪和中心孔之間的同心度，完整加工工藝還能夠優(yōu)化齒輪和中心孔上所發(fā)生的硬化變形的分布情況，從而可以獲得盡可能穩(wěn)定的磨削損傷和超高應力的表面滲碳深度。
接下來霍夫勒公司還在EMO上展示了為齒輪輪廓磨削機床“Rapid 650”到“Rapid 6000”系列最新開發(fā)的磨削頭(圖3)。這一系列的磨削頭能夠在五根互相關(guān)聯(lián)的軸上進行齒輪磨削，并通過一臺力矩電機驅(qū)動這些磨削頭。這些磨削頭具有的重要特性還包括雙調(diào)整系統(tǒng)、直接驅(qū)動的電主軸、三維測量系統(tǒng)以及高達12000mm/min的進給速度。通過這些特性可以獲得獨一無二的優(yōu)勢，比如能夠?qū)⑶拔乃龅膶ⅰ巴負鋵W磨削”和“高速磨削”結(jié)合在一起的選項功能。
拓撲學磨削
為了獲得技術(shù)上的進步，需要找到相應的解決方案，比如借助拓撲學的齒輪輪廓磨削進行自由成型，實現(xiàn)齒面偏差最小化。霍夫勒公司開發(fā)了一種方法可以借助需要達到的拓撲學齒輪輪廓形狀獲得優(yōu)化的軸線特征。這也是優(yōu)化磨削砂輪輪廓的目的所在。
依據(jù)相應的算法，可以對齒輪成型進行拓撲學修正或者拓撲學更改——按照允許的偏差進行——對一個面或者兩個面進行磨削加工。
高速磨削技術(shù)
為了明顯縮短齒輪成型的加工時間，霍夫勒公司開發(fā)了高速磨削技術(shù)(HsG, Highspeed Grinding)——在很高的進給速度下進行輪廓磨削。例如，在相同Q'w(加工能率．單位為mm3/mm/s，指的是在單位時間(秒)內(nèi)，在單位面積(平方毫米)上所能完成的切削體積(立方厘米)的情況下，高速磨削技術(shù)可以通過提高進給速度來縮短加工時間。這樣砂輪切入材料的深度會相對減少，從而使得材料能夠得到更好的冷卻和清洗。在相同的磨削砂輪使用壽命的情況下，也可以通過向接觸表面供應更多的冷卻油，來使得工件得到更好的冷卻。然而，高速磨削技術(shù)帶來的最大影響在于可以將磨削過程產(chǎn)生的殘余熱量從工件上更大區(qū)城的范圍內(nèi)導出。這樣可以降低磨削燒傷的風險，而磨削燒傷往往帶來更嚴重的損傷。
由于霍夫勒公司生產(chǎn)的齒輪磨削機床可以在很高的進給速度下工作，所以能夠帶來很明顯的生產(chǎn)效率提升。但是，較高的進給速度也對齒輪磨削機床的動態(tài)性能提出了要求，因為進給運動與其他軸向上的運動直接相關(guān)。所以，如果缺少了現(xiàn)代化的直接驅(qū)動技術(shù)的幫助，高速磨削技術(shù)也就無從談起。
力矩電機所帶來的更高的精度
齒輪磨削機床的機械性能對于生產(chǎn)效率有著明顯的影響：常規(guī)的齒輪磨削機床無法達到由現(xiàn)代化驅(qū)動技術(shù)和材料所決定的加工參數(shù)。隨著在下個世紀90年代末逐步引入力矩電機技術(shù)，在現(xiàn)代化的齒輪磨削機床上已經(jīng)很難再遇到以前的齒輪加工工藝了。
臥式主軸的精度在很大程度上決定了齒輪磨削機床的精度。與傳統(tǒng)的渦輪－蝸桿傳動技術(shù)相比，力矩電機與光學編碼器共同作用能夠帶來較大的優(yōu)勢：例如，力矩電機沒有磨損，在齒輪磨削機床的整個使用壽命周期內(nèi)都可以保證精度。由于臥式主軸所帶來的機床頻率可以忽略，人們還可以在機床上獲得多達36億個的步進增量，從而可以控制斜齒輪旋轉(zhuǎn)方向上的偏差。對于目前的生產(chǎn)要求來說，較高的剛度以及較高的轉(zhuǎn)速也是其優(yōu)勢之一。
必須指出的是，在齒輪磨削機床上使用力矩電機需要額外施加適當?shù)目刂啤；舴蚶展驹谏蟼�世紀90年代為“BWO” (Backward Wave Oscillator，反波振蕩)控制系統(tǒng)開發(fā)了一種特殊的優(yōu)化算法，用于臥式主軸的自動優(yōu)化。在幾年前霍夫勒公司與西門子公司進行合作之后，這套算法也可以用于西門子840D控制系統(tǒng)。目前，霍夫勒公司在后臺的日常工作主要是進行系統(tǒng)優(yōu)化，確保機床能夠不受干擾地使用。
在精度方面的要求永無止境
需要強調(diào)的是，高精度磨削機床的床身材料需要采用聚酯合成材料。礦物澆鑄結(jié)構(gòu)的質(zhì)量會影響床身的振動特性，以及由此而從根本上影響系統(tǒng)在位置調(diào)節(jié)方面的優(yōu)化：與灰鑄鐵相比，礦物澆鑄結(jié)構(gòu)的衰減特性能夠提升25倍。因此，礦物澆鑄結(jié)構(gòu)的熱特性很緩慢，從而可以獲得采用灰鑄鐵所無法獲得的設(shè)計結(jié)構(gòu)。例如，圖6展示了一臺內(nèi)齒/外齒磨削機床的龍門架。
隨著對齒輪加工質(zhì)量的不斷提高，目前我們可以對德國質(zhì)量標準DIN 1的部分內(nèi)容補充附加條款。需要借助拓撲學對偏差進行限制，需要借助FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立葉變換，離散傅立葉變換的快速算法)對分割過程進行分析，再決定相應的順序極值。在極端的情況下還需要對由于機床運動特性聽產(chǎn)生的波紋度進行限制。
在優(yōu)化負載和壓力期間，齒輪成型加工過程中會出現(xiàn)的偏差會相對地難以察覺．因此，去除干擾的修正平面需要更高的精度，因為變速箱會在齒輪干涉區(qū)磨削行程發(fā)生錯誤的更大范圍內(nèi)產(chǎn)生激動現(xiàn)象——這些現(xiàn)象主要位于測微計或者某些部位。
霍夫勒公司于2004年開發(fā)了一種磨削機床，不僅在進行大型齒輪加工的時侯能夠根據(jù)德國質(zhì)量標準DIN 1實現(xiàn)借助拓撲學來對磨削過程進行優(yōu)化，還能夠達到預先制定的波紋度方面的要求。產(chǎn)生這個想法的背景是由于齒輪干涉或者為了從相反的方向?qū)Ξa(chǎn)生波紋的現(xiàn)象進行補償而提出的要求。現(xiàn)在可以對低于0.1µm的波紋振幅進行磨削和分析，從而可以實現(xiàn)對現(xiàn)代化的齒輪成型工藝中的載荷和干擾加以區(qū)別對待。
本篇文章來源于http://www.e-cuttech.com/ReadNews/5891.html
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