行業(yè)合作伙伴緊密協(xié)作，打造適合螺旋傘齒輪銑削的高產(chǎn)、高效且高質(zhì)量的解決方案

　　螺旋傘齒輪是機械工程中復雜的零件之一，因此制造此類(lèi)零件往往需要專(zhuān)用的機床和刀具。對制造商而言，顯著(zhù)的缺點(diǎn)在于昂貴的機械成本，其中涉及大量的編程時(shí)間。特別是對中小批量生產(chǎn)具有很大影響，因為不能像大批量生產(chǎn)那樣盡快地收回投資。為了滿(mǎn)足客戶(hù)在持久耐用和價(jià)格方面的需求并由此保持競爭力，螺旋傘齒輪制造商也日益迫切地需要確保他們的生產(chǎn)過(guò)程高產(chǎn)、高效且具有高質(zhì)量。

　　無(wú)論是采用專(zhuān)用切削頭和昂貴的特種機床，還是在五軸加工中心上使用立銑刀，廣泛使用的是齒輪銑削應用方面的各種制造工藝。這些工藝既復雜又成本高昂–但同時(shí)又存在改進(jìn)的巨大潛力。

　　發(fā)現并挖掘生產(chǎn)潛力

　　為了挖掘這種潛力，德國VOITHTurbo公司的生產(chǎn)主管WolfgangHuetter與兩家選定的合作伙伴供應商（GebruederHeller和江蘇巨力齒輪）展開(kāi)合作。他們攜手應對挑戰，Huetter表示：“持久耐用的高效解決方案必須消除兩種工藝當前的不足之處，再綜合其優(yōu)點(diǎn)，打造出能夠顯著(zhù)改進(jìn)中小批量螺旋錐齒輪生產(chǎn)的新型解決方案。”

　　機床解決方案在于使用靈活的五軸加工中心，而非專(zhuān)用機床。采用這種解決方案，制造商也能執行其他切削工序和加工不同的零件。為了降低刀具成本，應側重于可靈活用作專(zhuān)用成形銑刀的切削刀具。在這種情況下，值得考慮的唯一刀具是可配備標準可轉位刀片的標準刀具。除可降低成本和確保柔性加工滿(mǎn)意度的機床和刀具配置之外，佳的解決方案必須確保能夠滿(mǎn)足所需的質(zhì)量水平，并獲得大限度的可靠性。該解決方案也應確保提高金屬去除率并由此縮短加工時(shí)間，特別是在軟切削期間。在項目實(shí)施的過(guò)程中，合作伙伴們打破常規，另辟蹊徑。盡管齒輪銑削是優(yōu)化措施的重點(diǎn)，但軟切削的整個(gè)工藝鏈令人懷疑，需要重新進(jìn)行評估。隨后相關(guān)各方達成該研發(fā)項目的重要目標–應主要通過(guò)提高金屬去除率來(lái)實(shí)現生產(chǎn)效率和成本效益的提高。此次協(xié)作的結果是“uP-Gear技術(shù)”，目前已提出專(zhuān)利申請。

　　營(yíng)造理想的工況

　　在研發(fā)過(guò)程中，首選處理的是粗加工切削，采用標準銑削刀具，進(jìn)給率2000mm/min以上，這樣金屬去除率可高達400cm³/min。由此而產(chǎn)生的切削壓力使機床承受較大的負載，此外工件可重達數百公斤。選擇機床時(shí)，其規格必須足以承受相關(guān)的負載條件–規格包括刀具、主軸和工件夾緊的剛性。

　　首選是Heller公司具有五軸聯(lián)動(dòng)加工能力的高性能加工中心，它的高穩定性和高性能可為提高產(chǎn)出潛能提供佳的工況。機床控制器中集成了用戶(hù)友好的NC程序，便于輸入齒輪參數。這樣一來(lái)，就無(wú)需在CAD/CAM中執行外部編程。操作員使用參數化的輸入可以方便地作出任何必需的修正。交替加工箱體、錐齒輪和其他零件時(shí)，也能夠實(shí)現無(wú)故障生產(chǎn)，此時(shí)對機床具有更高的柔性和性能要求-其中可使用托盤(pán)或機器人自動(dòng)化進(jìn)一步增強。

　　從第一道切削工序開(kāi)始，uP-Gear技術(shù)就貫穿其中。在先前的切削工藝中，工件的外輪廓首先在車(chē)削中心上進(jìn)行切削，需要兩次單獨的裝夾。但是現在，這些工序已轉換為在加工中心上進(jìn)行車(chē)銑。這意味著(zhù)錐齒輪外輪廓和螺旋齒僅需兩次裝夾即可完成加工。一個(gè)受歡迎的紅利效應是錐齒輪輪廓和齒型之間可獲得絕對同心度。這樣可顯著(zhù)改進(jìn)成品零件的質(zhì)量并節省加工時(shí)間。

　　作為合作伙伴，江蘇巨力齒輪股份提供了各式刀具和豐富的車(chē)銑經(jīng)驗，這樣就能廣泛使用其切削參數不亞于先前車(chē)削工序的標準刀具。整個(gè)切削過(guò)程意味著(zhù)機床停工時(shí)間更少、裝夾和傳送時(shí)間更短以及更簡(jiǎn)單地規劃機床利用率。

　

 

　　重新定義切削步驟

　　下一道切削步驟，即銑削齒輪齒槽也完全經(jīng)過(guò)重新設計。先前采用立銑刀進(jìn)行銑削，需要多次走刀。與其相比，配備可轉位刀片的標準銑削刀具（用于uP-Gear方式）的金屬去除率相當高。這樣一來(lái)，就能獲得較先前立銑削而言更高的加工率，并且加工時(shí)間也大大縮短。需要加工的材料量很大時(shí)，首選刀具為配備可轉位圓刀片的標準銑削刀具。對于弧齒錐齒輪的齒槽粗加工而言，采用這種新開(kāi)發(fā)的加工方法，現在也能夠兼具技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢。

　

 

　　在使用可轉位圓刀片打開(kāi)齒槽后，再采用新型銑削刀具概念加工齒側面。刀具類(lèi)型可分類(lèi)為中間工序加工用刀空心銑刀和鐘形銑削刀具。銑刀軸的安裝角可調，并且銑削刀具輪廓呈細長(cháng)狀，這樣就能加工出各種牙側角和模數。凸凹兩種齒側面可以采用同一把兩側安裝有刀片的刀具加工而成。如果刀具僅一側配有刀片，以便增加有效刀片數（并由此提高進(jìn)給率），則可節省相當多的時(shí)間。所需的更多換刀只會(huì )增加少量的時(shí)間。

 

　　齒槽基底無(wú)接刀痕加工及過(guò)渡到齒側面是錐齒輪加工的重要質(zhì)量特性。此質(zhì)量要求也適用于根切加工。這種新解決方案–即配有標準可轉位刀片的適合根切銑削的空心銑刀–不僅僅能滿(mǎn)足這些要求，而且還具有其他好處，與先前的立銑削相比，顯著(zhù)縮短了加工時(shí)間。

 

　　可持續的解決方案

　　為錐齒輪加工開(kāi)發(fā)新型銑削刀具時(shí)，需特別重視車(chē)間兼容性、穩定性和效率。在各種情形下，銑削刀具的直徑和刀片數應彼此相匹配才能獲得高水平的性能。新的uP-Gear加工工藝，再加上有利的機床控制，這意味著(zhù)以前使用的根據具體要求定制的非標刀具現在能夠用配有標準可轉位刀片的通用銑刀取代。

　　不僅僅是項目啟動(dòng)時(shí)設置的目標——他們甚至大大超越了既定目標。在完成一定批量的錐齒輪（模數15）加工后，新工藝的好處就能清晰地凸顯出來(lái)：

　　-只需兩次裝夾即可完成軟切削，并且所需的加工時(shí)間大大縮短。

　　-批量生產(chǎn)期間由于沒(méi)有干擾，因此在測量機床上對軟切削的錐齒輪進(jìn)行后續檢查后發(fā)現，齒輪質(zhì)量一直都很高。

　　-新工藝為機床操作員提供決定性的好處。這是因為操作員能方便地使用修正值，而不再需要“調刀卡”。

　　-更高的柔性使加工成本顯著(zhù)降低，由此拉低了投資成本。高性能的標準刀具不僅具有更長(cháng)的刀具壽命，而且可提高生產(chǎn)效率。此外，實(shí)現了一定程度的自動(dòng)化，部分時(shí)候可以無(wú)人值守生產(chǎn)。

　　在成功的鼓舞以及項目參與各方的共同推動(dòng)下，下一步優(yōu)化已在進(jìn)行之中。接下來(lái)關(guān)注的領(lǐng)域是淬硬零件加工，其中采用新的uP-Gear工藝已經(jīng)使加工結果得到顯著(zhù)提高。其他項目處于規劃階段，例如實(shí)現修正后的齒輪齒形、加工具有軸向偏差的錐齒輪以及銑削冠狀齒輪。

　　　　　

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