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园柱齿轮加工机床
Cylindrical gear cutting machine
张曙张炳生谭为民
ZHANG Shu ZHANG Binsheng TAN Weiming
张曙同济大学教授、博士生导师,
上海市科技功臣、全国优秀科技工作
者、中国机械工程学会荣誉理事
1圆柱齿轮加工
插齿
齿轮是重要的机械零件,应用极其广泛,汽车
飞机、火车、轮船、机床和各种生产机械都需要有齿
轮,可以说几乎无处不在。齿轮的类别很多,有圆柱
一机床产品创
齿轮、锥齿轮、平面齿轮和非圆齿轮等。本文限于篇
剃齿
幅,仅涉及圆柱齿轮加工。圆柱齿轮的齿廓形状大多
为渐开线,其加工的基本原理是按照齿轮啮合过程展
磨和成形磨
成,故称为展成法。
动化
根据用途不同,圆柱齿轮的结构各异、精度相差
创新与设计专题
甚远、尺寸也大小不一,有的如大功率风力发电机转
向齿轮直径甚至大于10m,有的微型机器人的齿轮直
倒角去毛刺
径仅2~3mm,如图1所示。
图2圆柱齿轮的各种加工工艺
渐开线
工件要保持相互啮合关系。对圆柱直齿齿轮而言,刀
基國
齿
具转一圈,工件转过一个齿;对圆柱螺旋斜齿轮,还
需要附加螺旋角转动。传统的齿轮加工机床是依靠复
渐开线基圆
外圆柱
巨型齿轮
杂的齿轮传动链来实现这个要求。
(+五)
基圆柱上螺旋线
上螺旋线
节圆
压力角
随着数控技术的发展,出现了“电子齿轮”,即
两台伺服电动机保持一定的转速比例关系,省去复杂
棊准齿条
中等齿轮
的齿轮传动系统,以电代机,实现“零机械传动”,
办齿轮≤
同时借助角度测量反馈系统(如高分辨率编码器)提
高两台伺服电动机的同步程度。伺服系统同步的精度
微型齿轮
直接反映到齿轮机床的加工精度,成为现代数控齿轮
加工机床的核心技术。
图1齿轮的展成要素和大小不一的圆柱齿轮
2滚齿车削复合加工机床
根据所要求的齿轮精度等级,圆柱齿轮的加工方
按照工艺流程,齿轮零件的加工一般是先车削,
法多种多样,有切削加工和非切削加工,切削加工又然后进行切齿和倒角,分别在不同的机床上进行
有滚齿、插齿、剃齿、磨齿、珩齿等多种工艺方法,为了缩短过程链和加工时间,提高生产效率,在
如图2所示。
台机床上一次装夹就完成全部加工工序就成为齿轮加
由于圆柱齿轮的加工原理基于展成法,即刀具与工机床追求的目标。美国格里森( Gleason)公司的
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12年第11期
专题专访
Special Topice Interview
Agi11us180TH万能型复合加工机床,能够加工各种轴量头,对刀具磨损进行补偿。
类和盘类齿轮零件,即使小批量也能够实现高生产率
该机床的技术性能见表1。
和成本优化,如图3所示。
表1180TH型滚齿车削复合机床技术参数
工件最大直径
180mm最大滚刀直径
80 mm
5bing-//3)JJ)))),
工件最大长度
500mm最大滚刀长度
了
iny
deburring
工件最大重量
g刀具接口
(220 mm
a single setup.的去毛)
法向最大模数
3mm转塔刀架工位数
滑座最大轴向行程600mm转塔定位时间
0,2
滑座最大偏转角度-45°/45°刀柄
VDI 40
滚刀主轴最大转速4250min占地尺寸
4165mmx3400mm
滚齿
滚刀主轴驱动功率14kW机床重量
10000kg
3小模数8轴数控滚齿机
为了适应仪器仪表、钟表和微机械行业加工小
模数齿轮的市场需求,瑞士拉姆特一瓦利( Lambert
图3一次装夹完成车削、齿和倒角
Wahi)公司推出W90和W100 Micron两款小模数数控滚
180TH滚齿车削复合机床的结构配置特点是双立齿机。W100 micro?数控滚齿机共有8个数控轴,采用博
柱,一个立柱用以完成滚齿加工,另一个用以完成车世力士乐 Indramotion MTX数控系统,适用于模数小于
削加工,共有10~12个数控轴。床身采用矿物铸造0.8mn的直齿轮、斜齿轮、冠状齿轮、端面齿轮、椭
(人造花岗石),以提高机床的动态性能,延长刀具圆齿轮、直齿伞齿轮、蜗轮的粗滚和精滚加工。机床
寿命。独立的排屑通道设计,实现快速热移除,以保的外观、典型零件和结构布局如图5所示。
证加工精度。机床的外观和结构配置如图4所示
A液刀头偏转;B-刀具主轴;C-エ件轴;2R一转塔刀架回转
X刀径向进给;X2一车削径向进给;Y液刀切向进给
车削切向进给(可选);Z一滚刀轴向进给;2一车削轴向进给
23一中心支架(可选);Z4一尾架。
e
*XM
机床产品创新与设计专题
か
转塔
图5W100 micro小模数滚齿机
(+五)
图4180TH复合机床的外观和结构配置
从图中可见,该机床采用卧式布局,工件主轴和
从图4中可见,左边的立柱是滚齿,滚刀主轴滑尾架配置在机床前方,分别可作纵向移动(左z轴和右
座可沿立柱上下移动(Z轴),滚刀主轴可在滑座上作Z轴)。后方是立柱,滚刀主轴滑座沿立柱上下移动
土45°偏转(A轴),完成直齿或斜齿的滚切。配有数(y轴),并可绕中心偏转土35°(A轴),分别用于
控尾架(Z4轴),以便准确定心,快速装卸工件。
加工右旋或左旋斜齿轮,立柱可作前后移动,实现径
右边的立柱是车削,具有12工位的转塔刀架可沿向进给(轴)。工件主轴与滚刀主轴通过电子齿轮连
立柱上下移动(Z2轴),实现轴向进给运动。转塔上接,实现比例同步伺服驱动。
除车刀外,还可安装自驱动的铣刀或钻头,进行辅助
W1000 micro滚齿机可按加工齿轮的形状配置不同
的铣削和钻削加工。在转塔上可安装倒角、去毛刺装的自动上料器,也可用机械手上下料。如图6所示。
置,以便需要时在滚齿后进行倒角。
W1000 micro小模数数控滚齿机的主要技术参数见
转塔上可配置机械手爪,与机床右側的环形传送表2。
带配合,进行工件的交换和装卸。转塔上还可选配测
AA到赵
2012年第11期