齿轮磨床发展趋势和国产典型磨齿机综述论

齿轮磨床发展趋势和国产典型磨齿机综述论齿轮磨床经过八十余年发展，已从单一产品演变到多系列、多规格，从传统的机械式到采用数控技术，从氧化铝砂轮到采用CBN砂轮，使机床精度、性能和加工效率不断提高，而操作日趋简捷方便。现已形成七个系列200余种规格的齿轮磨床，按标准化分为碟形双砂轮系列（Y70）、锥形砂轮系列（Y71）、蜗杆砂轮系列（Y72）、成型砂轮系列（Y73）、大平面砂轮系列（Y74）、内齿轮砂轮系列（Y75）、摆线齿轮系列（Y76）。中国的齿轮磨床研究制造已有四十余年历史，从八十年代初至今近二十多年间发展较快，制造出七个系列60余种规格的齿轮磨床。其中1997年由秦川机床集团有限公司研制成功的YK7250蜗杆砂轮磨齿机（数控八轴五联动）在国际机床博览会上被有关专家誉为“具国际水平的机床”，标志着中国齿轮磨床制造技术水平跨入世界先进行列。随着科学技术和经济的发展，齿轮加工业对于齿轮加工机床的性能要求不断提高，反之，齿轮加工机床制造业对于齿轮加工又具有导向作用，形成有机的联动发展。为此，一批能适应社会科技和经济发展节拍的新产品应运而生；反之，则被淘汰。这在齿轮磨床制造业中尤为突出。像瑞士马格公司（Magg）七十余年来一直以其生产的碟形双砂轮磨齿机在国际市场独显风采，作为磨齿机中最高精度的代表产品，采用展成磨削原理，及其它技术措施，可磨削出三级以上精度的齿轮。但是，马格磨齿机亦有不足之处，主要是：效率低展成磨削为点接触加上碟形砂轮自身强度、刚度限制，不能作深切或强力磨削；生产成本高所需的特殊附件多，如缺口分度板齿数须和工件齿数相匹配，工作基圆要与滚圆盘的直径一致等，工作种类愈多，所需附件愈多。为此，这家世界闻名、历史悠久的公司，于八十年代末被瑞士奥立康公司（Oerllkon）兼并。国内曾研制出Y7032A、Y7063A、Y7160等碟形双砂轮磨齿机，其中原秦川机床厂制造的Y7032A，其主要性能均达到马格公司同类产品SD-32-X碟形双砂轮磨齿机水平，荣获国家科技进步一等奖。但是，由于高效蜗杆砂轮磨齿机制造技术的成熟应用，碟形双砂轮磨齿机的市场占有率逐年缩小。从马格公司被兼并的现实，留给人们思考的是两个字：“效率”。效率是物质能量的反映，是生命力的象征。为此，自七十年代末至今，国内外磨齿机发展趋势，一直以高效率、高精度为追求目标。根据国内外资料介绍，提高磨齿机效率、精度、性能等方面，着重从三个方面入手：一是采用CNC技术；二是采用新型磨削材料CBN砂轮；三是采用新的磨削原理，目前重点集中在蜗杆砂轮和成型砂轮磨削两大类技术上。--蜗杆砂轮磨齿机--随着CNC技术的发展和蜗杆砂轮及成型砂轮磨削技术的日益成熟，其加工精度已经赶上原马格磨齿机水平，而生产效率远高于Magg磨齿机，已为市场和专家公认，近年来占有绝大部分的市场。其中蜗杆砂轮磨齿机的生产效率又高于成型磨齿机，且技术成熟较早，所以市场份额就更大一些。国际上代表当今蜗杆砂轮磨齿机制造水平的首推瑞士莱斯豪尔公司（Reishaue），其代表产品有：NZA、AZA、RZ300E、RZ301S、RZ362、RZ801、RZ820等型号蜗杆砂轮磨齿机。其他制造厂商主要有：美国格里森公司的TAG400、匈牙利Cepel公司的FKP-362-10、PCG326-10PLC等，日本Kashifuji公司的KF200、OKMOTO公司的SHG400，中国秦川公司的YE7232、YK7232、YK7250等型号产品及上海机床厂的YKA7232。表一：国内外同类蜗杆砂轮磨齿机主要性能、特点对照表型号项目瑞士AZA中国秦川YE7232匈牙利FKP326-10主要加工参数直径（mm）10~33020~32010~320模数（mm）0.5~61~60.5~6齿数12~26012~26010~260最大直齿宽度（mm）170170螺旋角（?）±45±45±45夹持长度（mm）145~420180~420240~420磨削精度4(5)级/DIN39624~5级/GB10095-884~6级/DIN3962自动进给/自动复位有/有有/有有/无自动切向位移有有有砂轮单、双头磨削有有有齿向修形功能有有有齿形修形功能有有有主传动元件数222022砂轮修整形式滚轮、车刀金刚石滚轮金刚石车刀工件滑座调速形式及特点容积高速、均匀容积高速、均匀节流调整、不均匀电气主控制系统PC装置PC装置PC装置自动化程度程控自动磨削程控自动磨削程控自动磨削生产能力优优优注：GB10095-88与DIN3962等效标准，瑞士AZA磨削Z24达到DIN39625级精度。通常大批量齿轮加工，蜗杆砂轮磨齿工艺当为首选。上述磨齿机在性能、水平档次上有差异，在价格上差异更大，莱斯豪尔公司的产品价格约为其他国外厂商同类产品的2~3倍，约为中国同类产品的4~5倍。在能满足加工要求和保证生产效率前提下，笔者认为国内厂家应立足国内磨齿机的选型。经过国家专业机构检测鉴定，秦川的YE7232与世界王牌瑞士莱斯豪尔的AZA磨齿机主要性能、特点类似，但价格仅为其的1/5~1/6（见分析表）。秦川的YE7232与世界王牌瑞士莱斯豪尔的RZ301S等磨齿机主要性能，特点比较见表2。表二：秦川厂与瑞士莱斯豪尔公司（Reishauer）磨齿机性能对照表型号项目秦川机床集团有限公司瑞士Reishauer公司YK7232RZ300ERZ301S工件直径（mm）20~32010~30010~330模数（mm）1~60.5~50.5~6齿数12~2567~25610~600螺旋角（°）±45±45±45工件架行程（mm）180180180最大顶尖距（mm）420420420最大重量（N）600500600砂轮直径（mm）400~300350~270350~270宽度（mm）100、8084104磨削转速（r/min）1100~16501100~19001100~1900修整转速（r/min）5652~9052~90快速进退量（mm）405050切向位移量（mm）907090工件轴向速度（mm/r）0.4~30.6~30.6~3单行程进给量（mm）0.01~0.10.01~0.080.01机动进给总量（mm）0.80.8---精度3~4(5)3~43~4传动系统电子传动电子传动电子传动控制系统计算机数控PC控制计算机数控齿形修形有有有齿面对刀有有有磨削状态指示有有有自动切向位移有可有有砂轮转速选择有有有操作调整性能优良优磨削效率较高一般高功能价格比优一般一般*极限规格齿轮为5级--成型砂轮磨齿机--成型砂轮磨齿机的发展已有四十余年的历史，该磨齿机的关键在于成型砂轮修整器。在八十年代以前，修整器大都为钢带滚圆结构、四连杆机构和渐开线样板的修整器，囿于在磨削斜齿轮时，砂轮廓形必须随砂轮直径改变而改变，而机械式修整器很难实现随机的变化。八十年代初，德国Kapp公司研制出VAG和VAS系列电镀立方氮化硼成型砂轮磨齿机，由于砂轮预先制成必要的形状，直径几乎没有变化，避免磨削斜齿轮时出现的困难。可是由于这种砂轮万能性差，制作价格昂贵，故没有得到普及推广。比较理想的是采用数控砂轮修整器，在磨削斜齿轮时，修整器的运动轨迹可随砂轮直径的变化而变化。八十年代以来，很多厂商都致力于该修整器的研究。所以说蜗杆砂轮磨轮机不断创新的同时，与之并行的成型砂轮磨齿工艺日趋成熟完善，并显示出其特有的重要性，其关键在于克服了蜗杆砂轮磨齿工艺的不足。有关专家曾评述成型砂轮磨齿机的优点为：能十分方便地解决齿形修缘和齿根圆角问题蜗杆砂轮磨齿机磨削修缘齿形时必须配备专用金刚石滚轮，生产成本较高。此外用同一修缘滚轮，当砂轮直径不同时，砂轮的实际修缘量是变化的，被磨齿轮的齿形修缘量也会跟着变化。模数越大，这个问题越明显。数控成型砂轮磨齿机磨修缘齿轮时，只需将修缘量和齿廓形状通过数控系统的操作面板输入系统，而且必要时可随时修改，十分方便。成型磨齿在理论上对工件模数没有限制，而蜗杆砂轮磨齿机的工件模数有很大的局限性理论上蜗杆砂轮磨齿机砂轮应该修成一个渐开线蜗杆。而目前采用的修整方法，只能得到“K”型蜗杆，当螺旋升角很小时，这两者之间的差别不大；但是，当螺旋升角加大时，两者之间的误差会明显增大。所以AZA和RZ301S等蜗杆砂轮磨齿机最大模数只能到6mm。RZ801型磨齿机的最大模数为7mm或8mm，但是只能机下修形，必须另配修整器，很不经济。采用大颗粒金刚石车修砂轮，可以获得正确的渐开线蜗杆，但这种大颗粒金刚石价格十分昂贵，因此这种修整方法已经不再采用。将一个平面金刚滚轮置于砂轮假想蜗杆基田圆柱的切平面内，理论上可以修出渐开线蜗杆，但由于砂轮直径是不断变化的，金刚滚轮的位置必须跟着不断地调整，所以实际上也很难实现。当工件齿数较少、齿宽较大时，如油泵齿轮，成型磨的效率高于蜗杆砂轮磨数控成型砂轮磨齿机具有其他各种磨齿机无法比拟的万能性配备相应的软件后，可以方便地加工各种特殊齿形，如摆线齿、花键等，调整方便，操作简便。成型砂轮磨齿机在工件齿数较多时，生产效率低于蜗杆砂轮磨齿机，却又大大高于锥面砂轮磨齿机国际上代表当今成型砂轮磨齿机制造水平首推瑞士Oerlilion-Maag公司，其代表产品为Opal4200、Opal800、Opal1200型CMC磨齿机，磨削精度最高可达DIN2级。其他制造商有：意大利Samputensili公司的R1-370,德国Kapp公司的VAS55、VAS432、VUS530、VUS531，日本唐津公司的FGS-30N及原德国Niles公司的双砂轮成型磨齿机。中国秦川早期制造的成型砂轮磨齿机有YS7332、YS7363、Y73100，近年内制造出的有YK7332、YK73100以及内齿轮成型磨齿机Y7550、YK75100等。中国研制的成型磨齿机，其技术水平暂低于国外先进水平，但几种控成型砂轮磨齿机相当于国际九十年代初期水平，且从适用性、性能价格方面，仍不失为国内齿轮制造行业首选产品。国内成型砂轮磨齿机的主要性能见表3。表3：国内成型砂轮磨齿机主要技术性能型号项目秦川机床集团有限公司YK7332YK73100YK75100根圆直径（mm）min30300400工件直径（mm）max32010001000法向模数（mm）min132max121612螺旋角（°）max±90±35±30齿数-1~991~33332~300齿宽（mm）-350450200磨具中心到工件轴线的距离（mm）min12830070max303880370砂轮轴向移动行程（mm）min2020-精度GB10095-88max4级5~6级4~5级立柱拖板走刀速度（mm/min）max-100100立柱进刀速度（mm/min）max-100100立柱拖板走刀行程（mm）max-580580立柱进刀行程（mm）max-580320砂轮架走刀速度（mm/min）max6000Z轴-砂轮架进刀速度（mm/min）max10000X轴-砂轮架走刀行程（mm）max440Z轴-砂轮架进刀行程（mm）max175X轴-头尾架顶尖距（mm）min250--max700--国内诸多用户对于成型磨齿技术不是很熟悉，虽说制造过几种型号的机械式成型磨齿机，但因固有的技术不足而应用范围很小。随着数控技术的应用，成型磨齿在九十年代初期以来已经相当成熟，所以与蜗杆砂轮磨齿技术一样愈来愈受到重视，并被人们接受、应用推广，而形成齿轮磨床研究发展趋势，作为国内齿轮磨床制造业，亦应从中引起重视和深思。--锥思砂轮磨齿机--以万能性好而著称的锥面砂轮磨齿机，国外制造厂家水平较高的为德国的Niles公司（现为Kapp公司兼并）和Hofler公司，以及Kolb公司，其机床加工精度一般稳定在DIN4级，个别型号可达DIN3级。Niles公司的代表产品有：ZSTZ10/LPC、ZTZ06EG-CNC、ZTZ08EG-CNC、ZST10EG-CNC磨齿机；Hofler公司的代表产品有：H300、H630E、H803E、H1003、H1253、H1603、H2000、H4000磨