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(jī)床展覽會(huì)上展示了齒輪磨削機(jī)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(jī)床技術(shù)能夠變得更加有效、安全和靈活。此外，其他諸如“拓?fù)鋵W(xué)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(shì)，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(shì)也同樣反應(yīng)在霍夫勒公司的銷售數(shù)量上：在過去的五年時(shí)間里，該公司交付的齒輪磨削機(jī)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(fèi)用、更短的加工時(shí)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(gè)趨勢(shì)的方向上取得更多的進(jìn)步。
目前的機(jī)床技術(shù)更加有效和安全
現(xiàn)代化的磨削機(jī)床通過輸入功率和記錄所有重要的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)磨削過程進(jìn)行直接控制。通過對(duì)比數(shù)據(jù)可以記錄砂輪的磨換情況，在必要的時(shí)候可以記錄磨削過程調(diào)整程序與磨損情況相關(guān)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與測(cè)訊數(shù)據(jù)相關(guān)。
通過測(cè)量按鈕或者自動(dòng)化磨削程序?qū)δハ鬟^程進(jìn)行測(cè)量分析，從而對(duì)每一個(gè)缺陷都進(jìn)行優(yōu)化調(diào)性。慕尼黑工業(yè)大學(xué)(TU Muenchen)進(jìn)行的試驗(yàn)表明，不同的磨削磨損形式對(duì)于點(diǎn)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(jī)床土。
“完整加工工藝”帶來的好處
如今可以實(shí)現(xiàn)在同一臺(tái)機(jī)床上避免重新裝夾進(jìn)行鉆孔加工或者在軸承座上進(jìn)行加工�，F(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(jī)床上對(duì)圓柱體零件進(jìn)行外圓磨削成為可能。
完整加工機(jī)床通過在加工過程中避免出現(xiàn)重復(fù)裝夾以及簡化企業(yè)內(nèi)部物流的辦法來解決時(shí)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(shí)間和成本都得到了降低。
霍夫勒公司在齒輪磨削機(jī)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(shí)際上，需要多種機(jī)床才能完成上述的加工任務(wù)。在2007年的漢諾威EMO歐洲機(jī)床展覽會(huì)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(jī)床)”機(jī)床，在進(jìn)行齒輪成型的同時(shí)能夠完成鉆孔以及齒頂圓磨削。
借助齒輪成型當(dāng)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(yīng)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(jī)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(jìn)行齒輪磨削，并通過一臺(tái)力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)的電主軸、三維測(cè)量系統(tǒng)以及高達(dá)12000mm/min的進(jìn)給速度。通過這些特性可以獲得獨(dú)一無二的優(yōu)勢(shì)，比如能夠?qū)⑶拔乃龅膶ⅰ巴負(fù)鋵W(xué)磨削”和“高速磨削”結(jié)合在一起的選項(xiàng)功能。
拓?fù)鋵W(xué)磨削
為了獲得技術(shù)上的進(jìn)步，需要找到相應(yīng)的解決方案，比如借助拓?fù)鋵W(xué)的齒輪輪廓磨削進(jìn)行自由成型，實(shí)現(xiàn)齒面偏差最小化�；舴蚶展鹃_發(fā)了一種方法可以借助需要達(dá)到的拓?fù)鋵W(xué)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(yīng)的算法，可以對(duì)齒輪成型進(jìn)行拓?fù)鋵W(xué)修正或者拓?fù)鋵W(xué)更改——按照允許的偏差進(jìn)行——對(duì)一個(gè)面或者兩個(gè)面進(jìn)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(shí)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(jìn)給速度下進(jìn)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(shí)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(jìn)給速度來縮短加工時(shí)間。這樣砂輪切入材料的深度會(huì)相對(duì)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(yīng)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(dǎo)出。這樣可以降低磨削燒傷的風(fēng)險(xiǎn)，而磨削燒傷往往帶來更嚴(yán)重的損傷。
由于霍夫勒公司生產(chǎn)的齒輪磨削機(jī)床可以在很高的進(jìn)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(jìn)給速度也對(duì)齒輪磨削機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能提出了要求，因?yàn)檫M(jìn)給運(yùn)動(dòng)與其他軸向上的運(yùn)動(dòng)直接相關(guān)。所以，如果缺少了現(xiàn)代化的直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)的幫助，高速磨削技術(shù)也就無從談起。
力矩電機(jī)所帶來的更高的精度
齒輪磨削機(jī)床的機(jī)械性能對(duì)于生產(chǎn)效率有著明顯的影響：常規(guī)的齒輪磨削機(jī)床無法達(dá)到由現(xiàn)代化驅(qū)動(dòng)技術(shù)和材料所決定的加工參數(shù)。隨著在下個(gè)世紀(jì)90年代末逐步引入力矩電機(jī)技術(shù)，在現(xiàn)代化的齒輪磨削機(jī)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(jī)床的精度。與傳統(tǒng)的渦輪－蝸桿傳動(dòng)技術(shù)相比，力矩電機(jī)與光學(xué)編碼器共同作用能夠帶來較大的優(yōu)勢(shì)：例如，力矩電機(jī)沒有磨損，在齒輪磨削機(jī)床的整個(gè)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(jī)床頻率可以忽略，人們還可以在機(jī)床上獲得多達(dá)36億個(gè)的步進(jìn)增量，從而可以控制斜齒輪旋轉(zhuǎn)方向上的偏差。對(duì)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(shì)之一。
必須指出的是，在齒輪磨削機(jī)床上使用力矩電機(jī)需要額外施加適當(dāng)?shù)目刂��；舴蚶展驹谏蟼�(gè)世紀(jì)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(dòng)優(yōu)化。在幾年前霍夫勒公司與西門子公司進(jìn)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(tái)的日常工作主要是進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，確保機(jī)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(qiáng)調(diào)的是，高精度磨削機(jī)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(huì)影響床身的振動(dòng)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(jì)結(jié)構(gòu)。例如，圖6展示了一臺(tái)內(nèi)齒/外齒磨削機(jī)床的龍門架。
隨著對(duì)齒輪加工質(zhì)量的不斷提高，目前我們可以對(duì)德國質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)DIN 1的部分內(nèi)容補(bǔ)充附加條款。需要借助拓?fù)鋵W(xué)對(duì)偏差進(jìn)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(duì)分割過程進(jìn)行分析，再?zèng)Q定相應(yīng)的順序極值。在極端的情況下還需要對(duì)由于機(jī)床運(yùn)動(dòng)特性聽產(chǎn)生的波紋度進(jìn)行限制。
在優(yōu)化負(fù)載和壓力期間，齒輪成型加工過程中會(huì)出現(xiàn)的偏差會(huì)相對(duì)地難以察覺．因此，去除干擾的修正平面需要更高的精度，因?yàn)樽兯傧鋾?huì)在齒輪干涉區(qū)磨削行程發(fā)生錯(cuò)誤的更大范圍內(nèi)產(chǎn)生激動(dòng)現(xiàn)象——這些現(xiàn)象主要位于測(cè)微計(jì)或者某些部位。
霍夫勒公司于2004年開發(fā)了一種磨削機(jī)床，不僅在進(jìn)行大型齒輪加工的時(shí)侯能夠根據(jù)德國質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)DIN 1實(shí)現(xiàn)借助拓?fù)鋵W(xué)來對(duì)磨削過程進(jìn)行優(yōu)化，還能夠達(dá)到預(yù)先制定的波紋度方面的要求。產(chǎn)生這個(gè)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(jìn)行補(bǔ)償而提出的要求�，F(xiàn)在可以對(duì)低于0.1µm的波紋振幅進(jìn)行磨削和分析，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)代化的齒輪成型工藝中的載荷和干擾加以區(qū)別對(duì)待。
本篇文章來源于http://www.e-cuttech.com/ReadNews/5891.html
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