jic35導(dǎo)讀：弧齒錐齒輪是機(jī)械工程中zui復(fù)雜的零件之一，因此制造此類(lèi)零件往往需要的機(jī)床和刀具。對(duì)制造商而言，其zui顯著的缺點(diǎn)在於昂貴的機(jī)械成本，以及大量的編程時(shí)間。特別是對(duì)中小批量生產(chǎn)具有很大影響，因?yàn)椴荒芟翊笈可a(chǎn)那樣盡快地收回投資。為了滿足客戶在持久耐用和價(jià)格方面的需求并由此保持競(jìng)爭(zhēng)力，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)、且具有zui高質(zhì)量。
無(wú)論是采用切削頭和昂貴的特種機(jī)床，還是在五軸加工中心上使用立銑刀，zui廣泛使用的是齒輪銑削應(yīng)用方面的各種制造工藝。這些工藝既復(fù)雜又成本高昂，但同時(shí)又存在巨大的改進(jìn)潛力。
發(fā)現(xiàn)并挖掘生產(chǎn)潛力
為了挖掘這種潛力，德國(guó)voithturbo公司的生產(chǎn)主管wolfganghuetter與兩家選定的合作伙伴供應(yīng)商（gebruederheller和山特維克可樂(lè)滿）展開(kāi)合作。他們攜手應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，huetter表示：“持久耐用的解決方案必須消除兩種工藝當(dāng)前的不足之處，再綜合其優(yōu)點(diǎn)，打造出能夠顯著改進(jìn)中小批量錐齒輪生產(chǎn)的新型解決方案。”
機(jī)床解決方案在於使用靈活的五軸加工中心，而非機(jī)床。采用這種解決方案，制造商也能執(zhí)行其他切削工序和加工不同的零件。為了降低刀具成本，應(yīng)側(cè)重於可靈活用作成形銑刀的切削刀具。在這種情況下，值得考慮的*刀具是可配備標(biāo)準(zhǔn)可轉(zhuǎn)位刀片的標(biāo)準(zhǔn)刀具。除可降低成本和確保柔性加工滿意度的機(jī)床和刀具配置之外，*的解決方案必須確保能夠滿足所需的質(zhì)量水平，并獲得zui大限度的可靠性。該解決方案也應(yīng)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(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中，合作伙伴們打破常規(guī)，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(píng)估。隨後相關(guān)各方達(dá)成該研發(fā)項(xiàng)目的重要目標(biāo)，即應(yīng)主要通過(guò)提高金屬去除率來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率和成本效益的提高。此次協(xié)作的結(jié)果是“up-gear技術(shù)”，目前已提出申請(qǐng)。
營(yíng)造理想的工況
在研發(fā)過(guò)程中，處理的是粗加工切削，采用標(biāo)準(zhǔn)銑削刀具，進(jìn)給率可達(dá)2,000mm/min以上，這樣金屬去除率也可高達(dá)400cm/min。由此而產(chǎn)生的切削壓力使機(jī)床承受較大的負(fù)載，此外工件可重達(dá)數(shù)百公斤。選擇機(jī)床時(shí)，其規(guī)格必須足以承受相關(guān)的負(fù)載條件—規(guī)格包括刀具、主軸和工件夾緊的剛性。
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(wěn)定性和高性能可為提高產(chǎn)出潛能提供*的工況。機(jī)床控制器中集成了用戶的nc程序，便於輸入齒輪參數(shù)。這樣一來(lái)，就無(wú)需在cad/cam中執(zhí)行外部編程。操作員使用參數(shù)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?qū)崿F(xiàn)*生產(chǎn)，此時(shí)對(duì)機(jī)床具有更高的柔性和性能要求，其中可使用托盤(pán)或機(jī)器人自動(dòng)化進(jìn)一步增強(qiáng)。
從*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(dú)的裝夾。但是現(xiàn)在，這些工序已轉(zhuǎn)換為在加工中心上進(jìn)行車(chē)銑。這意味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(yīng)是錐齒輪輪廓和齒型之間可獲得同心度。這樣可顯著改進(jìn)成品零件的質(zhì)量并節(jié)省加工時(shí)間。
作為合作伙伴，山特維克可樂(lè)滿提供了各式刀具和豐富的車(chē)銑經(jīng)驗(yàn)，這樣就能廣泛使用其切削參數(shù)不亞於先前車(chē)削工序的標(biāo)準(zhǔn)刀具。整個(gè)切削過(guò)程意味機(jī)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(guī)劃?rùn)C(jī)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*經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)。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(zhuǎn)位刀片的標(biāo)準(zhǔn)銑削刀具（用於up-gear方式）的金屬去除率相當(dāng)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。因此，當(dāng)需要加工的材料量很大時(shí)，刀具應(yīng)為配備可轉(zhuǎn)位圓刀片的標(biāo)準(zhǔn)銑削刀具。對(duì)於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(xiàn)在也能夠兼具技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。
在使用可轉(zhuǎn)位圓刀片打開(kāi)齒槽後，再采用新型銑削刀具概念加工齒側(cè)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(diào)，并且銑削刀具輪廓呈細(xì)長(zhǎng)狀，這樣就能加工出各種牙側(cè)角和模數(shù)。凸凹兩種齒側(cè)面可以采用同一把兩側(cè)安裝有刀片的刀具加工而成。如果刀具僅一側(cè)配有刀片，以便增加有效刀片數(shù)（并由此提高進(jìn)給率），則可節(jié)省相當(dāng)多的時(shí)間。所需的更多換刀只會(huì)增加少量的時(shí)間。
適合精加工的銑削刀具
齒槽基底無(wú)接刀痕加工及過(guò)渡到齒側(cè)面是錐齒輪加工的重要質(zhì)量特性。此質(zhì)量要求也適用於根切加工。這種新解決方案即配有標(biāo)準(zhǔn)可轉(zhuǎn)位刀片的適合根切銑削的空心銑刀，不僅僅能滿足這些要求，而且還具有其他好處，與先前的立銑削相比，顯著縮短了加工時(shí)間。
可持續(xù)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(wěn)定性和效率。在各種情形下，銑削刀具的直徑和刀片數(shù)應(yīng)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(jī)床控制，這意味以前使用的根據(jù)具體要求定制的非標(biāo)刀具現(xiàn)在能夠用配有標(biāo)準(zhǔn)可轉(zhuǎn)位刀片的通用銑刀取代。
僅僅是項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)設(shè)置的目標(biāo)—他們甚至大大超越了既定目標(biāo)。在完成一定批量的錐齒輪（模數(shù)15）加工後，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)期間由於沒(méi)有乾擾，因此在測(cè)量機(jī)床上對(duì)軟切削的錐齒輪進(jìn)行後續(xù)檢查後發(fā)現(xiàn)，齒輪質(zhì)量一直都很高。
-新工藝為機(jī)床操作員提供決定性的好處。這是因?yàn)椴僮鲉T能方便地使用修正值，而不再需要“調(diào)刀卡”。
-更高的柔性使加工成本顯著降低，并由此拉低了投資成本。高性能的標(biāo)準(zhǔn)刀具不僅具有更長(zhǎng)的刀具壽命，而且可提高生產(chǎn)效率。此外，實(shí)現(xiàn)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(xiàng)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(jié)果得到顯著提高。其他項(xiàng)目處?kù)兑?guī)劃階段，例如實(shí)現(xiàn)修正後的齒輪齒形、加工具有軸向偏差的錐齒輪以及銑削冠狀齒輪。