國產(chǎn)典型磨齒機綜述論及齒輪磨床發(fā)展趨勢[谷風工程]

1、國產(chǎn)典型磨齒機綜述論及齒輪磨床發(fā)展趨勢齒輪磨床八十余年發(fā)展，已從單一產(chǎn)品演變到多系列、多規(guī)格，從傳統(tǒng)機械式到采用數(shù)控技術，從氧化鋁砂輪到采用CBN砂輪，使機床精度、性能和加工效率不斷提高，而操作日趨簡捷方便。現(xiàn)已形成七個系列200余種規(guī)格齒輪磨床，按標準化分為碟形雙砂輪系列（Y70）、錐形砂輪系列（Y71）、蝸桿砂輪系列（Y72）、成型砂輪系列（Y73）、大平面砂輪系列（Y74）、內齒輪砂輪系列（Y75）、擺線齒輪系列（Y76）。中國齒輪磨床研究制造已有四十余年歷史，從八十年代初至今近二十多年間發(fā)展較快，制造出七個系列60余種規(guī)格齒輪磨床。其中1997年由秦川機床集團有限公司研制成功YK725

2、0蝸桿砂輪磨齒機（數(shù)控八軸五聯(lián)動）國際機床博覽會上被有關專家譽為“具國際水平機床”，標志著中國齒輪磨床制造技術水平跨入世界先進行列。 科學技術和經(jīng)濟發(fā)展，齒輪加工業(yè)齒輪加工機床性能要求不斷提高，反之，齒輪加工機床制造業(yè)齒輪加工又具有導向作用，形成有機聯(lián)動發(fā)展。為此，一批能適應社會科技和經(jīng)濟發(fā)展節(jié)拍新產(chǎn)品應運而生；反之，則被淘汰。這齒輪磨床制造業(yè)中尤為突出。像瑞士馬格公司（Magg）七十余年來一直以其生產(chǎn)碟形雙砂輪磨齒機國際市場獨顯風采，作為磨齒機中最高精度代表產(chǎn)品，采用展成磨削原理，及其它技術措施，可磨削出三級以上精度齒輪。，馬格磨齒機亦有不足之處，主：效率低展成磨削為點接觸加上碟形砂輪自身強

3、度、剛度限制，不能作深切或強力磨削；生產(chǎn)成本高所需特殊附件多，如缺口分度板齒數(shù)須和工件齒數(shù)相匹配，工作基圓要與滾圓盤直徑一致等，工作種類愈多，所需附件愈多。為此，這家世界聞名、歷史悠久公司，于八十年代末被瑞士奧立康公司（Oerllkon）兼并。 國內曾研制出Y7032A、Y7063A、Y7160等碟形雙砂輪磨齒機，其中原秦川機床廠制造Y7032A，其主要性能均達到馬格公司同類產(chǎn)品SD-32-X碟形雙砂輪磨齒機水平，榮獲國家科技進步一等獎。，高效蝸桿砂輪磨齒機制造技術成熟應用，碟形雙砂輪磨齒機市場占有率逐年縮小。 從馬格公司被兼并現(xiàn)實，留給人們思考是兩個字：“效率”。效率是物質能量反映，是生命力

4、象征。為此，自七十年代末至今，國內外磨齒機發(fā)展趨勢，一直以高效率、高精度為追求目標。 國內外資料介紹，提高磨齒機效率、精度、性能等方面，著重從三個方面入手：一是采用CNC技術；二是采用新型磨削材料CBN砂輪；三是采用新磨削原理，目前重點集中蝸桿砂輪和成型砂輪磨削兩大類技術上。 -蝸桿砂輪磨齒機- CNC技術發(fā)展和蝸桿砂輪及成型砂輪磨削技術日益成熟，其加工精度已經(jīng)趕上原馬格磨齒機水平，而生產(chǎn)效率遠高于Magg磨齒機，已為市場和專家公認，近年來占有絕大部分市場。其中蝸桿砂輪磨齒機生產(chǎn)效率又高于成型磨齒機，且技術成熟較早，市場份額就更大一些。國際上代表當今蝸桿砂輪磨齒機制造水平首推瑞士萊斯豪爾公司（

5、Reishaue），其代表產(chǎn)品有：NZA、AZA、RZ300E、RZ301S、RZ362、RZ801、RZ820等型號蝸桿砂輪磨齒機。其他制造廠商主要有：美國格里森公司TAG400、匈牙利Cepel公司FKP-362-10、PCG326-10PLC等，日本Kashifuji公司KF200、OKMOTO公司SHG400，中國秦川公司YE7232、YK7232、YK7250等型號產(chǎn)品及上海機床廠YKA7232。 表一：國內外同類蝸桿砂輪磨齒機主要性能、特點對照表型號項目瑞士AZA中國秦川YE7232匈牙利FKP326-10主要加工參數(shù)直徑（mm）103302032010320模數(shù)（mm）0.561

6、60.56齒數(shù)122601226010260最大直齒寬度（mm）170170螺旋角（?）454545夾持長度（mm）145420180420240420磨削精度4(5)級/DIN396245級/GB10095-8846級/DIN3962自動進給/自動復位有/有有/有有/無自動切向位移有有有砂輪單、雙頭磨削有有有齒向修形功能有有有齒形修形功能有有有主傳動元件數(shù)222022砂輪修整形式滾輪、車刀金剛石滾輪金剛石車刀工件滑座調速形式及特點容積高速、均勻容積高速、均勻節(jié)流調整、不均勻電氣主控制系統(tǒng)PC裝置PC裝置PC裝置自動化程度程控自動磨削程控自動磨削程控自動磨削生產(chǎn)能力優(yōu)優(yōu)優(yōu) 注：GB10095-

7、88與DIN3962等效標準，瑞士AZA磨削Z24達到DIN39625級精度。 通常大批量齒輪加工，蝸桿砂輪磨齒工藝當為首選。上述磨齒機性能、水平檔次上有差異，價格上差異更大，萊斯豪爾公司產(chǎn)品價格約為其他國外廠商同類產(chǎn)品23倍，約為中國同類產(chǎn)品45倍。能滿足加工要求和保證生產(chǎn)效率前提下，筆者認為國內廠家應立足國內磨齒機選型。國家專業(yè)機構檢測鑒定，秦川YE7232與世界王牌瑞士萊斯豪爾AZA磨齒機主要性能、特點類似，但價格僅為其1/51/6（見分析表）。秦川YE7232與世界王牌 瑞士萊斯豪爾RZ301S等磨齒機主要性能，特點比較見表2。表二：秦川廠與瑞士萊斯豪爾公司（Reishauer）磨齒機

8、性能對照表型號項目秦川機床集團有限公司瑞士Reishauer公司YK7232RZ300ERZ301S工件直徑（mm）203201030010330模數(shù)（mm）160.550.56齒數(shù)12256725610600螺旋角（）454545工件架行程（mm）180180180最大頂尖距（mm）420420420最大重量（N）600500600砂輪直徑（mm）400300350270350270寬度（mm）100、8084104磨削轉速（r/min）110016501100190011001900修整轉速（r/min）5652905290快速進退量（mm）405050切向位移量（mm）907090工件軸

9、向速度（mm/r）0.430.630.63單行程進給量（mm）0.010.10.010.080.01機動進給總量（mm）0.80.8-精度34(5)3434傳動系統(tǒng)電子傳動電子傳動電子傳動控制系統(tǒng)計算機數(shù)控PC控制計算機數(shù)控齒形修形有有有齒面對刀有有有磨削狀態(tài)指示有有有自動切向位移有可有有砂輪轉速選擇有有有操作調整性能優(yōu)良優(yōu)磨削效率較高一般高功能價格比優(yōu)一般一般*極限規(guī)格齒輪為5級-成型砂輪磨齒機- 成型砂輪磨齒機發(fā)展已有四十余年歷史，該磨齒機關鍵成型砂輪修整器。八十年代以前，修整器大都為鋼帶滾圓結構、四連桿機構和漸開線樣板修整器，囿于磨削斜齒輪時，砂輪廓形必須隨砂輪直徑改變而改變，而機械式修

10、整器很難實現(xiàn)隨機變化。八十年代初，德國Kapp公司研制出VAG和VAS系列電鍍立方氮化硼成型砂輪磨齒機，砂輪預先制成必要形狀，直徑幾乎沒有變化，避免磨削斜齒輪時出現(xiàn)困難。這種砂輪萬能性差，制作價格昂貴，故沒有到普及推廣。比較理想是采用數(shù)控砂輪修整器，磨削斜齒輪時，修整器運動軌跡可隨砂輪直徑變化而變化。八十年代以來，很多廠商都致力于該修整器研究。說蝸桿砂輪磨輪機不斷創(chuàng)新同時，與之并行成型砂輪磨齒工藝日趨成熟完善，并顯示出其特有重要性，其關鍵克服了蝸桿砂輪磨齒工藝不足。有關專家曾評述成型砂輪磨齒機優(yōu)點為： 能十分方便解決齒形修緣和齒根圓角問題 蝸桿砂輪磨齒機磨削修緣齒形時必須配備專用金剛石滾輪，生

11、產(chǎn)成本較高。此外用同一修緣滾輪，當砂輪直徑不同時，砂輪實際修緣量是變化，被磨齒輪齒形修緣量也會跟著變化。模數(shù)越大，這個問題越明顯。 數(shù)控成型砂輪磨齒機磨修緣齒輪時，只需將修緣量和齒廓形狀數(shù)控系統(tǒng)操作面板輸入系統(tǒng)，必要時可隨時修改，十分方便。 成型磨齒理論上對工件模數(shù)沒有限制，而蝸桿砂輪磨齒機工件模數(shù)有很大局限性 理論上蝸桿砂輪磨齒機砂輪應該修成一個漸開線蝸桿。而目前采用修整方法，只能到“K”型蝸桿，當螺旋升角很小時，這兩者之間差別不大；，當螺旋升角加大時，兩者之間誤差會明顯增大。AZA和RZ301S等蝸桿砂輪磨齒機最大模數(shù)只能到6mm。RZ801型磨齒機最大模數(shù)為7mm或8mm，只能機下修形，

12、必須另配修整器，很不經(jīng)濟。 采用大顆粒金剛石車修砂輪，可以獲正確漸開線蝸桿，但這種大顆粒金剛石價格十分昂貴，這種修整方法已經(jīng)不再采用。將一個平面金剛滾輪置于砂輪假想蝸桿基田圓柱切平面內，理論上可以修出漸開線蝸桿，但砂輪直徑是不斷變化，金剛滾輪位置必須跟著不斷調整，實際上也很難實現(xiàn)。 當工件齒數(shù)較少、齒寬較大時，如油泵齒輪，成型磨效率高于蝸桿砂輪磨 數(shù)控成型砂輪磨齒機具有其他各種磨齒機無法比擬萬能性 配備相應軟件后，可以方便加工各種特殊齒形，如擺線齒、花鍵等，調整方便，操作簡便。 成型砂輪磨齒機工件齒數(shù)較多時，生產(chǎn)效率低于蝸桿砂輪磨齒機，卻又大大高于錐面砂輪磨齒機 國際上代表當今成型砂輪磨齒機制

13、造水平首推瑞士Oerlilion-Maag公司，其代表產(chǎn)品為Opal4200、Opal800、Opal1200型CMC磨齒機，磨削精度最高可達DIN2級。其他制造商有：意大利Samputensili公司R1-370, 德國Kapp公司VAS55、VAS432、VUS530、VUS531，日本唐津公司FGS-30N及原德國Niles公司雙砂輪成型磨齒機。中國秦川早期制造成型砂輪磨齒機有YS7332、YS7363、Y73100，近年內制造出有YK7332、YK73100以及內齒輪成型磨齒機Y7550、YK75100等。中國研制成型磨齒機，其技術水平暫低于國外先進水平，但幾種控成型砂輪磨齒機相當于國

14、際九十年代初期水平，且從適用性、性能價格方面，仍不失為國內齒輪制造行業(yè)首選產(chǎn)品。國內成型砂輪磨齒機主要性能見表3。表3：國內成型砂輪磨齒機主要技術性能型號項目秦川機床集團有限公司YK7332YK73100YK75100根圓直徑（mm）min30300400工件直徑（mm）max32010001000法向模數(shù)（mm）min132max121612螺旋角（）max903530齒數(shù)-199133332300齒寬（mm）-350450200磨具中心到工件軸線距離（mm）min12830070max303880370砂輪軸向移動行程（mm）min2020-精度GB10095-88max4級56級45級立

15、柱拖板走刀速度（mm/min）max-100100立柱進刀速度（mm/min）max-100100立柱拖板走刀行程（mm）max-580580立柱進刀行程（mm）max-580320砂輪架走刀速度（mm/min）max6000Z軸-砂輪架進刀速度（mm/min）max10000X軸-砂輪架走刀行程（mm）max440Z軸-砂輪架進刀行程（mm）max175X軸-頭尾架頂尖距（mm）min250-max700- 國內諸多用戶成型磨齒技術很熟悉，制造過幾種型號機械式成型磨齒機，但因固有技術不足而應用范圍很小。數(shù)控技術應用，成型磨齒九十年代初期以來已經(jīng)相當成熟，與蝸桿砂輪磨齒技術一樣愈來愈受到重視，

16、并被人們接受、應用推廣，而形成齒輪磨床研究發(fā)展趨勢，作為國內齒輪磨床制造業(yè)，亦應從中引起重視和深思。-錐形砂輪磨齒機- 以萬能性好而著稱錐面砂輪磨齒機，國外制造廠家水平較高為德國Niles公司（現(xiàn)為Kapp公司兼并）和Hofler公司，以及Kolb公司，其機床加工精度一般穩(wěn)定DIN4級，個別型號可達DIN3級。Niles公司代表產(chǎn)品有：ZSTZ10/LPC、ZTZ06EG-CNC、ZTZ08EG-CNC、ZST10EG-CNC磨齒機；Hofler公司代表產(chǎn)品有：H300、H630E、H803E、H1003、H1253、H1603、H2000、H4000磨齒機；Kolb公司代表產(chǎn)品有：KZ1、K

17、Z2磨齒機等。 國內八十年代中期之前，主要研制生產(chǎn)錐面砂輪磨齒機。制造商代表為：上海機床廠和秦川機床集團有限公司，曾先后生產(chǎn)數(shù)千臺錐面砂輪磨齒機，主要型號有：Y7163、Y7150、Y7132、Y7132A、Y7132B、Y7132D、Ym7132A、Y7163A、YK7163、Y7180等。其中秦川公司Ym7132A、Y7163A、YK7163、Y7180等機床性能與德國同類產(chǎn)品性能接近，達八十年代末國際先進水平，加工精度穩(wěn)定4級。同時，機床價格遠低于進口機床，以其良好性能價格比，贏國內大部分市場。大齒輪齒向誤差在機測量技術作者：沈陽工業(yè)大學 李文龍 金嘉琦 趙文珍摘要：從大齒輪及其齒向測量

18、的特殊性入手，分析了大齒輪齒向在機測量的關鍵問題；創(chuàng)新提出了利用高精度水平儀調整儀器測量基準的方法和對測量數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)誤差補償?shù)乃枷耄谎芯苛舜簖X輪齒向在機測量技術和方法。關鍵詞：大齒輪；齒向誤差；在機測量 1引言 大齒輪(尤其是超大型齒輪)的齒向精度測量可謂是測量領域的一大難題，這是由大齒輪結構尺度大、重量大等特殊性決定的。臺式量儀的結構整體性限制其不可能測量過大直徑的齒輪，上置式量儀由于其定位過于粗糙而很難實現(xiàn)較高精度的測量。人們自然地把目光轉向了旁置式量儀并投入了大量人力、物力來研究大齒輪齒向誤差的在機測量上3，5。針對被測大齒輪的可搬動性差和重復定位精度低的情況，測量儀器結構小其定位調整

19、方便、靈活的特點便顯得尤為突出。應當指出，國內外大齒輪(尤其是直徑2.5m以上的大型齒輪)齒向測量技術目前仍比較薄弱2。本文旨在探求操作方便，并可實現(xiàn)高精度的大齒輪齒向誤差在機測量的原理和技術。2大齒輪齒向在機測量關鍵問題分析大齒輪齒向誤差在機測量儀器的結構應做得比較小，易操作，而如何保證測量的高精度，則為該領域的主要問題。具體可包括以下幾個方面： (1)大齒輪齒向測量的基準是齒輪的回轉中心，即機床工作臺的回轉中心。在齒向測量中，齒向測量導軌的形狀誤差(直線度)和相對于齒輪回轉中心的位置誤差對測量精度的影響甚大，尤其是在齒輪的切線方向上的誤差幾乎11復映于測量數(shù)據(jù)中2。消除此項因素的影響是提高

20、齒向測量精度的首要關鍵問題。 (2)以展成圓柱極坐標法在機測量大型斜齒輪齒向誤差時，要求有較高精度的角度信號(齒輪精度標準1規(guī)定的齒向誤差是在分度圓上以線值計算的，對于同一分度裝置的分度誤差，隨著被測齒輪直徑的增大，上述線值誤差也相應增大，致使測量精度下降)，提高被測齒輪轉角信號的采樣精度成為大型斜齒輪齒向在機測量的另一關鍵問題。本文將從上述問題出發(fā)，對大齒輪齒向誤差展成圓柱極坐標法在機測量技術進行研究和探討。大齒輪齒向在機測量原理采用展成圓柱極坐標原理，如圖1所示，計算機實時采樣被測齒輪轉角信號，根據(jù)內部的理論計算公式控制伺服電機驅動位于被測齒輪節(jié)圓上的測頭沿著齒輪軸向移動(直線運動)。與此

21、同時，計算機采樣轉角(圓光柵)、齒向位移(齒向測量光柵)、測頭(傳感器)三路信號，計算機通過內部的數(shù)據(jù)處理與計算，即可獲得被測齒輪的齒向誤差。 圖1齒向在機測量原理對上述關鍵問題具體作以下考慮： (1)在機測量大齒輪齒向誤差時，要保證齒向測量基準為被測齒輪的回轉中心線，包括齒向測量導軌的直線度和其相對于被測齒輪回轉中心線的平行度兩項精度。可作兩種考慮：本文所述方案的具體操作是：齒向測量導軌的直線度精度通過制造來保證，其位置精度(齒向測量導軌相對于被測齒輪回轉中心線的平行度)的保證方法：先通過調整來保證在一定范圍，然后測出測量導軌相對于齒輪回轉中心的兩向(被測齒輪的切向和徑向)平行度誤差數(shù)據(jù)(見

22、圖2)，并以此對所測數(shù)據(jù)進行相應補償而最終得到齒向誤差數(shù)據(jù)。在調整和測量時，本文采用高精度電子水平儀(借助鉛垂線)做媒介工具，調整和測量精度僅由高精度水平儀精度決定。 圖2齒向測量導軌位置誤差(2)為提高轉角信號的采樣精度，在被測齒輪徑向安裝直徑比大的一對摩擦盤分度機構(其中的電氣角度元件的精度和分辨率可以不很高)。安裝比較方便，摩擦盤可以加工得精度很高，易于實現(xiàn)高分度精度。圖3為其分度機構原理圖。 圖3分度機構原理3 大齒輪齒向在機測量補償原理 (1)儀器安裝、調整誤差的補償思想和補償模型 儀器的安裝、調整誤差主要指齒向測量導軌與被測齒輪回轉中心的平行度誤差，該項誤差對測量精度影響很大，其包

23、括切向誤差wt和徑向誤差wr(以傾斜角度表示)，如圖2所示。則其引起的測量誤差分別為： wrLsinwrtan（1） wtLsinwt（2） 例如：對于直徑為4000mm，模數(shù)為20mm，齒寬為600mm的齒輪，如取wtwr10，max（L）600mm時，則wt29m，wt11m，這樣的測量誤差是不能接受的(其6級齒向公差僅為28m)。式(1)、(2)即成為補償?shù)臄?shù)學模型。 (2)測頭移動對應被測齒輪轉角的跟隨誤差的補償思想和補償模型 軌跡法在測量大型斜齒輪齒向時，根據(jù)測量原理，對應于被測齒輪的螺旋角，測頭沿被測齒輪軸向的位移與被測齒輪的轉角應滿足一定的關系。由于大齒輪轉動的不可控性，測頭應實

24、時跟隨齒輪的轉動，此跟隨誤差將對齒向誤差的測量精度帶來很大影響，且被測齒輪的螺旋角越大，該項因素對測量精度的影響就越大。設測頭的跟隨誤差為S，則由此帶來的測量誤差為： gStan（3） 這里仍以直徑為4000mm，模數(shù)為20mm，齒寬為600mm的齒輪為例，取S01mm，則：當16時，g28m；當45時，g100m。如此大的誤差必須進行補償。從式(3)看出，計算出對應各采樣數(shù)據(jù)的S值，此項誤差的補償是不難實現(xiàn)的。從上述的補償思想出發(fā)，對實測的數(shù)據(jù)進行補償處理，可有效提高測量精度。 需要指出的是，上面的補償方法仍然是近似的，其中忽略了被測齒面不同點的高次誤差成分(相對很小)。 4大齒輪齒向在機測量誤差分析 在補償基礎上探討大齒輪齒向在機測量誤差。 (1)齒