齿轮加工机床

国内外企业典型产品技术水平对比分析

据笔者统计,在CIMT2023上,有20多家齿轮机床制造商参展,展出了50多台齿轮加工机床,其中磨齿机就有20多台。

克林贝格、雷绍尔、利勃海尔、、、、三菱(日本电产)、卡西富士、南韩的ISNT和格里森是齿轮机床的外国展商。Leshall展出了RZ260 4.0蜗轮磨齿机,利勃海尔展出了LGG280蜗轮磨齿机,三菱展出了ZFA260蜗轮磨齿机。

中国有齿轮加工机床制造商,如重庆机床、秦川机床、南京第二机床、仲达创元、天津第一机床、长基科技、宁江机床、南京倪康、上海星河、无锡泰诺、矩阵(鲁联)、福清永裕来和南京工业大学。

1.机床主轴转速高,可实现高效率、高精度的齿轮加工。

提高机床主轴转速是减少齿轮加工时间、提高生产效率的有效途径。为了提高机床刀具主轴和工作台主轴的速度、精度、刚度、工作稳定性和动态特性,电主轴和力矩电机被广泛应用于齿轮加工机床。本次展出的三菱ZFA 260双工位蜗杆砂轮磨齿机主轴转速达到8000转/分钟,工作台最高转速为2000转/分钟。利勃海尔LGG280磨齿机的砂轮主轴最高速度为12000转/分钟,工作台最高速度为3000转/分钟。秦川机床YKS7226蜗轮磨齿机的砂轮主轴最高转速为7000r/min,工作台最高转速为3000r/min。重庆机床YS7232A蜗轮磨齿机砂轮主轴最高转速为10000r/min,工作台最高转速为1500r/min。秦川机床YKZ7250A蜗轮磨齿机的砂轮主轴最高转速为7500r/min。

本次参展的三菱重工GE15FR高精度滚齿机和日本Kahifuji KN80高精度滚齿机采用全闭环控制,批量高速滚齿精度达到国标3级;三菱重工GE15FR Plus高精度滚齿机加工模数为0.4毫米、齿数为200、外径为φ80毫米、齿宽为18毫米的直齿轮,在滚刀(硬质合金材料)转速为8000转/分、轴向进给速度为0.2毫米/转的切削参数下,加工时间为5.7分钟,齿轮精度达到国标3级,包括单齿距误差、累积间隙误差和齿圈径向跳动。重庆机床YK3115GD和YH3120CNC数控干切滚齿机批量滚齿精度达到国标6级。

床身的基本部件采用热对称设计,有大的流道便于磨削油尽快排出,流经床身的流量始终恒定,或采用大理石床身底座,在工作台尾部安装温度传感器,利用热误差模型进行补偿。乐绍尔RZ260磨齿机和利勃海尔LGG280磨齿机使用蜗杆砂轮以DIN-2精度和高工艺稳定性磨削齿轮,以实现RZ

2.机床的加工功能不断增强,应用领域不断拓展。

在同一台机床上,通过更换不同的刀具可以实现不同的加工方法,通过更换刀具主轴系统可以实现外齿和内齿的加工切换。Leshall RZ160磨齿机不仅具有蜗轮磨削功能,还具有抛光磨削、成形磨削、锥齿轮磨削、非渐开线齿轮磨削、在机器上测量齿轮精度等功能。利勃海尔LGG280磨齿机不仅具有蜗杆砂轮磨削和成形磨削功能,还可以磨削外齿轮和内齿轮。该机器标配有外部磨头,并可通过成型方法扩展至磨削内齿轮。采用高切削率的新型砂轮磨削材料时,还可提供大驱动功率和大转速的外磨头和内磨头;新型夹刀装置可实现简单快速更换磨具;配套的内磨头可以快速方便地安装在外磨头上,并由主传动轴驱动。

持续满足NVH的要求。Leshall和Liebherr都推出了低噪声磨削,具有自由拓扑修改功能,可以实现齿轮仿真设计软件所需的任何形状,可以磨削双压力角齿轮和紧凑的阶梯齿,这两者都是为了提高传动功率密度或传动装置的小型化。

3.实现齿形零件全序列加工的多任务加工复合机床。

在多任务机床或加工中心中,可以通过一次夹紧来加工整个零件,从而缩短生产时间,提高质量并降低装卸和物流成本。德国DVS集团PITTLER公司展出的PV315 SkiveLine刮齿机的工艺灵活性可确保工件在最多两次装夹的状态下完成车削、铣削、钻孔、刮削、去毛刺和测量功能的全工序高精度加工。利勃海尔推出的LK280齿轮车床可通过一次装夹完成齿轮车削、去毛刺、钻孔(划线)、检测等加工。在马扎克展出的Integraex I-630V/6机床可以完成车削、外齿强力刮削、内齿强力刮削、雕刻(二维码、徽标、英文、数字)、在机测量等任务。南京二机展出的YD3132CNC干式滚齿机具有滚齿、倒角、去毛刺功能。

加工齿轮时使用刀库的一个明显优点是可以减少刀具的损耗。例如,在刮齿时,使用带有可转位标准刀片的粗刮刀去除高达80%的切削余量,然后用刀库代替高精度粉末冶金高速钢刀具或硬质合金刀具进行精加工。细刮刀可以磨快,粗刮刀的使用有效地保护了细刮刀的磨损。

4.绿色低碳制造,实现清洁加工,减少碳排放。

可持续发展模式是当今各国普遍追求的发展模式。本质上,它要求最有效地利用能源和资源,并尽量减少废物的产生。

采用高速干切削技术,不使用冷却液,避免了高效切削产生的油烟和油雾对环境的污染和对操作人员健康的威胁,改善了工作环境,实现了清洁生产。同时大大提高了切割速度,提高了加工效率,降低了生产成本。CIMT2023中展出的大多数滚齿机和齿轮车床都具有干切削功能。乐绍尔展出的RZ260磨齿机的精致密封设计和油雾吸入经过流体力学模拟验证,还具有自动从工件甩油功能,防止磨削液流出污染外部环境。

利勃海尔展出的LGG280磨齿机采用了一系列绿色低碳的技术和设备,如:制动能量回馈驱动技术、使用高效电控箱冷却装置、LED照明装置、通过速度可控泵供应和制备冷却液、非气动自动化装置(带止动器和分离器的传送带)、具有泄漏检测功能的气体消耗监控系统,减少了磨削油、工件甩油离心装置、水-/。

5.机床实现了自动化和智能化,提高了齿轮加工的效率和质量。

为了满足提高生产效率、提高产品质量和降低成本的需要,实现智能化齿轮制造是一条有效途径,这就要求齿轮加工机床具有自动化、数字化和智能化的功能。同时也符合数字化车间和智慧工厂的要求。

本次展览展出的滚齿机大多采用零编程人机界面。用户可以通过输入齿轮参数和加工参数自动生成NC代码,这降低了对机器操作人员的要求,减少了人机交互的频率并减少了加工辅助时间,从而提高了生产效率并解决了人工计算和编程错误的可能性。YK3126智能滚齿机在秦川机床展出。介绍了该系统具有智能工艺参数优化、远程故障诊断和主动避免主轴振动的功能。

Leshall磨齿机通过增加智能监测系统,可以监测机床工作状态下的各种振动电流,并通过对监测数据的处理判断机床工作状态是否异常,可以减少产品检查的频率,降低生产成本。

在软件/控制技术方面,利勃海尔磨齿机引入了全新的友好操作界面,使齿轮加工机的操作变得简单和容易,并为操作人员提供以下优势:个性化配置、直观操作、加工过程和生产变更操作指南、数学分析、触摸屏操作、支持图形输入、调整附加文档(如夹具组成)、集成网络摄像头等。为了减少刀具与夹具或主轴与工作台意外碰撞造成的损失,

秦川机床、重庆机床、南京二机床展出的蜗杆砂轮磨齿机具有任意齿向修形、齿面畸变补偿、点修形(任意齿廓修形)、齿面网状磨削、双压力角非对称齿轮磨削、小锥度齿轮磨削等多种复杂修形功能。

6.根据不同领域对齿轮加工的要求,介绍了专用定制机床。

为满足风电偏航机构中大模数少齿数齿轮的高效加工,重庆机床引进了y 3136数控大模数高效滚齿机,可在最大加工直径为360mm的机床上高效加工最大模数为16mm的齿轮,而这类齿轮此前需要在大型滚齿机上加工。在该机床上可以一刀滚齿模数为12毫米的齿轮,精度可达国标7级以上。

为满足RV谐波减速器小模数齿轮的高精高效加工要求,三菱重工引进的GE15FR Plus高精度滚齿机在滚刀和工作台上搭载直接驱动器,以全闭环控制实现高精高效加工。

对于具有轮廓干涉和特殊齿轮修形的工件,Leshall、利勃海尔、Kappa和重庆机床等公司推出了使用小直径砂轮的蜗杆砂轮磨齿机。

为了满足机器人RV减速器和自动变速箱内外齿轮的磨削需求,利勃海尔推出了新一代多功能、高效、高性能磨齿机LGG280。床身材料由高热稳定性材料制成,机床可配备多种内外磨头。内齿轮磨头安装在外齿轮磨头的接口处,由外齿轮磨头的主轴驱动。

7.完善齿轮制造产业链,提供齿轮加工一体化解决方案。

几家国外知名齿轮加工机床制造企业通过合并齿轮分析与仿真设计软件公司和齿轮测量仪器制造商,不断完善齿轮制造产业链,拥有成套的高性能齿轮制造技术,为齿轮加工提供一体化解决方案。

利勃海尔收购德国VENZEL公司的齿轮测量中心业务后,在本次展会上展出了一款新的齿轮测量中心。为此,利勃海尔成为继格里森、克林贝格和卡帕之后第四家能够提供精密齿轮加工机床、齿轮刀具、齿轮夹具、齿轮测量中心和齿轮设计计算软件的全球知名齿轮制造综合解决方案公司。

第二,技术分析

齿轮广泛应用于汽车、工程机械、机器人、风力发电、船舶、航空空航天等领域。近年来,随着新能源汽车、机器人、航空空航天等行业的发展,对减速器的性能要求越来越高,如结构紧凑、齿轮模数小型化、内传动比增大等等。主要体现在齿轮的转速高、传动平稳、噪声低、寿命长,这就需要高性能的齿轮制造。越来越多的齿轮需要硬齿面磨削或珩磨。

目前,滚齿、车削(刮削)、磨削和珩磨是圆柱齿轮的主要加工方法,而铣削和磨削是螺旋锥齿轮的主要加工方法。本届展会展出最多的是滚齿机、插齿机和磨齿机,这表明齿轮加工机床制造企业正在适应市场需求。

主要齿轮加工机床制造商在CIMT2023中展出的机床表明,市场需求的主要齿轮加工机床齐全,如滚齿机、齿轮车床、磨齿机、珩磨机、插齿机和铣齿机。在高效批量加工条件下,滚齿精度达到6级,车削齿轮精度达到6级,磨齿精度达到4级,均比以前提高了1级。滚齿机主轴转速达到2500转/分,工作台转速达到300转/分,磨齿机主轴转速达到10000转/分,工作台转速达到2000转/分,主轴转速不断提高。在热误差控制方面,磨齿机床的一些基本部件采用热对称设计,并有一个大的流道以利于磨削油尽快排出,并且通过机床的流量始终恒定,并提供在线探针以测量工件的正方向和横向方向以补偿尺寸变化。在智能方面,它一般具有人机界面的功能。一些磨齿机具有基本的工艺数据库管理,一些滚齿机具有热误差补偿、智能工艺参数优化、远程故障诊断和主动避免主轴振动的功能。在节能环保技术方面,大多数中小型滚齿机和齿轮车床都具有高速干切削并配备了除尘器。磨齿机采用封闭保护、高效油雾分离系统和磨削油回收循环系统。

尽管国内齿轮加工机床在许多方面取得了很大进步,但与国外先进技术相比仍有很大差距。主要体现在以下几个方面:

1.机床品种

就齿轮加工机床品种而言,国内高效精密珩磨机仍处于研发阶段,尚未投入生产。珩磨机在欧美已有成熟的技术并仍在不断改进。珩磨机已实现产业化,取得了显著进步。

2.加工精度

在磨齿方面,Leshauer和Liebherr生产的蜗杆砂轮磨齿机批量加工精度为4级,精加工精度为2级。Kappa生产的磨齿机精加工精度达到1级;国产蜗杆砂轮磨齿机批量加工精度5级,精加工精度3级,比国外低1-2级。

3.轴转速

利勃海尔磨齿机的砂轮主轴转速达到12000 r/min,工作台转速达到3000 r/min。使用进口力矩电机和电主轴的国产磨齿机的砂轮主轴和工作台的最高转速为10000转/分钟。

4.机器功能

莱沙尔磨齿机具有蜗杆砂轮磨削、抛光磨削、成形磨削、锥齿轮磨削、非渐开线齿轮磨削、齿轮精度测量等功能。利勃海尔磨齿机不仅具有蜗杆砂轮和成形磨削功能,还具有抛光磨削、锥齿轮磨削和非渐开线齿轮磨削功能。配置三种刀架可加工外齿轮、内齿轮和双级齿轮。同时,它配备了业界最先进的免费拓扑修改软件。

国产磨齿机可实现任意齿廓修形、齿面畸变补偿、点修形(任意齿廓修形)、齿面网状磨削、双压力角非对称齿轮磨削、小锥度齿轮磨削等复杂修形功能。,而且机床的使用功能与国外相比还有很大差距。

5.耐热性

国外高精度机床,如磨齿机,大多采用热力学仿真设计,采用大理石床身底座,具有较大的流道以利于磨削油尽快排出,流经床身的流量始终恒定,并在工作台末端安装温度传感器,通过热误差模型进行补偿。

国产磨齿机床床身的基本部件采用热对称设计,有较大的流道便于磨削油尽快排出,流经床身的流量始终恒定,并有在线探头,可测量工件的正、横向以补偿尺寸变化。然而,国内磨齿机在热稳定性设计和补偿方面仍存在差距。

6.智能程度

国外齿轮加工机床具有人机界面功能,机床内部有机床性能监控,如各电机轴和丝杠的运行状态监控;基于大数据的工艺数据库,可根据用户输入推荐合适的加工参数;机床运行的自动监控和过程监控;软件算法和控制技术具有个性化配置、直观操作、加工过程和生产变化的操作指南、数学分析、图形输入、调用附加文档和集成网络摄像头的功能。它具有自由拓扑修改功能,可以实现齿轮仿真设计软件要求的任意形状。

国产机床普遍具有人机界面功能,部分磨齿机具有基本的工艺数据库管理,部分滚齿机具有热误差补偿、智能工艺参数优化、远程故障诊断和主动避免主轴振动等功能。

第三,技术和产品的新发现

在磨齿机方面,除西门子外,Fanuc系统采用的是两套高效磨齿机数控系统。机床磨削效率进一步提高,主要是机床辅助时间缩短,Nideco(日本三菱)双工位磨齿机辅助时间3S。利勃海尔和卡帕都展示了蜗轮磨齿机的CBN磨削技术,该技术可分为粗磨和精磨,适用于大规模和更高效的齿轮磨削。Leshall RZ260 KWS 4.0通过智能实时数据处理和经过测试的算法来测量和监控修整和研磨过程。对于每个工件,修整和磨削过程中产生的所有数据都被记录并存储在数据库中,以确保100%的可追溯性。使用存储的过程和工具数据,包括通过DMC识别工件,提供了一种全面分析的方法。由于工艺信息的相互作用和预设限制的使用,超过或低于这些限制的工件将被自动移除。工业4.0的数字化产品和服务的应用可以解决包括系统集成、深度过程分析和预测性维护在内的许多问题,并最大限度地发挥机床的潜力。

然而,新能源汽车的齿轮转速(30000r/min)要求磨削齿轮形状误差FFA

有许多公司以研磨的形式展示成品。省陆联(麦翠思)展出了一台400尺寸成形砂轮磨齿机,价格超过200万元,是秦川、星河、康尼、永裕来、华当数控的近两倍。南方工业大学展示了一台带成型砂轮的1250尺寸磨齿机,价格400多万,磨削精度国家标准5级。进口成型砂轮磨齿机方面,除复合磨齿机(成型、蜗杆复合)外,其他均未展示。成型砂轮磨齿机的小规模市场销售重点在新能源汽车齿轮箱打样、高精度小批量生产和航空空航天领域,国内外产品市场价差在5-8倍以上。大型成型砂轮磨齿机的主要市场为风电、船用和轨道交通,市场销售情况良好。国内外产品价格相差2倍左右,磨削精度5-4级,对机床的精度、效率和可靠性要求较高。(cmtba,cmtba)

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