早在公元前400年,中國已開始使用手工修銼成形的齒輪。1540年,意大利的J.托里亞諾在制造鐘表時制成一臺使用旋轉銼刀的切齒裝置。1835年,英國的J.B.惠特沃思獲得蝸輪滾齒機的專利。1858年,C.席勒取得圓柱齒輪滾齒機的專利。以后幾經改進,直至1897年德國人H.Pfauter制成帶差動機構的滾齒機,才圓滿解決了加工斜齒輪的問題。20世紀初,由于齒輪需求量迅速發展,特別是為了滿足汽車工業的生產需要,又先后出現了插齒機、刨齒機、銑齒機、磨齒機、剃齒機和珩齒機。經過半個世紀的發展,形成了滾、插、剃、珩、磨的齒輪加工基礎。

在當前的齒輪制造業中,各家公司的齒輪加工工藝大致相同。汽車齒輪大多數采用滾齒-剃齒-熱處理-珩齒工藝,少數企業和部分轎車企業采用滾齒-熱處理-磨齒工藝,而重載齒輪傳動業則普遍采用滾齒-熱處理-磨齒工藝。滾齒在汽車齒輪加工方面占據了70% 以上的份額,可見滾齒在齒輪加工領域的作用不可替代。

隨著時代發展,各公司對滾齒機的效率和質量要求越來越高,有些用戶要求CPK≥1.67以及fα、fβ、Fp達DIN 6級標準。另外,高可靠性和高數字化程度也是各公司的重點考慮范圍。目前,滾齒機一般有粗、精加工兩種,粗加工精度低于8級,一般精加工為7~6級,高精度精加工則高于6級。

滾齒機技術的發展

滾齒機制造技術的發展可劃分為機械式滾齒機和數控滾齒機兩個階段。

傳統的機械傳動式滾齒機,其特征為各主軸采用機械式的傳動形式,包括差動、分齒、工件軸、滾刀軸和進給等。由于傳動鏈固有的理論誤差和安裝間隙,造成速度很慢,精度很低。工作時,滾刀裝在滾刀主軸上,由主電動機通過齒輪副和蝸輪副驅動作旋轉運動;刀架可沿立柱導軋垂直移動,還可繞水平軸線調整一個角度。工件裝在工件軸上,由分度蝸輪副帶動旋轉,與滾刀的運動一起構成展成運動。滾切斜齒時,差動機構使工件作相應的附加轉動。工作臺(或立柱)可沿床身導軌移動,以適應不同工件直徑和作徑向進給。

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在CIMT 2007上展出的GENESIStm 130H數控滾齒機

隨著數控技術的發展,出現了1~3個軸數控化的滾齒機,其中的一部分軸采用伺服電機數字化控制。直到20世紀80年代,世界上才出現真正意義上的六軸數控滾齒機。在過去的20年中,數控滾齒機的發展可以劃分為4代。

第一代數控滾齒機的工件軸和滾刀軸等采用傳統的蝸桿蝸輪副傳動,速度依然較低,但精度有所提高。隨著刀具技術的發展,切削線速度有了很大的提高,原來的滾齒機已不能滿足刀具的高速切削要求,于是更快的第二代數控滾齒機誕生。其工件軸和滾刀軸采用齒輪副傳動,速度有很大的提高。格里森鳳凰牌125GH是第二代數控滾齒機的代表。

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GENESIStm 130H的人造大理石床身

第三代數控滾齒機于90年代末期出現,它與世界上兩大齒輪裝備巨頭的合并不無干系。差動機構滾齒機發明人H.Pfaute創辦了PFAUTER公司,100多年來,PFAUTER公司不斷探索,使滾齒機制造技術始終處于世界領先地位。1997年,世界著名錐齒輪制造商——美國格里森公司成功收購德國PFAUTER公司。通過技術的強強聯手,第三代數控滾齒機GP系列誕生。其以全直驅技術的利用為特征,工件軸和滾刀軸的直接驅動實現了真正意義的全閉環控制。直驅技術的使用,保證了高速度;電子齒輪箱和機械間隙的數控補償,保證了高精度。這時,數控滾齒機似乎進入頂峰。

作為齒輪技術和裝備的領導者,近10年間,基于多年的齒輪機床制造經驗以及不斷的創新意識,格里森公司又開發出第四代滾齒機GENESIStm 130H,這也是當今世界上唯一的第四代數控滾齒機。GENESIStm 130H采用“三合一”的人造大理石床身,只有在高精度磨床上才使用的床身被應用于粗加工機床,可見粗加工對于后續工序的進行影響很大。同時,GENESIStm 130H還應用了快速上下料機構、干切技術、快換夾具、人性化的人機界面、安全集成模塊等最新技術。數控滾齒機朝著超高速、超精度、超可靠性、超數字化方向發展。

第四代數控滾齒機——GENESIStm 130H

格里森 GENESIStm 130H 立式滾齒機具備突破性的新設計,可以優化干切程序,顯著減少占地面積,大大改善節拍時間。床身采用先進的人造大理石的整體性框形結構,將傳統的床身和機床立柱、尾架立柱鑄造為一體,兩立柱上部用橫桿共同組成整體框架。采用人造大理石的優點在于,它不會因為時間的推移、溫度的變化而降低精度。另外,它比常規鑄鐵床身的制成速度更快、更精確,具有更高的剛度。這既保證了優越的減振效果
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