五軸加工中心加工齒輪的工藝

用通用五軸加工中心加工大磨數(shù)高精度螺旋傘齒輪加工大模數(shù)、 硬齒面、 寬齒面及高精度的螺傘一直是困擾工業(yè)齒輪行業(yè)多年的問題。 在通用 加工中心沒有出現(xiàn)以前， 加工這種齒輪惟一的辦法就是用專用螺傘加工機(jī)床加工， 而由于這 種大模數(shù)高精度的齒輪含有較高的利潤， 因此專用機(jī)床廠家并不對外銷售這種齒輪的加工機(jī) 床，而只是賣齒輪， 這就使得用戶無法自己進(jìn)行加工這種齒輪而只能依靠進(jìn)口。 隨著機(jī)械行 業(yè)越來越向重型化發(fā)展， 加工大模數(shù)高精度螺傘齒輪帶來的制造瓶頸也越來越突出， 就迫使 人們不得不考慮新型的加工方法，于是，采用通用5 軸加工中心加工大模數(shù)高精度的螺傘的這種方法就應(yīng)運(yùn)而生了。在 2009 年 4 月 611 日舉辦的北京國際機(jī)床展覽會(huì)上，瑞士 GF 阿奇夏米爾集團(tuán)的展 臺(tái)上就出現(xiàn)了一對用米克朗五軸通用加工中心加工的螺旋傘齒輪， 吸引了眾多齒輪用戶的注 意。這對齒輪為硬齒面齒輪，滾檢后接觸區(qū)理想，在 21.5m/s 的線速度下，齒輪的噪聲低 于 67db ，說明齒輪具有良好的嚙合特性和精度。眾所周知，在加工中心上加工高精度的工件需要一系列的相關(guān)技術(shù)，其中最關(guān)鍵、 最核 心的就是機(jī)床制造技術(shù)和 CAM 軟件技術(shù)，只有在高精度的機(jī)床和高質(zhì)量的 CAM 軟件的支 持下，才能高效率地加工高精度的零件。一直以來， 瑞士 GF 阿奇夏米爾集團(tuán)都是國際上以生產(chǎn)高精度高剛性的米克朗五軸機(jī)床 而著稱的機(jī)床生產(chǎn)商， 其生產(chǎn)的米克朗 HPM1850U 五軸加工中心采用了諸多機(jī)床業(yè)先進(jìn)的 技術(shù)。這種五軸加工中心在其擺動(dòng)軸（ B 軸）及回轉(zhuǎn)軸（ C 軸）都應(yīng)用了直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)，其中B 軸的擺動(dòng)速度可達(dá)到 20r/min ； C 軸則達(dá)到 30r/min 。不僅如此，在 B/C 軸上都采用了液 壓夾緊，使得 B/C 軸能在加工過程中獲得極大的剛性，這在齒輪的加工中尤其重要。另外，由于齒輪的加工時(shí)間長，機(jī)床的熱穩(wěn)性更為關(guān)鍵，米克朗HPM1850U機(jī)床配備了 APS （高 級工藝控制系統(tǒng)）及ITC （智能熱補(bǔ)償系統(tǒng)），使得這種機(jī)床具備了極佳的熱穩(wěn)定性，從而 可以確保齒輪的加工精度， 使其在通用五軸加工中心上加工高精度大模數(shù)螺旋傘齒輪成為可 能。該項(xiàng)目的合作方，螺傘 CAM 軟件的開發(fā)者北京交通大學(xué)王小椿教授為國際上最負(fù)盛名 的齒輪專家之一，其在 1994 年即解決了國際齒輪界權(quán)威 Litivn 所斷言的不能精確計(jì)算齒面 三階參數(shù)的問題，其出版的英文專著已經(jīng)成為齒輪界的經(jīng)典之作，并在CAM 和 CNC 上具有很高的造詣。該螺傘 CAM 軟件包括以下幾個(gè)特點(diǎn)：1. 高強(qiáng)度和高可加工性的齒輪副設(shè)計(jì)由于加工中心上刀具軌跡安排的靈活性， 齒線曲率可以不受刀盤尺寸系列的限制， 按最 佳輪齒彎曲強(qiáng)度來選取。 同樣， 左、右兩側(cè)齒面的產(chǎn)形面之間的相對位置也可以不受刀盤上 內(nèi)、外兩側(cè)刀齒相對位置的約束，可以通過適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)調(diào)整，達(dá)到大、 小輪的齒頂和槽底寬度在全齒面寬上基本一致， 因而可以采用很大的齒根圓角半徑， 加工出的齒輪具有厚實(shí)的齒 頂，并允許采用較大直徑的刀具進(jìn)行高效率、高精度的齒輪加工。以一對 31:32 、模數(shù) 36、齒面寬 270 的螺傘為例，若采用傳統(tǒng)的 Gleason 或國標(biāo)設(shè)計(jì) 方法，小輪的槽底寬度只有 12mm ，齒深超過 70mm ，加工非常困難，而且齒根圓角半徑 也只能做到 6mm 左右。而采用新的設(shè)計(jì)理念， 大、小輪的槽底寬度都達(dá)到 20mm 以上，最 大齒深減少到 66mm ，極大地改善了可加工性， 還避免了齒頂?shù)牡故湛s， 同時(shí)齒根圓角半徑 可以達(dá)到 10mm 以上。設(shè)計(jì)模塊還包括了等高齒和微收縮齒兩種齒形， 用戶可根據(jù)需要靈活選用。 軟件包還支持帶軸伸的螺傘加工，以便采用導(dǎo)向軸承來減小體積、改善軸承和齒輪副的工作狀況。2. 良好的可裝配性 可以滿足沿小輪軸線法向裝配的要求，在許多場合可以簡化裝配工藝，提高裝配效率。由于齒線曲率比較均勻， 即使是大傳動(dòng)比的齒輪副， 沿小輪軸線方向裝配一般也不會(huì)發(fā)生卡滯的現(xiàn)象。3. 完善的齒面接觸區(qū)和噪聲控制制造螺傘無須小調(diào)整，可以一次加工出理想的齒面接觸區(qū)，基本上達(dá)到無聲運(yùn)行。 本軟 件包具有自動(dòng)優(yōu)化齒面接觸區(qū)的功能模塊， 無須任何人工干預(yù)， 在數(shù)秒鐘之內(nèi)， 自動(dòng)將齒面 接觸區(qū)調(diào)整到理想的位置和形狀， 并保證所加工的齒輪副基本上達(dá)到無聲運(yùn)行。 因此采用本 軟件包制造的螺傘齒輪副可以不需要小調(diào)整， 不需要滾檢， 加工完畢之后可以直接發(fā)貨或裝 配。4. 支持全系列的機(jī)床布局CAM 模塊中都嵌入了支持具有完善的后置處理功能，支持所有的機(jī)床布局。在每一個(gè) 全系列 5 軸和 6 軸 5 聯(lián)動(dòng)機(jī)床布局的后置處理模塊，用戶可以很方便地通過人機(jī)界面定義 所使用的機(jī)床類型，軟件將自動(dòng)生成適合該機(jī)床的 G 代碼。5. 功能強(qiáng)大、完備具有設(shè)計(jì)、強(qiáng)度分析（ CAE ）、接觸區(qū)優(yōu)化、接觸區(qū)分析（ TCA ）、支持不同種類刀具 （立銑刀和高效率的三面刃銑刀）的加工方法（ CAM ）、齒面測量和誤差分析及齒面網(wǎng)格 數(shù)據(jù)生成功能，功能強(qiáng)大，并十分完備。6. 傻瓜型的軟件結(jié)構(gòu)該軟件包易學(xué)好用， 是一個(gè)傻瓜型的軟件包。 除了最基本的一些齒輪參數(shù)需要操作人員 提供之外， 其余參數(shù)或者是由系統(tǒng)通過優(yōu)化或?qū)＜規(guī)熳詣?dòng)確定， 或由系統(tǒng)給出建議值， 由用 戶圓正后輸入。 因此只要對螺傘加工調(diào)試和加工中心上的刀具切削用量有一些基礎(chǔ)的操作人 員，半天就可以初步掌握，兩天就可以熟練運(yùn)用。7. 確保加工出高精度的齒輪該軟件不需要用戶自己建立 3D 實(shí)體模型，軟件自動(dòng)生成刀位軌跡數(shù)據(jù)點(diǎn)，因此避免了CAD/CAM 模型轉(zhuǎn)換過程中造成的精度損失，從而在機(jī)床和刀具等硬件情況相同的情況下， 能加工出更高精度的齒輪。