齒輪制造的專(zhuān)業(yè)性要求不再像以前那么高。這一說(shuō)法來(lái)自一個(gè)機(jī)床工具生產(chǎn)商，據(jù)說(shuō)它提供世界上第一個(gè)能夠進(jìn)行強(qiáng)力刮齒的臥式加工中心，加工中心采用嚴(yán)格的齒塑形工藝，即工件和工具按照持續(xù)接觸的方式，以接近完美的形式同步旋轉(zhuǎn)，并且保持精確定義的嚙合角。加上臥式配置能夠顯著減少設(shè)置工作量，據(jù)說(shuō)這種刮齒工藝能在一次設(shè)置后加工出最完美的齒輪。
JTEKT Toyoda Americas公司和豐田汽車(chē)公司起源于同一家企業(yè)，在制造汽車(chē)部件的機(jī)械齒輪方面有著很深的根基。在GS系列強(qiáng)力刮齒HMC中，這些經(jīng)驗(yàn)體現(xiàn)在了一種控制裝置中，但裝置目前只能用于凸輪軸和曲軸研磨專(zhuān)用的機(jī)床。提到剛性HMC平臺(tái)和GC70數(shù)控加工機(jī)床的高速主軸同步功能的結(jié)合時(shí)，生產(chǎn)經(jīng)理William Terry表示：“我們將一項(xiàng)經(jīng)過(guò)證實(shí)的技術(shù)與另一項(xiàng)經(jīng)過(guò)證實(shí)的技術(shù)組合起來(lái)。”
與墓碑式夾具或其他固定工具不同，GS系列HMC采用能夠在270°范圍內(nèi)調(diào)整的工件夾緊主軸，確保刮削工具和工件之間形成合適的夾角。采用這種可調(diào)整主軸，還可以通過(guò)操作兩根主軸方便機(jī)床在40位置自動(dòng)換刀裝置，包括端銑刀、鉆頭、開(kāi)槽工具和進(jìn)行對(duì)稱(chēng)圓形車(chē)削的單點(diǎn)工具接觸到零件。這種機(jī)床配置加強(qiáng)了通常由10臺(tái)或更多專(zhuān)用設(shè)備組成的生產(chǎn)線(xiàn)，幫助制造商高精度確定關(guān)鍵零件的特性，無(wú)論是設(shè)備相互之間或相對(duì)于任何其他關(guān)鍵基準(zhǔn)的特性數(shù)據(jù)。“我們至少可以切割五種大多數(shù)工藝無(wú)法切割的機(jī)床。”Terry說(shuō)道。實(shí)際上，使用單個(gè)夾持裝置可以對(duì)齒輪進(jìn)行撤銷(xiāo)、內(nèi)部和外部刮齒、外圍研磨或鉆孔，甚至倒角和去毛刺工藝，而這些工藝可能需要專(zhuān)業(yè)設(shè)備才能完成。“這意味著層壓結(jié)構(gòu)誤差為零，每種特性、每個(gè)尺寸、每個(gè)容差都是同心的。”
圖1 作為一項(xiàng)保持接觸的工藝，強(qiáng)力刮齒比齒輪塑形更為高效，兩者均是采用相似的多齒工具在切口內(nèi)外振動(dòng)進(jìn)行加工。強(qiáng)力刮齒比滾齒更靈活，兩種工藝類(lèi)似，但滾齒僅局限在外部齒輪的齒和單件刀具。相比之下，GS系列機(jī)床40種位置的ATC可以容納多個(gè)車(chē)齒刀、鉆頭、端銑刀和其他工具
從精度上講，測(cè)試證明機(jī)床能夠可靠地重復(fù)生產(chǎn)符合美國(guó)齒輪制造商協(xié)會(huì)(AGMA)Q11質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的齒輪。Terry表示，該標(biāo)準(zhǔn)并非強(qiáng)制規(guī)定，業(yè)內(nèi)的用戶(hù)必須在質(zhì)量和生產(chǎn)率之間自己找到平衡。“如果您要求每個(gè)零件都符合AGMA 14或15標(biāo)準(zhǔn)，不希望在粗加工工藝上浪費(fèi)時(shí)間，可以直接將零件從機(jī)床上取下來(lái)，然后放到研磨機(jī)上。如果您對(duì)工具壽命和周期時(shí)間要求較高，可以將機(jī)床加工過(guò)的齒輪直接作為成品。”
無(wú)論用戶(hù)的要求如何，有效的刮齒都是從保證剛度開(kāi)始。多齒工具和工件寬邊保持接觸可以產(chǎn)生“巨大的力”。即便實(shí)際情況不是這樣，兩個(gè)快速旋轉(zhuǎn)、相互配合的主軸也不會(huì)允許刮削工具的夾角和進(jìn)料速率與規(guī)定值發(fā)生太大偏差。輕微的顫動(dòng)就足以導(dǎo)致幾何形狀與規(guī)范不符。
“為了避免顫動(dòng)，你要使用巖石或鐵對(duì)固定零件的所有裝置進(jìn)行包覆固定。”Terry提到所有公司的HMC通用的鑄鐵結(jié)構(gòu)時(shí)說(shuō)。與它們所基于的FH-J模型類(lèi)似，GS系列HMC也在主軸前后使用兩行陶瓷軸承，并在所有軸上使用大號(hào)滾子軸承。事實(shí)上，除了采用工件夾緊主軸和缺少托盤(pán)系統(tǒng)之外，GS系列機(jī)床與FH-J系列設(shè)備的最顯著區(qū)別在于玻璃分劃尺和高質(zhì)量軸驅(qū)動(dòng)。
同步兩個(gè)快速旋轉(zhuǎn)的主軸主要由GC70數(shù)控加工機(jī)床和機(jī)床的Toyopuc可編程邏輯控制器完成。“重點(diǎn)在于加工速度——在完全同步的環(huán)境下控制多個(gè)軸的能力。”Terry提到這些系統(tǒng)的組合時(shí)說(shuō)，“我們?cè)诘却コ牟牧希皇窃诘却軌虿蹲轿锢韺W(xué)特性的電子裝置。”
快速加工對(duì)于確保正確同步和在實(shí)現(xiàn)HMC刮削成本效益的速度下完成同步非常重要。對(duì)于零件，GS系列提供的工件旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到3000?r/min，而工具旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到6000?r/min。Terry強(qiáng)調(diào)，這一轉(zhuǎn)速足夠快，可以使用硬質(zhì)合金工具，而非高速鋼。同時(shí)，設(shè)備具有靈活性，不僅能提升工作效率，還能選擇齒輪質(zhì)量和生產(chǎn)速度的平衡。耐用的硬質(zhì)合金工具在較低進(jìn)料速率下進(jìn)行切割會(huì)花費(fèi)更多時(shí)間，加工出更為平整的表面。
數(shù)控加工機(jī)床還使用了專(zhuān)門(mén)針對(duì)(僅用于)刮削功能的會(huì)話(huà)編程接口。系統(tǒng)通過(guò)一系列的角度和幾何圖形問(wèn)題提示用戶(hù)輸入足夠多的信息，從而準(zhǔn)確確定任何花鍵或螺旋或直齒輪(斜面齒輪、準(zhǔn)雙曲面齒輪和蝸輪需要其他加工方案)。HMC除了具備靈活性之外，還能避免購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)用軟件，讓控制自己齒輪制造的任何操作變得更加簡(jiǎn)單。“機(jī)床適用于大規(guī)模生產(chǎn)，但也非常適合加工車(chē)間。”Terry說(shuō)。
JTEKT Toyoda Americas公司和豐田汽車(chē)公司起源于同一家企業(yè)，在制造汽車(chē)部件的機(jī)械齒輪方面有著很深的根基。在GS系列強(qiáng)力刮齒HMC中，這些經(jīng)驗(yàn)體現(xiàn)在了一種控制裝置中，但裝置目前只能用于凸輪軸和曲軸研磨專(zhuān)用的機(jī)床。提到剛性HMC平臺(tái)和GC70數(shù)控加工機(jī)床的高速主軸同步功能的結(jié)合時(shí)，生產(chǎn)經(jīng)理William Terry表示：“我們將一項(xiàng)經(jīng)過(guò)證實(shí)的技術(shù)與另一項(xiàng)經(jīng)過(guò)證實(shí)的技術(shù)組合起來(lái)。”
與墓碑式夾具或其他固定工具不同，GS系列HMC采用能夠在270°范圍內(nèi)調(diào)整的工件夾緊主軸，確保刮削工具和工件之間形成合適的夾角。采用這種可調(diào)整主軸，還可以通過(guò)操作兩根主軸方便機(jī)床在40位置自動(dòng)換刀裝置，包括端銑刀、鉆頭、開(kāi)槽工具和進(jìn)行對(duì)稱(chēng)圓形車(chē)削的單點(diǎn)工具接觸到零件。這種機(jī)床配置加強(qiáng)了通常由10臺(tái)或更多專(zhuān)用設(shè)備組成的生產(chǎn)線(xiàn)，幫助制造商高精度確定關(guān)鍵零件的特性，無(wú)論是設(shè)備相互之間或相對(duì)于任何其他關(guān)鍵基準(zhǔn)的特性數(shù)據(jù)。“我們至少可以切割五種大多數(shù)工藝無(wú)法切割的機(jī)床。”Terry說(shuō)道。實(shí)際上，使用單個(gè)夾持裝置可以對(duì)齒輪進(jìn)行撤銷(xiāo)、內(nèi)部和外部刮齒、外圍研磨或鉆孔，甚至倒角和去毛刺工藝，而這些工藝可能需要專(zhuān)業(yè)設(shè)備才能完成。“這意味著層壓結(jié)構(gòu)誤差為零，每種特性、每個(gè)尺寸、每個(gè)容差都是同心的。”
從精度上講，測(cè)試證明機(jī)床能夠可靠地重復(fù)生產(chǎn)符合美國(guó)齒輪制造商協(xié)會(huì)(AGMA)Q11質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的齒輪。Terry表示，該標(biāo)準(zhǔn)并非強(qiáng)制規(guī)定，業(yè)內(nèi)的用戶(hù)必須在質(zhì)量和生產(chǎn)率之間自己找到平衡。“如果您要求每個(gè)零件都符合AGMA 14或15標(biāo)準(zhǔn)，不希望在粗加工工藝上浪費(fèi)時(shí)間，可以直接將零件從機(jī)床上取下來(lái)，然后放到研磨機(jī)上。如果您對(duì)工具壽命和周期時(shí)間要求較高，可以將機(jī)床加工過(guò)的齒輪直接作為成品。”
無(wú)論用戶(hù)的要求如何，有效的刮齒都是從保證剛度開(kāi)始。多齒工具和工件寬邊保持接觸可以產(chǎn)生“巨大的力”。即便實(shí)際情況不是這樣，兩個(gè)快速旋轉(zhuǎn)、相互配合的主軸也不會(huì)允許刮削工具的夾角和進(jìn)料速率與規(guī)定值發(fā)生太大偏差。輕微的顫動(dòng)就足以導(dǎo)致幾何形狀與規(guī)范不符。
“為了避免顫動(dòng)，你要使用巖石或鐵對(duì)固定零件的所有裝置進(jìn)行包覆固定。”Terry提到所有公司的HMC通用的鑄鐵結(jié)構(gòu)時(shí)說(shuō)。與它們所基于的FH-J模型類(lèi)似，GS系列HMC也在主軸前后使用兩行陶瓷軸承，并在所有軸上使用大號(hào)滾子軸承。事實(shí)上，除了采用工件夾緊主軸和缺少托盤(pán)系統(tǒng)之外，GS系列機(jī)床與FH-J系列設(shè)備的最顯著區(qū)別在于玻璃分劃尺和高質(zhì)量軸驅(qū)動(dòng)。
同步兩個(gè)快速旋轉(zhuǎn)的主軸主要由GC70數(shù)控加工機(jī)床和機(jī)床的Toyopuc可編程邏輯控制器完成。“重點(diǎn)在于加工速度——在完全同步的環(huán)境下控制多個(gè)軸的能力。”Terry提到這些系統(tǒng)的組合時(shí)說(shuō)，“我們?cè)诘却コ牟牧希皇窃诘却軌虿蹲轿锢韺W(xué)特性的電子裝置。”
快速加工對(duì)于確保正確同步和在實(shí)現(xiàn)HMC刮削成本效益的速度下完成同步非常重要。對(duì)于零件，GS系列提供的工件旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到3000?r/min，而工具旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到6000?r/min。Terry強(qiáng)調(diào)，這一轉(zhuǎn)速足夠快，可以使用硬質(zhì)合金工具，而非高速鋼。同時(shí)，設(shè)備具有靈活性，不僅能提升工作效率，還能選擇齒輪質(zhì)量和生產(chǎn)速度的平衡。耐用的硬質(zhì)合金工具在較低進(jìn)料速率下進(jìn)行切割會(huì)花費(fèi)更多時(shí)間，加工出更為平整的表面。
數(shù)控加工機(jī)床還使用了專(zhuān)門(mén)針對(duì)(僅用于)刮削功能的會(huì)話(huà)編程接口。系統(tǒng)通過(guò)一系列的角度和幾何圖形問(wèn)題提示用戶(hù)輸入足夠多的信息，從而準(zhǔn)確確定任何花鍵或螺旋或直齒輪(斜面齒輪、準(zhǔn)雙曲面齒輪和蝸輪需要其他加工方案)。HMC除了具備靈活性之外，還能避免購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)用軟件，讓控制自己齒輪制造的任何操作變得更加簡(jiǎn)單。“機(jī)床適用于大規(guī)模生產(chǎn)，但也非常適合加工車(chē)間。”Terry說(shuō)。