滾齒加工的新模式

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作者：GuenterWermeister

　　山特維克可樂滿的全新刀具產(chǎn)品縮短了加工時間、減少了滾齒齒輪的成本、最大限度地提高了產(chǎn)品質(zhì)量以及提高了加工效率。

　　沒有齒輪的旋轉(zhuǎn)運動的傳動是不可想象的。無論是在工程機(jī)械、汽車動力、運輸技術(shù)，還是在鐵路、造船，甚至在能源生產(chǎn)方面，沒有齒輪什么都無法運轉(zhuǎn)。就像齒輪的制造一樣，傳動必須是高效的。

　　在各個領(lǐng)域，人們都希望能提高速度、延長運行時間和降低噪音水平，因此對齒輪的精度要求也越來越高。國際競爭和由此帶來的成本壓力也促使不斷尋求新的節(jié)能潛力以及優(yōu)化生產(chǎn)。當(dāng)然，這也是新工藝開發(fā)的背景和動力，為了找出最新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，甚至也評估了舊的試驗－測試方法。

　　性價比極高的和精密的齒輪制造工藝之一就是滾銑。對于這種工藝，例如在加工蝸輪的情況下，在滾齒機(jī)上工件和刀具是連續(xù)嚙合的。這樣做，齒輪滾刀切削的是工件上的齒間和齒，使它們達(dá)到變速箱齒輪對所需的形狀。使用這種工藝就不會產(chǎn)生傳統(tǒng)的包絡(luò)線切削時容易出現(xiàn)的誤差源，即齒形偏差和齒距誤差。這是因為滾齒切削工藝中的齒形是通過兩個物體嚙合時生成的包絡(luò)切削產(chǎn)生的。

　　滾銑過程的一個更大的優(yōu)勢是，除了可以加工齒輪外，還可以生成其它形狀的工件，例如花鍵軸或棘輪，只要它們相同的形狀和齒距中有空間。

　　所用刀具

　　滾齒刀具有單片刀具和多片刀具，切削刃分布在圓周上，圓周上還有排屑槽。到現(xiàn)在為止，切削材料主要是高合金高速鋼（HSS）。除了粉末冶金制造的HSS整體硬質(zhì)合金刀具，鑲篏硬質(zhì)合金刀桿的刀具也用于切削。事實上，傳統(tǒng)的HSS刀具仍然占有超過百分之五十的市場份額。其原因是這兩種整體硬質(zhì)合金銑刀以及安裝了固定的硬質(zhì)合金切削刃的刀具不能滿足要求。首先是，在重磨后，服務(wù)壽命方面會有嚴(yán)重的損失，或單個切削刃崩損會導(dǎo)致必須更換整個刀具。為了重磨刀具，常常必須去除涂層，這就帶走了切削刃口的粘結(jié)劑為鈷。

　　由于切削刃的脆性，就導(dǎo)致了降低刀具壽命，縮短了可預(yù)測壽命。

　　在大模數(shù)的情況下，最近幾年切向安裝的硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片刀具用得越來越普遍。這種解決方案具有明顯的優(yōu)點。燒結(jié)硬質(zhì)合金也可以用作大直徑齒輪滾刀的切削刀具材料，除了刀體具有長的刀具壽命，還可以與已經(jīng)適用于相關(guān)工件材料和齒形的不同刀具材料材質(zhì)一起使用。因此，一個相同刀體可以用于不同的任務(wù)，這就減少了刀具數(shù)量，因此，也就降低了庫存要求。這種概念不僅僅能夠達(dá)到要求的形狀精度，而且可以顯著地縮短制造時間，還可觀地減少了重磨和加涂層方面的成本。

　　高效齒輪切削

　　對于山特維克可樂滿來說，齒輪切削刀具是其相對新進(jìn)的領(lǐng)域。作為全球領(lǐng)先的全面的刀具提供商，它的目標(biāo)自然不僅僅是推出已令人信服的齒輪切削刀具概念，它還要與合格的機(jī)床制造商和客戶方面的合作伙伴緊密合作。到現(xiàn)在為止，山特維克可樂滿的兩個產(chǎn)品已經(jīng)成功地進(jìn)入了齒輪切削刀具制造領(lǐng)域：模數(shù)范圍為12-22的CoroMill170圓盤銑刀，和有切向安裝的可轉(zhuǎn)位刀片的大齒輪滾刀。這兩種刀具都極大程度的提高了齒輪加工技術(shù)。

　　uP-Gear齒輪工藝用于完整的包括螺旋齒輪在內(nèi)的錐齒輪生產(chǎn)，它在五軸加工中心上的僅有的兩次夾緊上即可完成。這種工藝是朝著成為齒輪箱生產(chǎn)方面的全服務(wù)提供商發(fā)展的成功的一步。山特維克可樂滿是與VoithTurbo與Gebr.HellerMaschinenfabrikGmbH一起合作開發(fā)出這種技術(shù)的。山特維克可樂滿目前正在進(jìn)行下一步工作：采用可互換的全齒形可轉(zhuǎn)位刀片的齒輪滾刀的制造。

　　通常，切向安裝的可轉(zhuǎn)位刀片有不超過兩個切削刃形成接觸。與切向安裝的可轉(zhuǎn)位刀片相反，使用全齒形可轉(zhuǎn)位刀片的刀具還形成了三個后刀面切屑。這意味圓周上的切削刃必須可以通向三個側(cè)面，從而可以排屑。這就導(dǎo)致了對可轉(zhuǎn)位刀片與刀體之間有專門的要求，如果是使用刀墊或刀座與可轉(zhuǎn)位刀片的話。此外，為了能符合DIN3968的嚴(yán)格公差，可轉(zhuǎn)位刀片的夾緊裝置的定位必須有極高的精度。

　　目前已經(jīng)開發(fā)出一種新型刀片定位接口，這種刀片定位接口可以保證精密的定位，并保證在粗加工過程中可轉(zhuǎn)位刀片的夾緊。由于根據(jù)模數(shù)大小和用途確定的刀片可以是單切削刃或雙切削刃，一般來說，對于多切削刃刀片不是問題：盡管切削刃可以位于圓周的3個邊，但是，根據(jù)仔細(xì)的觀察，我們看到單切削刃或雙切削刃可轉(zhuǎn)位刀片也會被自然地稱為“可轉(zhuǎn)位刀片”。

　　為了生產(chǎn)可轉(zhuǎn)位刀片的齒輪滾刀，山特維克可樂滿與知名的合作伙伴一起建立了專門技術(shù)。除了HöflerMaschinenbauGmbH，GarlZeissGmbH作為成品刀具和傳動機(jī)構(gòu)的精密測量的工業(yè)測量專家也加入了這支隊伍。合作關(guān)系還包括與一些知名的齒輪箱制造商和幾個大學(xué)的密切合作，例如Lunds技術(shù)學(xué)院（瑞典）和WZL（機(jī)床實驗室，RWTHAachen）齒輪加工集團(tuán)。

　　初步結(jié)果

　　新的滾刀刀具的初始實際生產(chǎn)測試已經(jīng)完成了，并對它進(jìn)行了分析。測試表明，安裝了硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的齒輪滾刀并沒有達(dá)到用高速鋼或整體硬質(zhì)合金滾刀所加工出的精度要求。但是，這種滾刀可以保證符合DIN3968的B等級，這就意味著可以用于制造符合DIN3962的等級9-11的齒輪。如果必須達(dá)到更高的工件等級，則要求接著采用傳統(tǒng)滾刀加工或磨削工序。滾銑質(zhì)量不僅僅是由齒輪滾刀等級決定的，它還受到工件夾緊裝置的牢靠程度、齒輪滾床的精度和滾刀與工件的同心度和跳動量的影響。

　　總地來說，實際生產(chǎn)測試的結(jié)果已經(jīng)表明，在三個重要的判斷標(biāo)準(zhǔn)方面，新的滾刀的實際優(yōu)點為：縮短了切削時間和滾銑每零件成本，提高了刀具壽命。對測試結(jié)果的詳細(xì)的研究表明了改進(jìn)的實際程度。

　　縮短了切削時間

　　齒輪滾銑時，在各種因素中，基本加工時間是由切削速度和工件軸向進(jìn)給確定的。鋼的類型與切削材料的匹配，以及使用的機(jī)床的穩(wěn)定性與性能是確定最影響性價比的切削速度的決定性因素。在實際生產(chǎn)條件下的測試表明了，在保持刀具的每轉(zhuǎn)進(jìn)給率不變的情況下，切削速度通常可以翻番，用這種方法，在一個案例中，切削時間由200分鐘縮短到90分鐘。

　　硬質(zhì)合金切削刃可以比高速鋼（HSS）切削刃承擔(dān)更高的切屑負(fù)荷。這就是說可以達(dá)到更高的每齒進(jìn)給率。此外，應(yīng)用這種方法可以補(bǔ)償因有效切削刃的數(shù)目的減少而增加的加工時間。

　　在將切屑離開滾刀時產(chǎn)生的理論最大切屑厚度就是切屑負(fù)荷。當(dāng)確定進(jìn)給率時，總是應(yīng)該記錄切屑負(fù)荷，并將它用于計算進(jìn)給率。如果機(jī)床性能和工件材料等所有決定性因素都允許，新刀具就可以承受高達(dá)0.35mm的切屑負(fù)荷，和最高達(dá)350m/min的切削速度，具體數(shù)字與所加工的模數(shù)有關(guān)。

　　延長了刀具壽命

　　在齒輪滾銑的贏利能力研究中，不是使用通常以規(guī)定的分鐘作為刀具壽命的單位，滾刀是用刀具切削長度作為評價標(biāo)準(zhǔn)。這個長度相應(yīng)于兩次重磨之間的，或兩次更換刀具上的可轉(zhuǎn)位刀片之間，所有切削的工件齒的長度的總和。

　　在優(yōu)化的條件下，比如在合適的涂層和硬質(zhì)合金切削刃口的條件下，在實際生產(chǎn)測試中，已經(jīng)達(dá)到了每次更換刀具時刀具長度，這個長度至少高于涂層HSS刀具的3倍。更高的每齒進(jìn)給也對這點有貢獻(xiàn)。如果每齒進(jìn)給太低，也會加速磨損、縮短刀具壽命并引起在工件上生成過多的熱量。因此在干切削中，應(yīng)毫不猶豫地采用硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片，從而不降低刀具壽命，進(jìn)給率的選擇應(yīng)該是使得大部分熱量隨著切屑排出。更長的刀具壽命也意味著獲得更多的生產(chǎn)時間，例如，如果刀具壽命達(dá)到原來的三倍，百分之六十六的安裝刀具時間就不再需要了，這些時間就可以用于切削了。

　　在連續(xù)生產(chǎn)中，很少考慮偶爾發(fā)生的由于安裝引起的時間浪費：鈍了的刀具的重磨導(dǎo)致刀具直徑的不同，總是要求重新調(diào)整機(jī)床的設(shè)置，因此使用新刀具就可以減少66%的時間浪費。使用新刀具還會縮短翻新磨鈍了HSS滾刀所需的時間，因為翻新刀具還必須送出去重磨和重新涂層。這一切都關(guān)乎漫長的時間周期，這個周期從刀具更換開始到交付完成了翻新的刀具為止。很自然，仍然建議轉(zhuǎn)換到使用新的山特維克可樂滿刀具，從而優(yōu)化刀具壽命和提高性價比。此外，可轉(zhuǎn)位刀片在使用后僅僅是單刃磨損，可以從左面更換到右面。

　　更低的滾銑成本

　　刀具的進(jìn)一步開發(fā)的主要目標(biāo)是降低直接和間接生產(chǎn)成本。與此同時，加工的工件的質(zhì)量也應(yīng)維持，或甚至更進(jìn)一步獲得提高。此外，生產(chǎn)可靠性必須得到保證。

　　山特維克可樂滿提供的新的全齒形滾刀完全滿足了與刀具有關(guān)的要求，甚至在它第一次使用時就做到了這點。通過降低投資、庫存、搬運和裝夾以及翻新成本，也可以相當(dāng)程度地降低比例成本。除此之外，通過減少周轉(zhuǎn)中的滾刀的數(shù)目，可以降低資本投入。還有一個優(yōu)點是：可以通過提高切削速度，實際切削時間隨之縮短（已經(jīng)有幾次超過50%），這樣就顯著了增加每日的產(chǎn)出量。通過縮短切削時間和安裝調(diào)試時間獲得的機(jī)床使用時間可以進(jìn)一步提高產(chǎn)出。在一些情況下，甚至不再需要使用切削油或潤滑油，這提高了刀具壽命，也減少了油霧或油蒸汽的排放。這里不要低估使用潤滑油或切削油的成本，節(jié)約的成本與相應(yīng)的應(yīng)用有關(guān)，它們常常占總生產(chǎn)成本的15%。

　　底線

　　有了新的滾刀刀具，用戶就有了高性價比和可靠的生產(chǎn)所需的刀具。這種刀具降低了投資成本，易于裝夾，這些刀具使工序與任何外部的操作無關(guān)。