数控滚齿机演示幻灯片

数控滚齿机研究报告,2011年11月,重要滚齿机厂家及其产品介绍,2,1,3,滚齿机简介,目录,机床结构介绍,4,滚齿工艺及滚刀的介绍,滚齿加工节拍计算,5,一、滚齿机简介,中文名称：滚齿机英文名称：gearhobbingmachine定义：主要用滚刀按展成法加工圆柱齿轮、蜗轮、链轮等齿面的齿轮加工机床。滚齿机是齿轮加工机床中应用最广泛的一种机床，在滚齿机上可切削直齿、斜齿圆柱齿轮，还可加工蜗轮、链轮等。用滚刀按展成法加工直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮以及蜗轮的齿轮加工机床。这种机床使用特制的滚刀时也能加工花键和链轮等各种特殊齿形的工件。普通滚齿机的加工精度为76级(JB179-83),高精度滚齿机为43级。最大加工直径达15米。,1.1滚齿机原理及运动分析,1.1.1滚齿原理,功用：滚切直齿、斜齿圆柱齿轮及蜗轮,图1-1展成法滚齿原理图a）螺旋齿轮传动b）蜗杆传动c）滚齿加工,1.1.2滚切直齿圆柱齿轮,1）机床的运动和传动原理图(见下页：图1-2)a.展成运动复合运动：滚刀旋转运动B11，工件旋转运动B12;内联传动链：滚刀45ix67工件。b.主运动滚刀旋转，外联：电动机12iv34滚刀。,c.竖直进给运动滚刀轴向直线运动A2,简单运动外联传动链：工件78if910刀架升降丝杠。2)滚刀的安装（图1-3）滚刀安装角=螺旋升角,图1-3滚切直齿圆柱齿轮所需的运动,图1-2加工直齿圆柱齿轮时的传动原理图M-电动机A-移动B-转动Uv-主运动传动链的换置机构Ux-展成运动传动链的换置机构Uf-进给运动传动链的换置机构,1.1.3滚切斜齿圆柱齿轮,机床的运动和传动原理图(见下页：图9)1）展成运动复合运动：滚刀旋转运动B11，工件旋转运动B12;内联传动链：滚刀45i合成67ix89工件。2）进给运动复合运动：滚刀架直线运动A21,工作台旋转运动B22传动链：丝杠A211211if109工件B12。丝杠A211213iy1415合成67ix89工件B22,1.2滚齿机特点,适用于成批，小批及单件生产圆柱斜齿轮和蜗轮，尚可滚切一定参数范围的花健轴；调整方便，具有自动停车机构；具有可靠的安全装置以及自动润滑滚齿机(gearhobbingmachine)是齿轮加工机床中应用最广泛的一种机床，在滚齿机上可切削直齿、斜齿圆柱齿轮，还可加工蜗轮、链轮等。,1.3滚齿机分类,滚齿机按布局分为立式和卧式两类。大中型滚齿机多为立式，小型滚齿机和专用于加工长的轴齿轮的滚齿机皆为卧式。立式滚齿机又分为工作台移动和立柱移动两种。立式滚齿机工作时，滚刀装在滚刀主轴上，由主电动机驱动作旋转运动，刀架可沿立柱导轨垂直移动，还可绕水平轴线调整一个角度。工件装在工作台上，由分度蜗轮副带动旋转，与滚刀的运动一起构成展成运动。滚切斜齿时,差动机构使工件作相应的附加转动。工作台(或立柱)可沿床身导轧移动,以适应不同工件直径和作径向进给。有的滚齿机的刀架还可沿滚刀轴线方向移动，以便用切向进给法加工蜗轮。大型滚齿机还设有单齿分度机构、指形铣刀刀架和加工人字齿轮的差动换向机构等。,立式滚齿机（工作台移动）,立式滚齿机（立柱移动）,卧式滚齿机,1.4滚齿机的发展现状,齿轮加工技术和加工能力反映一个国家的工业水平。在齿轮加工中，滚齿是应用最广泛的切齿方法。滚齿加工是在滚齿机上进行操作加工的。从滚齿机的制造技术和核心技术来看，其发展历史可分为两大阶段：20世纪80年代之前，以传统的机械式滚齿机为主导。传统的机械滚齿机以手动操作为主，以一台主轴电机的运行利用齿轮挂箱实现各运动部件的转速控制与转速联动，劳动量大且传动链长难以保证加工精度；,20世纪80年代数控滚齿机问世，数控滚齿机按其机床结构和工作特点及制造技术可分为三代：第一代数控滚齿机为工件轴和滚刀轴都采用蜗杆蜗轮副传动，速度较低，精度较差。为了满足不断发展的刀具技术和更高的切削线速度，第二代滚齿机应运而生。其工件轴和滚刀轴采用齿轮副传动，速度有了很大提高。但该机床传动链长，精度不能保证，同时，加工不同工件时，需进行必要的挂轮操作，劳动强度大，效率低。1997年，美国格里森公司收购了发明世界上第一台滚齿机的德国普发特公司，联手研发了第三代数控滚齿机。第三代滚齿机的主要特点是在滚刀主轴和工件主轴上采用电动主轴的直接驱动技术，缩短了传动链从而保证了高速度、大转矩和高精度的滚齿加工。,2.1重庆机床,2.1.1公司介绍重庆机床厂位于重庆直辖市主城区南郊的长江之滨，是中国专业制造圆柱齿轮加工机床及相关检测仪器的大型骨干企业，国家一级企业。现已逐步发展成为中国成套齿轮机床的生产基地，其中滚齿机销量占国内市场份额55%以上，产品还外销美国、英国、加拿大和日本等48个国家和地区，是目前世界上规模最大、生产量最多的滚齿机制造商。,二、重要滚齿机厂家及其产品介绍,2.1.2产品介绍,1、小型包括系列：Y3112系列、Y3116系列、Y3118系列、Y3120系列、Y3126系列、Y3132系列；代表机型：YS3120CNC7主要适用行业：摩托车、轿车行业、电动工具行业等；主要特点：主要参数：公称工件直径210mm公称模数5mm最大轴向行程长度300mm,2、中型包括系列：Y3140系列、Y3150系列、Y3180系列；代表机型：YS3180CNC6主要适用行业：重载车、中小型减速机械、机床行业、中小型通用机械行业等；主要特点：主要参数：公称工件直径800mm公称模数16mm最大轴向行程长度600mm,3、大型包括系列：Y31100系列、Y31125系列、Y31160系列、Y31200系列、Y31240系列、Y31280系列、Y31320系列；代表机型：YS31160CNC6主要适用行业：矿山、工程机械、港口机械、船用机械、风电等行业；主要特点：主要参数：公称工件直径1600mm公称模数24mm,4、特大型包括系列：Y31400系列、Y31500系列、Y31800系列、Y311250系列等；代表机型：YD31500CNC6主要适用行业：风电、水利、冶金、化肥等行业；主要特点：主要参数：公称工件直径3200mm内铣最小加工直径900mm公称模数25mm,2.2宁江机床,2.2.1公司介绍中国中小型精密机床的著名生产企业，主要产品有加工中心、车削中心、坐标磨床、坐标镗床、自动车床、滚齿机床及专用机床和自动生产线、装配线。滚齿机主要产品是适用于钟表行业、电动工具、小型机械行业的超小型卧式滚齿机，在国内数控滚齿机市场所占比例有7%多。,2.2.2产品介绍,1、YG3603A高精度卧式滚齿机床,本机床主要用途、适用范围：1、本机床用于加工小模数高精度直齿圆柱齿轮，使用精密滚刀时，能滚切GB2363-805级精度直齿圆柱齿轮。YM3603A能滚切（GB）2363-806级精度直齿圆柱齿轮（此时蜗轮传动为1：5）。2、机床操作调整方便，有径向切削、纵向切削和综合切削顺逆铣各种运动程序；有工件主轴、尾架主轴的同步旋转运动；尾架主轴顶紧力可调整在0.2-90公斤左右，尾架主轴中心可调，用于补偿加工细长零件的变形。,2、YM3608A精密卧式滚齿机床,机床主要用途、适用范围：1、主要用途1）YM3608A精密卧式滚齿机主要用于加工精度较高的小模数直齿圆柱齿轮、小角度斜齿圆柱齿轮及蜗轮；2）使用高精度滚刀、采用合理的切削规范时，可加工6-7-7级精度GB/T2363-1990（模数小于1mm）或GB/T10095-1988（模数大于、等于1mm）的直齿圆柱齿轮，表面粗糙度Ra为3.2m；3）使用高精度滚刀、采用合理的切削规范时，可加工7级精度GB/T2363-1990（法向模数小于1mm）或GB/T10095-1988（法向模数大于、等于1mm）的斜齿圆柱齿轮，表面粗糙度Ra为3.2m；4）采用径向法加工蜗轮，使用高精度滚刀、采用合理的切削规范时，可达到与直齿圆柱齿轮相当的精度。2、适用范围1）本机床通过各种交换挂轮的组合，可加工的齿数范围为6390齿，滚刀架转动角度为20；2）本机床操作简单、调整方便，可实现多台机床的管理。本机床可广泛用于摩托车、仪器、仪表、玩具、电动渔具等行业的各种不同精度的小模数齿轮的成批、大量加工。,3、YK3610数控卧式滚齿机,1、YK3610数控卧式滚齿机为六轴四联动全数控滚齿机；2、YK3610数控卧式滚齿机采用直接驱动技术对滚齿所需要的“内联系链”；3、机床设计合理，结构紧凑，机床的整体刚性强，导轨采用高精度直线滚柱导轨，在滚刀轴切向运动方向配置有阻尼、锁紧机构，适用于高速、高精度、硬齿面加工；4、加工模数小于.5mm齿轮时，使用高精度滚刀、采用合理的切削规范（非高效切削加工）；5、本机床可广泛用于摩托车、仪器、仪表、玩具、电动工具、渔具及小型汽车速箱中齿轮（m2.5mm）加工等行业的各种不同精度齿轮的高效加工。,4、YG3612精密卧式滚齿机床,1、YG3612高精度卧式滚齿机主要用于加工高精度小模数直齿圆柱齿轮、斜齿轮及蜗轮。2、使用高精度滚刀、采用合理的切削规范时，可加工5级精度（GB2362-90m1mm或GB10095-88m1）的直齿圆柱齿轮。3、使用高精度滚刀、采用合理的切削规范时，可加工6级精度（GB2362-90m1mm或GB10095-88m1）的斜齿轮。4、采用径向法加工蜗轮，使用高精度滚刀、采用合理的切削规范时，可达到与直齿圆柱齿轮相当的精度。5、采用特殊订货伞齿轮附件（F01A）可进行等齿高圆锥齿轮的切削。6、采用特殊订货切向蜗轮附件（F02）可进行切向进给加工蜗轮，精度可达7级精度（GB10227-88m1或GB10089-88m1）。7、本机床通过各种交换挂轮的组合，可加工的齿数范围为6400齿，滚刀架转动角为90。机床操作简单、调整方便，通过安装特殊订货的快速夹紧机构（F03），可实现零件的快速装拆。8、本机床可广泛用于摩托车、仪器、仪表、玩具、电动渔具等行业的各种不同精度的小模数齿轮的加工。,2.3格里森-普法特,2.3.1公司介绍格里森公司成立于1865年，是齿轮技术的全球领航者。产品和服务包括机床、齿轮精加工及检测，另外还提供全球技术支持，供应切削刀具、夹具、备件更换、现场服务、应用开发服务、齿轮设计及检测软件、项目培训、工程支持、机床改造和升级服务。同时，公司也是齿轮设计理论与应用、齿轮原型检测与分析、齿轮加工领域的权威，其客户群包括汽车行业、航天航空、能源行业、重型汽车、休闲车和电力设备行业的龙头。,2.3.2主要产品,2.3.3滚齿产品,2.3.4代表机型,2.4利勃海尔,滚齿机覆盖直径不超过6000毫米系列工件的生产。对于汽车工业，最新采用的HSC干切削技术将生产率提高了30，并且无需冷却液，改善了环保性能。滚齿机是插齿机与展成及仿形磨削技术的通用平台。滚齿机采用模块化概念，该模块分成4个不同大小的部分：平台1:180mm平台2:380mm平台3:1600mm平台4:6000mm,平台1模数mmmax.3；工件直径mmmax.180LC80-LC180系列滚齿机体积小巧，采用床身内循环，具有良好的热稳定性。工件更换在2秒钟内即可完成。对于模数在2以下的小型齿轮，提供转速最高为9000转分的直接传动刀盘。,平台2模数mmmax.7；工件直径mmmax.380用于车辆齿轮的理想设计；自动夹紧与装载设备转换方便，优化中小批量生产的装卸；全封闭机器加工区域；采用专利正齿轮传动机构的无齿隙工作台传动装置获得了高转速；,平台3模数mmmax.20；工件直径mmmax.1600新型利勃海尔滚齿机系列适用于通用机床工业的一般性用途。全封闭机床加工区域。具有双蜗杆传动机构的机床工作台用流体静力学轴承实现了最高的齿轮质量。功率高达32千瓦的电动滚齿刀头。除了外齿轮加工（齿轮滚铣与仿形磨）用刀盘之外，还有内齿轮加工刀盘，配备按照单动式分度方法磨削的快换系统，适用的齿轮加工模数可达到40。,平台4模数mmmax.30；工件直径mmmax.6000机床工作台的流体静力学轴承确保了最高的齿轮质量。其他优势包括：全封闭机床工作区域，以及容量高达45/70千瓦的电动滚刀头。除了外齿轮（齿轮滚铣与仿形铣）用滚刀架之外，还有内齿滚刀架，配备分度磨削用快换系统，适用的齿轮加工模数可达到40。,三、机床结构介绍,3.1整体结构布局,3.1.1敞开式布局型式,应用场合主要用于加工盘类齿轮产品或中大机型（加工直径200mm以上）。优点1）能采用模块化概念与插齿机与展成及仿形磨削技术的共用模块；2）大立柱移动，更利于切削力的分配；3）结构灵活，维修、上下料等方便。,立式布局滚齿机热变形趋势,问题,上部敞开式布局型式,受热,解决方法：通过床身内机油循环，提高机床本身的精度,其实提高加工精度的途径可分为两大类，一是提高机床本身的精度，二是通过误差补偿来减少加工误差。由于采用了高精度、具有预加负荷的高刚性直线导轨、滚珠丝杠、滚动轴承、电主轴、大扭矩同步力矩伺服电动机，使齿轮加工机床在高速加工的条件下精度得到保证并有所提高。影响齿轮加工精度的因素很多，除了电气方面的以外，还有如机床结构特性与热特性、刀具磨损、机床主轴运动误差、各种静态载荷，以及工件装火和机床振动等因素。所有这些因素都可以通过建模(如神经网络建模)来加以补偿。由于计算机技术的迅速发展和插补算法的不断改进，数控系统的数据处理和曲线拟合精度可以达到很高。采用多种智能控制方式，可以改善伺服系统的跟踪响应特性，也可以提高加工精度。滚齿尽管一般用于粗加工，但在高速切削的条件下仍能达到DIN6-7级精度，为其后的精加工工序获得高精度提供了保证。,日本卡希富基KN220传动链,格里森GP200C轴传动链,3.2工作台系统,1、齿轮副传动链,利勃海尔LC180C轴传动链,例：双齿轮消隙（PAMA）,工作台间隙消除装置的示意图。特别是在大齿轮的加工或逆方向的滚切加工中，双分度蜗杆和蜗轮装置可确保滚切的精度。,蜗轮副工作台间隙消除装置（卡希富基KN152）,2、蜗轮副传动链,工作台蜗轮副主要特点,蜗轮副有自锁功能，可以保护伺服电机承载反向振动。蜗轮副机构吸震性能好，承载能力强，适合加工硬齿面及大模数大齿轮大切削量加工零件。装置有自动消隙装置，无需调整能保持长期精度稳定。,不用减速机构而使用直接驱动负载的力矩电机，是解决减速机构存在的齿隙、空转等问题的有效手段。力矩电机也叫做DDR(DirectDriveRotary)电机，是近几年出现的一种新型电机，是一种低速大扭矩电机。DDR电机由定子、转子及反馈装置组成，负载直接与转子刚性连接，也就是说转子与滚齿机工作台直接连接，这样就消除了由于传动装置而产生的误差，如反向间隙、啮合误差等。其精度主要决定于反馈装置的精度，但DDR电机反馈装置的精度是非常精确的。由于DDR电机只有较少的运动部件，所以噪音很小。系统中唯一的磨损件是轴承，维护减少，如果轴承能定期润滑，装置就能达到零维护。,3、内置式力矩电机,霍夫勒HF1250滚齿机工作台分度采用力矩电机结构,总之，DDR电机具有直接力传动、高扭矩、高静态和动态负载刚性、高定位精度、零维护等特点。DDR电机定位精度达0.5，重复定位精度达0.01，最大力矩达数千Nm，最大速度达750rpm。用DDR电机直接驱动滚齿机工作台，能达到高速、高精度的性能要求。DDR电机较为成熟的生产厂家是美国的Kollmorgen公司和德国的BoschRexroth公司，德国Siemens和口木Fanuc公司也有相应的产品，多用在磨床的回转工作台、机器人关节驱动、飞行转台、天文望远镜等低速大扭矩的情况。,3.3刀具主轴系统,1、齿轮副传动链,格里森、利勃海尔等一流企业多年前电主轴应用于小型机床的刀具主轴。,2、电主轴,利勃海尔LC180滚齿机刀具主轴采用电主轴结构,在高速运转条件下，传统的齿轮变速系统己不能适应要求，代之以宽调速交流变频系统实现机床主轴的变速。一般高速加工采用电主轴作为机床的主轴形式，电主轴将转子和机床主轴的旋转部件做成一体，把机床的主传动链的长度缩短为零，故可称之为“零传动”。由于直接传动，减少了高精密齿轮等关键零件，消除了齿轮的传动误差。与皮带、齿轮的末端传动方式相比，主电机内置于主轴前后轴承之间，可大大提高主轴系统的刚度和固有频率。同时，集成式主轴也简化了机床设计中的一些关键性的工作，如简化了机床外型设计，易于实现主轴定位。总之，电主轴结构紧凑、重量轻、惯性小，响应特性好，并可避免振动与噪声，精度高，是高速主轴单元的理想结构。当前国内外生产电主轴厂家多达几十家。在国外的厂家中，以德国GMN公司和瑞士Fischer公司名气最大，德国Siemens和口本Fanuc公司也有相应的产品。国内电主轴的生产以洛阳轴承研究所最为著名，广东工业大学对电主轴的动静态特性、热态特性以及轴承的选用等关键技术的研究已比较深入。电主轴目前多用于加工中心、磨床、铣床、钻床等数控机床。,4.1滚削加工工艺,四、滚削工艺及滚刀的介绍,滚削速度对比,4.2干式滚削,与环保要求相适应1）大幅度改善作业环境和大气污染；2）彻底消除火灾隐患；经济性加工1）无冷却液（省油费、管理费、废油处理）2）无油雾分离器、切削油箱3）相关动力能源成本下降4）占地面积减小5）刀具寿命长，折算到单件上的成本下降加工效率高（使用TiAlN涂层滚刀）1）切削速度提高2倍，加工循环时间大幅度缩短；2）刀具寿命延长5倍；,4.2.1干式滚削特点,4.2.2干式滚削的前提,1、由于不使用冷却液加工，必须要有适合于无冷却液滚削的干式滚刀，且每次刃磨后必须重新涂层。2、由于不使用冷却液加工，必须解决切削热对刀具、夹具、齿坯的影响和及时将带有热量的切屑迅速排出机床内部。机床应具备：1）滚削下的热切屑收集和快速处理；2）动静刚性要求更高；3）抑制热变形影响；4）减少热传递；,滚齿下的热传递途径,滚齿过程的热传递途径,热产生过程中对工件质量的影响,干滚工件温度（从切入到切出）,温升：在15秒内温度从室温升高到+45，温升随滚刀切削刃条件变化而变化；设钢件材料线性热膨胀系数为=11.510-6/直径方向改变量=50mm11.510-645=0.026mm齿宽方向改变量=25mm11.510-645=0.013mm,齿宽热膨胀对导程的影响,干滚中工件直径热增大导致齿向锥度,4.2.3干滚下的机床要求,彻底解决切屑飞溅和及时排出不完全式干滚：干式滚削、冷却液冲洗落在床身上热铁屑；由于热铁屑接触到油仍然会产生油烟，不能完全解决环保问题。完全式干滚：干式滚削、不用液体流动收集热切屑；干式滚削下的切屑四处飞溅，铁屑的保护与收集特别重要；防护以及收集不充分则会嵌入到机床某些部件内，造成机床异常动作和问题产生；如果热铁屑长时间停留在机床床身表面上和工作台上，会引起床身翘曲变形和台面变形；在结构上应采取：运动、移动部位和床身表面均采用不锈钢板以防止切屑与铸件表面的粘连或入侵机床移动部位内；正确合理使用气吹功能气吹喷嘴形式、数量和安装位置对控制切屑飞溅方向和及时排