新一代磨齒工藝

   時間:2014-03-12 01:09:09
新一代磨齒工藝簡介
     火車、風力發電機、減速器、船用傳動裝置、越野設備和印刷機中的齒輪有什麼共同之處?它們必須運轉安靜,承受重載,具有卓越的齒距變化量,非常精確,……
新一代磨齒工藝正文
  

火車、風力發電機、減速器、船用傳動裝置、越野設備和印刷機中的齒輪有什麼共同之處?它們必須運轉安靜,承受重載,具有卓越的齒距變化量,非常精確,使用壽命長。這通常意味著採用后熱處理工藝對齒輪進行精加工,最常用的是磨削。解決方案是RZ1000,它是Reishauer生產的最新一代大型連續展成磨齒機。在更小的佔地面積中製造更大的齒輪使所有製造商們都面臨著難題,其部分原因在於材料/製造成本高,時間期限的壓力,以及生產這樣的高速齒輪所需要的技術水平。毫無疑問,與單齒成形磨削技術相比——雖然該工藝在過去十年裡得到了顯著提高,連續展成法磨齒的單件成本最低,產量最高,具有超高的分度精度。為了磨削大型齒輪,機床必須具備的關鍵因素包括動態剛度、靈活性、短調整和運轉時間,以及機載檢查。

如果把控制器看作是機床的大腦,那麼自然可以把工作主軸假設當作心臟。為了傳遞平穩的運動、高轉矩,以及從磨削到檢查的必要工作軸轉速,需要一種非傳統的方法。

對於這類應用,工作台傳動裝置相當獨特並已獲得專利。無齒平面傳動機構提供任何同類機床無法匹敵的靜態和動態剛度。這種摩擦傳動裝置還消除了以往設計的「幽靈」頻率,因為在傳動組件中沒有齒輪齒。

設計還使得工件軸的轉速範圍更大,而且不會像傳統設計那樣受到正/斜齒輪組或者銅蝸輪和鋼蝸桿的限制。最初考慮過「直接傳動系統」,但是它不能達到預期的效果,而且給工作軸轉速帶來一些新的主軸轉速限制。一套高精密旋轉編碼器使該軸與機床的其他旋轉軸保持同步。

機床的控制器,或者稱為「大腦」,是解決方案鏈中下一個關鍵因素。從磨削和檢查的角度來看,理想的被控工藝的先決條件是一個高速、超精密「展成」模塊和靈活的操作系統。基於可配置化設計理念,西門子840D CNC系統為電動齒輪箱和人機界面的集成提供了一個理想的平台(如圖2所示)。主要特點包括:

◆Windows操作員界面,可以在運轉加工期間實時輸入數據,利於迅速在線優化
◆開放式的結構使得用戶幾乎能夠對任何幾何形狀以及磨削、修整和檢查技術功能進行編程,以提高質量和效率
◆顯示受支持的診斷系統,用於所有關鍵機床功能,包括與外部網路的可能連接
◆顯示受支持的診斷系統,用於基本工藝分析,具有圖形化輔助錯誤檢查功能
◆利用Reishauer技術軟體在數據輸入期間幫助操作員自動計算機床數據集
◆全面的安全功能用於軸的監測(SSI),以保護操作員和機床
◆在自動或手動操縱式電子的幫助下,使所有相關的調整和傳動軸運動起來,以便安全快速地調整機床
◆計算機輔助調整技術

任何結構的地基或者基座——無論它是住宅、商務大廈或者機床——都必須具備靜態剛度以支持結構的功能。在構想新機床時,機座必須具備最好的結構完整性,能夠抵禦升溫,並提供建造機床的平台。具有鑄鐵組件的裝配機座看起來似乎能完全滿足所有設計參數和目標。我們設計的任何機床必須容易接近,以利於快速裝卸工件、調整和轉換,同時佔地面積要最小。

整個C1軸上容納有磨削軸及與其相關的所有軸,它旋轉180度以便於更換和修整磨輪,或者在磨削模式時回到原始位置。在它的三點鐘位置(從操作員的視角看),主支柱處於磨削位置,無論手動或自動裝載工作軸都便於接近機床。當支柱位於六點鐘位置時,磨削軸提供一個符合人機工程學的位置,方便操作員更換磨輪,在這個末端位置,可以對它編程以適合操作員的高度。可以使用一個可選的磨輪更換裝置作為替代方案。使支柱旋轉到九點鐘位置,以磨輪修整轉速運轉,並在行程兩端進給,從而使修整加工過程變得輕而易舉,即使對於起動多達七次的磨輪也是如此輕鬆。該12軸機床(6根旋轉軸,6根線性軸)的配置使其幾乎可以從事任何工作。

為了符合機床的「靈活性」理念,磨輪修整操作必須採用一種高效的方法來修整磨輪,以適應大批量生產任務,以及單件批量或者樣機生產工作。

典型齒輪往往超過半噸重,基於這一事實,自然得考慮對RZ1000上磨削的齒輪進行機載檢查。重量——再加上將齒輪抬離夾具,運到齒輪實驗室,測量結果,然後將其送回,重新安裝零件,以及進行必要的修改所耗去的時間——足以證明將檢查過程集成到機床上是合理的。有一些技術方面的爭論意見反對使用昂貴的生產設備,把它變成世界上最貴重的齒輪檢查機,但是時間和產量的經濟效益勝過了它們。這些反對意見認為,最終的精度驗證應該在專門的齒輪檢查設備上進行,而機載檢查應該只用作一項工藝內的操作。

操作軟體屬於Reishauer機床軟體包的一部分。用於輸入和輸出檢查參數的操作員界面完全集成到Reishauer HMI中。可以執行以下測量:

◆齒形 ◆齒向 ◆分度變化量 ◆跳動 ◆齒寬(尺寸)

應用

為了幫助風力渦輪發電機的生產商們在價格敏感的市場中進行全球性競爭,齒輪製造商必須認真考慮材料成本、廢料切除比,並選擇目前可用的最具成本效益的生產工藝。通常,齒輪箱的低速階段採用由正齒輪或者斜齒輪構成的行星齒輪傳動布置方案。太陽齒輪驅動平行中間軸,後者帶動高速階段。中間和高速階段使用斜齒輪。雖然齒輪箱故障中僅有相對較少的一部分是由於製造不當的齒輪而導致的,但是所有製造商都有責任減少成本,增加產量,提高精度。

齒輪參數如下:

◆模數8mm ◆齒數62 ◆齒面寬140mm

磨輪參數:

◆外徑300mm ◆寬度145mm ◆起動次數 3

工藝數據:

◆磨削時間16分鐘 ◆停機時間21分鐘

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