采用11軸加工中心提高生產(chǎn)精密齒輪的效率
2013-5-17 來(lái)源： 作者：
在很多情況下，自動(dòng)化齒輪鏜磨作業(yè)是用于環(huán)狀齒輪鏜磨加工和齒輪內(nèi)表面銑齒加工，這類(lèi)金屬加工作業(yè)通常需要使用價(jià)格昂貴的刀具，并且非常耗時(shí)。現(xiàn)在，使用一種專(zhuān)用研磨輪和一臺(tái)高效的CNC加工中心便能夠縮短精密齒輪的生產(chǎn)過(guò)程。
Sicmat公司是一家對(duì)精密機(jī)械設(shè)備的齒輪傳動(dòng)裝置進(jìn)行終加工的領(lǐng)先企業(yè)，該公司為汽車(chē)制造業(yè)和相關(guān)供貨企業(yè)提供經(jīng)過(guò)終加工的齒輪傳動(dòng)裝置。在機(jī)床制造方面，該公司采用自己的研磨輪技術(shù)進(jìn)行齒輪加工。在齒輪加工作業(yè)中，Sicmat公司采用了NUM公司研發(fā)的高效11軸CNC加工中心和一種專(zhuān)用的外銑齒研磨輪進(jìn)行加工，這使得Sicmat公司創(chuàng)出了德國(guó)新標(biāo)準(zhǔn)，即當(dāng)前在金屬細(xì)研磨領(lǐng)域加工經(jīng)過(guò)時(shí)效硬化的工件。
此類(lèi)對(duì)齒輪傳動(dòng)裝置最后加工作業(yè)所加工的工件大多是為汽車(chē)制造業(yè)生產(chǎn)的中高檔齒輪。總的來(lái)說(shuō)，齒輪的研磨作業(yè)是在工件進(jìn)行表面滲碳硬化的熱處理之前進(jìn)行的。
可省去齒輪的研磨和磨削作業(yè)步驟
因?yàn)辇X輪經(jīng)過(guò)熱處理會(huì)產(chǎn)生變形，所以，齒輪只進(jìn)行磨削和研磨加工作業(yè)。為此，Sicmat公司研制出了一臺(tái)高效的Grono 250型齒輪鏜床。使用該研磨機(jī)床可為傳動(dòng)器生產(chǎn)廠家提高生產(chǎn)質(zhì)量。究其原因是，使用這種高效的新型研磨機(jī)床能夠省去齒輪的某些研磨和磨削作業(yè)步驟。自動(dòng)化齒輪研磨通常使用高度專(zhuān)業(yè)化的、裝有加工刀具的機(jī)床來(lái)進(jìn)行環(huán)狀齒輪的鏜磨加工和齒輪內(nèi)表面的磨削加工，這些加工所用的刀具價(jià)格昂貴，而且在機(jī)床上進(jìn)行安裝調(diào)試也非常費(fèi)時(shí)。但是，Sicmat公司相信，通過(guò)一個(gè)帶有外嚙合的研磨輪能夠改善加工程序的準(zhǔn)確度，在很多工況下可以完全省去齒輪研磨加工作業(yè)。
圖1 Grono 250型齒輪鏜床裝有一個(gè)帶有外齒紋的專(zhuān)用研磨輪
高效的Grono 250型齒輪鏜床具有一系列優(yōu)點(diǎn)，如刀具使用成本低，大大縮短并簡(jiǎn)化了研磨機(jī)床刀具的調(diào)整時(shí)間。Sicmat公司在這方面的第一步研究工作是與Turin大學(xué)的數(shù)學(xué)系、物理系和自然科學(xué)系合作進(jìn)行的。合作研究的結(jié)果表明，這樣的研磨輪在實(shí)踐中是能夠成功進(jìn)行加工作業(yè)的，這也證明了Sicmat公司研發(fā)人員的觀點(diǎn)。借助于新的研磨輪和一個(gè)由NUM公司研發(fā)的高精度CNC加工中心的程序，Grono 250型齒輪鏜床能夠進(jìn)行齒輪的精準(zhǔn)研磨。CNC加工中心采用的程序是專(zhuān)門(mén)用于控制齒輪形態(tài)的。這種加工過(guò)程是在刀具進(jìn)行表面滲碳硬化的熱處理之后進(jìn)行的。因?yàn)檫@樣便可以省略對(duì)齒輪的研磨和磨削作業(yè)步驟。
Grono 250型齒輪鏜床設(shè)置有8個(gè)“普通軸”運(yùn)動(dòng)軸，有3個(gè)進(jìn)一步進(jìn)行研磨和磨削加工的方向。這8個(gè)運(yùn)動(dòng)軸連接在一個(gè)機(jī)器人輔助作業(yè)的裝載裝置上，由NUM-Flexium- CNC加工中心進(jìn)行控制。
圖2 整臺(tái)齒輪研磨和磨削設(shè)備的示意圖。Grono 250型齒輪鏜床使用NUM公司CNC加工中心技術(shù)進(jìn)行控制
確保加工部件的穩(wěn)定性
NUM-Drive-C型11軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置裝有若干NUM MDLL 3050型伺服供電單元。每個(gè)供電單元可提供50kW的直流電。該裝置的制動(dòng)能可回收利用，這樣便可使整個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)裝置的效率達(dá)到最大化。各個(gè)主加工軸由多個(gè)直驅(qū)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。功率強(qiáng)的電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)新研發(fā)的研磨輪和加工工件。這些功率強(qiáng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大，其同步性和控制通過(guò)一個(gè)由NUM集團(tuán)公司研發(fā)的專(zhuān)門(mén)應(yīng)用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于成功的齒輪自動(dòng)化研磨過(guò)程來(lái)說(shuō)，一個(gè)重要的條件是使用部件具有很高的機(jī)械剛性。這樣才能夠達(dá)到精準(zhǔn)的、且重復(fù)性強(qiáng)的研磨效果。為此，Sicmat公司決定，利用現(xiàn)有的機(jī)加工平臺(tái)作為Raso TP 250型齒輪鏜床的研發(fā)基礎(chǔ)，這是該公司齒輪研磨機(jī)床的代表作。
圖3 該圖展示的11根運(yùn)動(dòng)軸的作用是使齒輪加工機(jī)床與各種傳動(dòng)形式以及各種傳動(dòng)功率大小相匹配
該機(jī)加工平臺(tái)在不斷實(shí)現(xiàn)最佳化，不僅有足夠的剛性，而且還具有良好的減振性能。該機(jī)加工平臺(tái)的底板由鋼制件通過(guò)電焊制成，并帶有振蕩緩沖裝置。該機(jī)加工平臺(tái)的緩沖梁、機(jī)架和尾座為鑄鐵件。因?yàn)槭沁@樣的結(jié)構(gòu)，所以該機(jī)加工平臺(tái)可接近性能好，便于進(jìn)行齒輪加工作業(yè)，且便于維修和保養(yǎng)。垂直的工件定位裝置使得連接另一個(gè)自動(dòng)化加工過(guò)程變得簡(jiǎn)便。Grono 250型齒輪鏜床在齒輪研磨的每個(gè)過(guò)程中均自動(dòng)實(shí)現(xiàn)加工效益的最大化。通常使用普通齒輪加工機(jī)床進(jìn)行工件表面滲碳硬化熱處理時(shí)，是通過(guò)機(jī)器人輔助操作并借助于齒輪加工生產(chǎn)線傳送帶上的一個(gè)張緊裝置進(jìn)行張緊的，因?yàn)檫@樣可以隨時(shí)測(cè)量相關(guān)型號(hào)齒輪的外徑大小，即在對(duì)齒輪進(jìn)行研磨加工之前，在一個(gè)一體化設(shè)置的檢測(cè)點(diǎn)來(lái)測(cè)量該齒輪的外徑大小。在進(jìn)行齒輪研磨加工時(shí)，該加工工件與第二個(gè)齒輪是同步進(jìn)行的，推到銑齒加工處，并進(jìn)行360°轉(zhuǎn)動(dòng)。在加工齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，始終持續(xù)測(cè)量?jī)蓚€(gè)軸之間的偏移。這種方式能夠確定工件的加工余量，且相應(yīng)的數(shù)據(jù)會(huì)傳輸?shù)紽lexium- CNC加工中心系統(tǒng)。
圖4 帶有NUM-Flexium- CNC加工中心系統(tǒng)的Grono 250齒輪鏜床的配電箱
采用主-從動(dòng)組態(tài)裝置防止延滯
在完成加工齒輪的外徑測(cè)量后，由一個(gè)機(jī)器人輔助操作單元將加工齒輪傳遞到研磨設(shè)備處。在這里，加工齒輪首先被標(biāo)注，然后該加工齒輪在所要求的轉(zhuǎn)數(shù)下進(jìn)行研磨，并與一個(gè)新的銑齒的研磨輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)。如果出現(xiàn)研磨輪逐步嚙合到加工齒輪，那么，此時(shí)兩個(gè)軸便會(huì)在一個(gè)特定的主-從動(dòng)組態(tài)裝置里工作，從動(dòng)軸不會(huì)出現(xiàn)延滯。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，NUM公司不得不為加工工件電動(dòng)機(jī)研發(fā)出第二個(gè)主動(dòng)軸，對(duì)兩個(gè)軸的轉(zhuǎn)數(shù)必須進(jìn)行高精度控制。通過(guò)兩個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的相對(duì)同步的匹配變化來(lái)實(shí)現(xiàn)加工齒輪研磨過(guò)程的精密調(diào)整。
目前使用的一代Grono 250型齒輪鏜床心軸的最大轉(zhuǎn)數(shù)為7000r/min。為了更加精確地控制加工齒輪的研磨過(guò)程，Sicmat公司現(xiàn)在研發(fā)的齒輪加工機(jī)床的心軸最大轉(zhuǎn)數(shù)已達(dá)到10000r/min。
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