数控磨齿机.ppt

1 1三一精机三一精机数控磨齿机研究报告2011年11月2 2三一精机三一精机磨齿机厂家及典型磨齿机特点介绍磨齿机厂家及典型磨齿机特点介绍2 21 1磨齿机发展趋势磨齿机发展趋势目录3 3三一精机三一精机 齿轮制造技术可以追溯到19世纪末。1897年R.H.Pfanter发发明了第一台具有近代滚齿机雏形的齿轮加工机床，1906年制造出了第一台带差动机构的滚齿机产品，它既能加工圆柱正齿轮，也能加工圆柱斜齿轮。作为齿轮精加工技术的磨齿工艺，最早是用于磨削插齿刀，首先出现的是大平面砂轮磨齿机。20纪初随着汽车工业的发展，齿轮制造工艺也迅速发展，德国和美国先后研制出锥形砂轮磨齿机和成形砂轮磨齿机。而对齿轮精加工技术最具有促进意义的是1914年Maag发明了碟形双砂轮磨齿机，它首次使用了砂轮磨损自动补偿技术，从而使制造精密齿轮成为可能，显著提高了齿轮磨削精度，但这种磨齿机效率很低，直到20世纪30年代后期，瑞士研制出蜗杆砂轮磨齿机，磨齿工艺才成为一种较高效率的齿轮精加工工艺。1974年出现了带有“电子齿轮箱”的NC滚齿机，此后NC齿轮加工机床迅速发展。一、磨齿机发展趋势4 4三一精机三一精机 随着科学技术和经济的发展，齿轮加工业对于齿轮加工机床的性能要求不断提高，反之，齿轮加工机床制造业对于齿轮加工又具有导向作用，形成有机的联动发展。为此，一批能适应社会科技和经济发展节拍的新产品应运而生；反之，则被淘汰。这在齿轮磨床制造业中尤为突出。自七十年代末至今，国内外磨齿机发展趋势，一直以高效率、高精度为追求目标。根据国内外资料介绍，提高磨齿机效率、精度、性能等方面，着重从三个方面入手：一是采用CNC技术；二是采用新型磨削材料CBN砂轮；三是采用新的磨削原理，目前重点集中在蜗杆砂轮和成型砂轮磨削两大类技术上。5 5三一精机三一精机1、全数控化l 现代数控、高效磨齿机为提高磨齿效率，除了缩短加工时间，采用高速加工（刀具主轴高转速、工作台高转速）方法外，还应设法缩短机床调整、工件装夹（上下料）、砂轮修证、砂轮自动对刀、磨头更换等辅助加工时间。l 磨齿机的数控坐标轴数越来越多:1）瑞士Oerlikon-MAAG公司的OPAL系列磨齿机的CNC可控11根轴；2）Reishauer公司RZ150的CNC可控制13根轴；3）美国Gleason公司的245TWG高速数控蜗杆砂轮磨齿机数控坐标轴（含修整器的6根）更是多达14个。6 6三一精机三一精机2、高精度化l 随着CNC水平的提高及电子齿轮箱、滚动导轨、高速陶瓷轴承、高速电主轴、力矩电机及直线电机伺服系统制造技术的飞速发展。磨齿机的加工精度有了很大的提高。l 如Reishauer公司RZ300E、RZ301S的加工精度可达DIN3962标准的12级，稳定到3级。7 7三一精机三一精机3、高速磨削 随着对磨齿效率要求的不断提高，高速磨削在齿轮磨削中应用越来越广，成形砂轮磨削已经普遍在50ms以上，蜗杆砂轮磨齿机也开始采用高速磨削。1）Reishauer公司的RZ400磨齿机已达到63ms，磨削一个模数4mm，齿数27，齿宽50mm的直齿轮，磨削时间仅为0.82分钟，齿形精度达DIN3962标准2级。2）Gleason公司的130TWG磨齿机达到了75ms。3）Gleason-Pfauter集团的P60滚-磨复合齿轮加工机床的刀具主轴转速高达12000rpm；工作台转速达3000rpm。8 8三一精机三一精机4、功能复合化l Reishauer公司的RZF磨-绗复合齿轮加工机床及 RZ400 数控蜗杆砂轮磨齿机等许多新产品。已将工件自动上下料、在线测量、自动对刀、磨齿及修整砂轮、砂轮磨损自动补偿等诸多功能集与一身，使得磨齿加工变得更为精确和快捷；l 德国KAPP公司 KX300 磨齿加工中心、意大利Samputersili公司的 S400GT及德国Liebherr公司的 LCS280 蜗杆-成行磨齿机等可先采用CBN蜗杆大砂轮进行粗磨齿轮，再用CBN小砂轮精磨齿轮；l Gleason-Pfauter集团的P60滚-磨复合齿轮加工机床，能完成先用铣刀加工双头蜗杆，再用CBN砂轮磨削蜗杆，并具有去除蜗杆端面毛刺的功能。另外机床还配备自动对刀和工件自动上下料机构。9 9三一精机三一精机5、成型、蜗杆砂轮磨齿机已成为市场竞争的主流产品l 蜗杆砂轮磨齿机高自动化。自动对刀技术、余量自动分配技术、自动上下料技术、工件位置自动检测技术、随机动平衡技术、磨削过程监测技术等技术在蜗杆砂轮磨齿机上的应用，大大提高了机床的自动化程度，使机床趋于无人化工作。这不仅可提高加工效率、减小人工工作，还可以保证磨削工件的质量稳定性；l 成形砂轮磨齿机机-仪一体化。在机测量技术、余量自动分配技术可以大大减小成形磨齿的调整时间，对于大型齿轮尤为显著。在采用机床运动坐标进行在机测量时，机床的定位精度要高，阿贝误差效应要小。采用液体静压导轨通常被认为是最佳方案。1010三一精机三一精机 意大利桑浦坦斯利公司也是较早开发CNC成形磨齿机的厂家之一，该公司过去的主导产品是大平面砂轮磨齿机和剃齿刀磨齿机。该公司在EM02003、CIMT2007都展出过SG系列CNC磨齿机S375G、S250G，均是卧式布局万能型磨齿机，既可以用蜗杆砂轮展成磨削，也可以用片状成形砂轮磨削。可以配备各种CBN砂轮(可修整CBN、不需修整的CBN及电镀CBN砂轮)和普通刚玉砂轮，适合磨削直齿、斜齿、齿轮轴、蜗杆、压缩机转子以及内齿轮(直齿、斜齿)等。二、磨齿机厂家及其典型磨齿机特点介绍2.1 Sanputensili(桑浦坦斯利)公司1111三一精机三一精机 磨齿机的床身是合理布筋的焊接床身，填充有聚合物混凝土，对高速磨齿时产生的振动有良好的阻尼作用。磨头主轴最高转速18000rmin(选项25000rmin)，采用了带有冷却装置的陶瓷球轴承支承。x轴(磨头径向进给)和z轴(主轴轴向运动)都采用了直线电动机驱动；C轴(主轴旋转、分度)采用力矩电动机直接驱动并带有电动机冷却装置，配备高精度的角度编码器。磨齿机具有一体化的外齿和内齿测量装置，包括自动检测单元程序。CNC采用西门子公司840D系统控制，并配置桑浦坦斯利的人机对话软件和拓朴修形软件，可产生各种齿形曲线，齿形数据的存储不需要外部PC。SG系列CNC磨齿机是当今欧洲相当成熟的万能型磨齿机产品，它具备软件升级和故障诊断的远程支持系统(选项)，还可配备各种形式的自动装卸工件系统，实现全自动加工或纳入自动生产线。1212三一精机三一精机桑浦坦斯利（SAMPUTENSILI)公司的S250G1313三一精机三一精机该产品的主要特点如下：l S250G一款功能齐全的连续展成、成形齿轮磨床。l 适用于批量生产的高效磨齿机，集成了数控、全自动的技术优势，实现了高效、高智能、高刚性一体化；l 能够从事各种齿轮磨削循环加工，可全面满足5级及以上齿轮的大批量生产需求，l S250G连续展成齿轮磨床的优势在于本身的自动化监测系统。机床备有模块式的上下料机械臂。机床可直接并入生产线内。1414三一精机三一精机桑浦坦斯利（SAMPUTENSILI)公司的的S380GP成型磨齿机1515三一精机三一精机1616三一精机三一精机1717三一精机三一精机1818三一精机三一精机该产品的主要特点如下：l 用户能够用两个独立的砂轮主轴进行加工，每根主轴安装一个砂轮，也可以安装两个砂轮；l 单个齿轮可以在第一主轴上进行粗磨，在第二主轴上进行精磨。不同的砂轮尺寸，可用不同的功率和速度驱动；l 磨削内齿轮时，无需更换主轴，当粗磨和精磨内齿轮时，双主轴消除了更换磨轮的需要，此时可使用S375G磨削主轴，从而减少了投资成本。此外，该公司还提供不同尺寸的内磨头主轴，以满足用户对不同直径磨轮的需求。1919三一精机三一精机 瑞士莱斯豪尔公司自从1945年开发出ZA型磨齿机以来，一直在蜗杆砂轮磨齿机领域一统天下，直到最近十几年来，美国格里森公司大举开发数控蜗杆砂轮磨齿机，两家才呈现出激烈竞争的局面。1980年莱斯豪尔公司开发出RZP型环面蜗杆砂轮磨齿机。1987年开发出带有电子变速箱能实现连续位移磨削的RZ301S型蜗杆砂轮磨齿机，其电子变速箱内具有补偿控制模块，用以补偿磨削过程中磨削力周期变化产生的齿形误差，和磨削斜齿轮时砂轮进入或脱离齿面时，由于单齿面受载引起磨削力变化造成的齿形、齿向误差，从而提高磨齿精度。2.2 Reishauer(莱斯豪尔)公司2020三一精机三一精机 莱斯豪尔公司在新世纪相继开发出磁弭00型和RZl50型等一系列CNC蜗杆砂轮磨齿机，分别在CIMT2005和CIMT2007展出。RZ400最大磨削直径400mm；加工模数058mm；RZl50最大磨削直径150mm；加工模数13mm；螺旋角40，属于高效全数控蜗杆砂轮磨齿机。复合工件主轴带有C轴驱动，不停机实现砂轮自动对刀、多头蜗杆砂轮自动修整和磨削功能，可配备自动上下料装置，实现全自动高效磨削；不仅能保证生产效率，且批量生产加工精度可保证达到DIN3级。该机床采用了直接驱动技术和新型控制软件，代表了新一代CNC蜗杆砂轮磨齿机的技术水平。2121三一精机三一精机瑞士Reishauer公司的RZ400RZ400磨齿机是Reishauer公司2001年推出的产品，机床配备自动上下料单元。2222三一精机三一精机2323三一精机三一精机该产品的主要特点如下：l 配备了适应于蜗杆砂轮磨齿机工作特点的软、硬件控制系统。在Siemens840D系统上集成了自行开发的高性能电子齿轮箱、操作界面、磨削工艺数据库。特别要提及的是：Reishauer公司在电子齿轮箱和蜗杆砂轮磨齿方面进行了长期的研究，具有独特的技术和丰富的经验。l 采用了独特的工件伺服传动装置。该产品磨削工件的最大外径为400mm，工件的质量和转动惯量较大，为了获得良好的动态特性，在伺服电机和工件主轴之间增加了无齿行星减速机构，不仅使伺服电机与工件获得良好的惯量匹配、减小电机误差，还避免了齿轮传动的小周期误差，使工件轴达到了很高的同步精度。2424三一精机三一精机l 便易的机床操作。1）机床的立柱下段有一套端齿盘分度定位机构，可使立柱在磨削位置(0)、砂轮更换位置(90)、砂轮修整位置(180)三个位置转换；开放的4门设计防护罩，创造了良好的加工及调整机床的条件。2）操作者能够在机床的三个方向不受限制的更换附件：在机床左边的砂轮修整区域、机床前方的砂轮更换和工件磨削区域、机床右边根据需要可配备自动上下料系统的区域。机床的调整更加快捷方便。l 多种形式的砂轮修整方法。在机床左边为砂轮修整区域，有较大的空间，因此，机床可配备多种类型的修整装置和修整工具，大大提高了机床的灵活性，既适合小批量生产又可进行大批量生产。2525三一精机三一精机2024/4/21 2024/4/21 周日周日25252626三一精机三一精机 Gleason(格里森)公司的CNC蜗杆砂轮磨齿机是从20世纪90年代初开发研制的，TAG400型数控蜗杆砂轮磨齿机曾在我国展出过，后来又开发成功245TWG型数控蜗杆砂轮磨齿机，它采用高速多线蜗杆砂轮，磨齿效率显著高于普通单线蜗杆砂轮510倍，例如，磨削一个典型轿车末级减速齿轮齿圈只需约l min。修整多线蜗杆砂轮，使用一个与工件齿轮参数相同的金刚石滚轮(专利技术)，其修整时间小于一个齿轮的磨削时间。130TWG是目前数控蜗杆砂轮磨齿机的名牌产品。2.3 Gleason(格里森)公司2727三一精机三一精机美国Gleason公司的genesisl30TWG 2828三一精机三一精机l 采用整体的、矿物溶铸的聚合物床身(Singlepiece，mineral cast poly一mer composite base)，具有良好的振动阻尼特性和热特性。l 结构紧凑。液压、润滑、气动等装置均集成在床身上，机床占地面积小，包括所有的液压、润滑、排屑、冷却和气动装置占地面积为7m2。l 集成的自动上下料系统。可实现零件的快速装卸。l 直接驱动主轴，具有良好的可靠性和宽的速度和转速范围。2929三一精机三一精机l 具有2套砂轮修整系统。1）采用电镀的金刚石齿轮修整砂轮。在工件主轴上，安装一个金刚石滚轮和一个金刚石齿轮，金刚石滚轮用于修整砂轮的外圆，金刚石齿轮用于修整砂轮的齿形。这种修整方式效率高，适用于大批量生产。但是，由于金刚石齿轮的价格昂贵，适用成本较高。砂轮修整质量和精度不高。2）CNC常规修整装置。l 在先进的SIEMENS控制系统上，集成了Gleason公司的磨削技术软件。l 完全一体化的机床，移动机床就像单个单元一样容易，不需要拆卸。3030三一精机三一精机美国Gleason公司的P600800G成形砂轮磨齿机3131三一精机三一精机该产品的主要特点如下：l 将尾架立柱与纵向导轨90放置，打开90设置的两个防护门，可以方便的接近台面和磨头；l 可采用高精度的电镀CBN砂轮，得到高生产效率；采用可修整砂轮，可适应不同材料的磨削；l Siemens 840数控系统上集成了GleasonPfauter会话式编成软件。Windows平台下输入工件、砂轮和工艺参数，自动生成NC加工程序；l 数控修整器能够对内齿轮、外齿轮的渐开线齿形的进行修整；l 可配备接触式和非接触式两侧齿面余量均分装置；l 具有在机检测装置；l 可提供内齿轮磨头附件。3232三一精机三一精机 NILES公司被KAPP公司兼并后组成KAPP-NILES集团，此后NILES就以生产CNC成形磨齿机为主导产品。zE系列(630、800、1000、1200)分别可加工最大齿轮直径650mm、800mm、1000mm和1200mm；最大加工模数15mm。该系列磨齿机为模块化设计，立柱移动实现径向进给，采用立柱顶置式CNC砂轮成形修整装置；也可使用不需修整的cBN砂轮并配备CBN砂轮快速更换系统，可显著减少辅助时间。机床配备磨内齿装置(用CBN砂轮)、机上齿轮测量装置及测量程序，还设有砂轮自动平衡系统。zE系列采用西门子840D系统控制，有NILES公司自行开发的个性化操作界面，工件参数直接键入CNC。KX300P属于中小规格的磨齿机，曾经在CIMT2007展出。这也是一台既能实现展成磨削也能实现成形磨削的功能复合化CNC磨齿机。蜗杆砂轮展成磨齿最大模数5mm；成形磨齿最大模数10mm；最大齿宽320mm。2.4 KAPPNILES(卡普纳尔斯)公司3333三一精机三一精机德国Niles公司的ZE4003434三一精机三一精机 Niles公司的ZE系列成形砂轮磨齿机是一种经济型磨齿机，机床的性价比高。ZE400是该系列中最小的一种规格。机床为立式布局。带磨削内齿轮的磨头和在机测量系统。内齿磨头与测量头90度安装。图示位置为磨削位置，内齿磨头垂直向下、测量头水平向外。向内旋转90度，内齿磨头水平向内，处于修整位置；测量头垂直向下，处于测量位置；机床还有以下特点：1）将尾架立柱与纵向导轨90度放置；打开圆弧防护门，可以方便的接近台面和磨头。2）可采用高精度的电镀CBN砂轮，得到高生产效率；采用可修整砂轮，可适应不同材料的磨削。3）Siemens 840数控系统上集成了Niles会话式编成软件。4）用机床坐标来修整砂轮，机床结构更为简化。3535三一精机三一精机德国Kapp公司的KX300P3636三一精机三一精机该产品的主要特点如下：l KX300P机床可采用高精度电镀CNC砂轮磨削，获得高生产效率；也可采用普通磨料砂轮磨削，适应不同材料的工件。机床配备有金刚石滚轮修整器。l 机床配备有在机测量装置。l 可配备自动上下料装置。l 集成的会话编程人机界面和在机测量数据处理软件。3737三一精机三一精机 秦川机械发展公司作为世界上生产磨齿机品种和规格最全的厂家之一，打破了国内1m以上大规格磨齿机技术，和市场长期被国外品牌垄断的局面，填补了我国在大型磨齿机领域的空白，可以满足国内冶金、矿山、船舶、机车和发电等重型机械行业的需要，具有非常重要的意义。YK73125最大磨削直径可达1500mm，可磨削5级精度齿轮，采用成形法磨削加工。砂轮轴截面截形修整成与齿槽相适应的截面，使用该公司自主开发的磨齿砂轮截形计算模块，可根据工件齿轮的基本参数及用户的个性化特殊要求(齿形、齿向修形、齿顶、齿根过渡曲线参数等)，自动计算出砂轮截形数据，实现各种特殊修形要求；磨削参数计算、参数化界面和齿轮常用数据库，以及机上齿轮在线测量系统均具有自主知识产权。该机采用法国NUM公司的1060数控系统及秦川发展二次开发的友好操作界面。YK73125采用了恒流式静压导轨，刚性和稳定性好；床身底座、立柱等大件均为整体铸件，刚性和热稳定性好，保证磨齿加工精度和磨削效率的要求。2.5 秦川机械发展公司3838三一精机三一精机中国秦川机床的YK73125成型砂轮磨齿机3939三一精机三一精机 YK73125磨齿机是针对的大规格齿轮磨削开发的数控成形砂轮磨齿机，该产品的主要特点如下：l 采用进口高档数控系统和伺服系统，并配备了世界一流的运动元件、位置检测元件和控制元件，加上机床工作时本身动作相对简单且运动平稳，无冲击，从而实现了很高的机床运动精度。l 数控砂轮修整器结构进行了精化设计，加上软件系统的精度校正，砂轮修整精度已远远高出工件加工精度，提高了成形砂轮磨齿机的齿形加工精度，并可轻松实现各种特殊齿形的磨削。l 所有数控轴均采用全闭环控制，在不受磨削力的情况下，光栅和数控系统检测精度远高于工件加工精度，达到测量精度要求，可做测量轴使用，并可直接打印测量数据，省去了齿轮拆卸、运送、检测、再重新调整机床磨削的麻烦及重复定位误差，大大提高了工作效率。另外，使用机床本身轴做测量，省去了外挂式测量系统需重新设计、安装、调整、改造机床的麻烦和一笔额外的费用。4040三一精机三一精机中国秦川机床的YK75200成型砂轮磨齿机4141三一精机三一精机 主要针对风电等行业中大功率柴油机组、发电机组、重型传动中精密内齿轮的磨削加工。该产品的主要特点如下：l 立柱径向进给轴X轴、立柱托板走刀轴Z轴、以及圆工作台C轴的支撑和定位均采用静压技术。消除了直线导轨低速容易出现爬行的现象，机床的定位精度尤其是动态运动精度大大提高。l 机床采用恒流式静压系统。调整简单方便，对静压油质要求相对较低，油压的变化对静压系统影响不大，提高了机床的稳定性。l 机床的其余直线轴导轨采用高精度、高刚性的滚针式直线导轨丝杆副选用国际著名公司的产品，保证了很高的运动精度和动态刚性。l 机床圆台面采用双蜗轮副消隙结构，消隙力液压控制、大小可调，结构简单可靠，刚性好、精度高、提高了加工精度和稳定性。l 磨具主轴采用双支撑结构，提高了主轴的刚性和回转精度，同时采用了siemens大功率主轴电机，保证了磨削精度和磨削效率。4242三一精机三一精机l 砂轮修整器采用单滚轮双支撑结构，支撑刚性大大提高，增强了修整主轴的回转精度。l 机床数控系统采用NUM Axium Power全数字控制系统。比普通的模拟量伺服系统控制精度更高，运算速度更快，抗干扰能力得到了很大提高。所有数控轴均采用全闭环控制，测量反馈元件为HEIDENHAIN高精度光栅，保证了很高的控制精度。l 砂轮动平衡装置选用内置式砂轮动平衡装置并带AE（砂轮防碰撞功能）功能，可以实现砂轮自动动平衡、工件自动对刀以及砂轮自动修整等功能。l 机床具有在机测量装置：通过一次装夹即可完成工件高精度磨削和测量；并可直接打印数据、生成报表，省去了工件拆卸、送检、重新调整等过程。提高了机床磨削精度和效率。l 自主开发的软件包括了砂轮截型计算、磨削程序、在机测量以及齿轮常用数据库等程序包。程序界面友好、操作简单。4343三一精机三一精机中国秦川机床的YK7236B蜗杆砂轮磨齿机4444三一精机三一精机 YK7236B高精度、高效率数控蜗杆砂轮磨齿机，是专门为轿车行业研制开发的新一代磨齿机。该机床是在原有成熟并热销的YK7236A磨齿机基础上，在提高机床自动化程度和加工效率方面作了重大改进，经国内著名汽车齿轮厂使用验证，把磨削常规轿车齿轮的时间缩短到3min，适应了轿车行业对多齿数、小模数汽车变速齿轮的精密、大批量磨削要求，将为我国轿车工业的快速发展提供大量精密、高效的磨齿机。该产品的主要特点如下：l 全数字化CNC系统、驱动系统和高精度光栅检测元件机床采用全数字化的Num Power 1050系统和Num HP伺服驱动系统，系统间的通讯采用高速数字总线完成。整个系统具有很高的频响特性和抗干扰能力。砂轮旋转轴、工件旋转轴以及工件轴向移动轴采用HEIDENHAIN的编码器和光栅尺，提高了测量精度。4545三一精机三一精机l 软件电子齿轮箱(EGB)数控系统的电子齿轮箱功能可以实现砂轮旋转轴、工件旋转轴、工件轴向进给轴、工件切向进给轴之间参数联接，满足齿轮加工的分齿传动及差动的要求，完成直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮的磨削加工。l 连续位移磨削 像连续砂轮修整一样，在磨削过程中，砂轮与齿轮的接触面不断更新，始终使用的是新修过的表面，从而提高磨削效率。l 砂轮在机平衡与磨削余量分配1）砂轮在机平衡系统由安装在砂轮端部的平衡头、安装在砂轮架上的振动传感器及控制柜内的控制器组成。砂轮在整个使用过程中能够得到精确的平衡，可有效的提高工件的磨削质量和主轴寿命。4646三一精机三一精机2）在平衡头内还安装了声纳信号传感器，可在机动态检测砂轮与工件、砂轮与金刚石滚轮的接触状况，实现工件两侧齿面磨削余量的动态均匀分布，消除误操作所产生的碰撞。l 会话编成的人机界面1）根据蜗杆砂轮磨齿机的工作特点开发的专用人机界面，可以引导操作者快速编程和调整机床。2）根据界面中的提示，操作者只要输入相应的参数，便可对齿轮的齿向进行鼓形修形和锥形修行，两种修行的组合，便可得到多种齿向修形曲线。l 吹气清洁 磨削结束后，可对工件进行吹气清洁，以减少冷却油对地面的污染。4747三一精机三一精机11、台湾陆联精密股份有限公司4848三一精机三一精机 LFG-2540CNC齿轮成形磨床是该公司运用累积多年发展齿轮刀具加工设备的专业技术，及结合最新科技产品，以PC Based控制器结合个人电脑，搭配直线电机与直驱电机的特性，所研发出高精度的多功能磨床。该机床的一个特点是：工件主轴（A）采用电主轴，工件横向移动轴（Z）采用直线电机驱动，减少了中间环节的误差积累，提高了机床的响应速度。4949三一精机三一精机谢谢大家！5050三一精机三一精机2024/4/21 2024/4/21 周日周日5050