徐長(zhǎng)春  姚志學(xué)

（浙江佳雪數(shù)控機(jī)床有限公司  浙江省 湖州市 313008）

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，齒輪加工設(shè)備及工藝不斷創(chuàng)新，近幾年由于民營(yíng)和個(gè)體工商企業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力緊張且用工成本上升，因此應(yīng)用工業(yè)自動(dòng)化和信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器換人顯得尤為迫切，本文重點(diǎn)介紹一種臥式干濕切八軸自動(dòng)上下料（帶機(jī)械手）的全自動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)在齒輪加工中，特別是在汽車轉(zhuǎn)向器齒輪行業(yè)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】八軸全自動(dòng)，臥式，干、濕切數(shù)控滾齒機(jī)應(yīng)用

⒈ 引言

汽車轉(zhuǎn)向器是汽車零部件中一個(gè)很重要的部件，其質(zhì)量好壞直接關(guān)系到汽車操控性能及駕乘人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。轉(zhuǎn)向器又是多個(gè)零部件組成的，其中加工難度大，要求高的要數(shù)齒輪軸的加工。轉(zhuǎn)向器齒輪軸模數(shù)大，齒數(shù)少（模數(shù)一般在1.75mm，1.94mm，2.016mm），齒數(shù)在10齒以內(nèi)，齒輪精度為7級(jí)（GB10095-2008），少數(shù)要求6級(jí)。齒面粗糙度Ra＜1.6，有些齒輪軸還有特殊要求即齒向與軸端槽中心有角度要求，因此加工難度大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)全國(guó)生產(chǎn)汽車轉(zhuǎn)向器的廠家有數(shù)百家，年產(chǎn)百萬(wàn)套以上企業(yè)就有十余家。主要分布在重慶、湖北、浙江、上海、河南、廣東、江蘇等地。據(jù)中國(guó)消費(fèi)網(wǎng)、中國(guó)消費(fèi)者報(bào)2014年1月9日?qǐng)?bào)導(dǎo)：2013年全國(guó)汽車產(chǎn)銷量首破2000萬(wàn)輛，所配置汽車轉(zhuǎn)向器2000余萬(wàn)套，生產(chǎn)出口到美國(guó)、韓國(guó)、日本、印度、泰國(guó)、墨西哥、俄羅斯、德國(guó)等國(guó)家的轉(zhuǎn)向器約合9.27億美元。還生產(chǎn)數(shù)10萬(wàn)套轉(zhuǎn)向器供國(guó)內(nèi)零配件需求。“十二，五”末期，我國(guó)汽車轉(zhuǎn)向器年產(chǎn)量預(yù)計(jì)達(dá)到2800萬(wàn)臺(tái)。轉(zhuǎn)向器零件不僅產(chǎn)量大，而且精度要求高。在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)白熱化的今天，轉(zhuǎn)向器行業(yè)和其他行業(yè)一樣要面臨三大難題：一是用工難，用工成本上升；二是產(chǎn)品質(zhì)量不斷升級(jí)，質(zhì)量要求越來(lái)越高；三是綠色環(huán)保生產(chǎn)，降低成本。在這一方面，上海格爾汽車附件有限公司在齒輪生產(chǎn)中解決三大難題中成績(jī)尤為突出，收效也很大，該公司是國(guó)內(nèi)最大的汽車轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)企業(yè)“采埃孚”的優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商。上海格爾在提高產(chǎn)量的同時(shí)更注重產(chǎn)品質(zhì)量的提高，從綠色環(huán)保生產(chǎn)入手，在花巨資改造設(shè)備同時(shí)改善車間生產(chǎn)環(huán)境，生產(chǎn)中做到無(wú)煙無(wú)油、溫度調(diào)控。在產(chǎn)品質(zhì)量控制上不斷創(chuàng)新加工工藝，采用二次對(duì)刀，運(yùn)用以刮代磨的高精度硬齒面加工工藝。面對(duì)用工難的問(wèn)題，該公司高起點(diǎn)采用先進(jìn)的全自動(dòng)設(shè)備。在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有全自動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)的情況下，不惜花重金購(gòu)置格里森全自動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)多臺(tái)。還不能滿足日益增加的訂單。為了降低投入成本，為了扶持名族裝備制造業(yè)的發(fā)展，上海格爾于2010年就積極要求佳雪公司開(kāi)發(fā)適合轉(zhuǎn)向器行業(yè)齒輪加工帶自動(dòng)上下料裝置的全自動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)，與浙江佳雪簽訂產(chǎn)品研發(fā)合作協(xié)議，支持佳雪開(kāi)發(fā)全自動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)。佳雪公司經(jīng)過(guò)近兩年的努力于2012年3月成功生產(chǎn)出了YGS3610八軸全自動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)，在滿足格爾訂單的前提下，將產(chǎn)品投放市場(chǎng)。YGS3610CNC八軸全自動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)經(jīng)過(guò)該公司生產(chǎn)線嚴(yán)格考核。在生產(chǎn)運(yùn)行中佳雪公司將自己生產(chǎn)的機(jī)床時(shí)時(shí)與格里森機(jī)床進(jìn)行比對(duì)，從加工程序到機(jī)床功能、結(jié)構(gòu)、不斷地進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使得該型號(hào)機(jī)床在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到性能優(yōu)良功能完善，加工運(yùn)行穩(wěn)定，生產(chǎn)節(jié)拍加工精度都能達(dá)到進(jìn)口的同類型機(jī)床的先進(jìn)水平。

⒉ 八軸全自動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)

2.1 轉(zhuǎn)向器齒輪軸硬滾切削實(shí)例

以下用哈爾濱精達(dá)公司的JD45型齒輪檢測(cè)中心檢測(cè)，精度等級(jí)達(dá)到6級(jí)（按GB10095-2008）標(biāo)準(zhǔn)。

（1）轉(zhuǎn)向器軸齒輪：m=2.050   Z=7；

（2）切削長(zhǎng)度50mm；

（3）刀具轉(zhuǎn)速1800轉(zhuǎn)/分（高精度干切進(jìn)口滾刀）；

（4）進(jìn)給量0.3mm/刀具每轉(zhuǎn)；

（5）粗加工后齒面硬度HRC＜59°；

（6）對(duì)刀時(shí)間4秒，切削時(shí)間40秒，生產(chǎn)節(jié)拍同進(jìn)口機(jī)床45秒/根。

加工后齒輪精度檢測(cè)如下：

 在此基礎(chǔ)上，佳雪公司不失時(shí)機(jī)研發(fā)出YGS3612CNC八軸數(shù)控滾齒機(jī)，加工模數(shù)3mm，工件外徑125 mm，軸向行程350mm，加工齒數(shù)2-999齒，基本涵蓋了乘用車汽車轉(zhuǎn)向器齒輪加工

2.2 全數(shù)控與全自動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)的差別

數(shù)控滾齒機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械式滾齒機(jī)相比，它沒(méi)有了機(jī)械式滾齒機(jī)復(fù)雜的差動(dòng)掛輪、速度掛輪機(jī)構(gòu)，利用EGB功能（電子齒輪箱功能），具有傳動(dòng)鏈短、鋼性好、切削效率高、精度保持性好、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，“數(shù)控滾齒機(jī)”須具備四軸三聯(lián)動(dòng)的結(jié)構(gòu)型式。

佳雪最新推出的八軸、臥式、干、濕切全自動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)是迎合當(dāng)前齒輪加工行業(yè)機(jī)器換人這一大趨勢(shì)而研發(fā)生產(chǎn)的。該全自動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)為八軸：B軸、C軸、X軸、Y軸、Z軸、U軸、V軸。現(xiàn)將各軸的作用與相互間的關(guān)系簡(jiǎn)述如下：

A軸—滾刀架轉(zhuǎn)動(dòng)軸：在加工齒輪時(shí)，需要根據(jù)齒輪的螺旋角和齒輪滾刀的螺旋升角轉(zhuǎn)動(dòng)刀架，以確保滾切出正確的齒形角和齒向；

B軸—滾刀轉(zhuǎn)動(dòng)軸：是滾齒機(jī)的主運(yùn)動(dòng)，滾刀在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)以展成法原理滾切除被加工工件上的材料并形成齒廓；

C軸—工作臺(tái)主軸箱迴轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（也稱工件軸）：是滾齒機(jī)的分齒運(yùn)動(dòng)，它和滾刀保持嚴(yán)格的速比關(guān)系，以保證滾削出的齒輪齒數(shù)正確，并且保證其分齒精度；當(dāng)滾切斜齒輪時(shí)，工作臺(tái)有一個(gè)附加運(yùn)動(dòng)。（可轉(zhuǎn)角±45º角）

X 軸—刀具的徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)軸：刀具沿工件徑向移動(dòng)以確保滾切出全齒深；

Y軸—刀具的切向移動(dòng)軸（竄刀運(yùn)動(dòng)）：實(shí)現(xiàn)數(shù)字化自動(dòng)竄刀，當(dāng)使用切向滾刀時(shí)，刀具沿工件的切向運(yùn)動(dòng)逐漸加工成齒輪的全齒深；

Z 軸—刀具的軸向移動(dòng)軸：刀具沿工件軸線移動(dòng)以滾切出齒輪的整個(gè)齒寬；

U軸—尾座頂尖左、右移動(dòng)軸：實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的自動(dòng)頂持，實(shí)現(xiàn)了尾座的左右移動(dòng)以及尾座頂尖的左右移動(dòng)；

V軸—機(jī)械手左右移動(dòng)軸：實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的自動(dòng)裝卸，并可根據(jù)不同工件大小與切削參數(shù)調(diào)整移動(dòng)節(jié)拍。

全自動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)—機(jī)床必須具備6個(gè)數(shù)控軸（六軸：a、b、c、x、y、z軸）都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字控制的基礎(chǔ)上，增加U軸（尾座及頂尖左、右移動(dòng)軸）與V軸（機(jī)械手左、右移動(dòng)軸）從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上、下料全自動(dòng)控制。

2.3 該全自動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)具有以下顯著特點(diǎn)

（1）具有干切、濕切功能。只要選用干切滾刀，就可適用風(fēng)冷卻切削，干切削不用冷卻油，節(jié)約了油料成本，清潔環(huán)境。采用干切可提高刀具使用壽命約3倍，降低刀具費(fèi)用約47%，提高生產(chǎn)效率1.4倍，電力費(fèi)用、刀具費(fèi)用、切削油費(fèi)用相對(duì)于濕切可降低45%，加工的綜合成本顯著下降。詳見(jiàn)圖表統(tǒng)計(jì)說(shuō)明：

（2）將信息技術(shù)與傳感技術(shù)有機(jī)融合，機(jī)床自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)具有十八處網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)報(bào)警裝置，機(jī)床加工質(zhì)量完全排除人為因素影響，實(shí)現(xiàn)了智能化自動(dòng)化。自動(dòng)上下料裝置將工件上下時(shí)間完全融合到加工節(jié)拍中，使機(jī)床加工時(shí)間、上下料時(shí)間調(diào)整到最佳值，極大的提高了機(jī)床的生產(chǎn)效率，并實(shí)現(xiàn)了一人操作多臺(tái)機(jī)床，節(jié)省了企業(yè)的勞力成本。

（3）機(jī)床首創(chuàng)國(guó)內(nèi)二次精密對(duì)刀裝置（SKIVING裝置），項(xiàng)目通過(guò)開(kāi)發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工精度高的滾 齒機(jī)精密自動(dòng)對(duì)刀裝置及配套的特殊加工軟件程序，采用了粗滾—熱處理—精滾的加工工藝路線。機(jī)床既能軟齒面切削，又能硬齒面加工。該裝置的發(fā)明引來(lái)了小模數(shù)齒輪加工一次新的工藝革命，過(guò)去能磨或不能磨的盤(pán)類、軸類齒輪、軟齒面加工精度再高一經(jīng)熱處理齒面就變形了，所以一些轉(zhuǎn)速高的齒輪就遇到了技術(shù)瓶頸，有了二次精密對(duì)刀切削這一技術(shù)。上述問(wèn)題就迎刃而解了，初滾時(shí)工件端邊留一定余量，將熱處理后的粗加工工件通過(guò)二次對(duì)刀再精刮一次，以刮代磨，精度可達(dá)6級(jí)，效率是磨齒的數(shù)倍?？芍苯忧邢鱄RC55°±2°高硬齒面齒輪，精密二次對(duì)刀切削不僅精度高，其效率是磨齒的數(shù)十倍。該裝置屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)：專利號(hào)：200720108023x。

（4）發(fā)明伺服數(shù)控軸竄刀機(jī)構(gòu)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制實(shí)施竄刀，延長(zhǎng)刀具使用壽命，節(jié)省勞力，降低生產(chǎn)成本。

為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床滾切的完全自動(dòng)化，科學(xué)合理地安排換刀時(shí)間和刀具刃磨次數(shù)，提高刀具利用率，創(chuàng)新采用軟件預(yù)置的方法，根據(jù)滾刀的長(zhǎng)短按刀齒節(jié)距參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，根據(jù)不同刀具材料、不同工件材料選擇刀齒切削后磨損最佳的竄刀數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制竄刀，節(jié)省人力、刀具，降低生產(chǎn)成本。該機(jī)構(gòu)已獲中華人民共和國(guó)發(fā)明專利，專利號(hào)：200710067965.2。

（5）國(guó)內(nèi)首創(chuàng)滾銑聯(lián)合功能

主要為解決汽車轉(zhuǎn)向器中的閥芯軸精密加工一次成型。閥芯軸加工工藝非常復(fù)雜，首先用插齒機(jī)插36齒三角花鍵，再用花鍵銑床銑四齒或六齒花鍵，然后再用加工中心銑六槽，動(dòng)用3-4臺(tái)設(shè)備需12道工序，每加工一根軸需要13-15分鐘時(shí)間，不僅工藝復(fù)雜、效率低，而且精度難以保證，次品損失大，采用佳雪滾銑聯(lián)合功能利用組合刀具解決一次裝夾，全部工序一次完成，加工一根閥芯軸僅需3分鐘，功效提高4-5倍，合格率達(dá)到99.8%，一人一機(jī)代替了多人多機(jī)，大大降低了生產(chǎn)成本，是汽配行業(yè)閥芯加工工藝的一次革命。該技術(shù)已獲中華人民共和國(guó)發(fā)明專利，專利號(hào)：201010561127.2。

（6）高技術(shù)含量、高性價(jià)比產(chǎn)品，成用戶技改投入首選

佳雪YGS3612CNC C八軸全自動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)經(jīng)上海某知名汽車轉(zhuǎn)向齒輪企業(yè)與進(jìn)口美國(guó)格里森同類產(chǎn)品對(duì)比使用，其精度、效率、可靠性均與格里森產(chǎn)品不相上下，而它的售價(jià)僅為進(jìn)口同類產(chǎn)品的三分之一。因此該企業(yè)為了節(jié)省投資成本，已經(jīng)與佳雪結(jié)為長(zhǎng)期合作伙伴，到目前為止，佳雪6軸、8軸數(shù)控滾齒機(jī)已經(jīng)在上海、浙江、江蘇、湖北、重慶、天津等國(guó)內(nèi)三分之二汽車轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)企業(yè)和國(guó)內(nèi)數(shù)十家小模數(shù)齒輪生產(chǎn)企業(yè)使用，最典型的是浙江寧波、臺(tái)州地區(qū)（小模數(shù)齒輪生產(chǎn)出口基地）、江蘇啟東（電動(dòng)工具生產(chǎn)基地）、湖北荊州（汽車轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)集中地區(qū)）使用，反映性能優(yōu)良。

⒊ 總結(jié)

佳雪從2004年投巨資高起點(diǎn)研發(fā)數(shù)控滾齒機(jī)至今，已有十個(gè)年頭，十年磨一劍，如今產(chǎn)品技術(shù)日臻成熟，產(chǎn)品功能齊全，產(chǎn)品型號(hào)增加，按型號(hào)分有：Y3112CNC、YGS3610CNC、YGS3612CNC、Y3120CNC四種型號(hào)。按軸數(shù)分有：Y3112四軸立式，Y3120五軸、六軸立式，YGS3610、YGS3612五軸、六軸、八軸臥式干、濕切高速、高效數(shù)控滾齒機(jī)。加工范圍有0.3mm～6mm即（2mm、2.5mm、3mm、6mm），工件外徑有100mm、125mm、200mm，加工齒數(shù)在2齒～999齒。有干、濕切功能，二次精密對(duì)刀功能，伺服數(shù)控軸竄刀功能，機(jī)動(dòng)去毛刺功能，滾銑聯(lián)合功能及任何點(diǎn)位的故障自動(dòng)報(bào)警功能等，加工后的齒輪精度可達(dá)到6級(jí)（GB10095-2008）效率是老式機(jī)械滾齒機(jī)的3～4倍，可實(shí)現(xiàn)極少齒數(shù)2個(gè)齒齒輪的加工，產(chǎn)品基本能滿足汽車轉(zhuǎn)向器行業(yè)、電動(dòng)工具行業(yè)、齒輪減速、行星減速行業(yè)、液壓及特種行業(yè)齒輪的加工，為國(guó)內(nèi)用戶提供了一種高性價(jià)比的替代進(jìn)口產(chǎn)品，節(jié)約用戶投資成本，節(jié)約用戶勞動(dòng)力成本等費(fèi)用，不僅能使用戶取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)為振興民族裝備制造業(yè)做貢獻(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T10095.1-2008）圓柱齒輪精度制

[2] 中國(guó)消費(fèi)者報(bào)2014年1月9日?qǐng)?bào)導(dǎo)

[3] 中國(guó)科學(xué)院上海科技查新咨詢中心（報(bào)告編號(hào)：201321C0705920）查新報(bào)告

（審稿：曹華軍  晏晶鑫）