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八轴全自动数控滚齿机在汽车齿轮行业的应用
POST TIME: 2015/01/16   Read:2762    size:Large Small

八轴全自动数控滚齿机在汽车齿轮行业的应用

来源:中国齿轮行业网    2014/12/02

徐长春  姚志学

(浙江佳雪数控机床有限公司  浙江省 湖州市 313008)

    【摘要】随着科学技术不断发展,齿轮加工设备及工艺不断创新,近几年由于民营和个体工商企业的快速发展,国内劳动力紧张且用工成本上升,因此应用工业自动化和信息化技术实现机器换人显得尤为迫切,本文重点介绍一种卧式干湿切八轴自动上下料(带机械手)的全自动数控滚齿机在齿轮加工中,特别是在汽车转向器齿轮行业的应用。

    【关键词】八轴全自动,卧式,干、湿切数控滚齿机应用

⒈ 引言

  汽车转向器是汽车零部件中一个很重要的部件,其质量好坏直接关系到汽车操控性能及驾乘人员的生命财产安全。转向器又是多个零部件组成的,其中加工难度大,要求高的要数齿轮轴的加工。转向器齿轮轴模数大,齿数少(模数一般在1.75mm,1.94mm,2.016mm),齿数在10齿以内,齿轮精度为7级(GB10095-2008),少数要求6级。齿面粗糙度Ra<1.6,有些齿轮轴还有特殊要求即齿向与轴端槽中心有角度要求,因此加工难度大。据不完全统计全国生产汽车转向器的厂家有数百家,年产百万套以上企业就有十余家。主要分布在重庆、湖北、浙江、上海、河南、广东、江苏等地。据中国消费网、中国消费者报2014年1月9日报导:2013年全国汽车产销量首破2000万辆,所配置汽车转向器2000余万套,生产出口到美国、韩国、日本、印度、泰国、墨西哥、俄罗斯、德国等国家的转向器约合9.27亿美元;股10万套转向器供国内零配件需求!笆,五”末期,我国汽车转向器年产量预计达到2800万台。转向器零件不仅产量大,而且精度要求高。在国内外市场竞争白热化的今天,转向器行业和其他行业一样要面临三大难题:一是用工难,用工成本上升;二是产品质量不断升级,质量要求越来越高;三是绿色环保生产,降低成本。在这一方面,上海格尔汽车附件有限公司在齿轮生产中解决三大难题中成绩尤为突出,收效也很大,该公司是国内最大的汽车转向器生产企业“采埃孚”的优质供应商。上海格尔在提高产量的同时更注重产品质量的提高,从绿色环保生产入手,在花巨资改造设备同时改善车间生产环境,生产中做到无烟无油、温度调控。在产品质量控制上不断创新加工工艺,采用二次对刀,运用以刮代磨的高精度硬齿面加工工艺。面对用工难的问题,该公司高起点采用先进的全自动设备。在国内还没有全自动数控滚齿机的情况下,不惜花重金购置格里森全自动数控滚齿机多台;共荒苈闳找嬖黾拥亩┑。为了降低投入成本,为了扶持名族装备制造业的发展,上海格尔于2010年就积极要求佳雪公司开发适合转向器行业齿轮加工带自动上下料装置的全自动数控滚齿机,与浙江佳雪签订产品研发合作协议,支持佳雪开发全自动数控滚齿机。佳雪公司经过近两年的努力于2012年3月成功生产出了YGS3610八轴全自动数控滚齿机,在满足格尔订单的前提下,将产品投放市场。YGS3610CNC八轴全自动数控滚齿机经过该公司生产线严格考核。在生产运行中佳雪公司将自己生产的机床时时与格里森机床进行比对,从加工程序到机床功能、结构、不断地进行优化改进,使得该型号机床在很短的时间内达到性能优良功能完善,加工运行稳定,生产节拍加工精度都能达到进口的同类型机床的先进水平。

⒉ 八轴全自动数控滚齿机

2.1 转向器齿轮轴硬滚切削实例

  以下用哈尔滨精达公司的JD45型齿轮检测中心检测,精度等级达到6级(按GB10095-2008)标准。

 。1)转向器轴齿轮:m=2.050   Z=7;

 。2)切削长度50mm;

 。3)刀具转速1800转/分(高精度干切进口滚刀);

 。4)进给量0.3mm/刀具每转;

 。5)粗加工后齿面硬度HRC<59°;

 。6)对刀时间4秒,切削时间40秒,生产节拍同进口机床45秒/根。

  加工后齿轮精度检测如下:

  在此基础上,佳雪公司不失时机研发出YGS3612CNC八轴数控滚齿机,加工模数3mm,工件外径125 mm,轴向行程350mm,加工齿数2-999齿,基本涵盖了乘用车汽车转向器齿轮加工。

2.2 全数控与全自动数控滚齿机的差别

  数控滚齿机与传统的机械式滚齿机相比,它没有了机械式滚齿机复杂的差动掛轮、速度掛轮机构,利用EGB功能(电子齿轮箱功能),具有传动链短、钢性好、切削效率高、精度保持性好、操作简单的特点,“数控滚齿机”须具备四轴三联动的结构型式。

  佳雪最新推出的八轴、卧式、干、湿切全自动数控滚齿机是迎合当前齿轮加工行业机器换人这一大趋势而研发生产的。该全自动数控滚齿机为八轴:B轴、C轴、X轴、Y轴、Z轴、U轴、V轴。现将各轴的作用与相互间的关系简述如下:

  A轴—滚刀架转动轴:在加工齿轮时,需要根据齿轮的螺旋角和齿轮滚刀的螺旋升角转动刀架,以确保滚切出正确的齿形角和齿向;

  B轴—滚刀转动轴:是滚齿机的主运动,滚刀在转动时以展成法原理滚切除被加工工件上的材料并形成齿廓;

  C轴—工作台主轴箱迴转运动(也称工件轴):是滚齿机的分齿运动,它和滚刀保持严格的速比关系,以保证滚削出的齿轮齿数正确,并且保证其分齿精度;当滚切斜齿轮时,工作台有一个附加运动。(可转角±45&ordm;角)

  X 轴—刀具的径向进给运动轴:刀具沿工件径向移动以确保滚切出全齿深;

  Y轴—刀具的切向移动轴(窜刀运动):实现数字化自动窜刀,当使用切向滚刀时,刀具沿工件的切向运动逐渐加工成齿轮的全齿深;

  Z 轴—刀具的轴向移动轴:刀具沿工件轴线移动以滚切出齿轮的整个齿宽;

  U轴—尾座顶尖左、右移动轴:实现对工件的自动顶持,实现了尾座的左右移动以及尾座顶尖的左右移动;

  V轴—机械手左右移动轴:实现对工件的自动装卸,并可根据不同工件大小与切削参数调整移动节拍。

  全自动数控滚齿机—机床必须具备6个数控轴(六轴:a、b、c、x、y、z轴)都实现了数字控制的基础上,增加U轴(尾座及顶尖左、右移动轴)与V轴(机械手左、右移动轴)从而实现自动上、下料全自动控制。

2.3 该全自动数控滚齿机具有以下显著特点

 。1)具有干切、湿切功能。只要选用干切滚刀,就可适用风冷却切削,干切削不用冷却油,节约了油料成本,清洁环境。采用干切可提高刀具使用寿命约3倍,降低刀具费用约47%,提高生产效率1.4倍,电力费用、刀具费用、切削油费用相对于湿切可降低45%,加工的综合成本显著下降。详见图表统计说明:

 

 

 。2)将信息技术与传感技术有机融合,机床自动上下料机构具有十八处网络检测报警装置,机床加工质量完全排除人为因素影响,实现了智能化自动化。自动上下料装置将工件上下时间完全融合到加工节拍中,使机床加工时间、上下料时间调整到最佳值,极大的提高了机床的生产效率,并实现了一人操作多台机床,节省了企业的劳力成本。

  3)机床首创国内二次精密对刀装置(SKIVING装置),项目通过开发一种结构简单,加工精度高的滚齿机精密自动对刀装置及配套的特殊加工软件程序,采用了粗滚—热处理—精滚的加工工艺路线;布饶苋沓菝媲邢,又能硬齿面加工。该装置的发明引来了小模数齿轮加工一次新的工艺革命,过去能磨或不能磨的盘类、轴类齿轮、软齿面加工精度再高一经热处理齿面就变形了,所以一些转速高的齿轮就遇到了技术瓶颈,有了二次精密对刀切削这一技术。上述问题就迎刃而解了,初滚时工件端边留一定余量,将热处理后的粗加工工件通过二次对刀再精刮一次,以刮代磨,精度可达6级,效率是磨齿的数倍?芍苯忧邢鱄RC55°±2°高硬齿面齿轮,精密二次对刀切削不仅精度高,其效率是磨齿的数十倍。该装置属国内首创:专利号:200720108023x。

 。4)发明伺服数控轴窜刀机构,由计算机自动控制实施窜刀,延长刀具使用寿命,节省劳力,降低生产成本。

  为了实现机床滚切的完全自动化,科学合理地安排换刀时间和刀具刃磨次数,提高刀具利用率,创新采用软件预置的方法,根据滚刀的长短按刀齿节距参数输入计算机,根据不同刀具材料、不同工件材料选择刀齿切削后磨损最佳的窜刀数据,由计算机自动控制窜刀,节省人力、刀具,降低生产成本。该机构已获中华人民共和国发明专利,专利号:200710067965.2。

 。5)国内首创滚铣联合功能

  主要为解决汽车转向器中的阀芯轴精密加工一次成型。阀芯轴加工工艺非常复杂,首先用插齿机插36齿三角花键,再用花键铣床铣四齿或六齿花键,然后再用加工中心铣六槽,动用3-4台设备需12道工序,每加工一根轴需要13-15分钟时间,不仅工艺复杂、效率低,而且精度难以保证,次品损失大,采用佳雪滚铣联合功能利用组合刀具解决一次装夹,全部工序一次完成,加工一根阀芯轴仅需3分钟,功效提高4-5倍,合格率达到99.8%,一人一机代替了多人多机,大大降低了生产成本,是汽配行业阀芯加工工艺的一次革命。该技术已获中华人民共和国发明专利,专利号:201010561127.2。

 。6)高技术含量、高性价比产品,成用户技改投入首选

  佳雪YGS3612CNC C八轴全自动数控滚齿机经上海某知名汽车转向齿轮企业与进口美国格里森同类产品对比使用,其精度、效率、可靠性均与格里森产品不相上下,而它的售价仅为进口同类产品的三分之一。因此该企业为了节省投资成本,已经与佳雪结为长期合作伙伴,到目前为止,佳雪6轴、8轴数控滚齿机已经在上海、浙江、江苏、湖北、重庆、天津等国内三分之二汽车转向器生产企业和国内数十家小模数齿轮生产企业使用,最典型的是浙江宁波、台州地区(小模数齿轮生产出口基地)、江苏启东(电动工具生产基地)、湖北荆州(汽车转向器生产集中地区)使用,反映性能优良。

⒊ 总结

  佳雪从2004年投巨资高起点研发数控滚齿机至今,已有十个年头,十年磨一剑,如今产品技术日臻成熟,产品功能齐全,产品型号增加,按型号分有:Y3112CNC、YGS3610CNC、YGS3612CNC、Y3120CNC四种型号。按轴数分有:Y3112四轴立式,Y3120五轴、六轴立式,YGS3610、YGS3612五轴、六轴、八轴卧式干、湿切高速、高效数控滚齿机。加工范围有0.3mm~6mm即(2mm、2.5mm、3mm、6mm),工件外径有100mm、125mm、200mm,加工齿数在2齿~999齿。有干、湿切功能,二次精密对刀功能,伺服数控轴窜刀功能,机动去毛刺功能,滚铣联合功能及任何点位的故障自动报警功能等,加工后的齿轮精度可达到6级(GB10095-2008)效率是老式机械滚齿机的3~4倍,可实现极少齿数2个齿齿轮的加工,产品基本能满足汽车转向器行业、电动工具行业、齿轮减速、行星减速行业、液压及特种行业齿轮的加工,为国内用户提供了一种高性价比的替代进口产品,节约用户投资成本,节约用户劳动力成本等费用,不仅能使用户取得较好的经济效益,同时为振兴民族装备制造业做贡献。

【参考文献】

[1] 中华人民共和国国家标准(GB/T10095.1-2008)圆柱齿轮精度制

[2] 中国消费者报2014年1月9日报导

[3] 中国科学院上?萍疾樾伦裳行模ūǜ姹嗪牛201321C0705920)查新报告

 


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