齿轮磨床发展趋势和国产典型磨齿机综述论 - 机械必威体育网址 - Powered by Discuz!

齿轮磨床发展趋势和国产典型磨齿机综述论

　齿轮磨床经过八十余年发展，已从单一产品演变到多系列、多规格，从传统的机械式到采用数控技术，从氧化铝砂轮到采用CBN砂轮，使机床精度、性能和加工效率不断提高，而操作日趋简捷方便。现已形成七个系列200余种规格的齿轮磨床，按标准化分为碟形双砂轮系列（Y70）、锥形砂轮系列（Y71）、蜗杆砂轮系列（Y72）、成型砂轮系列（Y73）、大平面砂轮系列（Y74）、内齿轮砂轮系列（Y75）、摆线齿轮系列（Y76）。中国的齿轮磨床研究制造已有四十余年历史，从八十年代初至今近二十多年间发展较快，制造出七个系列60余种规格的齿轮磨床。其中1997年由秦川机床集团有限公司研制成功的YK7250蜗杆砂轮磨齿机（数控八轴五联动）在国际机床博览会上被有关专家誉为“具国际水平的机床”，标志着中国齿轮磨床制造技术水平跨入世界先进行列。

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。像瑞士马格公司（Magg）七十余年来一直以其生产的碟形双砂轮磨齿机在国际市场独显风采，作为磨齿机中最高精度的代表产品，采用展成磨削原理，及其它技术措施，可磨削出三级以上精度的齿轮。但是，马格磨齿机亦有不足之处，主要是：效率低展成磨削为点接触加上碟形砂轮自身强度、刚度限制，不能作深切或强力磨削；生产成本高所需的特殊附件多，如缺口分度板齿数须和工件齿数相匹配，工作基圆要与滚圆盘的直径一致等，工作种类愈多，所需附件愈多。为此，这家世界闻名、历史悠久的公司，于八十年代末被瑞士奥立康公司（Oerllkon）兼并。

国内曾研制出Y7032A、Y7063A、Y7160等碟形双砂轮磨齿机，其中原秦川机床厂制造的Y7032A，其主要性能均达到马格公司同类产品SD-32-X碟形双砂轮磨齿机水平，荣获国家科技进步一等奖。但是，由于高效蜗杆砂轮磨齿机制造技术的成熟应用，碟形双砂轮磨齿机的市场占有率逐年缩小。

从马格公司被兼并的现实，留给人们思考的是两个字：“效率”。效率是物质能量的反映，是生命力的象征。为此，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。

--蜗杆砂轮磨齿机--

随着CNC技术的发展和蜗杆砂轮及成型砂轮磨削技术的日益成熟，其加工精度已经赶上原马格磨齿机水平，而生产效率远高于Magg磨齿机，已为市场和专家公认，近年来占有绝大部分的市场。其中蜗杆砂轮磨齿机的生产效率又高于成型磨齿机，且技术成熟较早，所以市场份额就更大一些。国际上代表当今蜗杆砂轮磨齿机制造水平的首推瑞士莱斯豪尔公司（Reishaue），其代表产品有：NZA、AZA、RZ300E、RZ301S、RZ362、RZ801、RZ820等型号蜗杆砂轮磨齿机。其他制造厂商主要有：美国格里森公司的TAG400、匈牙利Cepel公司的FKP-362-10、PCG326-10PLC等，日本Kashifuji公司的KF200、OKMOTO公司的SHG400，中国秦川公司的YE7232、YK7232、YK7250等型号产品及上海机床厂的YKA7232。

表一：国内外同类蜗杆砂轮磨齿机主要性能、特点对照表

^9 r2 ~- s( ~9 u1 L9 I; B 型号项目		) k* ?4 H, X/ z& F% r& L3 N: U/ e' w 瑞士 AZA	8 S3 f4 R' q! P/ e% q2 u 中国秦川 YE7232	* D$ W6 w8 I- ?# ] 匈牙利FKP 326-10
3 j, e. j- y8 ~+ p/ o3 Z 主要加工参数	' F3 \3 t; y% _ 直径（mm）	) [1 l6 O1 j" K; Z8 N4 D 10~330	; ~6 f8 R* G4 O+ k1 g 20~320	' _7 B9 v# H1 D/ o. i& w* C 10~320
	, ~' \|7 p/ z/ i+ O' M 模数（mm）	" m9 b; x* {% E: V- ~9 W4 `" C& ?, T 0.5~6	O- P, ]9 e" u 1~6	3 c) n% m/ O" M' ]. H6 \' R 0.5~6
	& d+ E$ W. ?! {+ u4 P 齿数	) X' ]- z+ a! l) e1 O 12~260	) F3 ^8 Q# [2 p Q3 `) K# S 12~260	( Z8 f+ j+ R' P3 p9 \ 10~260
	5 f: j$ {! ~4 g 最大直齿宽度（mm）	4 V! J, u Y! ^; w Y 170	$ }- N( H5 l* ^9 P0 A 170
	* x- @7 d& ?9 d 螺旋角（?）	! T5 N: {( c* B" P% a ±45	* d6 }& S, ?+ ?' V+ ]4 B! g ±45	* r9 E% q- B' S% e) f% Y ±45
	0 _3 v4 ?: r" M e& z 夹持长度（mm）	; v8 [( _' x. N- l' w3 Q/ s 145~420	/ Y- N9 J, G M6 Q5 Y! S2 l 180~420	* s7 ] b) M6 j5 c) K* q 240~420
, X1 k9 ~1 M3 v) r- l" c( \| 磨削精度		4 d. M! v3 I) ]* x: `1 x 4(5)级/DIN3962	9 D- u+ U; l/ e 4~5级/GB10095-88	2 {8 n$ [0 \4 N2 V 4~6级/DIN3962
/ ?" K! _& ]' {( r/ W 自动进给/自动复位		5 u7 Z8 V" d0 I7 v 有/有	6 _; @" _0 ]. Y 有/有	9 C6 }$ g7 D1 [5 L' s, Z 有/无
$ k+ R1 ~- G, H- f) o% K 自动切向位移		/ u+ \|! E. N3 y2 W7 R, h$ p 有	% J$ {: p" m8 p" F. J 有	+ i' ~4 k0 M1 C: E$ [( C$ ?8 \ 有
6 v4 H; U7 ?% m7 L 砂轮单、双头磨削		- f9 Q/ {5 i, V- M3 ^8 F9 W* B 有	' Q$ j! y8 U5 H# j) K7 D4 u9 O9 K 有	6 ~5 B" ]9 d6 b 有
$ T/ I! ^* X; X. z v 齿向修形功能		* `+ W4 u; m! w4 W3 d0 O. z 有	$ C8 H m/ X" i6 K 有	! [( O. @: l# Q 有
4 w0 t( ]' {. `; {1 o* Y/ u 齿形修形功能		5 H$ w$ }, S# h: x, c# Z 有	/ E2 F' x# Z% M) n5 f& e 有	8 x ]! J- h3 g7 Q 有
: B: v" ]$ z- H 主传动元件数		. W! J9 {7 k: x0 w9 ? 22	' M# B3 r, g+ O" L; H7 D( Z, A 20	$ F) J/ O3 i& w& q- s 22
8 r0 a/ ?0 I% W2 x/ @, J' X 砂轮修整形式		* B* J, K+ ?9 j) W6 R 滚轮、车刀	: L/ U. B1 D$ e 金刚石滚轮	: z8 e1 }1 h. V+ p; C 金刚石车刀
/ Y$ O n! p. t. j 工件滑座调速形式及特点		1 V2 o- y4 P# y 容积高速、均匀	$ [! I8 h( ?% n) d' X 容积高速、均匀	; ^- U4 F* q( o7 v; {( }& a 节流调整、不均匀
+ n. q* w# l0 J9 q$ ] 电气主控制系统		3 t3 l: E& [2 H5 X$ C PC装置	l0 g3 P2 C% j8 P+ x PC装置	$ l2 g* b6 J7 y; c PC装置
! r2 S0 z, y: Q( l7 d 自动化程度		0 W$ F( j. e: F1 o, L% C4 R! X 程控自动磨削	! t" \|% E1 \- t6 U$ m0 K 程控自动磨削	8 T V6 h y. h+ g& d. Y2 D _ 程控自动磨削
' u C3 R7 n, g2 }% S# q8 a 生产能力		; \9 I* r2 p; H* A0 t 优	; {# E% K/ m( f1 Z, B2 ~ 优	. H: O* U: \|. U8 \|( e 优

注：GB10095-88与DIN3962等效标准，瑞士AZA磨削Z<24达到DIN39625级精度。

通常大批量齿轮加工，蜗杆砂轮磨齿工艺当为首选。上述磨齿机在性能、水平档次上有差异，在价格上差异更大，莱斯豪尔公司的产品价格约为其他国外厂商同类产品的2~3倍，约为中国同类产品的4~5倍。在能满足加工要求和保证生产效率前提下，笔者认为国内厂家应立足国内磨齿机的选型。经过国家专业机构检测鉴定，秦川的YE7232与世界王牌瑞士莱斯豪尔的AZA磨齿机主要性能、特点类似，但价格仅为其的1/5~1/6（见分析表）。秦川的YE7232与世界王牌瑞士莱斯豪尔的RZ301S等磨齿机主要性能，特点比较见表2。

表二：秦川厂与瑞士莱斯豪尔公司（Reishauer）磨齿机性能对照表

5 _/ x5 r2 J7 b7 `* m! {" D' X6 P 型号项目		秦川机床集团有限公司	瑞士Reishauer公司
5 _/ x5 r2 J7 b7 `* m! {" D' X6 P 型号项目		YK7232	RZ300E	RZ301S
$ y8 g. d, d& X* D* j8 q, b 工件	. D# J; \|1 Q8 Z5 ^ 直径（mm）	20~320	10~300	10~330
	9 t3 Q. \1 [0 ], C$ z0 H) L 模数（mm）	1~6	0.5~5	0.5~6
	$ {+ S6 a. x1 u$ ?* u 齿数	12~256	7~256	10~600
	) W8 L3 `! a' A 螺旋角（°）	±45	±45	±45
	8 n& M0 Q6 A, A4 O/ D3 K2 T/ o 工件架行程（mm）	180	180	180
	9 Q! L7 ^; F1 K% v" R; K! ? 最大顶尖距（mm）	420	420	420
	" M% l& W. Y! \|# V" o/ V. _ 最大重量（N）	600	500	600
" M5 e x' v; i 砂轮	$ `: g3 b3 d9 s- ]! Q& N" e5 A 直径（mm）	400~300	350~270	350~270
	" }9 y4 P! N( V0 g l, L 宽度（mm）	100、80	84	104
	8 N$ f1 k) O5 ^3 ~: i 磨削转速（r/min）	1100~1650	1100~1900	1100~1900
	1 Q S5 T. I6 i& y! ~7 W7 s 修整转速（r/min）	56	52~90	52~90
	: E( B( a9 W* G, l. }% m [ 快速进退量（mm）	40	50	50
	切向位移量（mm）	90	70	90
	+ p4 k9 C) ?; l8 \| 工件轴向速度（mm/r）	0.4~3	0.6~3	0.6~3
	单行程进给量（mm）	0.01~0.1	0.01~0.08	0.01
	( I( G) {% u5 O# W* U5 u 机动进给总量（mm）	0.8	0.8	---
精度		3~4(5)	3~4	3~4
传动系统		电子传动	电子传动	电子传动
控制系统		计算机数控	PC控制	计算机数控
齿形修形		有	有	有
齿面对刀		有	有	有
$ C8 P) v2 ~. A& ?2 ~ 磨削状态指示		有	有	有
8 t# {; `! v7 b4 o0 ` 自动切向位移		有	可有	有
3 Z0 S! e3 G* J0 [5 g6 D+ T' L 砂轮转速选择		有	有	有
- J ~& l0 N; [ 操作调整性能		优	良	优
) \|% k {/ O7 H8 _ 磨削效率		较高	一般	高
# {" f( K/ B3 J7 f y 功能价格比		优	一般	一般

*极限规格齿轮为5级

--成型砂轮磨齿机--

成型砂轮磨齿机的发展已有四十余年的历史，该磨齿机的关键在于成型砂轮修整器。在八十年代以前，修整器大都为钢带滚圆结构、四连杆机构和渐开线样板的修整器，囿于在磨削斜齿轮时，砂轮廓形必须随砂轮直径改变而改变，而机械式修整器很难实现随机的变化。八十年代初，德国Kapp公司研制出VAG和VAS系列电镀立方氮化硼成型砂轮磨齿机，由于砂轮预先制成必要的形状，直径几乎没有变化，避免磨削斜齿轮时出现的困难。可是由于这种砂轮万能性差，制作价格昂贵，故没有得到普及推广。比较理想的是采用数控砂轮修整器，在磨削斜齿轮时，修整器的运动轨迹可随砂轮直径的变化而变化。八十年代以来，很多厂商都致力于该修整器的研究。所以说蜗杆砂轮磨轮机不断创新的同时，与之并行的成型砂轮磨齿工艺日趋成熟完善，并显示出其特有的重要性，其关键在于克服了蜗杆砂轮磨齿工艺的不足。有关专家曾评述成型砂轮磨齿机的优点为：

能十分方便地解决齿形修缘和齿根圆角问题

蜗杆砂轮磨齿机磨削修缘齿形时必须配备专用金刚石滚轮，生产成本较高。此外用同一修缘滚轮，当砂轮直径不同时，砂轮的实际修缘量是变化的，被磨齿轮的齿形修缘量也会跟着变化。模数越大，这个问题越明显。

数控成型砂轮磨齿机磨修缘齿轮时，只需将修缘量和齿廓形状通过数控系统的操作面板输入系统，而且必要时可随时修改，十分方便。

成型磨齿在理论上对工件模数没有限制，而蜗杆砂轮磨齿机的工件模数有很大的局限性

理论上蜗杆砂轮磨齿机砂轮应该修成一个渐开线蜗杆。而目前采用的修整方法，只能得到“K”型蜗杆，当螺旋升角很小时，这两者之间的差别不大；但是，当螺旋升角加大时，两者之间的误差会明显增大。所以AZA和RZ301S等蜗杆砂轮磨齿机最大模数只能到6mm。RZ801型磨齿机的最大模数为7mm或8mm，但是只能机下修形，必须另配修整器，很不经济。

采用大颗粒金刚石车修砂轮，可以获得正确的渐开线蜗杆，但这种大颗粒金刚石价格十分昂贵，因此这种修整方法已经不再采用。将一个平面金刚滚轮置于砂轮假想蜗杆基田圆柱的切平面内，理论上可以修出渐开线蜗杆，但由于砂轮直径是不断变化的，金刚滚轮的位置必须跟着不断地调整，所以实际上也很难实现。

当工件齿数较少、齿宽较大时，如油泵齿轮，成型磨的效率高于蜗杆砂轮磨

1 v& E1 \( l5 \1 T D

数控成型砂轮磨齿机具有其他各种磨齿机无法比拟的万能性

配备相应的软件后，可以方便地加工各种特殊齿形，如摆线齿、花键等，调整方便，操作简便。

成型砂轮磨齿机在工件齿数较多时，生产效率低于蜗杆砂轮磨齿机，却又大大高于锥面砂轮磨齿机

国际上代表当今成型砂轮磨齿机制造水平首推瑞士Oerlilion-Maag公司，其代表产品为Opal4200、Opal800、Opal1200型CMC磨齿机，磨削精度最高可达DIN2级。其他制造商有：意大利Samputensili公司的R1-370, 德国Kapp公司的VAS55、VAS432、VUS530、VUS531，日本唐津公司的FGS-30N及原德国Niles公司的双砂轮成型磨齿机。中国秦川早期制造的成型砂轮磨齿机有YS7332、YS7363、Y73100，近年内制造出的有YK7332、YK73100以及内齿轮成型磨齿机Y7550、YK75100等。中国研制的成型磨齿机，其技术水平暂低于国外先进水平，但几种控成型砂轮磨齿机相当于国际九十年代初期水平，且从适用性、性能价格方面，仍不失为国内齿轮制造行业首选产品。国内成型砂轮磨齿机的主要性能见表3。

表3：国内成型砂轮磨齿机主要技术性能

) Q, I3 p6 x8 M9 _+ r& Q 型号项目		- A; K3 O2 Q$ o7 U 秦川机床集团有限公司
) Q, I3 p6 x8 M9 _+ r& Q 型号项目		6 W' E2 U. v+ ^- ^ YK7332	2 C x7 }% o& u; x5 f+ R" i; { YK73100	& Y6 W" [5 k$ B/ d YK75100
W9 ]: \0 r' V3 i7 x 根圆直径（mm）	; J/ u( e% @4 ?$ L" Y! I H) } min	- A1 V% S$ D6 S; e5 u( R! K N* S 30	- c& e: I" ^! x- M3 d. J 300	2 E) P. P) _. G0 I& ^( [ 400
; c2 ` U# E0 i) O+ g% u 工件直径（mm）	! _ o3 L+ D3 Q5 ` max	. f: X @# F/ f 320	3 [4 G8 V& F$ z; m$ D( f 1000	# n* e: y) o8 l 1000
" _) v6 r6 O6 w9 U8 c 法向模数（mm）	" u. A, T* v; Z) q* g/ T7 G" u min	$ F0 A( }! U- a W* ~1 R3 Y* ~ 1	( I* u9 _& X: [8 r9 q' u$ Z3 Q 3	' J- \| u+ ?2 y u9 N/ g+ ` 2
" _) v6 r6 O6 w9 U8 c 法向模数（mm）	, L( D+ D) G' P max	2 D& w% h$ y: _! h' p* {) m/ m 12	* c+ S0 w0 \|5 [( F5 q5 v 16	4 t$ J$ W) O& \ i" R) ]) @3 x 12
! A2 {" T" M0 J& J8 i3 ^; s# f7 x/ Z 螺旋角（°）	6 Z/ e6 l) b* z max	0 [! i3 @9 @2 k- u6 [' R ±90	% H6 X& f- X, C( {. ~/ z2 ~. x ±35	8 ^! z4 m# F& Y1 `& Z) I ±30
& E, p& Q1 g/ e5 K9 ]& p 齿数	-	( c; q7 Z5 T' @$ v- z 1~99	; a' f0 D( n7 n; e' E, F 1~333	- r8 A* r# F# F$ B: C 32~300
a9 D @, i0 [+ B6 O, v( v 齿宽（mm）	-	" \! k1 @( x# t1 B6 y 350	+ j L+ ~# I& S8 c ] X- z; s 450	) \* Q+ j+ g. ~# B: a 200
8 q* ^( h# n: z1 o- q8 f' w 磨具中心到工件轴线的距离（mm）	4 G2 W9 f4 r1 K o9 v min	# u. n# A( V$ Q8 b, n+ r L5 t1 ? 128	3 P. F9 p3 z, H6 T6 Y 300	: l$ Z% E5 s9 C9 p9 i; u 70
8 q* ^( h# n: z1 o- q8 f' w 磨具中心到工件轴线的距离（mm）	. E9 y9 ]2 p5 Y max	( H; _1 o8 _3 d3 I. h 303	+ S4 S+ x! W+ l: J+ V1 A+ o# x! N 880	' z, Q. W5 C, m6 C/ p- W, _ 370
! K4 m( R/ b6 ]6 c' j 砂轮轴向移动行程（mm）	( P3 k$ h8 O$ ]! E w min	0 p5 Q) d; ?: D# [ 20	3 _/ [$ {& [' p 20	1 k* K( c6 H% F -
9 B& R W2 E8 n, I6 u 精度GB10095-88	. `6 O3 g0 `% l max	1 y0 M4 V; A$ a# j! \7 F. ^9 B5 _ 4级	8 \' u, X( Q' ?7 ^$ S 5~6级	/ ^, C/ O& W8 v' z' }4 \ 4~5级
: c8 C1 s0 h4 ?& c& Y- K 立柱拖板走刀速度（mm/min）	% `' H, B# x! X1 s# k9 F5 g) Q max	-	; A- Y! i5 K2 V& {2 r# q& m, N" z/ Q7 a 100	( ~5 F+ `+ x9 \7 R5 L 100
" _+ ?. Q( {& P2 [+ R c 立柱进刀速度（mm/min）	3 c; G$ W! P, y( h max	-	6 C& K& L( t6 w6 \|3 I$ Z1 B 100	. \2 X2 ?6 y) o2 j! M 100
: P4 t; r" S1 ~5 V/ q 立柱拖板走刀行程（mm）	( G/ [% I0 @; n* t% h max	-	) J( q. j# n5 ?7 q' e 580	" q7 h [$ _! T: z/ _ 580
9 A( ]0 i! n# B6 h 立柱进刀行程（mm）	}0 r- F6 h4 C5 Z; H* x2 U max	-	# M, j5 ~2 g* l$ [ 580	7 P y. M9 S( `% \1 B8 N. u 320
2 d0 \|* `; K0 \|6 [0 t4 [ 砂轮架走刀速度（mm/min）	* r6 p( f6 ]/ X7 M8 E, M max	' F2 l& C* c9 S* Q7 G$ r 6000	+ c( G3 Y- {( Z y$ P+ u3 Y Z轴	-
: ~5 U- d8 L$ b2 a- e3 T 砂轮架进刀速度（mm/min）	9 i" c ^( `7 N/ B d. g0 \' k2 k) @ max	3 s% e$ d' S4 P# H. I6 y, } 10000	1 E1 Z6 e# X U. S X轴	-
: }" r$ _$ V% _( G 砂轮架走刀行程（mm）	5 V) p3 M9 G9 n0 n% D& @* _ B max	& ]+ }2 E3 ~$ t' n/ l3 L 440	; h! h Z3 m; c8 S7 w Z轴	-
c1 _( x* M! B, \|2 a 砂轮架进刀行程（mm）	4 a/ o S6 D6 E) E: G: m, `( t' J max	5 Y! j5 R" y1 ?) _4 T5 n3 s+ I 175	" t4 S/ w8 F: i; t0 y4 ^ X轴	-
8 g: \|1 S6 M3 x+ c/ Q& R) [2 C 头尾架顶尖距（mm）	2 q5 X* h0 f4 N/ @) \|! J min	: d: h, o( P2 l$ h 250	-	-
8 g: \|1 S6 M3 x+ c/ Q& R) [2 C 头尾架顶尖距（mm）	9 Q: I v( q% d: C8 ~ max	/ a3 ~8 p# Z" u5 T+ G8 `8 A) Z 700	-	-

国内诸多用户对于成型磨齿技术不是很熟悉，虽说制造过几种型号的机械式成型磨齿机，但因固有的技术不足而应用范围很小。随着数控技术的应用，成型磨齿在九十年代初期以来已经相当成熟，所以与蜗杆砂轮磨齿技术一样愈来愈受到重视，并被人们接受、应用推广，而形成齿轮磨床研究发展趋势，作为国内齿轮磨床制造业，亦应从中引起重视和深思。

--锥思砂轮磨齿机--

以万能性好而著称的锥面砂轮磨齿机，国外制造厂家水平较高的为德国的Niles公司（现为Kapp公司兼并）和Hofler公司，以及Kolb公司，其机床加工精度一般稳定在DIN4级，个别型号可达DIN3级。Niles公司的代表产品有：ZSTZ10/LPC、ZTZ06EG-CNC、ZTZ08EG-CNC、ZST10EG-CNC磨齿机；Hofler公司的代表产品有：H300、H630E、H803E、H1003、H1253、H1603、H2000、H4000磨齿机；Kolb公司的代表产品有：KZ1、KZ2磨齿机等。

国内在八十年代中期之前，主要研制生产锥面砂轮磨齿机。制造商代表为：上海机床厂和秦川机床集团有限公司，曾先后生产数千台锥面砂轮磨齿机，主要型号有：Y7163、Y7150、Y7132、Y7132A、Y7132B、Y7132D、Ym7132A、Y7163A、YK7163、Y7180等。其中秦川公司的Ym7132A、Y7163A、YK7163、Y7180等机床的性能与德国同类产品性能接近，达八十年代末国际先进水平，加工精度稳定在4级。同时，由于机床价格远低于进口机床，以其良好的性能价格比，赢得国内大部分市场。