弧齿锥齿轮加工的发展

 新闻资讯     |      2019-09-17 09:48
弧齿锥齿轮加工的发展
 
弧齿锥齿轮加工的发展与弧齿锥齿轮加工机床的发展密不可分。其制造技术的发展其实就是机床的不断进步。由于国内应用最多的是格里森齿制,机床也多是格里森机床或是国产仿制的格里森机床,所以在下文中笔者主要介绍格里森机床的发展。
 
弧齿锥齿轮在1820年就被提出。但由于加工困难,机床难以设计和制造,所以将近一个世纪内都只停留在理论模型阶段。一直到1910年,德国人Paul Böttcher才用铣刀盘加工出了第一对完全共轭的等高齿弧齿锥齿轮。
 
1874年,Gleason公司的创始人William Gleason发明了第一台圆锥齿轮刨齿机。1913年,Gleason公司的James Gleason设计出了首台弧齿锥齿轮端面切削机床。1919年,Gleason公司获得了Paul Böttcher的专利技术,开始对弧齿锥齿轮机床机型进一步的研究和创新[29]。在这一阶段中,为了防止小端轮齿过尖容易断裂的问题,Gleason公司的研究人员Ernest Wildhaber创新性的引入了渐缩齿的概念,为以后的弧齿锥齿轮的加工提供了新的思路,大大的影响了以后的弧齿锥齿轮的加工制造。格里森No.16型机床是这个时期的代表机床[30]。
 
20世纪20年代,Gleason公司创造性的提出了轴线偏置的准双曲面齿轮的概念,并在1925年推出了可以加工双曲面锥齿轮的No.16H型机床。加工出的轴线偏置的准双曲面齿轮不仅重合度高,而且小轮的强度也有所提高,因此第二年就开始批量的为福特公司生产准双曲面汽车齿轮。
 
后来,Gleason公司又提出并实现了刀倾法加工原理,这对弧齿锥齿轮的加工有着划时代的意义。使用该加工方法的机床加入了刀倾机构,因此增加了机床的可调整参数,从而可以修正弧齿锥齿轮的齿形,以达到更好的重合度。之后,点接触齿面的出现使得弧齿锥齿轮副的齿面接触性能又有了很大程度的提高。
 
1954年,Gleason公司推出了No.116型铣齿机床。这个型号的机床后来成为了弧齿锥齿轮加工设备中的经典,对国际和国内锥齿轮工业的影响都非常深远。这个型号的机床采用了复杂的机械传动方式,并带有刀倾机构,是第一台能够把齿轮高级啮合理论在螺旋锥齿轮副上变成现实的机床。由于其传动机构主要依靠齿轮的啮合,而且参数计算和机床试切非常复杂和费时,所以制造误差较大。但这类机床的制造成本低廉,所以在国内的实际生产中,大多数企业仍然沿用这类机床。
 
1973年,Oerlikon公司首次将PLC控制应用于S17机床中,标志着传统机械式弧齿锥齿轮切削机床阶段的结束,开始进入数控阶段。
 
80年代中期,Gleason公司率先推出Free-Form结构型的Phoenix凤凰系列数控螺旋锥齿轮铣齿机、磨齿机[32]。这类机床直接取消了机床摇台及其他复杂的机械调整环节,采用了六轴五联动的数控来完成各种齿制的弧齿锥齿轮的加工。其自动化程度非常高,同时加工精度也比传统机械式机床高了1~2级。
 
之后,Gleason公司为了与凤凰机相配套而推出了其先进的数字化圆锥齿轮制造技术——格里森圆锥齿轮制造专家系统GEMS。GEMS是基于计算机网络的一体化制造系统, 它将格里森公司现有软件模块集成,实现工程工作站和Gleason数控机床之间的信息互换和共享。
 
我国的弧齿锥齿轮加工设备的引进和研发都起步较晚。在1972年以前,我国的弧齿锥齿轮加工机床主要靠从苏联进口,并在此基础上进行仿制。1972以后,我国开始大量从美国引进Gleason机床,并根据其加工原理设计制造了国产机械式弧齿锥齿轮加工机床。在此期间开发出的Y2250和Y2280机械式弧齿锥齿轮铣齿机成为国内当时加工弧齿锥齿轮的主要设备。
 
进入90年代后,我国开始对弧齿锥齿轮加工机床进行数控化研发,设计和制造了一批国产六轴五联动的数控弧齿锥齿轮铣床。如秦川机床集团与西安交通大学联合研制的YH2240、中南大学齿轮研究所研制的YK2212和YK2245数控铣齿机、天津第一机床总厂研制生产的YKD2212、YKD2280等数控螺旋锥齿轮铣齿机[29]。
 
 
 
进入二十一世纪后,我国的弧齿锥齿轮加工机床进入全数控阶段,并且逐渐向高精度和大加工直径方向发展。不仅可以加工直径大于1000mm的弧齿锥齿轮,而且还自主建设了第一条螺旋锥齿轮数字化加工闭环生产线,改变了过去高档全数控螺旋锥齿轮机床全部依赖进口的局面。