[00118996]全数控螺旋锥齿轮磨齿机YK2050/YK2050A

1、任务来源1）2002年，中大创远数控装备有限公司合资方长沙弘力精密机械有限公司的数控螺旋锥齿轮磨齿机YK2080列入湖南省科技计划重点项目；2）2004年，中大创远数控装备有限公司数控螺旋锥齿轮磨齿机产业化列入长沙市科技计划第一批(项目编号K011066-11)；3）2005年，中大创远数控装备有限公司全数控螺旋锥齿轮机床制造列入湖南省重大产业技术开发专项；4）2005年，中大创远数控装备有限公司数控螺旋锥齿轮磨齿机YK2050研制列入中国科技型中小企业创新基金项目；5）2005年7月，国家批准了“数字化制造基础研究”的973项目，由中南大学、上海交通大学、西安交通大学、华中科技大学、大连理工大学共同承担，中大创远是该项目的示范基地之一；6）中大创远在原有成果基础上结合市场需要实施多项自主创新，进行YK2050及YK2050A的研制。2、技术原理1）YK2050数控磨齿机机床由三个直线轴X、Y、Z和四个回转轴A、B、C、D所组成，其中各轴的几何意义如下：X轴——砂轮的水平运动；Y轴——砂轮的垂直运动；Z轴——工件的进给运动；A轴——工件的回转运动；B轴——工件的轮坯安装角；C轴——砂轮的回转运动；在加工时，计算机控制X、Y、Z和A、B五轴联动，就可以磨削各种用展成法加工的螺旋锥齿轮，但它不能磨削成形法大轮。特别指出：砂轮与工件之间的相对位置必须用五个自由度才能唯一确定，因为假定工件不动，砂轮的中心必须用三个自由度才能确定，砂轮的轴线必须用两个自由度才能确定。因此，要想数控磨齿机能用各种方法加工螺旋锥齿轮，机床需要五轴联动是充分而且必要的条件。如果B轴不动，就不能磨削用刀倾法铣齿的小轮。成形法大轮的轮齿曲面是一个锥面，砂轮也是一个锥面，如果将砂轮直接插入齿槽磨削，冷却液就无法进入磨削区，这样将引起齿面烧伤。为了避免出现这种情况，YK2050A数控磨齿机增加了一个偏心磨削机构，其原理如图6所示：砂轮在绕轴线回转的同时，还由一个偏心轮带着它作偏心回转运动，这样砂轮就会在齿槽内作蠕动磨削，冷却液可以在砂轮与齿槽的缝隙中进入磨削区域对齿面进行冷却，避免了齿轮烧伤。利用这种偏心磨削机构，可以高速磨削在拉齿机上拉齿加工的成形法大轮，每齿磨削时间为4～8秒。汽车后桥螺旋锥齿轮都是大传动比的准双曲面齿轮，为了提高效率和加工质量，其大轮都在拉齿机上进行拉齿，因此偏心磨削机构对于汽车后桥齿轮的磨削，是必不可少的。YK2050/YK2050A数控磨齿机的砂轮是用金刚滚轮修整的（图7），在数控程序的控制下，金刚滚轮沿着要修整的砂轮型面走一圈，就可以修整出我们所希望的砂轮型面，而且可以根据齿面修形的需要，在程序设计时设计成各种需要的方式。过去磨齿用的砂轮都采用氧化铝的材料，现在可以采用微晶陶瓷氧化铝，可以有较高的生产效率，还可以采用立方碳化硼的砂轮来高速磨削螺旋锥齿轮，将有更高的生产效率。正因为如此，数控磨齿机可以用于汽车等民用行业，这样就可以极大地提高民用汽车的传动性能。2）磨齿数控程序首先判断是否需要修整砂轮，如果需要，就修整砂轮，否则工件分度并进入磨齿循环。每磨完一个齿，都需要判断一下，该循环是否磨完，如果没有磨完，就分度后再磨。如果该循环磨完了，就要判断一下是否所有的循环都磨完了。如果所设定的循环没有磨完，那就回到开始重新循环。如果所设定的循环都磨完了，磨齿就结束。汽车后桥齿轮的磨削，一般需要2～4个循环才能磨好。YK2050/YK2050A数控磨齿机可以同时设定16个循环，每个循环进给多少，是否需要修整砂轮，砂轮的修整量是多少，操作者事先都可以确定。3）技术指标主要性能指标：控制部分七轴五联动、工作精度GB5级、工件噪音75dba、CPK值1.33；几何精度指标：砂轮主轴法兰定位锥面的径向园跳动0.003mm、Z轴坐标纵向移动重复定位精度0.005mm、砂轮主轴法兰的端面跳动0.003mm、1B轴回转台旋转转动的重复定位精度3.5"（在R850的位移量为0.0145）、工件主轴的端面跳动0.003mm、砂轮主轴轴线与工件主轴轴线的同轴度A：0.01mm，B：0.04mm、工件箱工件主轴锥孔轴线的径向圆跳动A：0.004mm，B：0.006mm、砂轮主轴箱水平移动对工件箱水平导轨的垂直度0.02/200、工件箱主轴轴心线对其纵向移动的平行度0.025/200、砂轮主轴箱主轴线对砂轮主轴箱水平移动的等高度A：0.01，B：0.015、砂轮主轴轴线对Z滑台纵向移动的平行度0.02/200、回转台回转轴线与工件箱工件轴线的相交度0.04、砂轮主轴的轴向窜动0.025 16工件箱在不同角度位置上，其工件主轴轴心线的等高度0.03、轴坐标横向移动的重复定位精度0.005 17砂轮修整器主轴的径向圆跳动0.003mm、Y轴的坐标横向移动的重复定位精度0.006mm、砂轮修整器纵（横）向移动的重复定位精度0.005。3、成果的创造性、先进性YK2050是在我司七轴五联动数控螺旋锥齿轮磨齿机YK2045成果基础上，采用自主开发的螺旋锥齿轮数字化磨齿加工数学模型核心技术，结合我国汽车后桥齿轮直径在500mm以内的生产实际需要开发；YK2050A是在YK2050基础上克服不能高效磨削用成形法加工的大轮而开发，砂轮主轴设计为偏心成型磨削机构，提高磨削生产效率。产品的数控磨削软件具有开放式结构，能实现展成法、变性法、刀倾法加工，能进行齿轮对刀余量计算，砂轮对刀高度计算，远程诊断，可应用于齿轮数字化闭环制造；开发了HGM、HFT、SGM等常用齿轮设计、计算软件。产品进行了安全、环保及工业造型设计，采用了光栅防污染、真空负压冷却过滤等措施。4、推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见1）推广应用：“十五”期间，中国齿轮行业年产值由250亿元增长到500亿元，据不完全统计，螺旋锥齿轮需求量达到1060万套，经过磨齿工序加工的产量约有二、三十万套。未来5年，由于传动机构精密度要求的不断上升，带来了磨齿加工产量的快速增长，预计通过磨齿工序提高产品质量的锥齿轮产量比例将由05年的3.2%增长到15%，对高档数控磨齿机需求将达到15-20亿元，我司优良性价比的产品成功推向市场，将会具有广阔的市场空间，前景十分可观。中大创远秉承“品质感动客户”的核心价值观，提供螺旋锥齿轮成套技术解决方案，为客户创造价值，使客户在购买机床的同时能生产出质量最好的产品，提升客户的核心竞争力。培育民族自主知识品牌，促进先进制造技术发展，推动齿轮及其机床行业的产业化升级。2）改进意见：在使用中进一步完善现有软件的功能，逐步添加闭环控制加工系统、操作员管理、机床加工统计分析等功能，与整个闭环加工控制系统更完整的整合。进行结构和材质的改进以提高传动链中的齿轮耐磨性；改进安装连接的方式、改善控制系统动态特性等，以提高机床的动态性能等。5、历年获奖情况1987年曾韬教授主持的弧齿锥齿轮、准双曲面齿轮加工技术的研究和应用项目荣获湖南省科学技术一等奖；2003年YK2045全数控螺旋锥齿轮磨齿机荣获中国齿轮专业协会优秀新产品特等奖；2004年YK2045全数控螺旋锥齿轮磨齿机荣获中国机械工业科学技术二等奖。