■ 寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司 （石嘴山 753001） 喬燕芳

正高級工程師 喬燕芳

1.齒輪制造技術(shù)總體發(fā)展趨勢

自20世紀(jì)80年代以來，隨著一大批先進(jìn)的制造技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用，我國的齒輪制造技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，一些技術(shù)達(dá)到甚至超過了發(fā)達(dá)國家的水平。從近兩年來各地舉辦的國際機(jī)床展覽、數(shù)控機(jī)床展覽及工博會等各種專業(yè)展會及其他渠道獲得的信息來看，現(xiàn)代齒輪制造技術(shù)及設(shè)備呈現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢和特點(diǎn)：

（1）數(shù)控化和高精度。無論是圓柱齒輪還是圓錐齒輪，目前所有的加工設(shè)備都實(shí)現(xiàn)了CNC控制和各軸聯(lián)動的高度數(shù)控化，大質(zhì)數(shù)齒輪加工已經(jīng)不再是難題；同時，齒輪制造精度不斷提高，一些低速重載硬齒面齒輪制造精度達(dá)到了國際標(biāo)準(zhǔn)5級。無論是軟齒面、中硬齒面還是硬齒面齒輪，設(shè)備的數(shù)控化和產(chǎn)品的高精度幾乎是整個齒輪制造行業(yè)不斷追求的目標(biāo)。

（2）高速高效。隨著齒輪加工刀具材料及性能的提高，齒輪加工設(shè)備的高速、高效切削得到了飛速發(fā)展，且技術(shù)趨于成熟。傳統(tǒng)的齒輪滾齒機(jī)逐步被主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到5 500r/min、工作臺轉(zhuǎn)速達(dá)800r/m的高效滾齒機(jī)取代，磨齒機(jī)大功率主軸系統(tǒng)使機(jī)床可使用直徑和長度均較大的砂輪進(jìn)行磨削，高效率的齒輪成形磨削技術(shù)已全面替代了展成磨削，基本消除了磨削裂紋缺陷，極大地提高了齒輪磨削品質(zhì)。

（3）運(yùn)動復(fù)合。由于一些多品種、小批量精密齒輪制造業(yè)務(wù)的需求，一些高精度的復(fù)合加工設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，其特點(diǎn)是在1臺設(shè)備上或1次裝夾中就可以完成齒輪的外形車、銑加工和齒形的加工以及其他多道工序，不但提高齒輪的加工效率，更重要的是避免了多次裝夾造成的人為誤差，從而提高了齒輪精度。通過這種高精度的復(fù)合機(jī)床實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)人字齒輪無退刀槽的技術(shù)創(chuàng)新。

（4）智能制造技術(shù)飛速發(fā)展。隨著“工業(yè)4.0”概念的提出及“中國制造2025”的重大決策和部署，智能制造、智能檢測及機(jī)器人智能化已成為國內(nèi)外制造業(yè)新的時代趨勢。

2. 國內(nèi)齒輪制造技術(shù)及創(chuàng)新的發(fā)展?fàn)顩r

盡管目前國內(nèi)齒輪制造技術(shù)及設(shè)備取得了不菲的創(chuàng)新業(yè)績，但是在國內(nèi)一些有實(shí)力的制造企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，看到的幾乎是清一色的進(jìn)口設(shè)備，尤其是一些高精尖的制造技術(shù)，很難看到國產(chǎn)設(shè)備的身影。例如，齒輪制造技術(shù)含金量最高的磨齒和圓錐齒輪制齒技術(shù)方面，以德國Hofler公司為代表的圓柱磨齒技術(shù)和Klingelnberg公司的螺旋錐齒輪加工技術(shù)、美國的Gleason漸縮齒加工技術(shù)仍然占據(jù)了國內(nèi)齒輪制造領(lǐng)域的大部分江山，Hofler磨齒機(jī)、Klingelnberg切齒機(jī)及Gleason銑齒機(jī)幾乎成為重載齒輪、汽車齒輪等行業(yè)的標(biāo)配技術(shù)，一臺進(jìn)口設(shè)備動輒幾千萬元對許多企業(yè)來說只是一件奢侈品，先進(jìn)的齒輪加工品質(zhì)和穩(wěn)定的設(shè)備性能使得擁有進(jìn)口設(shè)備的數(shù)量成為國內(nèi)企業(yè)對外宣傳引以為豪的實(shí)力。這也從一個側(cè)面證實(shí)了國內(nèi)外齒輪尖端制造技術(shù)及制造設(shè)備的差距所在。

令人欣喜的是，從2005年底到現(xiàn)在，國內(nèi)以曾韜教授為學(xué)術(shù)帶頭人的科研團(tuán)隊(duì)和中大創(chuàng)遠(yuǎn)公司等單位破解了國外齒輪設(shè)計理論，在螺旋錐齒輪數(shù)字化生產(chǎn)技術(shù)方面取得了重大突破。自主研發(fā)的螺旋錐齒輪專家系統(tǒng)包括設(shè)計計算軟件、齒坯分析、切齒調(diào)整軟件、測量中心、磨刀系統(tǒng)及齒面反調(diào)系統(tǒng)等，形成一個智能制造的閉環(huán)系統(tǒng)。他們生產(chǎn)的高端數(shù)控錐齒輪銑齒機(jī)（見圖1）能夠同時加工Gleason和Klingelnberg（見圖2）兩種齒制的產(chǎn)品，在CIMT2017國際機(jī)床展覽會上，現(xiàn)場演示采用干切削方式生產(chǎn)一件模數(shù)mn=10的錐齒輪產(chǎn)品，僅5min時間就完成了加工。機(jī)床的某些性能甚至超越了德國產(chǎn)品。

但是，國內(nèi)能夠取得如此創(chuàng)新成績的企業(yè)依然是鳳毛麟角。而且，國產(chǎn)螺旋錐齒輪制造設(shè)備在切齒刀盤研發(fā)質(zhì)量上還需要進(jìn)一步完善改進(jìn)，雖然切齒效率達(dá)到趕超進(jìn)口的水平，但機(jī)床配備的英寸制刀盤還沿用Gleason技術(shù)，與Klingelnberg切齒刀盤相比，存在的缺點(diǎn)是刀盤的通用性差，現(xiàn)場切齒調(diào)整工藝復(fù)雜。同時由于原理不同，加工出的齒輪產(chǎn)品不能與國外設(shè)備加工的同一產(chǎn)品互換，動搖了一些已配備國外同類機(jī)床用戶的采購決心，市場競爭力還需要加強(qiáng)。

3. 對國內(nèi)齒輪制造技術(shù)發(fā)展的建議

作為一名從業(yè)20多年的齒輪制造技術(shù)人員，筆者認(rèn)為，國內(nèi)的齒輪制造技術(shù)除了要在高性能、高精度及智能制造方面緊跟世界前沿技術(shù)，還應(yīng)考慮國內(nèi)的國情，從企業(yè)實(shí)際需求出發(fā)，在磨齒機(jī)、螺旋錐齒輪制齒技術(shù)、檢測技術(shù)和設(shè)備等方面攻克技術(shù)難題，徹底打破國外企業(yè)在中國一枝獨(dú)秀的局面，變跟跑為領(lǐng)跑，提高高端設(shè)備的國產(chǎn)化率。

圖1 國產(chǎn)數(shù)控錐齒輪銑齒機(jī)刀盤及齒輪裝夾方式

圖2 Klingelnberg切齒機(jī)加工過程

據(jù)了解，國內(nèi)的許多工程機(jī)械及重載設(shè)備領(lǐng)域，圓柱內(nèi)齒輪的制造品質(zhì)及效率一直是制約產(chǎn)品品質(zhì)和效率的瓶頸。以筆者所在企業(yè)為例，大量的內(nèi)齒輪制造需要傳統(tǒng)的插齒技術(shù)實(shí)現(xiàn)。效率低、刀具成本高，部分產(chǎn)品因熱處理變形的制約，精度受到限制且不穩(wěn)定。制約了企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)一步提升。廣大企業(yè)迫切需要一種先進(jìn)、高效的創(chuàng)新技術(shù)替代傳統(tǒng)的插齒技術(shù)。目前，國內(nèi)市場上已經(jīng)出現(xiàn)了一些創(chuàng)新性的內(nèi)齒銑齒、車齒技術(shù)，且刀具也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，但是機(jī)床規(guī)格不全，只是考慮到了汽車齒輪等大批量生產(chǎn)領(lǐng)域，多品種、小批量生產(chǎn)的其他行業(yè)仍然無法實(shí)現(xiàn)效率和制造品質(zhì)的全面提升。

車齒（又叫刮齒）工藝早在20世紀(jì)初就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，Wilhelm von Pittler在1910年就已經(jīng)注冊了這項(xiàng)專利，但是該技術(shù)由于對機(jī)床控制和切削刀具具有非常高的要求，使得這項(xiàng)本身展現(xiàn)了生產(chǎn)力和靈活性的先進(jìn)工藝在那個時代并不具有可行性。隨著切削材料及涂層技術(shù)、機(jī)床設(shè)計及控制技術(shù)的不斷提升，使得車齒工藝成為現(xiàn)代齒輪加工中一個有趣的替代工藝?？梢詽袷郊案墒綏l件下制造，環(huán)保高效。目前，國內(nèi)的秦川機(jī)床集團(tuán)等單位研發(fā)的車齒機(jī)（見圖3），與同類型的插齒機(jī)相比，效率能夠達(dá)到4～8倍甚至10倍的提高，且可以消除熱處理變形對制造精度的影響。相信在不久的將來，這項(xiàng)創(chuàng)新性的先進(jìn)工藝必將全面替代傳統(tǒng)的插齒技術(shù)成為內(nèi)齒加工及雙聯(lián)齒輪加工領(lǐng)域的新寵。

圖3 秦川機(jī)床集團(tuán)生產(chǎn)的車齒機(jī)

4. 結(jié)語

國內(nèi)的齒輪制造技術(shù)及創(chuàng)新能力與德、日、美等發(fā)達(dá)國家相比，未來還有很長的一段路要走，相信在不久的將來，中國人一定能用自己的智慧，在世界齒輪制造尖端技術(shù)領(lǐng)域，贏得該有的世界地位。廣大的企業(yè)技術(shù)人員，也期盼著能早一天用我們自己的國產(chǎn)設(shè)備，制造出一流品質(zhì)的產(chǎn)品。

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