第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，在螺旋傘齒輪技術(shù)方面引領(lǐng)創(chuàng)新方向并占據(jù)主流高端市場(chǎng)的是美國(guó)的格利森公司。進(jìn)入本世紀(jì)，格利森公司推出了最新的CNC Free-form型機(jī)床——鳳凰II型數(shù)控齒輪加工機(jī)床以及與之配套的軟件—格利森螺旋傘齒輪制造專(zhuān)家系統(tǒng)（GEMS系統(tǒng)），這種最新系列的鳳凰II型機(jī)床，利用全新的整體式床身設(shè)計(jì)，從而減少了占地面積，提高了機(jī)床剛性，主軸由數(shù)字直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，省掉了機(jī)械傳動(dòng)元件，提高了驅(qū)動(dòng)速率，從而大大地降低了生產(chǎn)周期和提高了機(jī)床精度。機(jī)床的其他運(yùn)動(dòng)軸由數(shù)字伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)給定的齒面產(chǎn)形運(yùn)動(dòng)，鳳凰機(jī)床采用自容式電器和液壓裝置設(shè)計(jì)，從而使安裝和調(diào)整便捷。GEMS系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一體化制造系統(tǒng)，它將格里森公司現(xiàn)有軟件模塊（如GAGETM4WIN，G—AGETM4WIN，Summary Manager，F(xiàn)EA及UMCTM）集成，實(shí)現(xiàn)工程工作站和格利森數(shù)控機(jī)床之間的信息互換和享用。GEMS提供了一個(gè)高效、無(wú)縫和協(xié)同的圓錐齒輪生產(chǎn)制造系統(tǒng)。GEMS系統(tǒng)由以下模塊組成：（1）應(yīng)用軟件，GAGETM4WIN程序，它是由多項(xiàng)功能模塊組成的，為用戶(hù)提供設(shè)計(jì)和 分析 圓錐齒輪的全套工具。用戶(hù)通過(guò)輸入圓錐齒輪的基本參數(shù)，就可以利用該軟件得到設(shè)計(jì)齒輪尺寸參數(shù)、TCA計(jì)算結(jié)果、LTCA計(jì)算結(jié)果、根切計(jì)算檢查、齒面失配圖形、機(jī)床調(diào)整數(shù)據(jù)、測(cè)量數(shù)據(jù)以及刀具數(shù)據(jù)。（2）格利森自動(dòng)齒輪修正軟件，該軟件基于齒面誤差測(cè)量數(shù)據(jù)和誤差修正矩陣，對(duì)切齒或磨齒齒面進(jìn)行修正，使齒面誤差控制在誤差范圍內(nèi)。該軟件可用于聯(lián)機(jī)和脫機(jī)操作兩種模式，用于脫機(jī)操作時(shí)，可在工程工作站上進(jìn)行，用于聯(lián)機(jī)操作時(shí)，可直接在測(cè)量機(jī)上運(yùn)行。（3）高階運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)設(shè)計(jì)模式UMCTM模塊，提供齒面優(yōu)化功能，利用鳳凰機(jī)的萬(wàn)能運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行高階運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)設(shè)計(jì)以達(dá)到優(yōu)化接觸痕跡，降低噪聲的設(shè)計(jì)目的。（4）有限元（FEA）T900程序，是一個(gè)綜合的圓錐齒輪強(qiáng)度 分析 軟件包，可應(yīng)用于輪齒載荷和分配計(jì)算、接觸和彎曲強(qiáng)度計(jì)算及加載下的運(yùn)動(dòng)誤差 分析 等功能。（5）格利森機(jī)床調(diào)整管理軟件模塊，用于脫機(jī)和聯(lián)機(jī)方式的調(diào)整卡數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)絡(luò)管理。這是一個(gè)從螺旋傘齒輪的設(shè)計(jì)、加工、檢測(cè)到誤差補(bǔ)償以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的閉環(huán)系統(tǒng)，它幾乎吸收了螺旋傘齒輪技術(shù) 研究 的全部最新成果。據(jù)報(bào)道，使用這一專(zhuān)家系統(tǒng)，一般只須一次誤差補(bǔ)償就能得到優(yōu)化的齒面。最近，瑞士的奧利康公司（OerlikonBuhrle）和德國(guó)的克林根貝格公司（KlingelnbergSons）已經(jīng)合并，它們也共同推出了萬(wàn)能型的CNC弧齒錐齒輪切齒機(jī)床——KNC/S35及其制造系統(tǒng)。但是，這些壟斷企業(yè)從不公開(kāi)其技術(shù)內(nèi)幕，僅在其 研究 報(bào)告和產(chǎn)品介紹中透露其技術(shù) 研究 的大致方向和 研究 結(jié)果。

國(guó)內(nèi) 研究 人員在繼續(xù)跟蹤格利森技術(shù)的過(guò)程中有所突破。孫殿柱（2001）用B樣條曲線(xiàn)將真實(shí)齒面的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合來(lái) 分析 齒面加工的誤差。吳訓(xùn)成（2004）提出了點(diǎn)嚙合齒面的主動(dòng)設(shè)計(jì)思想，突破了格利森以傳統(tǒng)機(jī)床加工參數(shù)定義齒面的限制，但他提出的設(shè)計(jì)約束條件顯然過(guò)于簡(jiǎn)單。蘇智劍（2007）提出基于數(shù)控機(jī)床萬(wàn)能運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)設(shè)計(jì)齒面的展成方法。在工程實(shí)踐方面，湖南中大創(chuàng)遠(yuǎn)數(shù)控技術(shù)公司（2006）制造出全球最大的螺旋傘齒輪磨削數(shù)控機(jī)床YK20100，其加工最大直徑達(dá)1米。

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點(diǎn)或流程

齒輪制造工藝的發(fā)展很大程度上表現(xiàn)在精度等級(jí)與生產(chǎn)效率的提高。自七十年代以來(lái)各種齒輪的制造精度，普遍提高一級(jí)左右。有的甚至2～3級(jí)。一般低速齒輪精度由過(guò)去的8～9級(jí)提高到7～8級(jí)。機(jī)床齒輪由6～8級(jí)提高到4～6級(jí)，軋機(jī)齒輪由7～8級(jí)提高到5～6級(jí)。對(duì)于模數(shù)不大的中小規(guī)格齒輪，由于高性能滾齒機(jī)的開(kāi)發(fā)，加上刀具材料的改善，滾齒效率有了顯著提高。采用多頭滾刀，在大進(jìn)給且條件下，可達(dá)到的切削速度為90m/s。如用超硬滾刀加工模數(shù)3左右的調(diào)質(zhì)鋼齒輪，切削過(guò)度可達(dá)200m/s。提高插齒效率，要受到插齒機(jī)刀具往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的限制。最近在開(kāi)發(fā)采用刀具卸載，使用靜壓軸承，增強(qiáng)刀架與立柱剛性等新結(jié)構(gòu)后，效率有明顯提高。

螺傘齒輪用傳統(tǒng)的切削工藝加工，大量金屬被切成廢屑，生產(chǎn)效率低，材料利用率低，生產(chǎn)成本高。差速器直傘齒輪精鍛早已得到廣泛應(yīng)用，目前，人們?cè)诖嘶A(chǔ)上積極開(kāi)發(fā)螺傘齒輪精鍛，以取代現(xiàn)行的螺傘齒輪粗銑工藝。但是后橋螺傘齒輪比差速器中的直傘齒輪大得多，齒槽深得多，而且有螺旋角的影響，因此，螺傘齒輪的精鍛會(huì)比直傘齒輪精鍛難度大得多。

由于傘齒輪形狀結(jié)構(gòu)特殊，精鍛時(shí)無(wú)法采用通常的閉式模鍛，早期的螺傘齒輪精鍛與直傘齒輪一樣，都是采用開(kāi)式模鍛。其工藝流程為：坯料加熱→制坯→粗鍛→切飛邊和沖連皮→去氧化皮→加熱→精壓→切飛邊→表面清理→車(chē)削內(nèi)孔、背錐及后端面→精銑齒面→熱處理→磨內(nèi)孔。

螺傘齒輪無(wú)飛邊一火兩鍛工藝流程為：坯料少無(wú)氧化加熱→制坯（徽粗、沖孔、擴(kuò)孔） →粗鍛→精壓→表面清理→車(chē)削除齒面以外其他部分→精銑齒面→熱處理→磨內(nèi)孔。該工藝僅需一次加熱，即可完成粗鍛和精壓。與開(kāi)式精鍛相比，省去了粗鍛后的切邊、沖連皮、去氧化皮、精壓前加熱和精壓后切邊等5道工序。從而達(dá)到了節(jié)材、節(jié)能，減少設(shè)備投資和人力消耗的目的。

螺旋傘齒輪雖然是一種質(zhì)量要求高，加工難度大的零件，但只要緊緊抓住切削機(jī)床、刀具、夾具和工件這四個(gè)要素， 分析 和 研究 各種有關(guān)問(wèn)題，在特定的生產(chǎn)條件下，適應(yīng)環(huán)境的要求，在保證機(jī)械加工工序質(zhì)量和產(chǎn)量的前提下，采用合理的工藝過(guò)程，盡量降低加工成本，就一定有可能實(shí)現(xiàn)螺旋傘齒輪加工工藝最佳方案，從而產(chǎn)生出質(zhì)量可靠、用戶(hù)滿(mǎn)意的螺旋傘齒輪。

第三節(jié) 國(guó)內(nèi)外技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 分析

當(dāng)前，螺旋傘齒輪技術(shù)盡管在工程應(yīng)用方面已經(jīng)顯得非常成熟，但隨著計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)在這一領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，在齒面設(shè)計(jì)、加工及檢測(cè)等多個(gè)方面出現(xiàn)了一些尚需進(jìn)一步 研究 的新問(wèn)題：

1）大型能源設(shè)備上用于大功率傳遞的巨型螺旋傘齒輪的齒面設(shè)計(jì)和加工技術(shù)。這類(lèi)齒輪一般直徑超過(guò)2米，對(duì)于單件生產(chǎn)，若依然用滾刀或刀盤(pán)展成，不但不經(jīng)濟(jì)，而且巨大的刀具對(duì)機(jī)床本身的剛度和運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性是很大的挑戰(zhàn)。這類(lèi)齒輪應(yīng)該在通用多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床上用指頭銑刀加工。在這種新式加工方式下，齒面的設(shè)計(jì)和加工是必須 研究 的課題。

2）螺旋傘齒輪的齒面結(jié)構(gòu)一般先用傳統(tǒng)搖臺(tái)型齒輪加工機(jī)床的調(diào)整參數(shù)來(lái)描述，再按齒面接觸 分析 結(jié)果來(lái)修形。即使在CNC Free-form型機(jī)床上格利森依然按傳統(tǒng)搖臺(tái)型齒輪加工機(jī)床的加工原理來(lái)調(diào)整機(jī)床，這是沒(méi)有必要的，也不夠科學(xué)?；陬A(yù)定傳動(dòng)功能要求的點(diǎn)嚙合齒面主動(dòng)設(shè)計(jì)及其CNC加工方法在CNC Free-form型機(jī)床出現(xiàn)后將成為螺旋傘齒輪技術(shù)發(fā)展的新領(lǐng)域。

3）齒面加載接觸 分析 （LTCA）是齒面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，但是現(xiàn)有LTCA中齒面幾何模型和接觸力學(xué)模型的精確性和實(shí)用性還有待進(jìn)一步改善和明確。

4）機(jī)床加工出的真實(shí)齒面對(duì)理論齒面的誤差的精確測(cè)量對(duì)進(jìn)行機(jī)床精度補(bǔ)償具有重要意義，因此齒面坐標(biāo)測(cè)量點(diǎn)的擬合精度的 研究 和齒面誤差的評(píng)定方法必將成為 研究 的熱點(diǎn)。

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