精密加工锥齿轮组件的五轴加工中心

　　高性能五轴加工中心与针对齿形模型化专用软件的完美结合，为齿轮和齿形件制造厂商开辟了一条崭新的齿轮加工途径。

　　现代化铣削技术的应用范围越来越广，几乎没有任何限制。如下便是一个使用实例。采用五轴加工技术可以实现3D复杂轮廓的同步高精密加工。通过电动轴驱动，微型铣刀或镗刀可以达到最佳的力矩和高效的精细加工，也可实现高效的粗加工。由于现如今的加工中心在静态和动态稳定性上表现突出，因此也可以实现对硬金属的切削加工。通过轴的动态驱动，结合采用相应的控制、软件、NC程序、切削刀具、冷却剂和切削参数等，可以确保很高的定位和行走精度，从而实现很高的加工精度和表面质量。

传统的滚齿加工可被替代

　　位于Gosheim的Hermle公司和位于荷兰Tilburg的HPG公司的完美结合，共同在齿形件和锥形齿轮组的制造中所展现的便是所有元件和参数达到最佳协调状态的现代铣削技术现状。从中可以清晰看出，五轴高效加工中心与3D特殊软件的结合使用，可以取代传统的滚齿加工，并为齿轮、齿形件和减速箱制造厂商带来良好的经济效益（图1、2）。需要指出的是，这种生产方式主要适用于直径大约在500mm以上齿形件的小批量生产；如果采用C40或C50较大型五轴高效加工中心的话，则可覆盖1200mm以下的工件直径范围。针对较小工件直径和较大批量生产场合，传统的滚齿加工机床仍占有优势，但其灵活性较弱，并需要较高的换装费用。

图1 C50U dynamic型五轴高效加工中心对800mm直径的直齿锥齿轮进行加工

　　然而，如果考虑到预加工流程，如粗铣、铣齿、滚齿或插齿、硬化和磨齿以及测量的话，则传统滚齿加工的优势仍然很显著。对此，在最初阶段就需要投入相应的机床设备、刀具和测量装置以及加工程序。

　　而在Hermle公司C40和C50型五轴加工中心上结合采用HPG High Precision Gears公司特殊软件进行铣齿时，情况则完全不同。因为这里只需要一台五轴加工中心，既可对工件进行铣齿，也可用于工件测量。此外，有时也需要用到与“Complex Rotors”3D-NC软件研发人员和许可证持有人的在线联络。

在线精确计算齿形

　　齿轮外形数据，如模型、直径、齿宽、齿高和圆度等，可通过在线连接被传递给许可证持有者HPG公司。在这些数据的基础上，通过软件对齿形进行精确的数学计算。此外，在X、Y、Z坐标上得出作为点云的齿形，并转化为NC程序。在这里，铣刀从x1、y1和z1向x2、y2和z2移动并对齿形进行铣削加工。同时进行所需的承重比率排列和确定质量等级（1~12）。对软件的数学计算可以实现2级或3级的质量等级，而通过传统铣齿工艺和采用CAD程序进行模型化时，质量等级最多只达到5~7。

图2 只可在加工中心上加工成型的带有余弦齿（S型齿）的直齿锥齿轮

　　据介绍，HPG公司是世界上唯一一家采用这种数学方式进行齿形模型化计算，并达到比以往CAD数据模型化更高分辨率的厂家。由此可以生成粗加工和磨光的NC程序。对经过铣削之后的齿形件的制造流程仅包含粗加工、硬化、磨光、测量和精加工这几个步骤，而所有加工步骤（包括硬化）均可在加工中心上完成。针对粗加工和磨光加工，使用价格较为便宜的切削刀具即可，也无需辅助的NC程序。

　　齿形件制造基本上只包含两道工序，即粗铣和精磨（之间还有硬化处理），或精加工、测量和精磨。这是因为在硬化处理之后，工件重新放置到机床上接受精加工并在机床上接受测量。此类数据被再次在线传送给HPG供作评价，数分钟之后作为精磨程序再返回到机床上。

（Bernhard Kuttkat）

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