机器制造商正在努力简化齿轮制造过程，以更少的步骤交付成品度更高的齿轮
随着各行各业对大大小小的精密齿轮的需求不断增长，以及经济、齿轮生产技术的新创新正在改变一些制造业人士最初考虑制造齿轮的方式，这种方式几十年来没有发生实质性变化。
事实上，这些制造齿轮的新方法，旨在简化使用 CNC 编程和精密刀具交付高质量齿轮的过程，甚至可能在未来开辟创造性的新齿轮设计的可能性。
传统的大体积制造方法齿轮的加工，即滚齿、齿槽加工、磨齿加工或车齿加工，需要专门用于齿轮生产的机器和工具，在许多情况下甚至需要齿轮本身的尺寸——除此之外就很少了。
“滚齿机只做齿轮，”DMG MORI USA（伊利诺伊州芝加哥）高级解决方案开发经理 Nitin Chaphalkar 说。
此外，根据齿轮的设计和切削材料，这些传统的齿轮制造工艺可能需要高技能的操作员，并且总是需要额外的前后操作。
然而，与此同时，随着越来越多的高品质齿轮，对具有更好表面质量和坚固耐磨性能的高质量齿轮的需求也在增长- 汽车变速箱、重型设备、飞机、船舶和风力涡轮机都在寻求高效齿轮。
这意味着越来越多的制造商正试图以更快的速度生产更多的齿轮。虽然许多大型 OEM 可能倾向于坚持其久经考验的制造方法，而不是对新的制造方法进行全面投资，但 Chaphalkar 估计大约 40% 的齿轮生产是由合同制造各种加工车间完成的零件，可能不需要做始终进行大批量齿轮加工。
对于那些进行中小批量加工的客户，DMG MORI 提供了其 gearMILL 软件解决方案，该解决方案支持标准车床、铣床或多任务机床，配备标准的非现场加工-架子工具，用于提供几乎一体成型并准备进行热处理的高度精加工齿轮。
根据 DMG MORI 的说法，该软件允许在其多样化的生产线中完整加工各种齿轮类型多任务处理机。该制造商拥有 20–25 种不同型号的机器，适用于加工各种尺寸和类型的齿轮。
与滚齿机相比，这种方法的明显优势在于它可以灵活地处理以下情况：车间想加工其他零件。一般来说，它还可以在预热处理阶段提供更高质量的成品。
本质上，gearMILL 软件开发了最理想的刀具路径，以使用标准机器和刀具制造齿轮。 “好地方几何形状是一切的关键，”Chaphalkar 解释说。
任何齿轮，任何尺寸
自 2006 年以来，DMG MORI 一直在开发其齿轮解决方案产品。2010 年，山特维克可乐满 (Fair Lawn, NJ) 发明了 InvoMilling 工艺，这是一种使用可转位刀片刀具制造正齿轮和斜齿轮的独特方法，通过在沿渐开线路径移动刀具的路径中进行槽铣和车铣。 “这是一件非常新的事情，” Chaphalkar 谈到这种方法时说。 “以前没有人这样做过。”
因此，这两家实力雄厚的公司决定合作将新技术商业化。 DMG MORI 开发了基于齿轮形状开发刀具路径的软件，现在 InvoMilling 被添加到使用立铣刀的滚齿和侧面铣削中，因为客户现在必须选择使用 gearMILL 在多任务机床上制造齿轮。
“现在我们拥有广泛的产品组合，”Chaphalkar 说。 “马刺，螺旋，人字形，斜角，螺旋斜角，hyp...如果您没有合适尺寸的库存，则最多需要 8-10 周。但 Chaphalkar 说，使用标准机器和工具可以消除大部分等待。 “大多数时候你已经拥有了这些工具。大多数情况下无需等待。”
有关 gearMILL 的更多信息，请访问 /sandvikgearbrochure。
—Sarah A. Webster，主编
深入了解 InvoMilling
山特维克可乐满开发了 InvoMilling 齿轮切削程序以及 CoroMill 171 和 172 可转位硬质合金圆盘铣刀，为希望以较小批量生产齿轮的客户提供最大的灵活性，通常用于以下应用重型卡车、农业和建筑设备。山特维克可乐满最初工作并通过 DMG MORI 证明了这一概念，DMG MORI 将软件集成到其 CNC 控制系统中。 InvoMilling 很快也将通过其他主要机床制造商提供。
“由于先进技术的可用性，包括多任务机床，甚至三轴立式机床，我们正在看到齿轮制造方式的转变山特维克可乐满营销项目经理 Aaron Habeck 表示：“配备第四轴转台的加工中心和五轴加工中心。”
使用高速钢在传统滚齿机上完成。但是 InvoMilling 和完整形状的圆盘刀具让我们想要在非传统齿轮切削机床上生产齿轮的客户能够切削花键或齿轮。使用多任务机床，他们可以使用主轴和副主轴在一次装夹中加工零件，以完成平面和键槽的所有车削或铣削和钻孔/丝锥孔，”Habeck 说。
InvoMilling 的优势在于可以使用非常少的刀具种类生成范围广泛的齿轮齿形。 “InvoMilling 使用一些标准产品来切削齿轮齿的渐开线，通过使用机器轴的运动来生成渐开线曲线，而不是刀具本身。该刀具通常具有直切削刃，并且根据机器配置、C 轴和 Y 轴的移动，生成渐开线曲线，”Habeck 说。 “InvoMilling 不会是最快的整体循环时间，但对于投资了少量刀具的客户来说，可以制造各种不同的齿轮轮廓。”
每次齿轮切削过程在可实现的质量和周期时间方面有其自身的优势。 “滚齿永远是最快的； InvoMilling，最灵活。 CoroMill 171 和 172 刀具可达到 DIN 7 或 AGMA10 质量等级，例如，通常是我们的客户要求的。 CoroMill 171 和 172 涉及简单的直线编程。 Habeck 说。
—James Lorincz，高级编辑
高倒角质量，One- Cut Machining
即使在那些提供传统齿轮制造技术的公司中，也在努力简化流程。
例如，Liebherr Gear Technology（位于密歇根州萨林）传统做法，但不惧怕新思想。其新型滚齿机 LC 180 最大可加工 180 毫米，包括一个集成的倒角切割单元，用于对端面边缘进行去毛刺和倒角。滚齿后，Chamfer Cut 工具生成精确且可重复的倒角，汽车制造商越来越需要这些倒角来实现更平稳的齿轮啮合和更安静的变速箱。
新的解决方案消除了以前的主要缺点e 倒角切削：加工时间延长。过去，滚齿和倒角在同一设置下花费的时间太多。 “我们通过为倒角切削刀具集成一个完整的第二个加工单元来解决这个问题——可以说是将两台机器合二为一，”应用技术总监 Oliver Winkel 说，他负责 Liebherr-Verzahntechnik（德国肯普滕）的齿轮切削技术开发).
倒角不再延长加工时间，因为它在同一台机器的单独单元中进行，同时对下一个工件进行滚齿加工。 “我们从变速器设计开发中了解到，‘倒角’这一主题正变得越来越重要。这项创新使机器能够将久经考验的倒角切割程序提供的已经无可争议的高倒角质量与符合汽车行业需求的循环时间相结合，”Winkel 说。
这项技术不是限于一个自动驾驶行业。对于当前程序过于耗时、加工成本过高或需要考虑珩磨等后续工艺的齿轮制造商而言，它可能会有所帮助。
与压力机相比使用手指铣刀去毛刺和倒角，倒角切割工艺的倒角成本最低。
预计汽车行业将进一步缩小尺寸，利勃海尔倒角切割技术还可以为传动部件生成更小、更精确的倒角.随着可重复生成的倒角的重要性增加，齿轮将越小。
在工业中，由于不精确的倒角程序，零件经常不符合图纸。温克尔说：“齿轮面宽度越薄，情况尤其如此。” “变速箱设计师能够计算设计可行性极限的重要性正在增加，因此倒角越来越成为一个工程工程因素。由于现在可以计算其实际影响，因此其重要性也有所增加。传动装置的设计越来越紧凑，这是倒角质量重要性增加的原因之一。对于宽度仅为 12 毫米左右的汽车变速器齿轮而言，无论倒角是 0.5 毫米还是 1 毫米，都会产生巨大的差异，并且在整个大批量生产过程中始终如一，”Winkel 说。
—James D. Sawyer，高级编辑在不损失质量的情况下更快地切削较小的齿轮
一台利勃海尔 LC 1200 滚齿机位于 Ingersoll Cutting Tools（伊利诺伊州罗克福德） ，其中展示了 Ingersoll 用于加工大型齿轮的可转位硬质合金刀片，包括滚刀和切齿工具。
“我们的大多数客户已经可以使用他们当前的设备制造优质齿轮，但他们正在努力提高生产率没有质量损失，”齿轮加工产品经理 Frank Berardi 说。英格索尔切削工具。 “通常我们会把新客户从高速钢转向硬质合金，这会带来生产力的巨大飞跃。”
最近的设计创新让 Ingersoll 的客户能够更有效地工作齿轮尺寸更小。 Berardi 说：“我们在齿轮切削方面的大部分工作都集中在采矿、发电和建筑行业等通常使用 8 模数或更高模数的行业中使用的大型齿轮上。” [‘模数’——以毫米为单位的节圆直径与齿数之比——是一种标准的齿轮测量单位。]“基本上，客户首先将我们的产品调整到他们的大齿轮上，然后问我们能为这些小齿轮做些什么尺寸。凭借我们的径向刀片设计，我们现在有了解决方案。”
近年来，Ingersoll 专注于生产适用于较小齿轮齿尺寸的齿轮铣刀，pa特别是在 4-8 模数范围内，Berardi 表示，可转位刀片产品在该范围内一直处于空白状态。该尺寸被医疗设备和大型卡车行业以及其他行业的客户使用。 “挑战一直是如何生产在较小齿形中具有安全刀片保持力的刀具，”Berardi 解释道。 “为实现这一目标，我们开发了可转位刀片滚刀的新概念，它使用径向安装的刀片而不是我们典型的切向刀片。”
切向刀片可以低至大约 6 模数。根据 Berardi 的说法，任何比这更小的刀片都很难制作得足够小以放置在口袋中，并将其夹紧并保持坚固。径向安装设计可以减少到 4 个模块。权衡是径向设计允许更少数量的索引 — 然而，径向设计的优势不仅仅是补偿。
径向刀片设计允许更大、更安全插入口袋。滚刀可以用旋入式或夹紧式嵌件制成。同样重要的是，径向刀片滚刀的有效齿数是相同尺寸的切向刀片滚刀的两倍。 “这会带来更高的生产率，”Berardi 说。滚刀可以生产单头和多头版本。
—Michael C. Anderson，高级编辑
Single-Minded Modular Machining Line
EMAG LLC (Farmington Hills, MI) 提供两种机器，VLC 250 WF 和 VSC 400 WF，它们可用于组合车削和滚刀。据该公司称，这种组合机器具有质量优势。
“优势”，埃马克集团（德国萨拉赫）成员 Koepfer GmbH 副销售总监 Joerg Lohmann 说，“是工件不必在不同工艺之间松开。”
尽管有此优势，EMAG 正在逐步淘汰该产品系列，除了 Lohmann 说，“对于[支持] 已经拥有这些机器的客户。然而，其中一些甚至倾向于使用我们的新齿轮制造系统，例如 VL2、VL2、VLC200H 和 VLC100D 的组合。”
这些机器组合在一起成为模块化多用途加工线。然而，它们仍然是单一用途的机器。根据 Lohmann 的说法，原因是时间就是金钱。
“埃马克选择使用单一技术机器开发其齿轮制造系统，”他说，“以提供替代方案到[组合机器]。与多工艺机器相比，单一技术机器的每小时生产成本要低得多。在这些机器的模块化系统中，一个过程紧接着另一个过程，因此价值流得到了优化。通过避免工件运输，生产时间显着缩短。”
EMAG 展示了齿轮制造系统，其性能不符合 j只是基本的金属去除操作，但也包括焊接和工件硬化。
“我们正在进一步开发我们的模块化构造系统，”Lohmann 说，“我们始终在我们的垂直平台上实施最新技术。埃马克集团提供绿色和硬齿轮加工工艺的整个工艺链。我们相信，在模块化平台上对采用不同技术的机器进行标准化，不仅可以帮助我们的客户降低制造成本，还可以为提高质量做出贡献。”
—James D. Sawyer，高级编辑
本文首次发表于 2014 年 6 月版的《制造工程》杂志。
