随着对齿轮传动效率和啮合噪音的要求越来越高, 把磨齿工序推向极限. 采用行星齿轮传动的自动变速器的档位越来越多(目前达到10速), 齿轮变的越来越小, 而生产量越来越多. 同样在工业齿轮应用方面, 例如电机齿轮, 现在广泛地应用在很多启动系统中, 甚至在家庭中. 大部分这类应用的齿轮, 其直径都小于160毫米, 模数小于3.
不幸的是, 小齿轮的磨削时间变短, 但非生产时间并不能够显著缩短, 这样生产和非生产的时间的比例变的更差. 特别是对于行星小齿轮, 现在的磨削时间可以降低到6-7秒, 但非生产时间, 即上下工件时间还要5秒钟, 导致机床的利用率不足50%.
过去十年间, 硬齿面精加工的生产率, 特别是蜗杆砂轮磨, 没有什么提高. 磨削技术, 工装和应用数据已经达到了很高的水平, 短时间内很难再有显著的改善余地.
不同的齿轮磨厂家新近也推出了一些新机床. 但是, 这些机床仍然沿袭着传统的概念. 目前大多数齿轮磨都配置两个工件主轴, 用来减少非生产时间, 即一个主轴在磨削位置, 通过180°转位, 另一个主轴更换工件. 尽管这样, 非生产时间不可能降到5秒钟以下. 这是因为为了保证旋转的精度, 必须采用液压锁紧的方式. 所以工作台的旋转必须, 松开夹紧 – 旋转 – 确定新位置 – 锁紧. 这个运动过程不可能设计出更快速的方式.
桑普坦斯利的G160磨齿机展现了奇妙的全新设计解决这个难题. 而且, 与传统结构的磨齿机相比, 更好地优化了静态和动态刚性.
与现在采用旋转工作台来承载工件主轴不同的是, 新G160把现在的径向进给X轴分成两个滑板(X1和X2), 每个滑板上安装一个工件主轴, 所以避免了旋转工作台和所有以它相关的限制. 两个工件主轴在它的滑台上可以没有干涉地同步进退. 磨齿机第一次真正实现了工件和砂轮在运动中同步, 砂轮可以得到充分了利用. 更好的是, 砂轮重新定位到第二个工件同样可以同时进行. 没有任何运动轴需要等待另外的数控轴移动, 所有运动都是同步进行. X轴的滑台采用高动态特性的直线电机驱动, 工件的交换时间达到了创纪录的1.6秒, 这还包括了啮合, 同步重新定位磨轮的时间. 达到这种水平, 并没有增加很多机床的部件, 而是通过这种奇妙的设计概念达到的.
全新的桑普坦斯利G160磨齿机完全突破了这个限制. 与其加强这个Y轴, 不如完全去掉它. 这样一来, 不仅解决了Y轴刚性不足的问题, 而且还简化了机构, 在磨头主轴前面, 仅用3个数控轴(Y,Z,A)叠加, 而不是传统的4个数控轴, 径向(X), 轴向(Z), 旋转(A)和切向(Y). 这种由3轴叠加取代4轴叠加的设计是一个巨大的突破. 与传统磨齿机相比, 可以极大地增加机床的整体刚性, 由此带来了生产率和质量的提高. 由于没有了沿砂轮轴线的切向运动, 取代它的是一个由机床的Z轴和Y轴联动而产生的虚拟切向位移. 由于这两个数控轴完全没有空间的限制, 所以可以做的很大和非常强壮和高的刚性.
这个非凡地受专利保护的机床概念成就了目前市场上最好的生产率. 而真实的机床传递出更多的优势.
机床不需要附加的数控轴来修整砂轮. 砂轮修整器安装在X1滑台的工件主轴旁边. 所以, 高精度和高动态刚性的直线电机可以用来生成非常好的砂轮齿形, 而磨出非常好的齿轮. 机床可以对齿面做出拓扑修形, 获得难以置信的高质量效果. 将砂轮修整器固定在工件主轴的同一个滑台上的设计方式, 完全消除了机床热变形和一些其它偏差的困扰.
走进机床
当研发G160磨齿机时, 对人机工程给与了极大的关注. 极大地满足了对机床的操作, 调整和服务等各个方面的需要.
更换砂轮变的非常方便, 机床的Y轴把砂轮移动到非常接近防护门处. 这样, 砂轮的法兰盘就在操作者的面前, 使接近砂轮的距离非常短. 同样金刚石修整轮也就在操作者防护门旁边.
当工件主轴处于下料位置时, 提供第二个卸料门, 可以方便地接近两个工件主轴. 在这个位置, 可以非常方便地更换夹具, 尾座顶尖和调整啮合传感器. 上下料接口设计成适用不同的外部上下料系统, 从简单的交换滑台, 到灵活的机械手系统. 为了不牺牲加工时间, 当磨削节拍在20秒时, 采用双卡爪系统. 当磨削时间短至8秒的时候, 通过一个机床内部的scara工件交换系统, 仍然可以保证这个节拍.
为了方便保养和维修, 人们可以非常容易接近所有的机械, 液压和电气部件. 这些部件要不就在机床的外部, 或是在防护门内机床与电气柜之间的维修通道内. 所有的内部集成电机和编码器都有单独的防护罩, 很容易打开维修. 所有这些特点使机床仍使机床处于难以置信小的占地面积.
最后, 同样的设计理念也适用于SG160 这个全新研发的, 受专利保护的干式磨齿机. 在这台机床上, 加工分成两个步骤, 粗加工和精加工. 粗加工采用刮削滚刀加工, 精加工使用蜗杆砂轮. 在SG160 干式磨齿机上, 大部分的磨削余量被滚削加工去除掉, 好处是加工热量不会传导到工件上. 而随后的蜗杆砂轮磨掉少量的剩余余量, 同样不会产生烧伤工件的危险. 所以成就了全干式的磨齿加工.
干式磨削的附加优势更加明显:
由于不使用冷却油, 机床去掉了所有与油相关的外围设备, 像油泵, 油箱, 过滤器, 油雾分离器和许多其它的部件, 大大地降低了机床投资和消耗费用.
由于没有冷却油箱, 机床的占地面积大大减小.
大大地改善了工人的健康条件和车间的环境.
总之, 意大利桑普坦斯利机床公司通过推出G160磨齿机和它的姐妹机型SG160 SKY GRIND干式磨齿机展示出在齿轮磨领域里的技术领先地位. 研发这些新型的磨齿机, 要解决上面说到的各种问题, 是极具挑战的. 但是通过与主要汽车公司和工业公司建立起来的伙伴关系, 通过他们的测试反馈回来的极为正面的结果展示了这些理念已经成功的, 以被市场接受.