圖1 CoroMill 170 是一款大模數(shù)齒輪齒加工的高性能圓盤(pán)銑刀，在外齒輪和內(nèi)齒輪粗加工時(shí)均可獲得高精度和高可靠性
山特維克可樂(lè)滿(mǎn)的全新刀具產(chǎn)品縮短了加工時(shí)間、減少了滾齒齒輪的成本、最大限度地提高了產(chǎn)品質(zhì)量以及提高了加工效率。沒(méi)有齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)是不可想象的。無(wú)論是在工程機(jī)械、汽車(chē)動(dòng)力、運(yùn)輸技術(shù)，還是在鐵路、造船，甚至在能源生產(chǎn)方面，沒(méi)有齒輪什么都無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)。就像齒輪的制造一樣，傳動(dòng)必須是高效的。
在各個(gè)領(lǐng)域，人們都希望能提高速度、延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間和降低噪音水平，因此對(duì)齒輪的精度要求也越來(lái)越高。國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)和由此帶來(lái)的成本壓力也促使不斷尋求新的節(jié)能潛力以及優(yōu)化生產(chǎn)。當(dāng)然，這也是新工藝開(kāi)發(fā)的背景和動(dòng)力，為了找出最新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，甚至也評(píng)估了舊的試驗(yàn)－測(cè)試方法。
圖2 可轉(zhuǎn)位滾刀上的精磨刀片可確保滾削齒輪時(shí)獲得出色的零件質(zhì)量
性?xún)r(jià)比極高的和精密的齒輪制造工藝之一就是滾銑。對(duì)于這種工藝，例如在加工蝸輪的情況下，在滾齒機(jī)上工件和刀具是連續(xù)嚙合的。這樣做，齒輪滾刀切削的是工件上的齒間和齒，使它們達(dá)到變速箱齒輪對(duì)所需的形狀。使用這種工藝就不會(huì)產(chǎn)生傳統(tǒng)的包絡(luò)線(xiàn)切削時(shí)容易出現(xiàn)的誤差源，即齒形偏差和齒距誤差。這是因?yàn)闈L齒切削工藝中的齒形是通過(guò)兩個(gè)物體嚙合時(shí)生成的包絡(luò)切削產(chǎn)生的。
滾銑過(guò)程的一個(gè)更大的優(yōu)勢(shì)是，除了可以加工齒輪外，還可以生成其它形狀的工件，例如花鍵軸或棘輪，只要它們相同的形狀和齒距中有空間。
所用刀具
滾齒刀具有單片刀具和多片刀具，切削刃分布在圓周上，圓周上還有排屑槽。到現(xiàn)在為止，切削材料主要是高合金高速鋼（HSS）。除了粉末冶金制造的HSS整體硬質(zhì)合金刀具，鑲篏硬質(zhì)合金刀桿的刀具也用于切削。事實(shí)上，傳統(tǒng)的HSS刀具仍然占有超過(guò)百分之五十的市場(chǎng)份額。其原因是這兩種整體硬質(zhì)合金銑刀以及安裝了固定的硬質(zhì)合金切削刃的刀具不能滿(mǎn)足要求。首先是，在重磨后，服務(wù)壽命方面會(huì)有嚴(yán)重的損失，或單個(gè)切削刃崩損會(huì)導(dǎo)致必須更換整個(gè)刀具。為了重磨刀具，常常必須去除涂層，這就帶走了切削刃口的粘結(jié)劑為鈷。
由于切削刃的脆性，就導(dǎo)致了降低刀具壽命，縮短了可預(yù)測(cè)壽命。
在大模數(shù)的情況下，最近幾年切向安裝的硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片刀具用得越來(lái)越普遍。這種解決方案具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。燒結(jié)硬質(zhì)合金也可以用作大直徑齒輪滾刀的切削刀具材料，除了刀體具有長(zhǎng)的刀具壽命，還可以與已經(jīng)適用于相關(guān)工件材料和齒形的不同刀具材料材質(zhì)一起使用。因此，一個(gè)相同刀體可以用于不同的任務(wù)，這就減少了刀具數(shù)量，因此，也就降低了庫(kù)存要求。這種概念不僅僅能夠達(dá)到要求的形狀精度，而且可以顯著地縮短制造時(shí)間，還可觀(guān)地減少了重磨和加涂層方面的成本。
高效齒輪切削
圖3 與高速鋼刀具相比，可轉(zhuǎn)位滾刀具有很高的金屬去除率，并保持了很高的可靠性，從而實(shí)現(xiàn)極短的加工周期
對(duì)于山特維克可樂(lè)滿(mǎn)來(lái)說(shuō)，齒輪切削刀具是其相對(duì)新進(jìn)的領(lǐng)域。作為全球領(lǐng)先的全面的刀具提供商，它的目標(biāo)自然不僅僅是推出已令人信服的齒輪切削刀具概念，它還要與合格的機(jī)床制造商和客戶(hù)方面的合作伙伴緊密合作。到現(xiàn)在為止，山特維克可樂(lè)滿(mǎn)的兩個(gè)產(chǎn)品已經(jīng)成功地進(jìn)入了齒輪切削刀具制造領(lǐng)域：模數(shù)范圍為12-22的CoroMill 170圓盤(pán)銑刀，和有切向安裝的可轉(zhuǎn)位刀片的大齒輪滾刀。這兩種刀具都極大程度的提高了齒輪加工技術(shù)。
uP-Gear齒輪工藝用于完整的包括螺旋齒輪在內(nèi)的錐齒輪生產(chǎn)，它在五軸加工中心上的僅有的兩次夾緊上即可完成。這種工藝是朝著成為齒輪箱生產(chǎn)方面的全服務(wù)提供商發(fā)展的成功的一步。山特維克可樂(lè)滿(mǎn)是與Voith Turbo與Gebr. HellerMaschinenfabrik GmbH一起合作開(kāi)發(fā)出這種技術(shù)的。山特維克可樂(lè)滿(mǎn)目前正在進(jìn)行下一步工作：采用可互換的全齒形可轉(zhuǎn)位刀片的齒輪滾刀的制造。
通常，切向安裝的可轉(zhuǎn)位刀片有不超過(guò)兩個(gè)切削刃形成接觸。與切向安裝的可轉(zhuǎn)位刀片相反，使用全齒形可轉(zhuǎn)位刀片的刀具還形成了三個(gè)后刀面切屑。這意味圓周上的切削刃必須可以通向三個(gè)側(cè)面，從而可以排屑。這就導(dǎo)致了對(duì)可轉(zhuǎn)位刀片與刀體之間有專(zhuān)門(mén)的要求，如果是使用刀墊或刀座與可轉(zhuǎn)位刀片的話(huà)。此外，為了能符合DIN3968的嚴(yán)格公差，可轉(zhuǎn)位刀片的夾緊裝置的定位必須有極高的精度。
圖4 錐齒輪上的齒槽粗加工證明是極具挑戰(zhàn)性的工序。運(yùn)用uP-Gear技術(shù)，配以靈活的五軸加工中心，可使制造商針對(duì)齒的不同齒型參數(shù)和不同零件類(lèi)型進(jìn)行加工操作
目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新型刀片定位接口，這種刀片定位接口可以保證精密的定位，并保證在粗加工過(guò)程可轉(zhuǎn)位刀片的夾緊。由于根據(jù)模數(shù)大小和用途確定的刀片可以是單切削刃或雙切削刃，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于多切削刃刀片不是問(wèn)題：盡管切削刃可以位于圓周的3個(gè)邊，但是，根據(jù)仔細(xì)的觀(guān)察，我們看到單切削刃或雙切削刃可轉(zhuǎn)位刀片也會(huì)被自然地稱(chēng)為“可轉(zhuǎn)位刀片”。
為了生產(chǎn)可轉(zhuǎn)位刀片的齒輪滾刀，山特維克可樂(lè)滿(mǎn)與知名的合作伙伴一起建立了專(zhuān)門(mén)技術(shù)。除了HöflerMaschinenbau GmbH，Garl ZeissGmbH作為成品刀具和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精密測(cè)量的工業(yè)測(cè)量專(zhuān)家也加入了這支隊(duì)伍。合作關(guān)系還包括與一些知名的齒輪箱制造商和幾個(gè)大學(xué)的密切合作，例如Lunds技術(shù)學(xué)院（瑞典）和WZL（機(jī)床實(shí)驗(yàn)室，RWTHAachen）齒輪加工集團(tuán)。
圖5 全齒形滾刀秉承了常規(guī)高速鋼刀具的設(shè)計(jì)理念，使用的可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片可使斜齒輪加工時(shí)運(yùn)用更高的切削速度并通過(guò)更高的進(jìn)給率實(shí)現(xiàn)高效率加工
初步結(jié)果
新的滾刀刀具的初始實(shí)際生產(chǎn)測(cè)試已經(jīng)完成了，并對(duì)它進(jìn)行了分析。測(cè)試表明，安裝了硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的齒輪滾刀并沒(méi)有達(dá)到用高速鋼或整體硬質(zhì)合金滾刀所加工出的精度要求。但是，這種滾刀可以保證符合DIN 3968的B等級(jí)，這就意味著可以用于制造符合DIN 3962的等級(jí)9-11的齒輪。如果必須達(dá)到更高的工件等級(jí)，則要求接著采用傳統(tǒng)滾刀加工或磨削工序。滾銑質(zhì)量不僅僅是由齒輪滾刀等級(jí)決定的，它還受到工件夾緊裝置的牢靠程度、齒輪滾床的精度和滾刀與工件的同心度和跳動(dòng)量的影響。
總地來(lái)說(shuō)，實(shí)際生產(chǎn)測(cè)試的結(jié)果已經(jīng)表明，在三個(gè)重要的判斷標(biāo)準(zhǔn)方面，新的滾刀的實(shí)際優(yōu)點(diǎn)為：縮短了切削時(shí)間和滾銑每零件成本，提高了刀具壽命。對(duì)測(cè)試結(jié)果的詳細(xì)的研究表明了改進(jìn)的實(shí)際程度。
縮短了切削時(shí)間
齒輪滾銑時(shí)，在各種因素中，基本加工時(shí)間是由切削速度和工件軸向進(jìn)給確定的。鋼的類(lèi)型與切削材料的匹配，以及使用的機(jī)床的穩(wěn)定性與性能是確定最影響性?xún)r(jià)比的切削速度的決定性因素。在實(shí)際生產(chǎn)條件下的測(cè)試表明了，在保持刀具的每轉(zhuǎn)進(jìn)給率不變的情況下，切削速度通?？梢苑?，用這種方法，在一個(gè)案例中，切削時(shí)間由200分鐘縮短到90分鐘。
硬質(zhì)合金切削刃可以比高速鋼（HSS）切削刃承擔(dān)更高的切屑負(fù)荷。這就是說(shuō)可以達(dá)到更高的每齒進(jìn)給率。此外，應(yīng)用這種方法可以補(bǔ)償因有效切削刃的數(shù)目的減少而增加的加工時(shí)間。
在將切屑離開(kāi)滾刀時(shí)產(chǎn)生的理論最大切屑厚度就是切屑負(fù)荷。當(dāng)確定進(jìn)給率時(shí)，總是應(yīng)該記錄切屑負(fù)荷，并將它用于計(jì)算進(jìn)給率。如果機(jī)床性能和工件材料等所有決定性因素都允許，新刀具就可以承受高達(dá)0.35 mm的切屑負(fù)荷，和最高達(dá)350 m/min的切削速度，具體數(shù)字與所加工的模數(shù)有關(guān)。
延長(zhǎng)了刀具壽命
圖6 帶有可樂(lè)滿(mǎn)Capto接口的CoroMill176齒輪滾刀，可減少50%的切削時(shí)間，并將刀具壽命提高了一倍
在齒輪滾銑的贏利能力研究中，不是使用通常以規(guī)定的分鐘作為刀具壽命的單位，滾刀是用刀具切削長(zhǎng)度作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)長(zhǎng)度相應(yīng)于兩次重磨之間的，或兩次更換刀具上的可轉(zhuǎn)位刀片之間，所有切削的工件齒的長(zhǎng)度的總和。
在優(yōu)化的條件下，比如在合適的涂層和硬質(zhì)合金切削刃口的條件下，在實(shí)際生產(chǎn)測(cè)試中，已經(jīng)達(dá)到了每次更換刀具時(shí)刀具長(zhǎng)度，這個(gè)長(zhǎng)度至少高于涂層HSS刀具的3倍。更高的每齒進(jìn)給也對(duì)這點(diǎn)有貢獻(xiàn)。如果每齒進(jìn)給太低，也會(huì)加速磨損、縮短刀具壽命并引起在工件上生成過(guò)多的熱量。因此在干切削中，應(yīng)毫不猶豫地采用硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片，從而不降低刀具壽命，進(jìn)給率的選擇應(yīng)該是使得大部分熱量隨著切屑排出。更長(zhǎng)的刀具壽命也意味著獲得更多的生產(chǎn)時(shí)間，例如，如果刀具壽命達(dá)到原來(lái)的三倍，百分之六十六的安裝刀具時(shí)間就不再需要了，這些時(shí)間就可以用于切削了。
在連續(xù)生產(chǎn)中，很少考慮偶爾發(fā)生的由于安裝引起的時(shí)間浪費(fèi)：鈍了的刀具的重磨導(dǎo)致刀具直徑的不同，總是要求重新調(diào)整機(jī)床的設(shè)置，因此使用新刀具就可以減少66%的時(shí)間浪費(fèi)。使用新刀具還會(huì)縮短翻新磨鈍了HSS滾刀所需的時(shí)間，因?yàn)榉碌毒哌€必須送出去重磨和重新涂層。這一切都關(guān)乎漫長(zhǎng)的時(shí)間周期，這個(gè)周期從刀具更換開(kāi)始到交付完成了翻新的刀具為止。很自然，仍然建議轉(zhuǎn)換到使用新的山特維克可樂(lè)滿(mǎn)刀具，從而優(yōu)化刀具壽命和提高性?xún)r(jià)比。此外，可轉(zhuǎn)位刀片在使用后僅僅是單刃磨損，可以從左面更換到右面。
更低的滾銑成本
刀具的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的主要目標(biāo)是降低直接和間接生產(chǎn)成本。與此同時(shí)，加工的工件的質(zhì)量也應(yīng)維持，或甚至更進(jìn)一步獲得提高。此外，生產(chǎn)可靠性必須得到保證。
山特維克可樂(lè)滿(mǎn)提供的新的全齒形滾刀完全滿(mǎn)足了與刀具有關(guān)的要求，甚至在它第一次使用時(shí)就做到了這點(diǎn)。通過(guò)降低投資、庫(kù)存、搬運(yùn)和裝夾以及翻新成本，也可以相當(dāng)程度地降低比例成本。除此之外，通過(guò)減少周轉(zhuǎn)中的滾刀的數(shù)目，可以降低資本投入。還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：可以通過(guò)提高切削速度，實(shí)際切削時(shí)間隨之縮短（已經(jīng)有幾次超過(guò)50%），這樣就顯著了增加每日的產(chǎn)出量。通過(guò)縮短切削時(shí)間和安裝調(diào)試時(shí)間獲得的機(jī)床使用時(shí)間可以進(jìn)一步提高產(chǎn)出。在一些情況下，甚至不再需要使用切削油或潤(rùn)滑油，這提高了刀具壽命，也減少了油霧或油蒸汽的排放。這里不要低估使用潤(rùn)滑油或切削油的成本，節(jié)約的成本與相應(yīng)的應(yīng)用有關(guān)，它們常常占總生產(chǎn)成本的15%。
底線(xiàn)
有了新的滾刀刀具，用戶(hù)就有了高性?xún)r(jià)比和可靠的生產(chǎn)所需的刀具。這種刀具降低了投資成本，易于裝夾，這些刀具使工序與任何外部的操作無(wú)關(guān)?！?/p>
