巨型齿轮的定制加工

HMC Gears公司位于美国印第安纳州普林斯顿市南部的一个小镇。一百多年来，这家公司一直为各行各业生产传动器和齿轮，也是为数不多的能够生产直径为8m大齿轮的制造商之一。作为煤炭和钢铁行业的供应商，为矿山机械和露天采矿的大型设备提供备件是该公司的核心竞争力之一。如果巨大的生产设备停工一天就会给矿山运营商带来高达六位数的经济损失。有计划地更换零部件也很困难，大型机械设备常常要工作运行几十年，在需要更换零部件时原来的设计图可能已经过时或者不再可用了，这也就使得大型机械设备的几乎每一个零件都变得很关键：都是些特殊的定制件，生产批量很小但尺寸巨大，几何形状非常具有挑战性。

需要团队精神、渴望成功的项目

在矿山机械和矿山运输设备中，最常使用的是人字齿齿轮或者超窄空刀槽的双斜齿轮。这些运行非常平稳的齿轮非常适合传递大力矩，特殊的对置齿型可以防止产生轴向力，从而最大限度地减少轴承磨损，人字形齿轮的生产加工非常复杂，且价格昂贵。为了替代旧有的刨齿机，HMC公司需要购买一台最新技术水平的高效齿轮加工机床，以便能够生产简单的锥齿轮、斜齿轮、超窄空刀槽的双斜齿轮和人字齿齿轮——齿轮的直径在2m-4m之间。

图2：LC 4000齿轮加工中心外观。

“我们希望有一台能够完成从粗铣到齿轮孔加工全部任务的齿轮加工中心。在参观我们的工厂时，利勃海尔以其深厚的专业技术功底征服了我们。最终，利勃海尔也是唯一一家准备接受这份订单合同的供应商。”HMC公司首席执行官Robert J. Smith III在介绍HMC公司是如何与利勃海尔公司合作一起完成这一复杂项目时说道。这是一个长时间规划设计的开始，在齿轮加工中心的规划设计中要具体落实各个要求。“HMC公司是一个有着严格要求的客户，对产品质量有着很高的要求，并期待着能够高效的生产，在这方面，两家公司的企业理念完全一致。”利勃海尔公司应用技术经理Oliver Winkel博士介绍说。Smith III也证实了这一点：“我们对利勃海尔的服务、响应速度和技术支持非常满意。”

图3：LC 4000齿轮加工中心内的巨大零件。

2015年12月，经过充分的初步讨论之后，两家公司终于在普林斯顿举办了项目启动仪式。项目的设计任务书厚厚的一本，列出的要求超过了100条。许多东西都必须重新设计，例如长达4m的外齿轮加工立铣刀、立铣头支架以及内齿加工用的指形立铣刀。利勃海尔用图纸、照片、视频和检验报告等形式将项目进展情况通报HMC公司。遇到难题了也相互交流。“双方都想成功地完成项目。因此，利勃海尔的每一个人都全身心的投入了项目，齐心协力。”利勃海尔齿轮加工机床销售经理Peter Wiedemann回忆说道。2017年10月，两家公司在的德国肯普滕市进行了设备的预验收，2018年春季由利勃海尔美国技术服务团队将设备海运到安装现场，完成最后的调试，正式投入生产。

滚齿、成型铣削和四轴铣削的齿轮加工中心

这台齿轮加工中心采用了模块化设计，有着很高的使用灵活性：全新设计的直驱式铣头和辅助的铣削内齿和外齿的立铣刀铣头；辅助立铣头有自己的立铣头支柱。这就使得这一设备同时具备滚齿、齿形加工和四轴铣削的能力——加工人字齿和超窄空刀槽人字齿的理想设备。采用指形立铣刀的铣削工艺技术是专门针对HMC公司具体使用要求量身定制的。使用指形立铣刀的铣头安装在加长了的Y轴上，可以最大程度降低对切削刃的影响，从而提高切削加工质量。针对内倒角而专门设计的球头立铣刀也提供了更好的切削加工优势，针对齿轮加工中心而设计的控制软件Rcklid GearCAM包含了四轴铣削加工所需的零件和刀具数据管理功能，并可以完成加工程序的仿真模拟，它能自动计算、确定铣刀的运动轨迹，进给量参数和刀具更换。

集成的刀具库可以容纳60多支刀具，换刀装置可以自动完成刀具更换。齿轮加工中心还集成有齿轮扫描检验系统。根据美国齿轮制造商协会AGMA的质量标准，这台设备的加工精度达到了AGMA 12至AGMA 15，相当于德国DIN标准的3-6级。能够加工的齿轮到底有多大？“设备的上方是敞开的。理论上可以轻松地加工模数100的齿轮。” Winkel博士说。

高效地生产各种人字齿齿轮

对HMC公司来讲，齿轮加工中心的生产效率才是具有决定性意义的。无论是加工制造人字齿齿轮还是传统的斜齿轮。LC 4000型齿轮加工中心可以在1-2天的时间里完成直径4m的超窄空刀槽人字形齿轮的加工。在传统齿轮加工机床上加工同样的齿轮则需要一周到两周的时间——生产效率提高了3-5倍。齿轮加工中心里也可以经济高效的加工传统的斜齿轮：直径4m的传统斜齿轮加工只需大约4小时。

在一次装夹中完成全部切削加工已被证明给HMC公司带来了更多的附加值。在铣削花键和键槽时就不再需要重新装夹重量巨大的双螺旋齿轮了。“有时候一点点小事就会影响客户的购买意愿。”Wiedemann笑着说道。对HMC公司来讲，大额的投资和长时间的机床设备设计时间已经得到了很好的回报：“我们从1921年开始就生产齿轮了。购入LC 4000齿轮加工中心就意味着我们在大型齿轮加工的效率、节约成本费用和提高交付能力和安全性等方面都有了巨大的进步。”Smith III在评价LC 4000齿轮加工中心的意义时说道。

□ 本文译自德国Werkstatt und Betrieb杂志

来源：荣格-《国际金属加工商情》


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