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用通用五轴加工中心加工大磨数高精度螺旋伞齿轮

加工大模数、硬齿面、宽齿面及高精度的螺伞一直是困扰工业齿轮行业多年的问题。在通用

加工中心没有出现以前，加工这种齿轮惟一的办法就是用专用螺伞加工机床加工，而由于这

种大模数高精度的齿轮含有较高的利润，因此专用机床厂家并不对外销售这种齿轮的加工机

床，而只是卖齿轮，这就使得用户无法自己进行加工这种齿轮而只能依靠进口。随着机械行

业越来越向重型化发展，加工大模数高精度螺伞齿轮带来的制造瓶颈也越来越突出，就迫使

人们不得不考虑新型的加工方法，于是，采用通用5轴加工中心加工大模数高精度的螺伞

的这种方法就应运而生了。

在2009年4月6~11日举办的北京国际机床展览会上，瑞士GF阿奇夏米尔集团的展

台上就出现了一对用米克朗五轴通用加工中心加工的螺旋伞齿轮，吸引了众多齿轮用户的注

意。这对齿轮为硬齿面齿轮，滚检后接触区理想，在21.5m/s的线速度下，齿轮的噪声低

于67db，说明齿轮具有良好的啮合特性和精度。

众所周知，在加工中心上加工高精度的工件需要一系列的相关技术，其中最关键、最核

心的就是机床制造技术和CAM软件技术，只有在高精度的机床和高质量的CAM软件的支

持下，才能高效率地加工高精度的零件。

一直以来，瑞士GF阿奇夏米尔集团都是国际上以生产高精度高刚性的米克朗五轴机床

而著称的机床生产商，其生产的米克朗HPM1850U五轴加工中心采用了诸多机床业先进的

技术。

这种五轴加工中心在其摆动轴（B轴）及回转轴（C轴）都应用了直接驱动技术，其中

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B轴的摆动速度可达到20r/min；C轴则达到30r/min。不仅如此，在B/C轴上都采用了液

压夹紧，使得B/C轴能在加工过程中获得极大的刚性，这在齿轮的加工中尤其重要。另外，

由于齿轮的加工时间长，机床的热稳性更为关键，米克朗HPM1850U机床配备了APS（高

级工艺控制系统）及ITC（智能热补偿系统），使得这种机床具备了极佳的热稳定性，从而

可以确保齿轮的加工精度，使其在通用五轴加工中心上加工高精度大模数螺旋伞齿轮成为可

能。

该项目的合作方，螺伞CAM软件的开发者北京交通大学王小椿教授为国际上最负盛名

的齿轮专家之一，其在1994年即解决了国际齿轮界权威Litivn所断言的不能精确计算齿面

三阶参数的问题，其出版的英文专著已经成为齿轮界的经典之作，并在CAM和CNC上具

有很高的造诣。该螺伞CAM软件包括以下几个特点：

1.高强度和高可加工性的齿轮副设计

由于加工中心上刀具轨迹安排的灵活性，齿线曲率可以不受刀盘尺寸系列的限制，按最

佳轮齿弯曲强度来选取。同样，左、右两侧齿面的产形面之间的相对位置也可以不受刀盘上

内、外两侧刀齿相对位置的约束，可以通过适当的自动调整，达到大、小轮的齿顶和槽底宽

度在全齿面宽上基本一致，因而可以采用很大的齿根圆角半径，加工出的齿轮具有厚实的齿

顶，并允许采用较大直径的刀具进行高效率、高精度的齿轮加工。

以一对31:32、模数36、齿面宽270的螺伞为例，若采用传统的Gleason或国标设计

方法，小轮的槽底宽度只有12mm，齿深超过70mm，加工非常困难，而且齿根圆角半径

也只能做到6mm左右。而采用新的设计理念，大、小轮的槽底宽度都达到20mm以上，最

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