【編者按】滾輪心铃，運動器械的一種应康，由若干鐵棍平衡連接兩個大小相同的鐵環(huán)制成牺独。人在輪里手攀腳蹬凰染，使環(huán)滾動被核。舊稱虎伏。滾輪娇紊，也是在包裝機械以及飲料生產(chǎn)行業(yè)通行的備件稱呼法勃提，也叫卷封輪、封口滾輪触茎、羅爾凹尺。

為什么滾齒迄今尚未成功处榔？

機加工工藝的生產(chǎn)力主要取決于切削厚度以及單位時間的切削次數(shù)。很顯然吊宋， 挖掘滾齒加工的巨大潛力主要在提升單位時間內的切削次數(shù)纲辽。只要選擇好適當?shù)?a target="_blank" class="mmstipl2" >刀具、工件旋轉速度以及軸線相交角度璃搜，就能實現(xiàn)理想的切削速度拖吼。對于采用硬質合金刀具的干式切削工藝，150-250 米/ 分的切削速度比較合適这吻。

只要通過簡單的近似計算就能弄清這種差異：假設轉速為每分鐘2000 轉吊档，相當于每分鐘200 米的切削，若采用25 齒刀具唾糯，則每分鐘可到達50000 次切削怠硼。對于相同的切削速度，只需每分鐘1200 轉刀具轉速的八座兩齒滾刀移怯，相比之下每分鐘只能達到19200 次切削香璃。考慮到這一可能性舟误，導致迄今為止切削狀況極不成功的原因也就浮出水面了葡秒。

這顯然不是由于缺乏科學興趣。20 多年來沃羽，在這個領域曾進行過大量調查捺膳， 并且形成了如下共識：滾齒是一個高效能的工藝，之所以不能獲得成功萄天，是由于受到刀具使用壽命短、機械振動過度和關鍵排屑的影響裹五。

前面提到的切屑厚度參數(shù)以及單位時間切削次數(shù)的確對生產(chǎn)率有本質上的影響卦须，但更體現(xiàn)了過程的成本效益，對日常實踐的成敗具有決定性的作用捅县。僅僅加工速度快還不夠摊壳，還應有令人滿意的刀具使用壽命。

為了理解刀具為何會迅速失效猪晰，就必須詳細分析切屑的形成粒颂。盡管可以用簡明的術語來描述有關滾齒的運動學特性，但刀刃和工件之間的運動關系十分復雜状寨，需要有合適的仿真工具仑萧。

在這個例子中，工件為48 齒而刀具為17 齒枷遂。每加工17 齒后樱衷，刀具開始加工工件的下一個齒隙棋嘲。因為齒數(shù)互質，工件的所有齒隙都會被加工到矩桂。

如果對齒隙依次進行編號沸移，按逆時針方向從9 點鐘位置開始，那么侄榴，所描述的刀具將按1-18-35-4-21-38-7 的順序依次對齒隙進行加工雹锣。從右邊，能看到刀具在齒隙間運動癞蚕。刀具從右上角切入齒隙蕊爵。徑向運動到齒隙的底部，然后再從齒隙中退出涣达。

在徑向切入與切出的過程中在辆，刀具沿工件的齒寬軸向運動。軌跡的弧度很明顯（圖1）度苔。從中可以發(fā)現(xiàn)匆篓，在齒隙切削過程中，頂尖前角在不斷改變余窖，到達端部時甚至可能出現(xiàn)負值猾妖。利用仿真工具通過對前角和后角的精確分析來研究切削的形成時，就能得到初始結果森片。前角最大為（0啼脑。）， 在加工過程中可以變成負值毯炊，最小達到五十度（-50令袒。）。

圖1：從上方（左）及內徑方向（下）觀察到的刀具相對于工件的軌跡态素。

即使是最合適的切割材料也會受到其應力極限的制約程蠕。負前角往往會導致切削力增加，在工件外形精度躲含、動力學和剛度方面對機床帶來相當程度的挑戰(zhàn)辣铡，從而使這種狀況進一步加劇。滾齒刀具盡管有種種優(yōu)勢别肄，但由于刀具方面存在這一系列問題酣衷，包括不利的切屑形成以及對滾齒刀的要求極高，依然未被接受次泽。

機床和刀具——成功滾齒的因素

憑借在切屑流穿仪、剛度、弱化和幾何精度等方面的優(yōu)化意荤，現(xiàn)代機器的概念取得了巨大的進步牡借。Oerlikon 螺旋傘齒輪切削機C29 就是一個很好的例子（圖2）拳昌。這是最早開發(fā)出的高性能錐齒輪干式切削技術。此外钠龙，它具有滾齒技術的理想特性炬藤。出色的剛度，以及憑借垂直概念和精密的軸對齊而實現(xiàn)的對高度動態(tài)直接驅動和切削流的優(yōu)化碴里，這些都是滾齒技術取得成功是必要的先決條件沈矿。除了機床，刀具本身也是成功的決定性因素咬腋。

圖2：Oerlikon 錐齒輪切削機C 29 – 正在進行滾齒加工羹膳，機軸被標示為紅色。

正如上面所表明的根竿，滾齒工藝中切屑的形成相當復雜缰寻，而且總是伴隨著對常規(guī)刀具的種種不利的工況，無論圓柱形刀具還是錐形刀具卜呈〖韫ⅲ可用后角上的限制影響了錐形刀具的成本效益。柱形刀具可以進行一定程度的修磨贵舀，從成本效益的角度來衡量是可以接受的苔盆，但仍不能提供足夠長的刀具壽命。在理想的情況下欲灾，刀具設計只需考慮刀刃茵窃。切割輪方面的任何損失都可忽略不計。

現(xiàn)在市場上已有這類刀具銷售勉徘，并在全球各種不同的應用上進行了測試漏北。帶 ARCON 和 SPIRON 刀頭的 Oerlikon 刀條系統(tǒng)恰使弧齒錐齒輪具備了這些潛力。矩形硬質合金條被磨成切削刃輪廓羊湃， 然后涂覆涂層并以極高的精度插入刀頭舵牛。因此，簡而言之溯饵，解決方案就是將這一刀條系統(tǒng)應用于滾齒∏炙祝現(xiàn)在只有硬質合金刀片被磨削成切削幾何外形锨用，而非完整的柱形或錐形硬質合金切削輪丰刊。這些形狀加工好的刀片被固定在合適的刀頭內，組成鑲齒滾刀增拥。

這種刀具自身的優(yōu)勢就能直接說明一切

其優(yōu)點包括啄巧，前角和后角可以自由選擇，還可優(yōu)化切屑流掌栅；錐齒輪刀具的修磨工藝十分可靠秩仆，在全球各地被熟練已運用十多年码泛；通過打磨刀片可以直接對其輪廓進行修整。因此澄耍，成為第一個能實現(xiàn)滾齒刀片優(yōu)化的刀具系統(tǒng)噪珊。和成熟的 Oerlikon 錐齒輪加工機床一起，滾刀切削制造系統(tǒng)在誕生100 年后終于在市場上展現(xiàn)出成功的面貌齐莲。

閉環(huán)生產(chǎn)體系

可靠的流程所要求的不僅是可靠的機床和合適的刀具痢站。必須將整個工藝序列中的所有步驟整合成一個連續(xù)數(shù)據(jù)技術復合體，才能確保穩(wěn)定可靠的結果鳖直∶跖克林伯格對這種方法有著深刻的認識。多年以來姥咖， 閉環(huán)生產(chǎn)體系已經(jīng)成為錐齒輪全球成熟的標準犀震。為確保用戶獲得與其所提供的錐齒切削同樣可靠的滾齒工藝優(yōu)勢，克林伯格開發(fā)了柱齒輪滾齒加工閉環(huán)生產(chǎn)體系碟灾。圖3 展示了這一閉環(huán)生產(chǎn)體系禀坝。

一切始于傳動裝置的設計。在此對組件的宏觀幾何形狀進行了定義箭堆，并依照各項優(yōu)化準則對齒廓進行修整几研。與應用于錐齒輪的方法相比，這兒只考察一個內齒輪猿异。通常利用漸開線圓柱齒輪觀察優(yōu)化與未優(yōu)化齒面之間的拓撲偏差而非修正蚓夺。一旦完成齒輪幾何參數(shù)計算，就能生成齒形的理論標定數(shù)據(jù)兢涡，也就可以開始刀具和運動學特性計算了赛喊。

這一迭代過程顯示了運動學特性與刀具之間的相互影響。用戶可以看到有關切屑形成的重要參數(shù)局待，可作為模擬滾齒制造工藝的基礎斑响，同時還有機會對齒頂前角、以及頭部和齒面的半角和后角進行優(yōu)化钳榨。用戶還能順帶獲得加工設備和切削刃的適當?shù)倪\動學特性舰罚。該軟件包不僅支持鑲齒滾刀，還支持有（無）前刀面補償?shù)某Ｒ?guī)圓柱或圓錐切削輪薛耻。這些步驟之后营罢，齒輪設計就完成了，生成了有關部件饼齿、刀具和機床的全部數(shù)據(jù)饲漾。工藝鏈的下一個環(huán)節(jié)是刀具的生產(chǎn)。

對于鑲齒滾刀缕溉，該刀具閉環(huán)系統(tǒng)發(fā)揮作用了考传，這在錐齒輪刀具上多年前就為人所知了吃型。對刀具的描述不僅包含齒數(shù)和刀刃形式，而且還包含刀具的所有幾何參數(shù)僚楞。涵蓋前角和后角的各種信息勤晚， 以及有關刀條在切削輪中位置的所有數(shù)據(jù)。一旦刀條磨成闽芳，就可形成幾何尺寸爵路。即使刀條輪廓與名義外形出現(xiàn)最小的偏差也應記錄在案并采用校正算法加以處理。其結果將作為對磨床設定值的修整讹唧， 從而是測量偏差最小化你浸。

圖3：閉環(huán)滾齒制造系統(tǒng)

現(xiàn)在已經(jīng)具備了與指定外形完全匹配的刀條。利用 Oerlikon CS 200 刀盤調整裝置對這些進行定位剃坦，達到千分尺精度节暇， 并用螺紋固定就位。接下來绝电，是保證刀具使用過程的其余步驟與所要求的規(guī)范一致忿奈。采用C 系列 Oerlikon 切削機進行齒輪滾齒加工的真正獨特之處，是以極短的加工時間獲得極高的生產(chǎn)品質默在。一旦部件完成銑削饰址，應記錄下其外形尺寸，以便確定與理論外形的偏離跺诈。

克林伯格用新的方法對這些零件進行測量产舞。它采用的是等高線網(wǎng)格測量，而非常規(guī)的外形測量以及導程與漸開線齒形偏差的跟蹤菠剩。如果在各個網(wǎng)格點上的偏差為零易猫，則加工出的部件符合齒形設計的規(guī)格。再將偏差輸入校正算法計算出切削機運動的修整值具壮。與機床一樣准颓，這些都是通過網(wǎng)絡傳輸?shù)綑C器控制單元，然后再對下一個部件進行磨削加工時就會自動采用使偏差最小化的方式棺妓。

現(xiàn)在攘已，全球所有閉環(huán)制造系統(tǒng)的用戶都會認同，閉環(huán)制造的主要優(yōu)勢在于工藝的可靠性怜跑。除了符合工藝要求的機器和刀具样勃，它還需要能保持工藝穩(wěn)定的控制回路。只有在加工中精確執(zhí)行設計要求妆艘，才能實現(xiàn)對滾齒加工的優(yōu)化彤灶。

為何采用滾齒看幼？

內齒輪此前只能通過成型方法制造批旺， 而現(xiàn)在則可采用高精度滾齒工藝進行高效加工鹿连。盡管滾齒過程的運動學特性看似簡單，其切屑形成實際上極其復雜猪玛。無論采用傳統(tǒng)圓錐形還是圓柱形切削輪磷拧，在干涉過程中不斷變化的前角和后角都會導致不利的切屑形成條件。這正是過去100 年中滾齒工藝并未取得成功的原因衩斋。滾齒成功的決定性因素者赴，是采用開放式前角與后角設計的鑲齒刀具系統(tǒng)。這種刀具在世界各地應用于錐齒輪干式切削并取得成功已有十多年的歷史瞎介。

由于加工所需時間短且質量高碗厕，可使制造成本大幅降低；另一項附帶優(yōu)勢是單個部件的能耗下降融辈，而且鑲齒刀具系統(tǒng)能確保完成整個加工過程的時間極短誓华。系統(tǒng)的流程可靠性是建立在閉環(huán)生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎之上的。在數(shù)據(jù)方面胧蹲，刀具準備和滾齒過程均處于內齒輪設計的連續(xù)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中菇唇。

深層蘊含的質量控制回路確保了嚴格按設計進行制造。自從Von Pittler 注冊專利至今殉酬，其基本原則一直沒有改變匪补。然而， 機械烂翰、刀具和生產(chǎn)工藝上的技術進步總能確保其結果更勝一籌夯缺。

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