據筆者粗略統計,有25家境內、5家境外齒輪機床制造企業參展CCMT2024,共展出70余臺齒輪加工機床,主要展商有重慶機床(集團)有限責任公司、秦川機床工具集團股份公司、南京二機齒輪機床有限公司、宜昌長機科技有限責任公司、四川普什寧江機床有限公司、南京工大數控科技有限公司、浙江陀曼智能科技股份有限公司、江蘇創良智能數控科技有限公司、中山邁雷特數控技術有限公司、湖北恒澤智能裝備有限公司、普發特(蘇州)機床有限公司、南京康尼精密機械有限公司、上海星合機電有限公司、湖南中大創遠數控裝備有限公司、浙江勞倫斯機床有限公司、浙江日創機電科技有限公司、浙江振興阿祥集團有限公司、福清市永裕來齒輪有限公司、無錫泰諾工具有限公司、東莞市耐固智能裝備有限公司、寶雞虢西磨棱機制造有限公司、桂林市桂北機器有限責任公司、蘇州哈勒智能裝備有限公司、蘇州邁萃斯股份有限公司、寧波永博機械制造有限公司、KAPP(卡帕)、LIEBHERR(利勃海爾)、NIDEC(尼得科)、HAMAI(浜井)、ISNT(愛思恩梯)等。
展品有臥式滾齒機、立式滾齒機、臥式成形砂輪磨齒機、立式成形砂輪磨齒機、立式蝸桿砂輪磨齒機、立式雙工作臺蝸桿砂輪磨齒機、車齒機、強力珩齒機、插齒機、滾齒-銑棱復合機床、滾齒-銑齒復合加工機床、齒輪倒棱機等。
二、未來發展趨勢與前沿技術分析
1. 從本屆展會看齒輪加工機床發展特點
(1)齒輪加工精度指標更加細化
以往機床展會上的齒輪加工機床精度多數僅標注能夠達到的參照標準級數,對于齒形形狀誤差ffα、齒形斜率誤差fHα、傅里葉主頻、倍頻和邊頻等細化精度指標大多沒有單獨注明。隨著新能源汽車的快速發展,齒輪在高轉速工況下的嚙合噪聲與振動問題受到重視,各大齒輪機床制造企業特別是國內廠家,開始將自家產品的ffα、傅里葉頻率等指標作為產品特色進行特別標注,顯示所加工的齒輪能夠適應高轉速工況,其主要體現在磨齒機床上。
(2)齒輪加工效率進一步提升
齒輪加工機床大多數采用電主軸,工作臺采用電機直驅方式,使得主軸轉速不斷提高,提升了齒輪加工效率。多頭滾削或磨削技術的應用也使加工時間大大縮短。除了提升齒輪機床主軸轉速,也有采用雙工位結構來縮短工件上下料和對刀時間,從而提高齒輪加工效率。例如,秦川機床YKS7225T2蝸桿砂輪磨齒機和中大創遠H30D蝸桿砂輪磨齒機均采用雙工位主軸結構,可以縮短輔助加工時間至3s以內。還有將不同的齒輪加工工藝復合在同一臺機床來提升齒輪加工效率的做法。
(3)綠色節能環保技術得到更多應用
機床企業對設備綠色化重視程度越來越高,大部分的齒輪加工機床均有節能環保技術的應用,以利減少污染排放、提高能量效率、降低成本等,比如采用干式切削技術、環保材料床身、軟硬件節能技術等。其中,高速干式切削技術已廣泛應用于滾齒加工工藝中。部分齒輪加工機床采用了環保材料制造床身,而能量回收技術、自動啟停技術、油霧分離技術、切削潤滑液控制技術等軟硬件節能技術也得到較多應用。
(4)齒輪加工一體化整體解決方案
越來越多的齒輪機床制造企業,開始注重為客戶提供齒輪加工一體化整體解決方案,主要分為兩類。
第一類是齒輪制造-測量一體化生產線,主要是境外企業。他們除了制造齒輪加工機床本身,還通過研發、并購等途徑增添了齒輪分析與仿真系統、齒輪測量儀器、齒輪加工刀具等產品,并不斷完善企業自身的齒輪制造產業鏈。
第二類是自動化與柔性化齒輪加工生產線,主要是境內企業。通過直接打造包含多道齒輪加工工序、機器人、料倉等單元的齒輪加工生產線,為客戶提供整套的齒輪加工定制化服務。
2. 產品技術未來發展趨勢
趨勢1:復合化
復合化機床具備多種加工功能,可以在一臺機床上完成多種工藝的加工,滿足了市場對多元化、個性化產品的需求。復合化機床在結構設計上更加優化,整合了多種加工模塊和控制系統,通過高度集成化的設計,機床能夠實現快速換刀、自動換夾等功能,提高了加工效率。
趨勢2:智能化
機床智能化發展涉及自主學習優化、遠程維護、物聯網深度融合以及新技術應用等多個方面,可以推動機床行業的智能化升級。目前大多齒輪加工機床具有機床運行狀態智能監控功能,且擁有零編程人機界面,將齒面扭曲控制算法、誤差補償算法集成到人機界面中,用戶只需輸入齒輪參數和加工參數即可自動生成NC代碼,降低對機床操作人員的要求。
趨勢3:綠色化
機床綠色化涉及機床輕量化、清潔切削、機床節能技術等多個方面,是齒輪加工機床的重要發展趨勢,目前參展企業的綠色節能環保意識和相關技術應用普遍加強。
三、部分齒輪機床展品簡析
1. 臥式數控滾齒機
小規格臥式滾齒機的布局是工作臺、頂尖軸均由電機直接驅動,如寧江YK3603IV和耐固N40。傳統臥式數控滾齒機具有兩種布局形式,各直線軸基本采用滾柱直線導軌或電機直聯絲杠驅動,滾刀箱有主軸電機直接驅動或伺服電機直聯驅動,工作臺有電機直接驅動或齒輪傳動兩種形式。
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筆者注意到,本次展會有9臺臥式數控滾齒機參展,如寧江YK3603IV、耐固N40-8AXIS,工作臺和頂尖座均有動力(C軸、C1軸)及軸向運動(Z軸、Z1軸),比較適合鐘表齒輪的加工。
目前人形機器人的涌現將帶動全球機器人行業迎來高速發展期,未來有望帶來對加工小模數行星齒輪的高效滾齒機和高效高精密磨齒機的巨大市場需求。
2.立式數控滾齒機
立式滾齒機主要布局形式方面,中小規格滾齒機滾刀箱、工作臺主要采用電機直接驅動,各直線軸采取伺服電機直聯絲杠驅動,導軌采用滾柱直線導軌。中大規格滾齒機直線軸多采用鑲鋼導軌及滾動導軌塊,滾刀箱采用齒輪傳動,工作臺會根據機床加工直徑的大小有力矩電機直接驅動、齒輪傳動、雙蝸桿蝸輪傳動、雙電機齒輪傳動等多種選項。
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本次展會上,筆者看到有15臺立式數控滾齒機,競爭激烈。機床加工直徑在150-1600mm范圍內均有展品,且各家機床結構布局較為相似。其中小規格機床基本采用全直驅傳動,中等規格機床滾刀箱采用齒輪傳動、工作臺采用直驅傳動的較多,如南京工大展出的大型滾齒機滾刀箱靜壓采用海浮樂的薄膜反饋元件。
3.磨齒機
本次展會也有15臺臥式成形磨齒機參展,尤以康尼精機、上海星合展出的規格品種較多。展出了12臺蝸桿砂輪磨齒機,中大創遠是首次展出實物,雙工位,標稱齒輪齒形齒向形狀誤差在0.0015mm以內,傅里葉主頻倍頻<0.3,邊頻<0.05以內,完全滿足新能源汽車對齒輪精度的要求。
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4.車齒機
從本次展會展出的境內車齒機數量可以看出,此類機床已趨于成熟,并在逐步替代插齒機,與進口車齒機同臺競技。展品的車齒機規格集中在150-500加工范圍之間。車齒機均為立式結構,刀具主軸和工件主軸均采用直驅技術,重慶機床、邁雷特、日創、勞倫斯采用自制的電主軸,長機科技和南京二機均外購SPL電主軸。各家車齒機的主軸接口均為HSK系列接口,均有自主開發的人機界面和可配置的刀庫功能、對齒功能和對刀功能,長機科技能夠進行量產和批量銷售。
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