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提升装备水平 加速推进中国走向齿轮强国

2013年06月27日 09:27中国机床商务网点击:4645

  JC35导读:近几年来,重点行业和重点建设工程,如发电、矿山机械、高速机车、大型工程机械、大型船舶、钻井平台及火箭发射等对重大装备的需求越来越多,对与之配套的大型齿轮及其齿轮箱提出了许多新要求,而能否满足这些大型齿轮的严苛要求主要取决于大型齿轮切削机床、刀具及测量仪器等设备的性能。目前,我国齿轮行业还不能完全满足重点行业和重点工程的配套要求,这些大型齿轮及齿轮箱的制造已经成为制约我国一系列重大装备研制的瓶颈问题。
  
  “十二五”期间,大型齿轮及传动装置被列为发展重点,大型齿轮的加工技术将得到快速的提高和发展。那么,大型齿轮加工的现状如何,大型齿轮加工技术的迅速发展对机床、刀具以及测试仪器等配套装备有什么样的需求呢?
  
  齿轮加工技术的发展
  
  我国齿轮行业的知名专家、北京工业大学教授石照耀博士首先从齿轮的三要素(齿廓曲线、材料和加工方法)开始耐心地讲解了齿轮技术的发展历程。经过3000多年的演变,齿轮齿廓形状从直线发展到现在以渐开线占主导地位的复杂曲线;齿轮材料从原始的木料发展到现在以钢材占主导地位的各类高性能材料;加工方法也从手工制作、铸造发展到现在以金属切削加工占主导地位的高效加工,每一个要素的变化都体现了齿轮技术的进步和发展,使得齿轮的性能大大增强。
  
  虽说齿轮历史悠久,但真正意义上的齿轮技术始于19世纪,理论上认清了渐开线的优越性后,硬质钢制刀具的出现让历经千年的铸造齿轮成为历史,从而奠定了现代齿轮加工技术的基础;19世纪后叶,基于展成原理的滚齿机和插齿机的发明,解决了大批量生产高精度齿轮的问题,满足了汽车的发展对齿轮的巨大需求。过去100多年,材料与制造技术是齿轮技术快速发展的主要驱动力。
  
  我国齿轮行业经历了20多年的快速发展,头10多年得益于车辆齿轮的发展,这几年源于以风电齿轮为主的工业齿轮的发展。据中国齿轮行业协会统计,2000年全行业产值为240亿元,2008年为1020亿元,年均增长率为20%,2011年全行业产值达到1600多亿元。我国已经成为齿轮生产大国,但却不是齿轮强国,齿轮行业的总体技术水平仅相当于发达国家20世纪90年代后期水平。
  
  差距就是动力
  
  大型齿轮的加工可以采用从铣削、滚齿到磨齿的多种工艺技术。石教授从各种工艺角度详细分析了目前我国大型齿轮加工技术及装备的现状,以及与国外的差距。
  
  1.机床
  
  (1)铣削机床:齿轮铣床因其效率低在中小模数圆柱齿轮加工中很少使用,但在大型圆柱齿轮加工中得到一定应用,特别是内齿圈的加工。特大型齿轮因数量少,铣削加工是主要方式。国内有多家企业生产这类机床。目前,国内使用的齿轮铣床跟国外的差距相对较小。
  
  (2)滚齿机:滚齿是大型圆柱齿轮加工的主要手段,用于粗加工和半精加工,适用于加工各种直、斜齿轮等。大型内齿圈的滚齿加工也展现出较好的前景。目前国产大型滚齿机与国外先进滚齿机差距较大,但十几米的特大型滚齿机我国已具有世界水平。
  
  (3)插齿机:其效率比滚齿机低,主要用作内齿圈、双联或多联齿轮的加工。目前国产插齿机水平与世界先进水平差距较大。
  
  (4)磨齿机:成型磨齿是大型圆柱齿轮精加工的主要形式,虽然f1.2m的蜗杆砂轮磨齿机已经出现。现代数控磨齿机能实现齿面的任意三维拓扑修形。国内大型磨齿机市场几乎让Hofler、Niles、Gleason等国际着名公司全面占领了。目前国产大型磨齿机的水平与国外的差距甚大。
  
  2.刀具
  
  讲到齿轮加工刀具时,石教授同样介绍了刀具的三要素:几何设计、材料和镀层。国内齿轮刀具企业在刀具的宏观设计方面尚佳,但在修形等细节设计方面与国外存在较大的差距。镀层是刀具寿命的关键要素,而齿轮刀具镀层设备大部分还依赖进口。此外,齿轮刀具要达到世界先进水平还需要在创新方面做出更多的努力。
  
  3.测量仪器
  
  大型齿轮测量主要有两种方式:离位测量和在位测量。离位测量是将齿轮搬到仪器上进行测量,主要有大型齿轮测量中心和坐标测量机这两类仪器。国外CNC齿轮测量中心和三坐标测量机可测齿轮直径最大可达6m;国内最大齿轮测量中心可测直径2m,因精度原因针对大型齿轮测量的三坐标测量机在国内还是空白。总体上说,大齿轮测量仪器几乎全部依赖进口。在位测量是将仪器搬到齿轮旁(上)的测量,主要有在机测量和上置式测量。国外齿轮在机测量系统已成为机床的组成部分,相对成熟;国产在机测量系统总体上仍处在研发阶段。
  
  从以上三方面可以看出,国内在大型齿轮加工方面的装备与国外还存在较大的差别。
  
  装备强则齿轮强
  
  目前,我国大型齿轮加工成套装备,在外观造型、规格参数、主要功能等方面均取得了长足进步,成功解决了从无到有的难题,我国齿轮行业的知名专家、北京工业大学教授石照耀博士在接受金属加工在线记者采访时这样谈到,特别是国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项对齿轮制造装备的支持,使我国一部分大型齿轮装备的水平与世界顶级产品的差距得到缩小。但是,我国仍有一些大型齿轮制造装备是空白,并且现有的装备在可靠性、稳定性、精度保持性、加工效率及智能化水平等多方面仍存在较大差距,要最终达到国际水平,还需在多层面上开展系统性的工艺研究及技术创新。
  
  针对现有差距及未来齿轮产品制造对关键工艺装备的需求,石教授介绍了《齿轮产业技术路线图》中关于齿轮加工关键工艺装备的发展目标:
  
  (1)开发高精、高效、大型数控圆柱齿轮磨齿机和圆锥齿轮磨齿机,改变我国大型、高档磨齿机依赖进口的局面。
  
  (2)开发干式滚齿机和硬齿面滚齿机,开发大型锥齿轮铣齿机等专用铣齿机床。
  
  (3)开发高效滚齿刀具,研发刀具涂层材料和技术,扩大硬质合金、CBN刀具的应用;开发材料切除率高、寿命长、修整频率低的磨齿砂轮。
  
  (4)开发高档数控感应淬火机床,开发新型智能、高效、低耗、环保的齿轮渗碳、渗氮等热处理设备。
  
  (5)开发基于激光跟踪测量技术和室内激光雷达等技术的特大型齿轮在位测量系统,开发基于光纤测头的微型齿轮测量机,开发结合机械手上下料的、耦合在齿轮生产线上的齿轮快速分选测量机等。
  
  上下合作,共促齿轮发展
  
  过去的十几年我国已经发展成为齿轮大国,产品质量也得到了一定的提升。经过未来的努力奋斗,突破高端产品技术,使我国齿轮产品质量达到国际水平,完成从齿轮制造大国到齿轮强国的转变,进而使我国成为世界上齿轮产品的出口大国,这是中国齿轮行业的战略任务。近日我国齿轮行业的知名专家、北京工业大学教授石照耀博士在接受金属加工在线记者采访时说到。
  
  当问及为了完成这个艰巨的任务,国家和企业该如何应对时,石教授表示,需要来自政府、行业和企业等多方面的支持,更需要齿轮行业、企业自身持续不断地自主创新。具体包括以下几方面:
  
  (1)倡导以企业为主的“政产学研用”结合、组织联合研究的协同创新模式,成立产学研联盟。我国齿轮行业要形成一个在市场经济条件下的基础研究、产品开发、工艺与装备研制体系。
  
  (2)加速齿轮标准制订,并形成体系。
  
  (3)建立齿轮行业共性技术服务平台,加快新技术、新工艺、先进标准的推广应用以及行业创新能力的提高。
  
  (4)建立齿轮产品检测与可靠性服务平台。
  
  (5)实施品牌战略。这是是树立企业形象的重要手段,也是中国齿轮行业做强、走向世界的必由之路。
(来源:金属加工在线)

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