中大创远：CY15C小模数螺旋锥齿轮干切机
2023年3月28日，中国机床工具工业协会公布了“关于2022年度中国机床工具工业协会先进会员（十佳）的表彰决定”，对10家“自主创新十佳”和10家“产品质量十佳”企业进行了表彰，并于CIMT2023展会开幕首日给获奖企业颁发了奖牌。为了更好地宣传这些先进会员企业，协会传媒部针对十佳企业及其产品组织了系列专题报道，以协会行业发展部提供的资料为素材整理成宣传稿，经与相关企业确认后，在协会主办的全媒体平台陆续公开发布（排名不分先后），供业界同仁参考，以期共同进步。
协会传媒部
1. 产品亮点
湖南中大创远数控装备有限公司研发的CY15C小模数螺旋锥齿轮干切机，是六轴六联动干切全功能型机床，可高刚度、高精度、高效率加工延伸外摆线等高齿和圆弧收缩齿的各种螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮。
在机床正常加工条件下，铣齿精度达到GB/T11365-1989锥齿轮和准双曲面齿轮精度标准规定的5级精度，齿面粗糙度达到Ra1.6。
2. 产品结构及技术特点
为达到小模数螺旋锥齿轮的高速干式切削要求，实现高精密复合型六轴六联动技术，完成端面铣削、端面滚削、精加工等全功能加工，对机床的总体设计及布局都提出了多方面的要求，机床除要具有高性能的静刚度、动刚度、热刚度、隔热性能，要具有良好的排屑系统和吸尘系统外，还要具有高性能的运动精度和响应速度。
该产品是一种高稳定性的卧式锥齿轮切齿机，围绕产品研发了带热变形动态补偿功能的大扭矩精密电主轴及多自由度精密静压回转机构；对机床进行热隔离设计，开发了铁屑快速排出系统；发展了多轴电子齿轮箱技术。可用于加工圆弧齿螺旋锥齿轮和摆线齿螺旋锥齿轮，解决了干切机床复杂曲面快速切削成形及齿面质量精确控制等难题，其加工精度、效率及机床可靠性等指标处于国际领先行列。
客户验证使用认为，机床性能参数及加工效率可以媲美国外同类产品。主要技术参数：铣刀盘规格Φ（1-4）＂，R（18-51）mm；最大传动比99：1；最大端面模数4mm；齿数1-200；最大直径150mm；刀具主轴刀盘定心圆锥 大端直径及锥度Φ25.4mm / 1：12；主机外形尺寸（含防护）（L×W×H）3000×2780×2460mm；机床总功率36kW；净重约9900kg。
3. 围绕该产品所开展的技术创新工作
为完成小模数螺旋锥齿轮机床的设计、制造及加工，掌握数控小模数螺旋锥齿轮铣齿机主机系统、关键功能部件、加工工艺、专用加工软件包等核心设计及制造技术，开展了以下研究工作。
复合型六轴六联动控制系统的理论研究：摆线齿锥齿轮及准双曲面齿轮加工是一种复杂曲面的成形，需要对摆线齿锥齿轮及准双曲面齿轮理论深度研究，对空间六个自由度的复合运动进行了深入研究，该项理论研究是干切应用的首要关键技术。
小模数螺旋锥齿轮干切机床研究：在高速干式切削加工中，由于切削过程缺少切削液的润滑、冷却、排屑等作用，切削速度大大高于湿切状态。但机床需具有良好排屑性能也是干切应用的关键技术之一。高速干式切削加工，常用连续滚切法，刀具线速度高，进给快，对机床动态性能、主轴精度、刚度、密封性能等都有较高的要求。在产品设计开发过程中，以切削力、热、运动特征参量为基础，研究小模数螺旋锥齿轮机床运动功能方案，创成机床布局形态方案及结构；模块化机床结构并基于静、动态力特性、热特性进行局域优化；在整体几何与物理建模的基础上，研究机床几何、物理参量影响砂轮、工件主轴力热动态特性的相关规律，并全局优化机床力热动态特性；虚拟仿真机床的装配过程，优化设计装配工艺和路径。研究开发了小模数螺旋锥齿轮干切及刮齿数控机床小模数螺旋锥齿轮加工控制软件：研究小模数螺旋锥齿轮数控加工齿面创成原理，推导加工计算方法；提出新的六轴控制数学模型及专用控制软件，能保证全齿面的重合，且可实现对弧齿锥齿轮的端面铣削和摆线齿锥齿轮端面滚切加工，发明了CY15C全数控六轴六联动螺旋锥齿轮干切机床加工软件。并根据齿轮副的相对安装位置，进行齿面接触分析，计算齿轮副的传动误差，分析齿轮副对安装误差的敏感性；开发出小模数螺旋锥齿轮加工计算、接触分析相应的软件模块。
小模数螺旋锥齿轮加工方法研究：针对现有小模数螺旋锥齿轮技术的现状，提出小模数螺旋锥齿轮加工以全工序为主、等高齿为辅的技术路线，开辟高端小模数螺旋锥齿轮技术路线。研究开发大数比螺旋锥齿轮，解决大数比螺旋锥齿轮暂时不能加工的问题。
小模数螺旋锥齿轮干切工艺研究：研究小模数螺旋锥齿轮热前干切工艺，以模数1.53的产品为例，等高齿大轮效率34s，等高齿小轮效率29s，收缩齿大轮效率51s，收缩齿小轮效率45s，进行批量切削验证时，产品精度稳定DIN5级，加工效率和精度均达到甚至超过国外同等机床水平。研究热后刮削工艺，热后通过刮削来代替磨削，避开磨齿所带来的精度不稳定问题。
4. 产品应用效果及产业化前景
目前，CY15C螺旋锥齿轮小模数干切机主要应用于小型减速机、电动工具、无人机等相关领域。某用户用该设备加工小模数准双齿轮，认为加工效率较开齿较高，解决了现在开齿效率低、成本高、切深难以控制的问题。随着国家节能减排、绿色制造产业政策的深入推进，以及未来产品电动化、智能化的发展趋势，小模数高精高效齿轮将会应用到更多行业，如纺织机械、印刷机械等，具有广阔前景。
（素材来源：协会行业发展部及相关企业 摘编整理：张芳丽）
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