在追求極致性能的航空航天領(lǐng)域，每一個(gè)核心部件的背后，都離不開(kāi)尖端制造技術(shù)的支撐。2025年漢諾威歐洲機(jī)床展上，埃馬克攜GP 500 H成形磨齒機(jī)重磅亮相，精準(zhǔn)聚焦于高性能傳動(dòng)領(lǐng)域的關(guān)鍵部件——雙螺旋齒輪的精密磨削挑戰(zhàn)，為復(fù)雜齒輪制造樹(shù)立了新標(biāo)桿。
雙螺旋齒輪是一種特殊齒輪結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)鏡像排列的斜齒輪組合在同一軸上。它不僅能夠承受高負(fù)載，還因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有效抵消了軸向力。與人字齒輪相比，雙螺旋齒輪的制造成本顯著降低，兼具高性能與經(jīng)濟(jì)性。
然而，生產(chǎn)這類齒輪對(duì)機(jī)床的復(fù)雜性和柔性提出了極高要求。由于齒輪輪廓之間容易產(chǎn)生干涉，無(wú)法使用大型砂輪進(jìn)行加工。埃馬克SU公司推出的GP 500 H成形磨齒機(jī)，正是為解決這一難題而設(shè)計(jì)。該設(shè)備可使用多種尺寸的砂輪，適用于內(nèi)圓及外圓磨削，換型時(shí)間短，尤其適合航空航天領(lǐng)域中常涉及的小批量、高精度生產(chǎn)任務(wù)。
此外，GP 500 H也適用于傳統(tǒng)齒輪加工。隨著傳動(dòng)系統(tǒng)中電纜密度不斷提升，復(fù)雜零件的數(shù)量日益增多，該機(jī)床展現(xiàn)出廣泛的適用性與高經(jīng)濟(jì)性。其優(yōu)勢(shì)不僅體現(xiàn)在磨削技術(shù)上，還包括快速的換型能力以及集成式接觸測(cè)量功能，從整體上提升了生產(chǎn)效率。
雙螺旋齒輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
雙螺旋齒輪
功率密度小
雙螺旋齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度高。兩個(gè)齒形的組合增大了有效齒寬，使其能夠在有限空間內(nèi)傳遞大扭矩。這一特性使雙螺旋齒輪非常適用于航空航天領(lǐng)域的行星齒輪系統(tǒng)，這些應(yīng)用通常對(duì)重量和空間有嚴(yán)格限制。
高扭矩傳遞能力源于載荷被分配到更多齒面，同時(shí)充分利用了安裝空間，從而在緊湊結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)出色的性能表現(xiàn)。
渦扇中的雙螺旋齒輪
應(yīng)用于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)
雙螺旋齒輪主要用于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是低壓渦輪與風(fēng)扇之間的齒輪傳動(dòng)環(huán)節(jié)。該位置對(duì)齒輪的可靠性與精度要求極高，一旦失效可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果。
在現(xiàn)代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)中，這類齒輪通常集成于復(fù)雜的行星齒輪系統(tǒng)中。由于轉(zhuǎn)速極高、工作環(huán)境極端，必須確保最高的制造精度并實(shí)施嚴(yán)格的質(zhì)量控制。
直升機(jī)主齒輪箱應(yīng)用
除渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)外，雙螺旋齒輪還常見(jiàn)于直升機(jī)主齒輪箱。其技術(shù)要求與發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用類似，但通常齒數(shù)更多。高扭矩、緊湊結(jié)構(gòu)與絕對(duì)可靠性是確保飛行安全的關(guān)鍵要素。
GP 500 H 的成形磨削方案
專為復(fù)雜齒輪磨削而研發(fā)
GP 500 H 是一款五軸成形磨齒機(jī)，配備切向軸，專為應(yīng)對(duì)雙螺旋齒輪磨削的復(fù)雜性而開(kāi)發(fā)。由于齒輪輪廓間的干涉限制，只能選用小型砂輪，這使得成形磨削成為此類任務(wù)中唯一經(jīng)濟(jì)可行的工藝路徑。
為避免磨頭與工件發(fā)生碰撞，砂輪安裝于磨削區(qū)域中心的心軸上。該心軸采用反向軸承支撐，確保極高的同心度，從而實(shí)現(xiàn)低振動(dòng)磨削。
雙螺旋齒輪在淬火后常出現(xiàn)變形，必須在磨削工序中予以修正。兩個(gè)斜齒輪的交點(diǎn)（弧度點(diǎn)）需高精度加工，且兩側(cè)齒面應(yīng)磨出均勻的淬硬層。
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這對(duì)砂輪相對(duì)于工件的定位提出了極高要求。為此，埃馬克SU開(kāi)發(fā)了專用軟件系統(tǒng)：在實(shí)際磨削前，通過(guò)機(jī)載測(cè)量探頭檢測(cè)兩個(gè)齒輪，以優(yōu)化砂輪位置。該步驟可提前判斷工件是否可順利磨削，或是否因變形超出加工范圍。針對(duì)齒數(shù)較多的齒輪，這一功能尤其具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。系統(tǒng)支持在不同圓周位置進(jìn)行定心操作。
磨削過(guò)程中，可根據(jù)客戶需求選用陶瓷修整砂輪、電鍍CBN或可修整CBN砂輪。機(jī)床上配備的測(cè)量系統(tǒng)能在磨削首個(gè)齒后立即檢測(cè)并執(zhí)行修正，隨后直接進(jìn)入精磨階段，無(wú)需二次修磨，顯著節(jié)約時(shí)間與成本。
操作人員可通過(guò)對(duì)話式程序輕松輸入控制參數(shù)及齒輪修正數(shù)據(jù)，系統(tǒng)界面友好，操作簡(jiǎn)便。
靈活性與多功能性
GP 500 H 具備高度靈活性與多功能性。根據(jù)不同應(yīng)用，切向軸可配置一個(gè)或兩個(gè)磨削主軸，支持不同尺寸的砂輪。主軸間可呈90度角布置，也可快速更換為內(nèi)圓磨頭，非常適合加工帶有干涉輪廓的復(fù)雜零件。
該設(shè)備兼容各類標(biāo)準(zhǔn)砂輪，包括CBN砂輪與可修整砂輪，適應(yīng)性強(qiáng)。
單主軸與雙主軸配置
GP 500 H 提供單主軸和雙主軸兩種配置，用戶可根據(jù)具體工件或所選砂輪技術(shù)做出選擇。
內(nèi)齒輪加工能力
機(jī)床支持快速?gòu)耐鈭A磨削切換至內(nèi)圓磨削，即使使用極小砂輪也能穩(wěn)定加工。內(nèi)齒或花鍵齒可采用CBN或陶瓷砂輪進(jìn)行高精度成形磨削。
全面質(zhì)量控制
雙螺旋齒輪磨削的關(guān)鍵在于精確控制兩個(gè)齒面的材料去除量。這一點(diǎn)至關(guān)重要，因?yàn)閮蓚€(gè)斜齒輪交點(diǎn)（頂點(diǎn)）的位置取決于兩側(cè)是否均勻去除材料。
GP 500 H 集成高精度測(cè)量系統(tǒng)，包含一個(gè)安裝在A軸上的測(cè)頭。在實(shí)際測(cè)量前，測(cè)頭可旋轉(zhuǎn)并指向固定測(cè)量點(diǎn)，確保檢測(cè)準(zhǔn)確性。
頂點(diǎn)控制保障齒輪性能
頂點(diǎn)是兩齒面中心齒角的交點(diǎn)，是決定齒輪性能的核心質(zhì)量參數(shù)。其精確位置影響齒輪箱的運(yùn)行特性與載荷分布。若頂點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)位置，將導(dǎo)致載荷不均、磨損加劇及噪音上升。
精確測(cè)量與監(jiān)控頂點(diǎn)需要高精度測(cè)量技術(shù)與先進(jìn)評(píng)估算法，GP 500 H 的控制系統(tǒng)已集成這些關(guān)鍵技術(shù)，確保每一個(gè)齒輪都滿足嚴(yán)苛的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
軸上的雙螺旋齒輪
