德國黑森林地區是眾多創(chuàng )新技術(shù)的發(fā)源地，其中就包括徑向倒角技術(shù)。來(lái)自富特旺根的 Tec for Gears (TfG) 公司利用倍福的 TwinCAT PLC/NC PTP 和 EtherCAT 超采樣端子模塊等設備，成功地將過(guò)去高度依賴(lài)人工操作的生產(chǎn)流程轉變?yōu)楦叨茸詣?dòng)化的生產(chǎn)模式。通過(guò)技術(shù)革新，齒輪的倒角和去毛刺工藝在精度與可靠性方面有了質(zhì)的飛躍，且速度也大幅提升，并且這一過(guò)程現在可以直接集成到生產(chǎn)流程中。

在倒角過(guò)程中，旋轉切削刀具徑向移動(dòng)至旋轉的齒輪表面，去除齒廓毛刺。其目的是在前齒邊緣形成精確的倒角?！暗毒哐刂?zhù)齒輪端面進(jìn)行切削，將材料逐漸去除?！备惶厝f(wàn)根 Tec for Gears 公司創(chuàng )始人兼總經(jīng)理 Niklas Müller 解釋道。這一過(guò)程實(shí)現了部件的連續、無(wú)間斷加工。這看似簡(jiǎn)單的需求背后，實(shí)則對加工過(guò)程中的控制技術(shù)提出了極高的要求?！皟H僅是讓兩個(gè)以不同速度旋轉的軸按照特定的旋轉比精確實(shí)現同步，便已經(jīng)是一項極具挑戰性的任務(wù)?！北陡０土指止镜匿N(xiāo)售工程師 Dieter V?lkle 說(shuō)道。這是因為主軸的轉速高達每分鐘 17,000 轉，而卡盤(pán)內夾持的工件也需以每分鐘 1000 轉的速度同步旋轉。兩個(gè)主軸的旋轉比是依據工件與刀具各自的邊界條件精心計算得出的。

CNC 還是凸輪？

在項目的初期階段，我們面臨著(zhù)諸多不確定性：CNC 系統是否為必需項？凸輪是否能滿(mǎn)足需求？以及齒隙的檢測速度需要達到多快？最終，倒角機的獨特需求通過(guò) TwinCAT 3 PLC/NC PTP、TwinCAT 3 NC Camming 和 TwinCAT 3 Motion Control XFC 得到精準滿(mǎn)足。這些軟件組件與 TwinCAT HMI server 一起在搭載 Intel Atom? 四核處理器的高性能 CX5140 嵌入式控制器上運行?！白皂椖恳潦?，Dieter V?lkle 便憑借其在系統設計領(lǐng)域的深厚專(zhuān)業(yè)知識，為我們提供了寶貴的支持與指導?！盢iklas Müller 解釋道。

由于齒輪在未對準位置的狀態(tài)下被夾緊，因此在加工前必須確保切削刀具與齒隙之間精準對齊。不過(guò)，這一步驟并不會(huì )造成加工時(shí)間的明顯延長(cháng)。因此，對齒隙進(jìn)行高速且精準的檢測顯得尤為重要。根據齒數（使用的接近開(kāi)關(guān)為每個(gè)輪齒產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號）的不同，系統會(huì )生成一個(gè)速度非?？斓男盘栃蛄?。為了精準記錄這些高速信號，TfG 使用了具備多時(shí)間戳功能的 EtherCAT 端子模塊 EL1258，實(shí)現了高達 100 kHz 的采樣率，并通過(guò)多個(gè)時(shí)間戳將傳感器脈沖傳送到控制器中。這樣就可以在確定輪齒的準確位置的同時(shí)，檢驗夾緊的產(chǎn)品。

除了旋轉軸的編碼器信號之外，用于補償熱膨脹的線(xiàn)性測量系統的數值也被整合到刀具的同步和定位中。刀具主軸與工件軸之間的同步必須保持高度穩定，即使在倒角作業(yè)中切削力增加，且主軸轉速飆升至每分鐘 17000 轉的高速狀態(tài)下，也需要保持這種穩定性。Tec for Gears 銷(xiāo)售部的 Volker Eschle 評論道：“工件和切削刀具的持續高速旋轉使我們的 RGC350 倒角機能夠實(shí)現極短的加工周期，同時(shí)確保加工質(zhì)量的穩定性?！盩fG 通過(guò)倍福的高精度運動(dòng)控制產(chǎn)品、AX5000 緊湊型伺服驅動(dòng)器和 AM8000 伺服電機實(shí)現了加工過(guò)程中的極高重復精度。

我們的機床之所以能夠達到如此高性能與高精度的自動(dòng)化水平，得益于倍福先進(jìn)的技術(shù)方案，這是任何其他控制制造商的技術(shù)難以企及的?！?/p>

—— Niklas Müller

設備制造商要求齒輪“切邊清晰”

如今，越來(lái)越多的設備制造商及其供應鏈合作伙伴對于齒面加工的要求愈發(fā)嚴苛，不僅追求精確無(wú)誤、邊緣清晰的倒角加工，而且要求在設計圖紙中注明“倒角與輪廓完全契合”。傳統的去毛刺方法雖能有效去除邊緣的毛刺，但所留下的邊緣依舊鋒利，無(wú)法滿(mǎn)足現代齒輪加工領(lǐng)域對邊緣平滑度與精度的嚴格要求。徑向倒角技術(shù)因此應運而生，成為解決這一行業(yè)痛點(diǎn)的關(guān)鍵。憑借自動(dòng)上下料設計，RGC350 每年可完成一百萬(wàn)個(gè)零件的倒角處理。一般來(lái)講，每個(gè)齒輪的加工時(shí)間為 8 到 10 秒，整個(gè)加工過(guò)程包括工件夾緊、齒隙檢測、軸同步、倒角、脫夾。

機床可用于加工直徑在 10 毫米到 300 毫米之間的幾乎所有類(lèi)型的齒輪，即使是雙齒齒輪、多齒齒輪以及齒廓重疊干涉的齒輪也不在話(huà)下。它還具備加工螺旋齒輪傳動(dòng)部件的能力。在計算曲線(xiàn)時(shí)，也會(huì )綜合考量另一個(gè)空間軸和耦合，以補償螺旋角帶來(lái)的影響。

HMI 的直觀(guān)操作詮釋了復雜技術(shù)的繁瑣實(shí)現過(guò)程

Niklas Müller 表示，盡管存在種類(lèi)繁多的加工需求，機床操作人員卻能在短短 10 分鐘的時(shí)間內迅速完成機床的重新調整，以順利安裝新齒輪?！八杏糜谧詣?dòng)倒角作業(yè)所需的數據都通過(guò) XML 導入到控制系統中?！盌ieter V?lkle 補充道。操作人員只需在 TwinCAT HMI 的可視化系統中調用與工作相關(guān)的數據集，然后夾緊相應的工具即可。這種簡(jiǎn)單的換裝過(guò)程使得 RGC350 不僅適用于應對大批量生產(chǎn)的挑戰，也適用于訂單頻繁變動(dòng)和小批量定制需求的合同制造商?！拔覀兊囊粋€(gè)客戶(hù)因此能夠用一臺機床替代了原本需要兩班制操作的共計四個(gè)手工工作站，然后將員工安置到其他更具價(jià)值的崗位?！盫olker Eschle 說(shuō)道。

為了提高加工效率，大部分客戶(hù)都選擇將倒角機與自動(dòng)進(jìn)料和排料系統無(wú)縫集成至其生產(chǎn)流程中?；?PC 的控制技術(shù)的高度靈活性和開(kāi)放性在這類(lèi)項目中得到了充分體現，該技術(shù)允許根據客戶(hù)的具體需求進(jìn)行調整。額外的驅動(dòng)控制器和電機等擴展功能可以輕松快速地實(shí)施并集成到控制程序中?！斑@種前所未有的靈活性在幫助我們精準實(shí)現客戶(hù)的構想的同時(shí)，也讓我們自己的想法能夠順利落地，而這一切都是在不犧牲基本方案完整性的前提下完成的?！盢iklas Müller 興奮地說(shuō)道。選擇倍福作為控制技術(shù)合作伙伴的另一個(gè)原因是，一旦客戶(hù)遇到任何問(wèn)題或挑戰，倍福都能迅速響應，不僅提供中肯的建議，而且以解決方案為核心，提供專(zhuān)業(yè)、高效的技術(shù)支持。

高效刀具管理

刀具管理是這個(gè)項目的另一個(gè)重要需求。這背后的原因在于，每個(gè)齒輪型號都需要與之相匹配的倒角刀具，以確保加工精度。因此，TfG 根據部件的具體尺寸在德國精心制造了這些刀具。鑒于工件的多樣性與差異性，客戶(hù)需面對龐大的刀具管理挑戰，并在制定生產(chǎn)計劃時(shí)充分考慮刀具的使用壽命。這有助于客戶(hù)優(yōu)化刀具的使用策略，避免由于刀具過(guò)度磨損而生產(chǎn)出不良工件。

目前，可以在 HMI 中為每個(gè)刀具創(chuàng )建刀具壽命計數器。通過(guò)可視化界面為每把刀具創(chuàng )建了唯一的序列號，機床調試人員便能根據訂單的具體尺寸要求，靈活選擇那些剩余使用壽命充足的刀具進(jìn)行加工?！氨M管部件更換頻繁，但刀具無(wú)需經(jīng)常更換?！盫olker Eschle 說(shuō)道。刀具與工件不匹配的情況往往容易導致發(fā)生碰撞，給客戶(hù)帶來(lái)不必要的麻煩和損失?！拔覀冎铝τ谠谖磥?lái)徹底消除這種混淆狀況及可預見(jiàn)的錯誤，進(jìn)一步優(yōu)化刀具管理?！盢iklas Müller 說(shuō)道，“能夠與倍福這樣出色的系統合作伙伴攜手，我們對未來(lái)的成功充滿(mǎn)信心?！?/p>