一、境內(nèi)外企業(yè)典型產(chǎn)品技術(shù)水平對比分析
據(jù)筆者統(tǒng)計，在CIMT2023展會，有超過20家齒輪機床制造企業(yè)參展，展出齒輪加工機床50余臺，其中磨齒機20余臺。
境外參展的齒輪機床制造企業(yè)有克林貝格（KLINGELNBERG，13522079385）、
萊斯豪爾（REISHAUER 13501282025）、
利勃海爾（LIEBHERR 15910974236）、
卡帕（KAPP）、
DVS、
埃馬格（SU）、
三菱（尼得科NIDEC）、
卡希富基（KASHIFUJI）、
韓國ISNT、
格里森（GLEASON 18210062835）等共10家。
萊斯豪爾展出了RZ260 4.0蝸桿砂輪磨齒機，利勃海爾展出了LGG280蝸桿砂輪磨齒機，三菱（尼得科）展出了ZFA260蝸桿砂輪磨齒機。
境內(nèi)參展的有重慶機床、秦川機床、南京二機、中大創(chuàng)遠、天津一機、長機科技、寧江機床、南京康尼、上海星合、無錫泰諾、MATRIX（陸聯(lián)）、福清永裕來、南京工大等齒輪加工機床制造企業(yè)。
1．機床主軸轉(zhuǎn)速高速化，實現(xiàn)齒輪高效、高精度加工
提高機床主軸轉(zhuǎn)速是減少齒輪加工時間、提高生產(chǎn)效率的有效途徑。為提升機床刀具主軸和工作臺主軸的轉(zhuǎn)速、回轉(zhuǎn)精度、剛度、工作平穩(wěn)性及動態(tài)特性，電主軸和力矩電機被廣泛應(yīng)用于齒輪加工機床。此次展會上展出的三菱（NIDEC）ZFA260雙工位蝸桿砂輪磨齒機主軸轉(zhuǎn)速達到8000r/min、工作臺最高轉(zhuǎn)速為2000r/min，利勃海爾LGG280磨齒機的砂輪主軸最高轉(zhuǎn)速為12000r/min、工作臺最高轉(zhuǎn)速為3000r/min，秦川機床YKS7226蝸桿砂輪磨齒機砂輪主軸最高轉(zhuǎn)速為7000r/min、工作臺最高轉(zhuǎn)速為3000r/min，重慶機床YS7232A蝸桿砂輪磨齒機砂輪主軸最高轉(zhuǎn)速為10000r/min、工作臺最高轉(zhuǎn)速為1500r/min，秦川機床YKZ7250A蝸桿砂輪磨齒機砂輪主軸最高轉(zhuǎn)速為7500r/min、工作臺最高轉(zhuǎn)速為800r/min。
此次展會上展出的三菱重工GE15FR高精度滾齒機和日本卡希富基KN80高精度滾齒機采用全閉環(huán)控制，批量高速滾齒精度達到GB 3級；三菱重工GE15FR Plus高精度滾齒機加工模數(shù)0.4mm、齒數(shù)200、外徑Φ80mm、齒寬18mm的直齒輪，在滾刀（硬質(zhì)合金材料）轉(zhuǎn)速8000r/min、軸向進給速度0.2mm/rev的切削參數(shù)下，加工時間為5.7min，齒輪精度達到GB 3級，其中單一齒距誤差、累積差距誤差、齒圈徑向跳動三項檢測指標達到GB 1級；重慶機床YK3115GD和YH3120CNC干切滾齒機批量滾齒達到 GB 6級精度。
通過床身基礎(chǔ)件采用熱對稱設(shè)計，并有大流道便于磨削油盡快排出，且流過床身的流量始終為恒流量方式，或者采用大理石床身基座，并在工作臺尾部設(shè)有溫度傳感器，通過熱誤差模型進行補償?shù)燃夹g(shù)。萊斯豪爾RZ260磨齒機和利勃海爾LGG280磨齒機用蝸桿砂輪磨削齒輪達到DIN 2級精度，高的工藝穩(wěn)定性實現(xiàn)Rz<1.0μm和Ra<0.2μm?？ㄅ凉镜腒NG12P master 成形磨齒機磨齒精度達到 DIN 1級。重慶機床YW7232A數(shù)控多功能磨齒機精密磨齒精度達到GB 3級。
2. 機床加工功能增強，應(yīng)用領(lǐng)域不斷延伸
在同一機床上通過更換不同用途的刀具實現(xiàn)不同的加工方式，通過更換刀具主軸系統(tǒng)實現(xiàn)外齒、內(nèi)齒的加工切換。萊斯豪爾RZ160磨齒機除具有蝸桿砂輪磨削功能外，還具有拋光磨削、成形磨削、錐齒輪磨削、非漸開線齒輪磨削、在機測量齒輪精度等功能。利勃海爾LGG280磨齒機除具有蝸桿砂輪磨削和成型磨削功能外，為滿足能磨削外齒輪和內(nèi)齒輪，此機床標配一個外磨頭且可擴展一個內(nèi)磨頭，用成形法磨削內(nèi)齒輪；在使用新型高切削率磨削材料砂輪時，還可提供大驅(qū)動功率和轉(zhuǎn)速的外磨頭和內(nèi)磨頭；新型的刀具夾緊裝置，可實現(xiàn)簡單快速地更換磨削刀具；匹配的內(nèi)磨頭可快速方便地安裝在外磨頭上并通過主驅(qū)動軸驅(qū)動。
不斷滿足NVH的要求。萊斯豪爾、利勃海爾都已經(jīng)推出了低噪音磨削，具有自由拓撲修形功能，能夠?qū)崿F(xiàn)齒輪仿真設(shè)計軟件要求的任意形貌，可以磨削雙壓力角齒輪和緊湊型臺階齒，這兩種齒輪都是為了提高傳動功率密度或是傳動裝置小型化。
3．多任務(wù)加工復(fù)合機床，實現(xiàn)齒類零件全序加工
在一臺多任務(wù)機床或加工中心中通過一次裝夾便能完成整個零件的加工，從而縮短生產(chǎn)時間、提高質(zhì)量并降低裝卸和物流成本。德國DVS集團PITTLER公司展出的PV315 SkiveLine齒輪刮削機床工藝柔性可以保證一個工件在最多兩次裝夾狀態(tài)下完成車削、銑削、鉆孔、刮齒、去毛刺、測量功能的全序高精度加工。利勃海爾推出的LK280車齒機通過一次裝夾可進行車齒、去毛刺、鉆孔（打標）、檢測等多種加工。馬扎克展出的INTEGREX i-630V/6機床一次裝夾完成車削、強力刮外齒、強力刮內(nèi)齒、刻?。ǘS碼、Logo、英文、數(shù)字）、在機測量等任務(wù)。南京二機此次展出的YD3132CNC干式滾齒機具有滾齒、倒棱去毛刺功能。
加工齒輪時采用刀庫的一個明顯優(yōu)勢是可以降低刀具的損耗。如在刮齒加工時先使用鑲有可轉(zhuǎn)位標準刀片的粗刮刀，去除掉高達80%的切削余量，然后通過刀庫更換高精度的粉末冶金高速鋼刀具或者硬質(zhì)合金刀具進行精加工。精刮刀可以刃磨，粗刮刀的使用有效保護了精刮刀的耗損。
4．綠色低碳制造，實現(xiàn)清潔加工及減少碳排放
可持續(xù)發(fā)展模式是當今各國普遍追求的發(fā)展模式，本質(zhì)上要求最有效地利用能源和資源，且最低限度地產(chǎn)生廢棄物。
采用高速干式切削技術(shù)，不使用冷卻液，避免了高效切削產(chǎn)生的油煙油霧對環(huán)境的污染和對作業(yè)人員健康的威脅，改善工作環(huán)境，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。同時切削速度大幅提升，提高加工效率并降低生產(chǎn)成本。CIMT2023展出的最大加工直徑300mm以下的滾齒機和車齒機大部分具有干式切削功能。萊斯豪爾展出的RZ260磨齒機精細化的密封設(shè)計及油霧抽吸，均經(jīng)過流體力學(xué)仿真設(shè)計并驗證，還帶工件自動甩油功能，避免磨削液流出污染外部環(huán)境。
此次利勃海爾展出的LGG280磨齒機采用了一系列綠色低碳技術(shù)和裝置，如：制動能量反饋的驅(qū)動技術(shù)，使用高效的電器柜冷卻裝置，LED照明裝置，通過轉(zhuǎn)速可控型泵機供應(yīng)及制備冷卻液，非氣動型自動化裝置（帶擋塊、分隔器的傳送帶），帶檢漏功能的耗氣量監(jiān)控系統(tǒng)，減少磨削油的現(xiàn)場污染，工件甩油離心裝置，水－空氣熱交換器帶可控風扇（能量和噪聲），分階段關(guān)閉閑置的輔助驅(qū)動器。
5．機床自動化、智能化，提升齒輪加工效率和質(zhì)量
為滿足提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本的需求，實現(xiàn)智能制造齒輪是有效途徑，這就要求齒輪加工機床具有自動化、數(shù)字化、智能化功能。同時，還要滿足數(shù)字化車間、智能工廠的要求。
本屆展會展出的大多數(shù)滾齒機具有零編程人機界面，用戶只需要輸入齒輪參數(shù)和加工參數(shù)即可自動生成NC代碼，降低對機床操作人員的要求，減小人機交互的頻次并減小加工輔助時間，從而提高生產(chǎn)效率，同時也解決手工計算和編程出錯的可能。秦川機床展出YK3126智能滾齒機，據(jù)介紹具有智能工藝參數(shù)優(yōu)化、遠程故障診斷、主軸振動主動避讓等功能。
萊斯豪爾磨齒機通過選配增加機床的智能監(jiān)測系統(tǒng)，可對機床工作狀態(tài)的各類振動電流等進行監(jiān)控，并通過對監(jiān)控數(shù)據(jù)的處理判斷機床的工作狀態(tài)是否異常，對加工產(chǎn)品的影響，可減少產(chǎn)品檢測頻次，降低生產(chǎn)費用。
利勃海爾磨齒機在軟件／控制技術(shù)方面，推出全新的友好的操作界面，使齒輪加工機床的操作簡便易行，提供給操作者以下優(yōu)點：個性化的配置、直觀的操作、加工進程和換產(chǎn)的操作指南、數(shù)學(xué)分析、觸摸屏操作、支持圖形輸入、調(diào)附加文檔（例如夾具組成）、可集成網(wǎng)絡(luò)攝像頭等，為降低刀具和夾具或主軸和工作臺意外發(fā)生碰撞時造成的損失，可提供防撞控制軟件包。
此次秦川機床、重慶機床、南京二機展出的蝸桿砂輪磨齒機具有通過軟件實現(xiàn)齒向任意修形、齒面扭曲補償、點修整（任意齒形修整）、齒面網(wǎng)紋磨削、雙壓力角非對稱齒輪磨削、小錐度齒輪磨削等各種復(fù)雜修形功能。
6．針對不同領(lǐng)域的齒輪加工需求，推出專業(yè)化定制機床
為滿足風電偏航機構(gòu)中大模數(shù)少齒數(shù)齒輪的高效加工，重慶機床推出Y3136CNC大模數(shù)高效滾齒機，在最大加工直徑Φ360mm的機床上可高效加工最大模數(shù)為16mm的齒輪，以前該類齒輪需要在大規(guī)格滾齒機上才能加工。用在該機床上一刀滾削模數(shù)為12mm的齒輪，可達到GB 7級以上精度。
為滿足RV諧波減速器小模數(shù)齒輪的高精度、高效加工要求，三菱重工推出的GE15FR Plus高精度滾齒機，將直驅(qū)電機搭載于滾刀架及工作臺上，全閉環(huán)控制實現(xiàn)高精度和高效加工。
對于具有輪廓干涉的工件和特殊的齒輪修形，萊斯豪爾、利勃海爾、卡帕、重慶機床等公司推出了使用小直徑砂輪的蝸桿砂輪磨齒機。
為滿足機器人RV減速器、自動變速箱的內(nèi)外齒輪磨齒需要，利勃海爾推出LGG280新一代多功能高效高性能磨齒機，床身材料使用高熱穩(wěn)定材料，機床輔助時間軸齒6s，盤齒4s，機床可配置多種內(nèi)外磨頭，內(nèi)齒磨頭利用外齒磨頭裝砂輪的接口安裝，由外齒磨頭主軸驅(qū)動。
7．完善齒輪制造產(chǎn)業(yè)鏈，提供齒輪加工一體化解決方案
國外幾家著名齒輪加工機床制造企業(yè)，通過并購齒輪分析仿真設(shè)計軟件公司、齒輪測量儀廠家等，不斷完善齒輪制造產(chǎn)業(yè)鏈，擁有高性能齒輪制造成套技術(shù)，提供齒輪加工一體化整體解決方案。
利勃海爾公司收購德國VENZEL公司齒輪測量中心業(yè)務(wù)后，此次展會展出了新的齒輪測量中心。為此，利勃海爾成為繼格里森、克林貝格、卡帕后第四家能提供精密齒輪加工機床、齒輪刀具、齒輪夾具、齒輪測量中心、齒輪設(shè)計計算軟件的世界著名齒輪制造一體化整體解決方案的公司。
二、技術(shù)分析
齒輪在汽車、工程機械、機器人、風力發(fā)電、船舶、航空航天等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。近年來，隨著新能源汽車、機器人、航空航天等行業(yè)對減速器結(jié)構(gòu)緊湊化、齒輪模數(shù)小型化、內(nèi)齒輪占比增加，齒輪精度等性能要求越來越高。主要體現(xiàn)在齒輪高轉(zhuǎn)速、傳動平穩(wěn)、噪聲低、壽命長，從而要求實現(xiàn)高性能齒輪制造，越來越多的齒輪要求硬齒面磨削或珩齒。
目前，滾齒、車（刮）齒、磨齒、珩齒成為圓柱齒輪最主要的加工方式，銑齒、磨齒是螺旋傘齒輪最主要的加工方式。在此次展會上展出最多的也是滾齒機、車齒機、磨齒機，體現(xiàn)了齒輪加工機床制造企業(yè)在適應(yīng)市場需求。
CIMT2023境內(nèi)主要齒輪加工機床制造企業(yè)展出的機床顯示，市場需求的主要齒輪加工機床如滾齒機、車齒機、磨齒機、珩齒機、插齒機、銑齒機品種齊全。在批量高效加工條件下，滾齒精度達到6級、車齒精度達到6級、磨齒精度達到4級，都比以前提高了1級精度。滾齒機主軸轉(zhuǎn)速達到2500r/min、工作臺轉(zhuǎn)速達到300r/min，磨齒機主軸轉(zhuǎn)速達到10000r/min、工作臺轉(zhuǎn)速達到2000r/min，主軸轉(zhuǎn)速不斷提高。在熱誤差控制方面，有的磨齒機床身基礎(chǔ)件采用熱對稱設(shè)計，并有大流道便于磨削油盡快排出，且流過床身的流量始終為恒流量，并設(shè)有在線測頭，可以對工件的正側(cè)向進行測量，以補償尺寸變化。在智能化方面，普遍具有人機界面功能，有的磨齒機具有基本的工藝數(shù)據(jù)庫管理，有的滾齒機具有熱誤差補償、智能工藝參數(shù)優(yōu)化、遠程故障診斷、主軸振動主動避讓功能。在節(jié)能環(huán)保技術(shù)方面，中小規(guī)格滾齒機、車齒機大部分具有高速干式切削并配置粉塵收集器，磨齒機采用封閉式的防護，高效油霧分離系統(tǒng)及磨削油回收循環(huán)系統(tǒng)。
盡管國產(chǎn)齒輪加工機床在多方面有長足進步，但是和國外先進技術(shù)水平相比還有很大差距。主要體現(xiàn)在以下方面：
1．機床品種
在齒輪加工機床品種方面，國產(chǎn)高效精密珩齒機還處于研發(fā)試驗階段，還沒推向生產(chǎn)。歐美國家的珩齒機技術(shù)成熟，還在不斷提升。日本珩齒機已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，進步明顯。
2．加工精度
磨齒方面，萊斯豪爾和利勃海爾生產(chǎn)的蝸桿砂輪磨齒機批量加工齒輪精度達到 4級精度，精加工精度達到2級；卡帕生產(chǎn)的成形磨齒機精加工精度達到 1級；國產(chǎn)蝸桿砂輪磨齒機批量加工齒輪精度為5級，精加工精度為3級，比國外低1-2級精度。
3．主軸轉(zhuǎn)速
利勃海爾磨齒機砂輪主軸轉(zhuǎn)速達到12000r/min，工作臺轉(zhuǎn)速達到3000r/min；采用國外進口力矩電機和電主軸的國產(chǎn)磨齒機砂輪主軸最高轉(zhuǎn)速為10000r/min，工作臺最高轉(zhuǎn)速為2000r/min。
4．機床功能
萊斯豪爾磨齒機具有蝸桿砂輪磨削、拋光磨削、成形磨削、錐齒輪磨削、非漸開線齒輪磨削、在機測量齒輪精度等功能。利勃海爾磨齒機除具有蝸桿砂輪和成形磨削功能外，還具有拋光磨削、錐齒輪磨削、非漸開線齒輪磨削功能，通過配置三種刀架可以加工外齒輪、內(nèi)齒輪及雙聯(lián)臺階齒；同時還配有業(yè)界最先進的自由拓撲修形軟件。
國產(chǎn)磨齒機可實現(xiàn)齒向任意修形、齒面扭曲補償、點修整（任意齒形修整）、齒面網(wǎng)紋磨削、雙壓力角非對稱齒輪磨削、小錐度齒輪磨削等復(fù)雜修形功能，在機床使用功能方面和國外比較還有較大差距。
5．熱穩(wěn)定性
國外磨齒機等高精度機床大多經(jīng)過熱力學(xué)仿真設(shè)計，采用大理石床身基座，有大流道便于磨削油盡快排出，且流過床身的流量始終為恒流量，并在工作臺尾部設(shè)有溫度傳感器，通過熱誤差模型進行補償。
國產(chǎn)磨齒機床身基礎(chǔ)件采用熱對稱設(shè)計，有大流道便于磨削油盡快排出，且流過床身的流量始終為恒流量，并設(shè)有在線測頭，可以對工件的正側(cè)向進行測量，以補償尺寸變化。但是，國產(chǎn)磨齒機在熱穩(wěn)定性設(shè)計與補償方面還有差距。
6．智能化程度
國外齒輪加工機床具有人機界面功能，機床內(nèi)部設(shè)有機床性能監(jiān)控，比如各個電機軸、絲桿的運行狀態(tài)監(jiān)控；基于大數(shù)據(jù)的工藝數(shù)據(jù)庫，可以根據(jù)用戶輸入推薦適合的加工工藝參數(shù)；機床運行自動化監(jiān)控，工藝過程監(jiān)控；軟件算法及控制技術(shù)方面具有個性化配置、直觀操作、加工進程和換產(chǎn)的操作指南、數(shù)學(xué)分析、圖形輸入、調(diào)用附加文檔、可集成網(wǎng)絡(luò)攝像頭等功能；有自由拓撲修形功能，能夠?qū)崿F(xiàn)齒輪仿真設(shè)計軟件要求的任意形貌。
國內(nèi)機床普遍具有人機界面功能，有的磨齒機具有基本的工藝數(shù)據(jù)庫管理，有的滾齒機具有熱誤差補償、智能工藝參數(shù)優(yōu)化、遠程故障診斷、主軸振動主動避讓功能。
三、技術(shù)和產(chǎn)品新發(fā)現(xiàn)
磨齒機方面，高效磨齒機數(shù)控系統(tǒng)除了西門子，兩家選用發(fā)那科系統(tǒng)。機床磨削效率進一步提升，主要是機床輔助時間縮短，尼得科（日本三菱）雙工位磨齒機輔助時間3S。利勃海爾和卡帕都展示蝸桿砂輪磨齒機CBN磨削技術(shù)，分粗精磨削，適用于大批量、更加高效齒輪磨削。萊斯豪爾 RZ260 KWS 4.0通過智能的實時數(shù)據(jù)處理和測試過的算法對修整和磨削過程進行測量和監(jiān)控。對于每個工件，修整和磨削過程中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)都被記錄并存儲在數(shù)據(jù)庫中，保證100%的可追溯性。利用存儲的工藝和刀具數(shù)據(jù)，包括通過DMC識別工件，提供了綜合分析的手段。由于過程信息交互，并使用預(yù)置的限制，超過或低于這些限制的工件將被自動移除。應(yīng)用工業(yè)4.0數(shù)字化產(chǎn)品和服務(wù)，解決涵蓋系統(tǒng)集成、深入過程分析、預(yù)測性維護諸多方面問題，最大限度發(fā)揮機床潛力。
但在新能源汽車齒輪轉(zhuǎn)速（30000r/min）提升要求磨削齒輪形狀誤差ffa＜0.001mm、齒形齒向角度一致性偏差fHa、fHB＜0.002㎜，參展磨齒機制造商都還沒有明確的能滿足要求。在齒面粗糙度方面通過磨齒+鏡面磨削，或通過珩齒使齒面粗糙度達到0.2以上，卡希富基展示通過磨齒+齒面拋光使齒面粗糙度達到0.08以上，滿足更高轉(zhuǎn)速齒輪要求。
成形磨方面有多家公司展出成品，臺灣陸聯(lián)（邁萃斯）展示400規(guī)格成形砂輪磨齒機，售價200多萬，比秦川、星合、康尼、永裕來、華當數(shù)控高出近一倍。南工大展示一臺1250規(guī)格成形砂輪磨齒機，售價400多萬，磨削精度國標5級。進口成形砂輪磨齒機方面，除了復(fù)合磨齒機（成形、蝸桿復(fù)合），其他都沒有展示。成形砂輪磨齒機小規(guī)格市場銷售熱點在新能源汽車齒輪箱打樣和高精度小批量生產(chǎn)以及航空航天領(lǐng)域，境內(nèi)外產(chǎn)品市場售價相差5-8倍以上。大規(guī)格成形砂輪磨齒機主要市場在風電、船用、軌道交通，市場銷售形勢良好，國內(nèi)外產(chǎn)品售價相差約2倍以上，磨削精度5-4級，對機床精度、效率和可靠性要求更高。
