一、前言
近年来，特别是随着汽车工业的高速发展，对齿轮的需求量日益增加，对齿轮加工的效率、质量及加工成本的要求愈来愈高;同时随着国内人工成本越来越高，招工难问题越来越严重，而且随着国家日益严格的环保要求，实现齿轮加工的高效、低成本、绿色环保、自动化加工自然就成为目前大多数企业的迫切需求。虽然国内数控滚齿机经过10多年的发展，各方面都有很大的提高，但是依然与国外机床存在较大的差距，而国外进口数控滚齿机动则两三百万价格让很多企业又望而却步，由于刀具条件限制，虽然干切具有很大的效率和环保优势，但是却难以满足相当部分齿轮的加工，湿切依然是很多企业加工齿轮的重要选择。因此开发一款高性价比的高速干湿切两用全自动数控滚齿机，就具有十分重要的意义。
为此，我们开发了一款适用乘用汽车、轻型商用汽车等中小模数齿轮的数控滚齿机，加工精度可到6级，最大加工模数6mm，最大加工直径mm，滚刀最高转速r/min,工作台最高转速r/min，既能满足湿切又能实现干切，并且可以根据用户需要选配全自动上下料系统，用于满足市场需求。下面就从机床机构设计、切削刚性、精度控制、滚齿稳定性等方面的实现来进行阐述。
二、机床结构设计
2.1整体布局
为了实现机床紧凑，同时满足干湿切、自动上下料的要求。滚齿机设计成为立式，同时为了能够实现自动上下料功能，采取了工作台固定，大立柱移动进给方式，上下料采用转盘式双工位机械手，有效地减少上下料等待时间。
为了控制干湿切加工时机床变形量，对机床的结构提出了很高的要求，要求其在湿切时能满足切削液在床身内部的循环流动，使机床的各个部分温度分布均匀，采用全对称设计，变形互相抵消。同时为了满足在干切时尽快将炙热的铁屑排出机床，床身的工作区需要设计大倾角的覆盖面，同时排屑机内置床身里面，以便切削时落下的铁屑能快速掉落至排屑机，由排屑机迅速将铁屑排出机外。
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2.2滚刀主轴和工件主轴
为了满足高速、高精度干式切削所需的高刚性，滚刀主轴和工件主轴的结构与传统的机械式有显著的差别，滚刀和工件主轴使用的是高精度、高刚性的滚动轴承，传动方式有两种，一种为伺服电机+高精度斜齿传动，另外一种为力矩伺服电机直接驱动;
基于滚齿机精度、成本及加工模数大小的考虑，选择伺服电机+高精度斜齿传动更能更好地满足市场需求。
2.3模块化设计
由于干湿切时冷却介质的不同，为了保证机床的干湿切两用，对设计提出了一系列的要求，比如冷却系统的布置及设计、润滑系统的设计、切削区防护的设计，为此，必须在设计时确保各种系统的模块化设计，使齿轮干切和湿切的转换时间能尽量缩短，同时为了缩短更换加工规格时的调试时间，夹具的模块化设计和快换技术就显得尤为重要。考虑根据客户需要自动化生产要求，还要能够为客户增加自动上下料系统，因此模块化设计就显得尤为重要。
三、机床刚性控制
为了满足机床大模数、大走刀量、干切的滚齿机要求，因此机床的高刚性、高抗震性就显得十分重要，主要从下面几方面控制。
3.1机床的主关铸件
通过对称设计结构和重心驱动技术，可以很好地保证移动物体重心平衡的情况下导向和驱动，从而有效抑制了阻碍高速切削的振动，可达到高精度、高可靠性和长时间的加工。
3.2静态刚性、动态刚性
使用FEA(有限元解析)设计手段，根据机床受力分析情况进行优化设计，机床薄弱之处质量得到极大的加强，从而使得机床无刚性薄弱点且刚性均匀分布，大大减小机床受力变形，具有卓越的刚性性能。
3.3双面接触刀柄结构
通过除主轴锥度接触以外，对端面也给予接触。普通系统的基准直径是锥柄大端直径，双面接触刀柄系统的基准直径是法兰的外径，根据力学理论，基准直径越大刚性越强很显然，刀柄系统刚性增强。
3.4径向进给导轨锁紧装置
在径向进给直线导轨设置了锁紧装置，对于加工不需径向进给的切削工况明显改善，比如直齿和斜齿，减轻了加工时对滚珠丝杆的冲击，有利于提高滚齿加工精度。
3.5高刚性部件结构
采用三维设计软件，尽量缩短的滚刀轴和尾座顶尖悬臂，在满足相关功能的前提下，将滚刀轴距大立柱和尾座顶尖的悬臂尺寸尽量缩短，使滚刀轴和工件的支撑刚性有了明显的提升，满足高速滚齿的需要。
四、机床精度控制
为了满足滚齿机达到6级精度要求，就必须要严格机床的精度，主要从下面几个方面控制：
4.1铲刮
精细的铲刮对于精度和刚性的提高是毋庸置疑的，刮研技术在机床行业尤其是高刚性、高精度的机床应用尤其广泛。经过铲刮的精加工后，零件表面可以获得极高的平面精度和直线度，同时经过精心刮研的结合面，具有高度的衰减性，更利于振动的吸收，这对于滚齿加工时的高频、高强度断续冲击是非常重要的。
4.2高稳定床身
作为机床的基体，床身的稳定性对机床的加工精度保持性至关重要，采FEA(有限元解析)技术，使床身结构进一步优化，使用高强铸铁制造的重型筋板框架可以确保很高的刚度。
五、机床稳定性控制
为了实现机床长期稳定的加工，机床的温升和热变形控制就显得尤为重要，主要从下面几个方面来控制：减少发热、结构平衡、合理冷却。减少和控制热源是根本的措施，首先合理选用电机的额定功率，然后在结构上采取适当措施，减少二次热源的发热量，降低温升。例如在可能的条件下将滑动导轨改为直线导轨。结构平衡，热源是永远存在的，要重点 合理的冷却措施：计算每个热源产生的最大热量，通过使用冷却装置来控制机床部件的温度。所有发热部件的温度由液压油冷却、电气柜冷却等来控制，采用湿切时切削产生的热量由大流量循环泵和冷却切削油装置控制，同时通过床身及主关件完全对称设计和床身内部冷却液循环系统，有效抑制了热变形。采用干切时切削产生的铁屑由压缩空气冷却、大倾角隔热内防护和铁屑快速落下的床身结构等能够迅速被排屑机带出机床，同时加工区域完全封闭确保热量无扩散。
六、结束语
针对国内市场的需求，本文提出了开发适用中小模数干湿切两用全自动数控滚齿机开发的必要性以及开发中需要注意的关键问题，从机床机构设计、切削刚性、精度控制、稳定性等多方面内容进行了论述，经过公司样机制造和客户使用验证，上述措施对开发干湿切两用全自动数控滚齿机具有很强的指导意义，愿此文能给同行有所借鉴，为齿轮行业制齿设备的转型升级做出应有的贡献。