聚焦機床 | 高效成形磨削：埃馬克GP 500 H實現(xiàn)航空級雙螺旋齒輪精密加工

在追求極致性能的航空航天領域，每一個核心部件的背后，都離不開尖端制造技術的支撐。2025年漢諾威歐洲機床展上，埃馬克攜GP 500 H成形磨齒機重磅亮相，精準聚焦于高性能傳動領域的關鍵部件——雙螺旋齒輪的精密磨削挑戰(zhàn)，為復雜齒輪制造樹立了新標桿。

雙螺旋齒輪是一種特殊齒輪結構，由兩個鏡像排列的斜齒輪組合在同一軸上。它不僅能夠承受高負載，還因其結構特點有效抵消了軸向力。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)濟性。

然而，生產(chǎn)這類齒輪對機床的復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，無法使用大型砂輪進行加工。埃馬克SU公司推出的GP 500 H成形磨齒機，正是為解決這一難題而設計。該設備可使用多種尺寸的砂輪，適用于內圓及外圓磨削，換型時間短，尤其適合航空航天領域中常涉及的小批量、高精度生產(chǎn)任務。

此外，GP 500 H也適用于傳統(tǒng)齒輪加工。隨著傳動系統(tǒng)中電纜密度不斷提升，復雜零件的數(shù)量日益增多，該機床展現(xiàn)出廣泛的適用性與高經(jīng)濟性。其優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在磨削技術上，還包括快速的換型能力以及集成式接觸測量功能，從整體上提升了生產(chǎn)效率。

雙螺旋齒輪的結構特點

雙螺旋齒輪

功率密度小

雙螺旋齒輪傳動結構緊湊，功率密度高。兩個齒形的組合增大了有效齒寬，使其能夠在有限空間內傳遞大扭矩。這一特性使雙螺旋齒輪非常適用于航空航天領域的行星齒輪系統(tǒng)，這些應用通常對重量和空間有嚴格限制。

高扭矩傳遞能力源于載荷被分配到更多齒面，同時充分利用了安裝空間，從而在緊湊結構中實現(xiàn)出色的性能表現(xiàn)。

渦扇中的雙螺旋齒輪

應用于渦扇發(fā)動機

雙螺旋齒輪主要用于渦扇發(fā)動機，特別是低壓渦輪與風扇之間的齒輪傳動環(huán)節(jié)。該位置對齒輪的可靠性與精度要求極高，一旦失效可能導致嚴重后果。

在現(xiàn)代渦扇發(fā)動機中，這類齒輪通常集成于復雜的行星齒輪系統(tǒng)中。由于轉速極高、工作環(huán)境極端，必須確保最高的制造精度并實施嚴格的質量控制。

直升機主齒輪箱應用

除渦扇發(fā)動機外，雙螺旋齒輪還常見于直升機主齒輪箱。其技術要求與發(fā)動機應用類似，但通常齒數(shù)更多。高扭矩、緊湊結構與絕對可靠性是確保飛行安全的關鍵要素。

GP 500 H 的成形磨削方案專為復雜齒輪磨削而研發(fā)

GP 500 H 是一款五軸成形磨齒機，配備切向軸，專為應對雙螺旋齒輪磨削的復雜性而開發(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中唯一經(jīng)濟可行的工藝路徑。

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，從而實現(xiàn)低振動磨削。

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。兩個斜齒輪的交點（弧度點）需高精度加工，且兩側齒面應磨出均勻的淬硬層。

這對砂輪相對于工件的定位提出了極高要求。為此，埃馬克SU開發(fā)了專用軟件系統(tǒng)：在實際磨削前，通過機載測量探頭檢測兩個齒輪，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。針對齒數(shù)較多的齒輪，這一功能尤其具有經(jīng)濟價值。系統(tǒng)支持在不同圓周位置進行定心操作。

磨削過程中，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。機床上配備的測量系統(tǒng)能在磨削首個齒后立即檢測并執(zhí)行修正，隨后直接進入精磨階段，無需二次修磨，顯著節(jié)約時間與成本。

操作人員可通過對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)不同應用，切向軸可配置一個或兩個磨削主軸，支持不同尺寸的砂輪。主軸間可呈90度角布置，也可快速更換為內圓磨頭，非常適合加工帶有干涉輪廓的復雜零件。

該設備兼容各類標準砂輪，包括CBN砂輪與可修整砂輪，適應性強。

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做出選擇。

內齒輪加工能力

機床支持快速從外圓磨削切換至內圓磨削，即使使用極小砂輪也能穩(wěn)定加工。內齒或花鍵齒可采用CBN或陶瓷砂輪進行高精度成形磨削。

全面質量控制

雙螺旋齒輪磨削的關鍵在于精確控制兩個齒面的材料去除量。這一點至關重要，因為兩個斜齒輪交點（頂點）的位置取決于兩側是否均勻去除材料。

GP 500 H 集成高精度測量系統(tǒng)，包含一個安裝在A軸上的測頭。在實際測量前，測頭可旋轉并指向固定測量點，確保檢測準確性。

頂點控制保障齒輪性能

頂點是兩齒面中心齒角的交點，是決定齒輪性能的核心質量參數(shù)。其精確位置影響齒輪箱的運行特性與載荷分布。若頂點偏離設計位置，將導致載荷不均、磨損加劇及噪音上升。

精確測量與監(jiān)控頂點需要高精度測量技術與先進評估算法，GP 500 H 的控制系統(tǒng)已集成這些關鍵技術，確保每一個齒輪都滿足嚴苛的質量標準。

軸上的雙螺旋齒輪