機械式伝動システムにおいて、ピッチ円径Φ300～500mmのギアの偏心（要件：≤0.05mm）および端面振れ（≤0.04mm）は、直接的に伝達効率と装置の寿命を決定します。従来の方法で40CrNiMoA材のギアを加工するある大型ギア製造メーカーでは、「横型旋盤での荒削り→縦型フライス盤での端面フライス加工→ホブ切り盤での歯面仕上げ」という3工程が必要です。複数回のセットアップにより、偏心が許容値を超えて0.08～0.12mmの誤差が生じ、伝達時の騒音が90dBを超えてしまい（許容値：≤85dB）、また1個あたりの加工サイクルは最大10時間に及びます。さらに、焼入れ処理後の40CrNiMoAの硬度は280～320HBに達し、切削抵抗が高くなるため、高速鋼工具の寿命は刃先あたり2～3個に限られ、1個のギアあたりの工具コストが1500元を超えるという課題があります。
顧客の使用シナリオ
このジレンマを克服するために、同社は瀋陽機械グループの昆明工作機械TK6513 CNC立形旋盤を導入し、「重切削剛性加工＋一回クランプによる精密旋削」というギア専用製造システムを構築した。装置は一体型グレー鋳鉄製ベッド（鋳造壁厚120mm）を採用しており、「18か月の自然時効処理＋96時間の振動時効処理」という二段階の応力除去処理を施している。ガントリー横梁と箱型スライダ構造と組み合わせ、有限要素解析により剛性分布を最適化している。径方向切削剛性は40kN/mmに達し、40CrNiMoAの切削中に25kNの径方向力を安定して耐えることができる。シーメンス828DアドバンストCNCシステムとグレーティングスケールによる全閉ループ制御（分解能0.05μm）を装備しており、±0.008mmの定位精度および±0.005mmの繰り返し定位精度を実現し、歯車リングの径方向振れ公差±0.03mmの要求に正確に適合する。高強度合金材料に対しては、18.5kWの高出力スピンドル（最大回転数1000r/min）と高圧エマルジョン冷却システム（冷却圧力1.2MPa、流量35L/min）を装備し、CBN立方晶窒化ホウ素工具（硬度HV3000）と組み合わせることで、工具摩耗や切粉の発生を効果的に抑制している。
ギアクランプ
技術革新の面では、この装置はギア加工において「工程統合＋精密予備制御」という二つのブレークスルーを達成しています。Φ650mmの4爪油圧チャック、8ステーション電動タレット（ツール交換時間2.0秒）、および半径方向ドリリングユニットを統合することで、ギアの外周の精密旋削（公差IT6）、端面フライス加工（平面度≤0.02mm）、内孔ボーリング（円筒度≤0.01mm）、位置決め穴加工（位置精度≤0.1mm）を一工程で完了できます。ギアリングの精密制御が困難な点に対応して、私たちは革新的に「基準統一加工法」を採用しています。すなわち、ギア荒形の内孔を位置決め基準として使用し、工作機械内測定システム（測定精度±0.0015mm）を通じて端面および外周のリアルタイムデータを収集し、ワークの自重による変形を自動的に補償（補償精度0.003mm）することで、ギアリングの径間振れを安定して≤0.04mm以内に制御します。さまざまなモジュールのギア（モジュール8～20mm）に対して、装置には30セットの工程パラメータテンプレートが装備されており、従来の3時間から30分へと交換時間を短縮しています。
実施結果は、重機用ギアの規格に完全に準拠しています。単一部品の加工サイクルは10時間から6時間に短縮され、日産能力は1日8個から14個に向上しました。ギアリングの径方向振れは≤0.04mm、端面振れは≤0.03mm、表面粗さはRa0.8μmに達しており、GB/T 10095.1-2021「円筒ギア精度体系 第1部：片面歯面偏差の定義および許容値」およびISO 1328-1規格の要求を完全に満たしています。伝達ノイズは90dBから82dBに低減し、ギア噛み合い効率は8%向上しました。材料のマッチングと冷却の最適化により工具寿命は200%延長され（1ブレードあたり6～8個まで）、単体ギア当たりの工具コストは500元に削減されました。装置に搭載されたスマートモニタリングモジュールは、スピンドル負荷（精度±1%）および切削温度（分解能0.1℃）をリアルタイムで収集し、工具摩耗予測アルゴリズムと連携することで、設備の総合的利用率を75%から93%まで引き上げ、年間停止時間を520時間削減しました。
TK6513により、当社は『合格品加工』から『精密製造』への飛躍を実現しました。」企業の技術責任者は、「当社のギアは採掘機械や冶金設備などの重機にすでに適用されており、ドイツのリーヒャー社のサプライヤー認証を通過しただけでなく、15,000時間の連続運転において故障ゼロという厳しい要件も満たしており、これによりギア市場でのコア競争力を獲得しています」と述べました。この事例は、CNC立形旋盤が「高剛性構造＋高精度フィードバック制御＋工程統合革新」の深層的融合を通じて、精度と効率のボトルネックを突破するためのキーデバイスとして、ギア製造分野で重要な役割を果たしていることを示しています。
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