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齿轮制造公司位于加利福尼亚南部的阿纳海姆，为航空、医药、油田、高性能汽车及其它行业提供高质量的齿轮。这家有12年历史的公司专业制造精密磨削齿轮，但产量相当有限(10-500件)。该公司对齿轮进行磨削加工是为了达到严格精度要求。“许多齿轮制造商并不进行磨削加工，”该公司总裁Gary Smith解释道,“但我们做到了。”
刚成立齿轮制造公司时，大多数手动设备是从退出齿轮加工领域的制造商那里购买的。只要有可能，就用CNC设备更新旧的设备。然而，公司仍需要一些关键的设备。 （图片）
成形砂轮在磨削绞盘鼓筒上的半圆槽。
工件后部的轮齿在外圆、平面和内圆磨之前已加工完。 特别是，公司缺乏必要的OD或ID磨床，用于加工经过车、铣后的齿轮毛坯，以生产具有精确尺寸的成品。Smith先生将OD/ID磨削工序外包给附近的能进行磨削加工的企业，以此来解决问题。这样的安排满足了公司早期发展的需要，也与Smith先生培养供应商作为一种资源的想法相一致。然而，当公司逐渐壮大后，这种安排暴露出不利的一面。“当我们将一件要经过多道磨削加工的工件外包时，供应商会先在一台磨床上进行所有外圆磨削加工，然后在另一台磨床上加工所有工件的表面。而内圆磨将在第三台上加工，”Smith先生开始认为“当供应商繁忙时，采用外包方式将12-18周的工作延长到了20-24周。在将工件从供应商那里取回之前我们将无事可做，往往还会有一些小问题－主要是因为在不同的设备上完成不同的加工，这种不利影响最终转化到齿轮上。”
“供应商在CNC磨床上加工我们的工件，加工费用非常昂贵，这样一来外委加工的成本非常高，”公司工艺部经理 Brian Stout说：“每年我们外委磨削的花费接近250,000美元。”
一天，公司接到一个定单，其中外圆磨削的要求超出现有设备的加工能力。该工件要求采用带有金刚石砂轮修整器的成形砂轮加工外圆上的半圆槽。 公司决定自己做，而不是寻找合适的供应商，为此，公司准备购买第一台CNC磨床。关于选购哪种磨床，Smith考虑了很长时间。最后决定选用United Grinding Technologies销售的Studer S30 CNC OD/ID 磨床。他解释说：“我们需要的CNC磨床必须能够做所有工作-外圆磨、内圆磨、平面磨，可以一次完成多道典型的磨削工序，而这些工序通常是在不同的设备上完成的。所有的磨削工序在同一机床上完成。这样可以确保所有的外圆、内圆和平面磨削的精确性。”（图片）
CNC磨床的砂轮架换为下一个砂轮进行端面平面磨削。
上道工序的成形砂轮在图上依然可见。 Studer S30 CNC 磨床有一个可水平旋转的砂轮架，装备两个大的外圆砂轮和一个小的高速内圆砂轮。图片展示了在同一装置上磨削加工一个绞盘鼓筒的外圆、内圆、平面。这个绞盘鼓筒就是前面提到的要求在外圆上磨削加工半圆槽的工件。
当齿轮上的槽成型后，砂轮架提供一个双角度平面砂轮来加工齿轮的前端面。两个大砂轮看来不易安装，其实从机床侧面的门安装是很容易的。最后，砂轮架转换为高速的内圆砂轮来加工主孔。在磨削之前，砂轮外加装了一个固定的金刚石修整器。
“如果我们外包这项工作，供应商会先进行所有的外圆加工，然后是平面加工，最后是内圆加工。在供应商完成所有这些工作之前，我们无法进行下一步的任何工作。Smith强调说,”采用OD/ID磨床，可在第一天完成坯料的磨削，第二天进行螺纹磨削或齿轮磨削。我们可同时在多台设备上生产，这样就极大的缩短了供货周期，有时只用4-6周。（图片）
砂轮架再次切换为内圆磨砂轮加工绞盘鼓筒的内孔。
在磨削之前，砂轮外加装了一个固定的金刚石修整器。 “多数订单的产量很小，需要频繁地调整设备。”Smith 继续说，“OD/ID磨床的CNC 控制系统采用专门基于图形化的软件，可直接在机床上完成编程工作，大大减少了停工时间。”
公司逐步调整为满足多任务、小批量的生产为导向，这样可以避免生产过程中积压大量的半成品，从而满足的JIT(及时)交货要求。“我们有一些长期定单的量达数千件，”Smith补充说，“可以一个批次加工完成，但我们选择将其分成多个小批量来生产，以节省库存成本。在工序更替时，可以快速简便地完成机床的调整。小批量生产引起的频繁参数调整比大批量生产中的资金积压更经济。”
以前，供应商的一些小的磨削错误会导致成品齿轮质量不稳定，采用OD/ID磨床，关键部位的磨削在同一设备上一次装夹完成，减小了加工误差。这样，总体质量得到了提高。“我们能够严格控制所有的尺寸，”Smith指出，“这是一项重要的竞争优势，例如，图纸要求的直径的公差为±0.002英寸，我们加工的偏差达到要求的十分之一(±0.0002英寸)。”
OD/ID磨床也可作为推动公司发掘现有及潜在用户的手段。Smith先生指出当参观者注意到新的CNC设备，会对公司的加工能力产生积极的印象。
齿轮制造公司仍然热衷于和加工厂签定外包合同，但作出这样的选择只是基于成本和便利因素，而不是必须的选择。“我们过去的确忽视了OD/ID磨床的作用”Stout 总结道，“它使我们具备了需要的磨削生产能力。现在，当外包加工时，并不是因为我们没有能力加工。”
我国磨削技术的发展方向
磨削技术除向超精密、高效率和超硬磨料方向发展外，自动化也是磨削技术发展的重要方向之一。
目前磨削自动化在CNC技术日趋成熟和普及基础上，正在进一步向数控化和智能化方向发展，许多专用磨削软件和系统已经商品化。磨削是一个复杂的多变量影响过程，对其信息化的智能化处理和决策，是实现柔性自动化和最优化的重要基础。目前磨削中人工智能的主要应用包括磨削过程建模、磨具和磨削参数合理选择、磨削过程监测预报和控制、自适应控制优化、智能化工艺设计和智能工艺库等方面。近几年来，磨削过程建模、模拟和仿真技术有很大发展，并已达到适用水平。
我国在磨削过程建模与模拟，声发射过程监测与识别，工件表面烧伤及残余应力预报，磨削加工误差在线检测、评价与补偿等方面都有许多成果，并已开发出了新型磨削机器人。
我国人造磨料生产虽然起步较晚，但发展很快，在世界上已有相当份额。
近几年来国外磨削技术发展迅速，例如对硬脆材料磨削机理及工艺的研究，利用磨削热量同时进行工件热处理，以及不使用磨削液的无污染磨削等方面，我国均有一定差距。
11/26/2004
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