NUM 助力台湾机床公司，实现机器人专用 渐开线齿轮和摆线齿轮的自动化生产
NUM 正在帮助台湾机床公司 —— 建暐精密科技股份有限公司开发创新 CNC 磨床，用于制造机器人应用中的专用齿轮。建暐的新机床完全基于 NUM 的最新一代 Flexium+ 68 CNC 平台，旨在加速渐开线和摆线轮廓精密齿轮的生产。纵览整个市场，它们是第一台能够处理两种类型齿廓的齿轮磨床。磨床有两个版本，分别用于内齿轮和外齿轮。
建暐精密科技股份有限公司成立于 1981 年，总部位于台湾高雄市南部的凤山区。最初，公司专注于精密机床的开发，如立式磨床、夹具磨床和加工中心，以及坐标测量机 (CMM)。随着时间的推移，公司开始涉足机器人自动化系统。
机器人系统通常使用配有渐开线齿轮的行星齿轮箱，或使用基于简化外旋转子和摆线定子组合的摆线传动装置。虽然行星齿轮箱历史悠久、应用广泛，但摆线传动装置大大减少了运动部件，并提供更有效的方法来实现极高的减速率。一个减速比为 200:1 的减速器通常需要三个行星齿轮箱和十二个运动的渐开线齿轮。而摆线传动装置仅需使用一个定子和一个转子，便可实现相同的减速比。然而，摆线齿轮制造困难且成本高昂。
2015 年，建暐决定通过开发自有齿轮磨床，在内部开展齿轮制造。通过生产自有齿轮箱，公司可以控制质量，缩短交货时间，降低成本。还可将齿轮箱出售给机床制造商，或许还能将机床本身出售给齿轮制造商。
最初，建暐的齿轮磨床基于其他机床上所使用的 Fanuc 系列 0i-MF CNC 系统，并结合 Mastercam CAD/CAM 软件和自有 CMM。但很快发现，摆线齿轮的齿廓复杂，CMM 数据不足以控制生产过程。另一个主要缺点是，有意向购买机床的客户还需要投资昂贵的 CAD/CAM 系统和额外的人力。
建暐总裁李先生表示：“我们很快作出了决定，我们需要的是一个从一开始就完全支持齿轮磨削的 CNC 系统，客户只需输入他们想要的齿轮参数，由 CNC 实时控制机床的修整和磨削过程的所有方面。NUM 是理想之选，因为它在数控齿轮磨削应用领域具有成熟的专业知识。该公司还愿意合作开发 CNC 系统，集成特定于应用的 HMI（人机界面）和各种专用控制功能。”
建暐的新一代齿轮磨床与 NUM 的新型轮廓磨削技术相结合，提供了在同一台机床上制造摆线和渐开线齿轮的能力和灵活性。
亚洲首席战略官兼 NUM 台湾总经理 Adrian Kiener 指出，该应用突显了 NUM 分散支持战略的重要性。“通过直接接触台湾本土以及世界上许多其他国家和地区的 CNC 专家和广泛的开发设施，我们能够为客户提供快速响应服务，帮助他们显著缩短上市时间。此外，结合我们在瑞士的齿轮产品组的知识和经验，NUM 方案包得以完善。它包括用户界面、技术和计算，以及所有 NC 循环。”
建暐的内齿轮磨床是一台 9 轴机床。工件台安装在线性轴上，该轴朝着砂轮轴向移动，砂轮通过皮带驱动（由于齿轮内部的空间限制）并安装在由直线电机驱动的垂直轴上。砂轮旋转时，由线性轴带动上下运动，工件台则连续运动。齿轮的两个齿面同时被磨削。该机床还可以用于齿轮修整。在修整循环期间，整个刀头水平向右移动。一个对称的修整盘沿砂轮外部轮廓在左齿面、右齿面和齿顶三个部位移动。可以对摆线和渐开线形状进行修整。
外齿轮磨床是一台 8 轴机床。在操作上与内齿轮磨床大致相似，它采用直接驱动砂轮。和内齿轮磨床一样，它也可以用于修整。但是，在这种情况下，齿隙形状可能是缩短的外摆线或渐开线。
可以在任一机床上手动校正齿轮齿形状。
两台机床均由 NUM Flexium+ 68 CNC 系统控制，配备 NUM Fs153i 触摸式操作面板。由 NUM 台湾和建暐联合开发的专用 HMI 控制磨削和修整循环，并且用户只需输入适当的参数即可完全指定所需的齿廓。可从 CAD 系统导入图形 DXF（图形交换格式）文件及将文件导出到 CAD 系统，该系统具有用于砂轮和工件的综合数据库。NC 程序完全自动生成，无需操作员干预。
正如 NUM 台湾销售经理 Johnny Wu 所指出的：“NUM 的开放式架构 CNC 平台，加上公司愿意与机床制造商合作开发特定应用的解决方案，是在选择 CNC 供应商时 NUM 脱颖而出的关键因素。”
面向机器人应用的 减速齿轮箱
大多数机器人系统需要平稳、精确和高度可靠的低速运动。从一个以每分钟 1000 转的最佳转速运行的电机获得这种运动，必然涉及某种形式的减速齿轮箱。设计人员通常可以选择两种类型的减速齿轮箱 —— 行星传动和摆线传动。
行星传动装置（或齿轮箱）在中心使用一个太阳齿轮，周围使用行星齿轮，全部嵌入一个环中。所有齿轮，包括环都具有渐开线轮廓。这类传动装置无处不在 —— 它们被广泛应用于各种应用中，包括汽车和其他公路车辆，并且几乎世界上每个齿轮制造商都可生产。
另一种类型的减速齿轮传动装置是摆线齿轮箱。它没有太阳和行星齿轮，因此不是行星齿轮传动装置。相反地，摆线齿轮箱的中心具有一个或两个外部转子，并且使用一个内部定子作为环。
使用摆线齿轮的齿轮箱只有很少的运动部件，是目前最有效、最可靠的减速器之一。单个定子/转子组合可以适应高达 300:1 的减速比，并且可以提供超过 93% 的效率。
建暐的最新一代齿轮磨床采用 NUM 的新型轮廓磨削技术，现在齿轮制造商能够在同一台机床上生产摆线齿轮和渐开线齿轮。这显着提高了制造灵活性 —— 无需更换机床，便可从一种齿轮切换到另一种齿轮的生产。
(September 2019)