高性能焊接傳動齒輪

最新 09-14

在手動變速器或雙離合變速器中，變速齒輪必不可少：它們通過耦合器（同步件）和換檔套管將發動機扭矩傳輸到驅動軸上。每一個檔位都有一個傳動齒輪，這就是說，7 速變速箱需要 7 + 1 個傳動齒輪。

變速器一般採用齒輪搭配同步件的結構，這兩個零件被相互接合併焊接在一起，這是一項非常成功的設計。埃馬克 ELC 160 HP 機床是埃馬克公司專為齒輪和同步環的連接而設計的生產解決方案。

在生產線中，如果需要，ELC 160 HP 可以集成裝配（壓裝）、預熱以及之後的激光焊接。為儘可能縮短節拍時間，各工序會同時進行。ELC 160 HP 是一種迴轉式工作台機床，因而特別適於高效生產加工。這一特性也體現在機床的名稱中：縮寫「HP」代表「High Performance」（高性能）或者「高效率」。轎車變速箱中典型齒輪的生產節拍時間大約為 10 秒 (!)。

對於迴轉式工作台機床的原理，已沒有什麼新穎之處。相反，更靈活的機床設計在許多領域內已悄然取代了迴轉式機床。

在這個方面，ELC 160 HP 真正展示出它的創新性：ELC 160 HP 機床配備埃馬克已獲專利的自動換裝工件夾緊技術，因此可以靈活地加工各種不同的工件、進行批量加工。

四道工序同時進行——工序節拍更智能化，性能更高

機床結構可以用「集成」來形容：機床配備一個中央立柱，所有部件都安裝在這個中央立柱上。中央立柱周圍安置有迴轉工作台，用於將工件傳輸到 4 個加工工位。通過一系列特殊的結構設計，即使在迴轉工作台高速切換的情況下，也能確保工件在加工工位中達到所需的定位精度。ELC 160 HP 可裝備埃馬克自行研發的夾緊技術，因此能達到極高的機床精度，也適合用於要求極高、極其狹窄的焊縫。

加工過程從上下料工位開始。兩個配備氣動式夾爪的機械手單元負責在輸送料道和迴轉式工作台之間來回運輸工件。工件從這裡被送往壓裝工位。壓裝工位上可以裝備多達三個（不同的）壓裝工裝，通過數控指令可選擇換裝其中一個壓裝工裝，完全沒有時間損失。因此，在例如需要加工一個變速箱的整套齒輪時，也能保障完全的靈活性以及換裝自由度。

壓裝本身可以由伺服壓機精確快速地完成，過程監控任務則由集成的力值/行程監控裝置完成。

在節拍的下一步中，工件被送達第三個加工工位，即感應預熱工位。在這裡也為用戶提供帶最多 2 個感應線圈的滑軌單元，並且也可以自動換裝。之後，迴轉工作台稍微旋轉，工件最後到達設備的核心部分，即激光焊接工位。此工位也獨具特色：根據埃馬克的設計，工件在焊接時大多採用軸向夾緊的方式，這不僅能避免變形，同時也能保護工件，防止被焊接飛濺物損壞非焊接面。針對不同的工件的幾何形狀，可以按機床的加工節拍自動調整夾具和夾具系統。機床提供多達三種不同的夾具供選用，一般情況下已足以滿足加工的需要。因此，在這個工位上也能保證最大的靈活性和換裝自由度。

自動換裝原理（埃馬克專利）能確保 ELC 160 HP 機床達到最高的效率，這不僅可以避免手動換裝過程，而且能免除對手動換裝後焊接的第一個工件進行檢查的等待時間——這項檢查是對工件進行破壞性測試，但卻必不可少。

由於可以同時進行上下料、壓裝、預熱和激光焊接工序，因此， ELC 160 HP 可達到最高的生產效率：一般來說，轎車變速箱中齒輪的生產節拍時間大約只有秒。通過自動換裝可以抵消迴轉式機床靈活性較低的不足之處，使整個工藝流程更為順暢。

與之前兩個工位一樣，這個工位也裝備有一個滑台單元，上面可安裝多達 3 個反軸承工裝，從而能夠保證自動換裝。焊接頭配備有一條用於調整焊縫位置的 X 軸以及一條用於調整焦點位置的 Z 軸。此外，該工位還可以選裝一個精準定位十字線相機。

上述 4 道工序全部可同時進行，創紀錄地將節拍時間縮短到絕無僅有的 10 秒。

緊湊型結構——完美符合人體工學原理

儘管機床結構複雜，但在人體工學和維護保養的可達性方面卻非常優異。各個加工工位呈 90 度角布置，每一個加工區都是獨立的，可達性極佳。理論上來說，可以同時對所有 4 個加工區進行維護保養。設備運行必不可少的所有技術裝置也緊湊的安裝在機床單元旁的一個控制櫃中，非常方便操作。所有電氣裝置、氣動系統以及感應電源、感測器、焊接煙霧排放裝置和過濾器以及 CO2 滅火器都集中安裝在一個中心位置。進行維護保養時，固定安裝的光束輸送和焊接光學器件也同樣重要。這不僅能確保運行時的安全性，同時也能使調整和維護保養非常易於執行。此外，固定安裝的焊接光學器件還能保證激光總是射入機床內部，從而進一步提高工作安全性。機床布局不僅符合人體工學原理，而且對於操作人員來說非常安全。

激光技術——僅使用固體激光器

ELC 160 HP 機床上僅使用固體激光器，例如 TRUMPF 公司提供的配有光纖的固體激光器 TruDisk（採用碟片式原理），或者 IPG 公司的直接二極體激光系統。

埃馬克是率先使用固體激光器進行動力總成元件焊接的先驅之一，並確信其具有極大的優勢。「二極體泵浦的固體激光器效率高達 30%。這意味著，滿負荷運行的4 kW 機組（包括制冷機組在內）僅消耗大約 25 kW 能量。對於客戶來說，這代表可以節省大量成本，就是說與傳統的激光系統相比，可以顯著降低設備運營成本，」埃馬克自動化公司的銷售經理 Nikolas Meyer 解釋說。

此外，使用固體激光器焊接無需保護氣體，從而進一步降低了成本。在許多應用場合中，固體激光器還能夠明顯加快焊接過程。對工件質量來說，每單位長度的熱量輸入減少了，，由此進一步降低了焊接變形的可能性——再也不需要費時費力的後續返工。

顯而易見，ELC 160 HP 是當之無愧的「高性能」焊接設備。整個設計，無論是工序流程、所使用的技術，還是符合人體工學的緊湊型結構，ELC 160 HP 機床的整個設計方案在性能和生產率方面都無與倫比。

埃馬克提供的激光焊接系統節拍時間極短，非常適合生產動力總成元件，具有極大的吸引力，絕對會在市場上引起重大的反響。