提升设备装备、助中国齿轮行业实现强国梦

 近年，我国重点行业和重点建设工程，如发电、高速机车、矿山机械、大型工程机械、大型船舶、钻井平台及航空航天等，对重大装备的需求越来越多，对与之配套的齿轮及其齿轮箱也提出了更多、更新的要求。在经历了20多年的快速发展后，我国已名副其实的成为齿轮生产大国，但离强国的目标还相去甚远。目前，我国齿轮行业还不能完全满足重点行业和重点工程的配套要求，行业的总体技术水平仅相当于发达国家20世纪90年代后期的水平。因此，齿轮及齿轮箱的制造已经成为制约我国一系列重大装备研制的瓶颈问题。
    “十二五”期间，齿轮及传动装置被列为发展重点。这也是我国从齿轮大国变成齿轮强国的关键期。齿轮行业包括工业齿轮、车辆齿轮和齿轮装备制造三个方面。齿轮强国的标志不仅包括齿轮技术和齿轮质量的一流，同时也包括齿轮制造装备的世界水平。在我国从齿轮大国转变成齿轮强国过程中，齿轮制造装备的水平提升处在关键地位。
    差距就是动力
    齿轮的加工可以采用从铣削、滚齿、插齿到磨齿的多种工艺技术。因此，我们从工艺角度便可以分析目前我国齿轮加工技术及装备的现状，以及与国外的差距。
    机 床：
    ——铣削机床。齿轮铣床因其效率低在中小模数圆柱齿轮加工中很少使用，但在大型圆柱齿轮加工中得到一定应用，特别是内齿圈的加工。特大型齿轮因数量少，铣削加工是主要方式。国内有多家企业生产这类机床。目前，国内使用的齿轮铣床跟国外的差距相对较小。
    ——滚齿机。滚齿是圆柱齿轮加工的主要手段，用于粗加工和半精加工，适用于加工各种直、斜齿轮等。大型内齿圈的滚齿加工也展现出较好的前景。目前国产高速滚齿机和大型滚齿机与国外先进滚齿机差距较大，但十几米的特大型滚齿机我国已具有世界水平。
    ——插齿机。其效率比滚齿机低，主要用作内齿圈、双联或多联齿轮的加工。目前国产插齿机水平与世界先进水平差距较大。
    ——磨齿机。成型磨和蜗杆砂轮磨是中模数齿轮精加工的主要方式；成型磨齿是大型圆柱齿轮精加工的主要形式，虽然1.2米的蜗杆砂轮磨齿机已经出现。现代数控磨齿机能实现齿面的任意三维拓扑修形。国内大型磨齿机市场几乎让Hofler、Niles、Gleason等国际著名公司占领了。目前国产中模数磨齿机与国外的差距不大，但大型磨齿机的水平与国外的差距甚大。
    刀 具：
    齿轮刀具包含有三要素：几何设计、材料和镀层。总体上，国内齿轮刀具企业在刀具的宏观设计方面尚佳，但在修形等细节设计方面与国外存在较大的差距。镀层是刀具寿命的关键要素，而齿轮刀具镀层设备大部分还依赖进口。此外，齿轮刀具要达到世界先进水平还需要在创新方面做出更多的努力。
    测量仪器：
    国外：基于电子展成方法的中小模数齿轮测量技术已经成熟，典型仪器CNC齿轮测量中心得到普遍应用，测量精度稳定在三级，部分项目可达二级；大齿轮测量通常采用大型齿轮测量中心和三坐标测量机，可测齿轮直径已达6米；集成在齿轮机床上齿轮在机测量系统已成为机床 （特别是大型磨齿机）的组成部分；耦合在齿轮生产线上、结合机械手自动上下料的齿轮快速分选测量机成为车辆齿轮现场测量的主导设备。
    国内：中模数齿轮测量中心相对成熟，测量精度稳定在四级，部分项目可达三级；最大齿轮测量中心的可测齿轮直径为2米；集成式在机测量系统处在研发阶段；耦合在车辆齿轮生产线上的齿轮快速分选测量机已投入生产；我国独创的齿轮整体误差测量仪器近20年没得到发展，其传统应用市场不断在缩小；没有满足齿轮测量的坐标测量机，小模数齿轮测量仪器和大齿轮测量仪器几乎全部进口。
    而微型齿轮和特大齿轮 （直径6米以上）测量在国内外都是技术难题，正在探索中。大齿轮量值传递更是世界性难题。
    装备强则齿轮强
    目前，我国齿轮加工成套装备，在外观造型、规格参数、主要功能等方面均取得了长足进步，成功解决了从无到有的难题；特别是国家科技重大专项 （“高档数控机床与基础制造装备”）对齿轮制造装备的支持，使我国一部分齿轮装备的水平与世界顶级产品的差距得到缩小。但是，我国仍有一些齿轮制造装备是空白，并且现有的装备在可靠性、稳定性、精度保持性、加工效率、智能化水平等多方面仍存在较大差距，要最终达到国际水平，还需在多层面上开展系统性的工艺研究及技术创新。
    针对现有差距及未来齿轮产品制造对关键工艺装备的需求，我国 《齿轮工程技术路线图》中列出了齿轮加工关键工艺装备的发展目标：
    开发高精、高效、大型数控圆柱齿轮磨齿机和圆锥齿轮磨齿机，改变我国大型、高档磨齿机依赖进口的局面。
    开发干式滚齿机和硬齿面滚齿机，开发大型锥齿轮铣齿机等专用铣齿机床。
    开发高效滚齿刀具，研发刀具涂层材料和技术，扩大硬质合金、CBN刀具的应用；开发材料切除率高、寿命长、修整频率低的磨齿砂轮。
    开发高档数控感应淬火机床，开发新型智能、高效、低耗、环保的齿轮渗碳、渗氮等热处理设备。
    开发基于激光跟踪测量技术和室内激光雷达等技术的特大型齿轮在位测量系统，开发基于光纤测头的微型齿轮测量机，开发结合机械手上下料的、耦合在齿轮生产线上的齿轮快速分选测量机等。
    上下合作 共促发展
    经过未来的努力奋斗，突破高端产品技术，使我国齿轮产品质量达到国际水平，完成从齿轮制造大国到齿轮强国的转变，进而使我国成为世界上齿轮产品的出口大国，这是中国齿轮行业的战略任务。
    为完成这个艰巨的任务，需要来自政府、行业和企业等多方面的支持和努力，更需要齿轮行业、企业自身持续不断地自主创新。具体包括以下几方面：
    倡导以企业为主的 “政产学研用”结合、组织联合研究的协同创新模式，成立产学研联盟。我国齿轮行业要形成一个在市场经济条件下的基础研究、产品开发、工艺与装备研制体系。
    加速齿轮标准制订，并形成体系。
    建立齿轮行业共性技术服务平台，加快新技术、新工艺、先进标准的推广应用以及行业创新能力的提高。
    建立齿轮产品检测与可靠性服务平台。
    实施品牌战略。这是树立企业形象的重要手段，也是中国齿轮行业做强、走向世界的必由之路。

作者简介
    石照耀，长江学者特聘教授，北京工业大学博士生导师，科学中国人 （2010）年度人物，国际标准化组织ISO/TC60中国委员，德国国家计量研究院客座科学家，在精密仪器和齿轮工程领域享有盛誉。  (石照耀)  中国工业报