為了使電動汽車變速器在所有行駛條件下都能產生所需的高扭矩，這需要非常大的傳動比以及高轉速。為了確保在所有速度區間都有足夠的動力，并使駕駛員能夠在不換檔的情況下加速，電驅動必須達到15,000轉/分，這大約是傳統內燃機的三倍，這給轉子軸帶來了很大的壓力。因此，轉子軸制造商面臨著新的挑戰，如更加嚴格的形位公差，以及更高的加工精度要求。
圖1：適合在DVS集團機床上制造的電動汽車變速箱部件。嚴格的形位公差以及更好的表面質量有助于避免來自傳動部件的振動，從而將驅動系統的噪聲降至最低，即優化NVH性能。由于電動機幾乎是靜音工作的，因此其噪音排放要求比汽油或柴油發動機更為嚴苛。
另一個挑戰是：安裝空間狹小。在電動汽車中，電池仍然占據了大部分空間。因此，電動機中的電機軸、變速器和電力電子設備的設計必須非常緊湊。對于驅動軸，意味著只有極小的刀具偏擺用于齒輪制造。
圖2：EV電機軸
資料來源：DVS TECHNOLOGY GROUP
電機軸集成化生產解決方案
為適應嚴苛的要求, DVS TECHNOLOGY GROUP (DVS)匯集集團在加工工藝方面具有核心競爭力的數家公司, 開發了一種具有前瞻性的集成生產解決方案，用于從原材料到成品零件的整體電機軸的交鑰匙工程。這意味著這些復雜的驅動部件的制造成本最高可節省40%。
帶刮齒工藝的軟加工
在生產鏈中，首先是Pittler V300，這是一種創新的多技術生產解決方案，結合了全自動車削、銑削和鉆削工藝，以及使用高效刮齒工藝進行齒輪切削。從而在一臺機床上只需通過兩次裝夾即可完成空心軸的熱前軟加工。減少了換型設置、工序建傳輸和等待時間，總加工時間也相應縮短。此外，一臺機床覆蓋所有工序意味著更低的投資成本和更短的生產時間。
圖3：電機軸齒輪的刮齒
資料來源：Pittler T&S
在熱前加工中，刮齒被廣泛用于齒輪生產制造。該工藝以Pittler 創始人威廉·馮·皮特勒先生于1910年提交的專利為基礎的齒輪切削加工方式。得益于制造技術的發展，近年來，刮齒已成為齒輪加工的一種高效而靈活的替代方案。
刮齒的特點之一是刀具軸與工件軸呈一定角度(圖3)，稱為軸交角。刀具的定位、給定的軸向進給，以及刀具和工件的耦合速度形成相對運動。這種相對運動沿著主切削方向將齒隙從工件中“剝離”出來。
圖4：刮齒工藝的模擬
資料來源：Pittler T& S
當切削點在刀具與工件軸的直線上時，刮削的接觸運動學要求刀具為錐形。為了避免這種情況，DVS集團進一步開發了強力刮齒技術：切削位置沿Y方向從連接刀具和工件軸的直線移出(圖5)。這種優化使圓柱形刮齒刀的使用成為可能，通過定期的修磨，刀具壽命顯著延長，成本大大降低。
圖5：計算的間隙角度與運動間隙角度的對比
資料來源：卡爾斯魯厄理工學院的wbk 生產科學研究所
刮削過程中快速變化的切削力會引起機床和控制系統的振動。因此刮削需要非常堅固的機床結構、刀具和工件托架以及高度優化的控制電路。這正是DVS的強力刮齒機設計理念的根源。
刮齒技術比較
與其他工藝相比，刮齒工藝具有以下幾個特點：
刮削
優勢：
· 加工時間短
· 金屬去除率高
· 刀具成本合理
· 可與其他加工方法組合使用
· 一次裝夾即可完成內、外齒輪生產
:不利因素：
· 新技術
圖6：刮削技術比較
資料來源：Pittler T& S
插齒：
優勢
· 靈活
· 技術簡單
不利因素：
· 空程導致加工時間長(約長3-8倍)
· 工件成本高
· 不能與其他加工方法組合使用
圖7：插齒技術比較
資料來源：Pittler T& S
滾削
優勢：
· 金屬去除率高
· 加工時間短
· 刀具成本低
· 技術成熟
不利因素：
· 僅適用于外置齒輪
· 需要比刮削更大的偏擺
圖8：插齒技術比較
資料來源：Pittler T& S
拉削
優勢：
· 生產率高
· 加工時間特別短
不利因素：
· 柔性差
· 無法補償，例如跨棒距等
· 刀具成本高
· 刀具交付期時間長
· 無法用于受限輪廓的加工
· 無夾持
圖9：拉削技術比較
資料來源：Pittler T& S
采用刮削的方法在熱前加工齒輪生產上有著很多優勢。兩個獨特的賣點是一次裝夾即可完成內、外齒輪生產，以及實現了多合一復合加工或與其他工藝結合的加工模式。
Buderus 235VH/M 磨削和硬車削
軸在熱處理之后的第一道工序就是硬精加工工序。由于所需的特性，大多數轉子軸都有類似的設計。典型的整體式電子軸由一個驅動齒或花鍵、兩個軸承座、兩個密封面和一個轉子座組成。根據疊片鐵心的固定方式，轉子座還附加有鍵槽或者扁平鍵面。
圖10：帶傳動齒、軸承座、密封面和轉子座的電機軸
資料來源: DVS Technology Group
軸承座和密封面采用切入式磨削加工(圖11)，轉子座采用剝離段差磨削或切入式磨削加工(圖12)。端面和槽口通常在同一裝夾過程中通過硬車削加工，如果需要，可以將回轉多功能刀架集成到Buderus 235VH/M中。
軸承座、密封面和轉子座的公差應在微米范圍內。經驗表明，圓柱度的典型公差要求為0.004-0.03 mm，圓度的公差要求為0.002-0.025 mm，同軸度的公差要求為0.005-0.08 mm，同心度的公差要求為0.008-0.1 mm。對于密封面和轉子座，還需要進一步獲得高達1μm的精度標準。
使用Buderus 235VH/M只需一次裝夾即可實現全部磨削精度。
圖11：單次裝夾磨削
資料來源: BUDERUS Schleiftechnik
圖12：用WMZ主軸技術實現單次裝夾磨削
資料來源: BUDERUS Schleiftechnik
235 VH機床的概念代表著最高的質量、極低的單件成本和最高的柔性。創新的機床平臺專為加工直徑達300 mm、長度達1,000 mm的旋轉對稱軸部件而設計。
該機床可實現組合和同步加工過程。靈活的配置選項支持各種加工技術，如磨削、硬車削和珩磨和動力刀具的使用。
Buderus也是中驅技術方面的專家。最新開發的235VM中心驅動機床具有先進的驅動系統。該驅動系統的工作速度最高可達2,500轉/分，因此還能實現零件的硬車削。中驅技術的主要優勢是只需一次裝夾即可加工內外幾何結構，從而實現更高的精度和更高的效率。
珩齒——展成珩磨工藝的優勢
在空心軸安裝之前，DVS工藝鏈中的最后一步是珩齒。近年來，DVS子公司Präwema進一步開發了該項技術，可以降低齒輪滾動時的摩擦損失。該“強力珩齒”工藝現已成為國際汽車行業的標準。珩磨后的齒面對于降低電動汽車的噪聲水平和降低能耗至關重要。
高工件質量是通過獨特的珩齒加工特性來實現的。例如，由于切割速度不超過12米/分鐘，因此不會造成磨削燒傷，而磨削燒傷通常是由于切割速度過高而導致的幾乎看不見的磨削附帶結果。較高的感應表面張力還可以延長齒輪的使用壽命，降低點狀腐蝕的風險。此外，整個齒面寬度采用切入法同步加工，軸向和徑向都有切削速度，工件表面紋路呈魚骨狀，以提高靜音運行。
此外，節拍短、刀具成本低，且可加工不能用蝸桿砂輪磨削的緊湊齒輪，使珩齒工藝極具經濟性。
極其高效的工藝可實現齒輪質量 IT 低于 6 的超精密加工和 Rz 低于 1 的超精細表面。為了獲得最佳的NVH性能，特定的微觀幾何形狀(例如，齒廓角和齒廓形狀偏差)將被應用在驅動齒上。
測試結果可根據要求提供。
珩齒的刀具解決方案
另一個重要的因素是刀具及其幾何結構和材料。針對各自工藝量身定做的刀具解決方案確保了齒形部件的表面和輪廓達到最高質量水平。DVS刀具的產品范圍涵蓋了所有的珩齒刀具。主要產品包括PRÄWEMA ORIGINAL 原裝珩磨輪圖12)和VarioSpeedDresser(VSD)多樣修形輪(圖14)。
為獲得高精度的加工結果，在珩齒過程中所施加的力是巨大的。這些力與部件特定的影響相結合，可能會在加工過程中產生不必要的振動，因此必須吸收這些振動以防止出現誤差。這就是為什么PRÄWEMA ORIGINAL?原裝珩磨輪有兩個磨料區域：帶齒加工區域外部是另外一層叫做緩沖區的材料，即緩沖區。該外部區域緩解了加工引起的震動，確保震動不會傳遞到珩磨頭和機床。
預開齒的PRÄWEMA珩磨輪的齒形質量與大批量生產的最終珩磨輪齒形非常接近，而這通常只有在加工過程中進行齒形修整后才能實現。我們通過VarioSpeedProfiling®(簡稱VSP)仿形加工來實現極高的齒距精度和齒廓形狀質量，同時確保整個珩磨輪始終保持高質量。
圖13：Präwema珩磨輪
最新一代PRÄWEMA SynchroFine®珩齒機床使用VSD技術來修整珩磨刀具。“VSD”代表Vario Speed Dressing® 多樣修形輪，其切削刀刃的幾何精度可以被定義的修整工藝，修整過程采用修整刀具的前刀刃進入珩磨輪。與傳統的金剛石修整齒輪相比，VSD修整刀具實現了以前無法達到的輪廓形狀和精度。粗糙度從2.0 µm改進到1.3-1.4µm。通過在VarioSpeedDresser上使用我們專有的DVS LaserCut 激光切割精加工技術，可以進一步提高齒形部件的表面質量和齒廓質量。在特殊的振動過程中，使用精密的VarioSpeedDresser和特殊晶粒的珩磨輪，粗糙度從1.3-1.4 µm改進到0.8µm。珩磨時間僅增加3-5秒。
圖14：VarioSpeedDresser 修整器組
資料來源: Präwema Antriebstechnik
經濟性與可靠性兼顧
DVS TECHNOLOGY GROUP開發的一體化生產方案，能通過對所有工藝環節的精確協調，生產出高質量轉子軸，滿足電動汽車傳動的全部要求。通過這一系列獨特的工藝解決方案，DVS 集團不僅實現了高效生產，同時顯著降低了單件成本。在某些情況下，與傳統生產相比，成本最高可降低40%。