畢業(yè)設(shè)計圓柱齒輪的磨削工藝與制造過程

1、裝訂線摘 要在齒輪加工技術(shù)領(lǐng)域里的進展，以及差動技術(shù)在齒輪加工中的應(yīng)用，演繹出了多種多樣的齒輪加工機床和加工工藝。其中之一就是成形磨削齒輪，齒輪成形磨本身是一項精加工淬硬齒輪工藝。滾切工藝是一種連續(xù)加工工藝過程，而成形法工藝卻是斷續(xù)加工過程。這就是說，機床每加工一個齒槽之后，工件作一次單分度。在用成形磨削工藝時，所用砂輪與工件齒槽的形狀完全一樣。既能磨外齒輪，也能磨內(nèi)齒輪的gleason-pfauter 公司的成形法磨齒機自從1984 年以來便行銷全球。在一開始，所用的磨削工具只是不可修整的cbn 砂輪。到了1994 年，因為機床配裝了砂輪修整裝置，這才有可能采用可修整的砂輪。關(guān)鍵詞：數(shù)控磨齒

2、機，gleason-pfauter，齒輪成型磨削，工藝設(shè)計gleason-pfauter forming grinding of gearsabstract：gear processing technology in the field of the progress and differential gears in the processing of applications, to perform a wide range of gear processing machine and processing technology. one of them is forming grindi

3、ng gears, gear forming mill itself is a hardened gear finishing process. roller cutting processing technology is a continuous process, and the method of forming process was interrupted. this means that each machine processing a alveolar, for the workpiece in a single sub-degree. with forming the gri

4、nding process, used by the wheel and the shape of the workpiece alveolar exactly the same. both grinding, gear, the gear can also wear the gleason-pfauter the forming of grinding machine since the 1984 global marketing since then. in the beginning, the grinding tool used by not only repaired the cbn

5、 wheel. by 1994, installed a machine with dresser devices, this may have the wheel can be repaired.keywords：cnc grinding machine, gleason-pfauter, gear grinding molding, process design.目 錄1 引言32 齒輪成形磨各個環(huán)節(jié)及重要因素 42.1 gleason-pfauter磨齒機（機床）42.2 砂輪52.3 工件72.3.1 工件特征72.3.2 工件材料72.3.3有特殊要求的工件8 2.4 工件夾具82.

6、5 磨削軟件93 磨削加工過程113.1 余量分配113.2 修整砂輪123.3 記錄接觸點位置123.4 磨削加工123.4.1 運動學原理123.4.2 比磨削率133.5 工件檢查144 行星輪磨削注意事項155 影響齒輪質(zhì)量的諸因素156. 影響齒輪表面光潔度的因素156.1 磨料166.2 修整砂輪時的影響參數(shù)166.2.1 速度比qd:166.2.2 重疊比ud:177 影響加工時間的諸因素187.1 齒面寬187.2 單面留余量197.3 比磨削率對磨削時間的影響207.4 砂輪沖程對磨削時間的影響207.5砂輪修整的頻次207.6 修整砂輪過程中的進給速度207.7 磨入段和磨

7、出段的影響207.8 多次走刀或大磨削深度磨削方法217.9 工件材料對磨削時間的影響218 誤差修正措施218.1 齒形誤差218.1.1 齒形角誤差fh228.1.2 齒形誤差 ff248.2 齒向偏差248.2.1 齒側(cè)線誤差fh258.2.2 軸向上的齒向誤差ff268.2.3 在磨入段和磨出段上的齒向誤差278.2.4 扭曲齒形288.3 齒距誤差289結(jié)束語3010謝 辭3111參考文獻32 1 引 言齒輪是機械工業(yè)中重要的基礎(chǔ)傳動元件，具有恒功率輸出、承載能力大、傳動效率高、使用壽命長、傳動比穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。由于齒輪在機械傳動中的重要作用及其形狀的復(fù)雜性，它的設(shè)計、制造水平

8、已成為一個國家現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)水平的標志之一，也是各國學術(shù)界和企業(yè)界關(guān)注和研究的熱點所在。因此，研究齒輪及齒輪加工的相關(guān)技術(shù)具有很大的理論和現(xiàn)實意義，其中成形磨齒是一種生產(chǎn)效率較高的齒輪精加工方法之一。在齒輪加工技術(shù)領(lǐng)域里的進展，以及差動技術(shù)在齒輪加工中的應(yīng)用，演繹出了多種多樣的齒輪加工機床和加工工藝。其中之一就是成形磨削齒輪，齒輪成形磨本身是一項精加工淬硬齒輪工藝。滾切工藝是一種連續(xù)加工工藝過程，而成形法工藝卻是斷續(xù)加工過程。這就是說，機床每加工一個齒槽之后，工件作一次單分度。在用成形磨削工藝時，所用砂輪與工件齒槽的形狀完全一樣。本課題意在通過改進齒輪的磨削工藝提高加工效率及減少生產(chǎn)中的廢品率。

9、在本文中，以行星輪的加工制造過程為例，對磨削工藝以及在實際生產(chǎn)中如何減少廢品率進行闡述。2 齒輪成形磨的各個環(huán)節(jié)及重要因素我們在實際生產(chǎn)中希望能夠加工出高精度、使用壽命長的齒輪，而整個加工制造過程，中間包含了許多環(huán)節(jié)，我們可以用下面的鏈條圖示，來表達這種環(huán)環(huán)相扣的關(guān)系。圖2.1: 系統(tǒng)中的各要素相當于一段鏈條1我們知道，在數(shù)控加工的過程中，為了得到高精度規(guī)格的產(chǎn)品，許多輔助加工的步驟是必不可少的。其中我們尤其對機床和磨削工藝的要求最高，下面我們來簡單介紹一下，我們加工齒輪所用的機床，2.1 gleason-pfauter磨齒機（機床）我們加工所采用的機床，在前面的概述中也提到了，其中我們對這一

10、類適用于高精度加工的機床有一下要求：1，高結(jié)構(gòu)剛度和高動態(tài)剛度，我們可以通過機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計來達到我們的目的；2，高的幾何精度，這要求我們機床的內(nèi)部零件要精密，裝配也要精密；3，高的熱穩(wěn)定性，我們通過回路的冷卻裝置、各種冷卻油來達到目的；4，磨屑的處理，由于磨齒的屑為粉末狀，我們的過濾裝置好壞將決定機床自身加工的效率及產(chǎn)品質(zhì)量。5，全封閉的加工區(qū)。 gleason-pfauter 磨齒機基本外如下圖所示，主要結(jié)構(gòu)有防護板、主軸電機、磨頭、過濾系統(tǒng)、電腦輔助系統(tǒng)等。圖 2.1機床外觀結(jié)構(gòu)圖如下：圖2.2: gleason-pfauter 生產(chǎn)的成形磨齒機的基本結(jié)構(gòu) 2.2 砂輪砂輪的好壞直接決定磨

11、削質(zhì)量。砂輪的表面磨削體和集合體的分布影響金剛滾輪對它的修正，同時過長時間的磨削損耗以及磨削時冷卻油的噴射，會影響砂輪表面粗糙度，導(dǎo)致磨削齒面粗糙度不達標，直接影響使用壽命。我們使用的砂輪主要有下面幾種類型：圖2.4： 砂輪的種類可修整型砂輪這類砂輪包括陶瓷粘結(jié)劑的砂輪，它們在成形磨齒機上借砂輪修整裝置修整成形，以氧化鋁和陶瓷作為磨料。不可修整砂輪這類砂輪以淬硬剛作為本體，把它加工到嚴格的公差，然后加上cbn 的涂層。只有單一的一層cbn涂層，用鎳做粘結(jié)劑電鍍上去。在成形磨齒機上，它們不能修整成形。圖2.5: 裝在砂輪接盤上的可修整砂輪可修整類砂輪，其磨料產(chǎn)生切削力強，壽命長，成型效果好，主要

12、用于高精密模具清角、切溝、研磨鏡面。我們所使用的砂輪為諾頓品牌，其外觀如下圖所示：圖2.6 磨削使用的諾頓砂輪外觀2.3 工件2.3.1 工件特征接著上述鏈條敘述，我們采用的毛坯經(jīng)過磨齒前的加工，車、熱處理、噴丸及磨等工序，到磨齒時僅剩下加工齒間左右面幾十絲的加工余量，假如在熱處理時沒有太大的應(yīng)力變形，我們的磨齒將按正常的步驟進行，假如有大的變形，會導(dǎo)致黑皮等現(xiàn)象，這些我們在后面的論述中將會進一步提到，如何預(yù)防以及解決黑皮現(xiàn)象。我們所加工的齒輪主要有以下幾大類：從齒輪嚙合上講主要有：外嚙合齒輪、內(nèi)嚙合齒輪從齒形輪廓上講主要有：直線齒輪、斜齒輪以及人字形齒輪等外齒行星輪加工為例，砂輪與工件的加工

13、位置關(guān)系如下圖所示：輪齒位于工件的外圓上。 左邊的是砂輪，右邊的工件與砂輪的接觸要適當，在對刀時尤其要注意。一旦發(fā)生加壓，會導(dǎo)致工件基準發(fā)生位移，最后加工的質(zhì)量大受影響。假如擠到工件，應(yīng)當把進給倍率調(diào)零，砂輪退回，然后重新校表定位。2.3.2 工件材料在加工淬硬材料時，通常指的是表面淬硬并經(jīng)回火的鋼材，其硬度在hrc 60 +/- 2 之間。工件的硬度是決定工件耐磨的主導(dǎo)因素，我們常說的磨削燒傷，就是部分齒面的硬度不夠，導(dǎo)致嚙合發(fā)生點蝕，導(dǎo)致齒輪箱壽命降低。在未經(jīng)淬火的軟材料上整體磨出齒形也日益普及。因為在加工試制件或單件生產(chǎn)條件下，整體材料成形磨齒更有其經(jīng)濟意義，這類工件大都是內(nèi)齒零件，外齒

14、不做闡述。在個別情況下，也可以在鑄造的球墨鑄鐵上磨齒。此時就需用專門研制的過濾系統(tǒng)，以便能把石墨和鐵屑的混合物從磨削油中分離出來。2.3.3有特殊要求的工件現(xiàn)代化的高性能傳動系統(tǒng)都具有高速、重載的特征。以行星輪的嚙合為例，當行星輪的齒頂與太陽輪的齒根部進行嚙合時，就會有很強的應(yīng)力變化，兩工件表面的粗糙度、硬度面臨巨大考驗，如果粗糙度或者部分齒面硬度不夠，將導(dǎo)致裂紋甚至點蝕、斷齒。這時候我們對外齒的頂部加入修形，即齒頂部不是標準齒形。這樣嚙合時接觸壓力均勻、噪聲小、傳動效率高，達到使用壽命長的目的。圖2.16: 在齒形和齒向上可能實現(xiàn)各種修形有時候我們也會遇到無修形的齒輪，我們稱之為標準輪，這類

15、齒輪的齒形齒向都是一條直線。有修形的齒形：在齒高上的修形，我們把它分作兩類：其一是在整個齒高上的鼓形修形，另一是齒頂和/或齒根上的修緣。這后者只是在齒頂和齒根才有修形。這類修形可使輪齒運行更柔順平滑，因而噪聲更小。這類修形也可做在齒向上。這里的鼓形和/或兩端修緣旨在避免軸線不平行時傳動齒輪副出現(xiàn)的邊緣接觸。齒高上的鼓形修形和齒向上的兩端修緣可以同時施用。2.4 工件夾具工件夾具可分作兩大類：1）雙頂法裝夾。軸齒輪通常在它的兩個端面上各有一個中心孔。工作臺的扭矩可通過適當?shù)尿?qū)動器來 傳遞到工件上。同心度取決于兩個頂尖的定位精度。此類工裝常用于軸類零件的加工。2） 用端面定位，用軸向或/和徑向力夾

16、緊：帶有孔的工件可以用端面和孔來定位，而用壓板、螺釘或夾爪之類的裝置把它向下壓牢。工件定心可用校正參考面的辦法，或者用脹套自定心。行星輪的裝夾大多采用此類工裝。在這方面，我們要注意一下幾點：1）要確保圖紙上的參考面與工作臺同心。2）裝夾不可過緊，防止應(yīng)力變形。4）被加工齒輪的定位位置一定要保證齒面寬在機床的有效軸向行程之內(nèi)。5）務(wù)必要檢查工裝運轉(zhuǎn)后是否與機床部件有沖突，確保人身和機床安全。2.5 磨削軟件我們使用的機床采用的是西門子操作系統(tǒng)，具有簡單易操作的特點，其中主要有以下幾個功能區(qū)： “輸入”區(qū)圖2.17： 磨削軟件的輸入?yún)^(qū)在“輸入”區(qū)里可以生成數(shù)據(jù)文件，并可打開和保存文件，即使在機床加

17、工過程中也可進行這些操作。也是在這個界面下編制實際要用的加工程序。要錄入的 “工件” 數(shù)據(jù)包括所有加工中的輔助裝置（測頭，砂輪等），而“齒輪”數(shù)據(jù)輸入包括齒輪的主要參數(shù)和所要求的各項操作（磨削，檢查，.）.“輸入” 區(qū)的主要功能在于：1） 訪問所有的輸入數(shù)據(jù)2）定義磨削參數(shù)與工藝參數(shù)3）執(zhí)行齒輪磨削計算4） 調(diào)整效果的檢查5）生成cnc 數(shù)控零件程序“設(shè)置“ 區(qū)在 “input side” 輸入欄下生成的cnc 程序被傳送到加工區(qū)。“加工” 區(qū) 圖2.18： 磨削軟件的加工區(qū)在 “加工” 的加工清單項下可以找到生成的加工程序和各項設(shè)置。在這里您還可以把它們傳送到cnc 控制系統(tǒng)，按一定的程序?qū)?/p>

18、之進行加工?！凹庸ぁ?區(qū)的主要功能在于：1）執(zhí)行cnc 零件程序2）與cnc/plc 相交流“輔助” 區(qū)圖2.19： 磨削程序的”輔助” 區(qū)“輔助” 區(qū)的主要功能有：1）機床參數(shù)與數(shù)據(jù)參數(shù)的管理2） 所有加工數(shù)據(jù)的管理3） 分析與評估測量結(jié)果，并將它們顯示出來“輔助” 區(qū)包括以下菜單：檢查圖形查看，打印，打開和保存檢測結(jié)果數(shù)據(jù)庫管理重命名和刪除數(shù)據(jù)記錄機床參數(shù)砂輪修整裝置的設(shè)置數(shù)據(jù)，坐標數(shù)據(jù)，尺寸，零位偏置，主軸數(shù)據(jù)工藝參數(shù)砂輪的精修整與粗修整等工藝參數(shù)，以及磨削加工的參數(shù)都出現(xiàn)在這里。自動計算分幾次磨削就用這兒規(guī)定的數(shù)據(jù)切換語種在提供的語種之間切換版本信息磨削程序的版本號3 磨削加工過程當工

19、件與砂輪在磨齒機上裝夾好之后，只需不多幾步操作便可磨削加工和檢查了。下面，我們以行星輪的加工為例，包括中間的磨削工藝、注意事項進行系統(tǒng)的講述。圖3.1: 齒輪磨削加工各工序3.1 余量分配在余量分配前，我們要按照工藝要求，在相應(yīng)的校表帶定好加工的基準，之后才可以余量分配。余量分配工作包括：1）把自由轉(zhuǎn)動的工件相對于砂輪定好位，此時要考慮淬硬后工件的變形。2）測量齒面，決定最大和最小的磨削余量。做余量分配有哪此好處以及做之前要做哪些工作：1）把工件置于適當位置，可在齒側(cè)的兩面磨去等量的金屬。2）可以確保齒側(cè)兩面都能足夠的余量，磨出完全的齒形。3）因為淬火變形，通過余量分配，可以檢查出是否有足夠的

20、余量磨出完整的齒形。4）如果余量太小，磨不出完整的齒形，就應(yīng)把名義尺寸縮小。余量分配之前要做哪些工作1）磨前要把機床內(nèi)部裝夾的輔助工具拿出來，防止機床運行后導(dǎo)致不必要的麻煩，甚至發(fā)生危險。2）擦拭齒面，去除齒輪表面的砂輪灰等雜物，防止出現(xiàn)對中假象。3.2 修整砂輪余量分配完成后，如果上件工件的齒形或者公法線有需要改動的，我們要對砂輪進行修整。公法線和齒形變化小于10絲的，我們只要修整一次砂輪就可以了。修整砂輪還有以下作用：1）把已經(jīng)鈍了磨粒打掉，以恢復(fù)砂輪的磨削功能。2）開放切屑空間。3）在砂輪上打出準確的幾何形狀。4）把砂輪的徑向跳動降至最小。3.3 記錄接觸點位置前兩道任務(wù)完成后，我們要記

21、錄對刀點。要確定并采用（砂輪與工件）接觸點位置時的中心距，從而便可以確定和控制徑向上的進刀量xtot。從余量分配，以及從接觸點位置計算出的中心距，檢測出工件的回轉(zhuǎn)位置。在軟件菜單中選取“記錄接觸位置”，從而讀出 “所測得的最大余量齒距”。3.4 磨削加工3.4.1 運動學原理輪齒的齒形是轉(zhuǎn)動著的砂輪的負面形狀。砂輪轉(zhuǎn)速（b 坐標）給出磨削速度vc。用下式計算磨削速度：圖3.8: 砂輪在磨削行程中位于齒間里的情況齒向上的磨削是由z 坐標的進給運動完成的。進給運動是滑板（z 坐標）在進給量為z 時向前移動生成的（通常把進給量寫作fz）。在加工斜齒輪時需要給砂輪一個附加的轉(zhuǎn)角運動（即a 坐標），一個

22、軸向運動（z 坐標），另外還有一個工件的附加回轉(zhuǎn)運動（c 坐標）。3.4.2 比磨削率在磨削過程中，引入一個體現(xiàn)金屬去除量特性的概念，即比磨削率qw。定義：比切屑率qw 這個術(shù)語的定義是在磨削過程中，在一個假想砂輪1 毫米的寬度上，每秒鐘切除的切屑容積。圖3.14: 比磨削率 qw每一齒廓上的加工余量q在齒根的加工余量qxf在齒頂?shù)募庸び嗔縬xa這里的切屑容積包含的因素有：x 徑向切入進給量mm60/zeff 砂輪在1 秒鐘內(nèi)行經(jīng)的有效進給長度mm/s1 mm 反映在法截面上1 mm 寬度上（相對砂輪軸線）的切屑量mm其結(jié)果是簡化后得：比磨削率的單位是砂輪寬度每毫米，每分鐘，若干立方毫米這樣做

23、的好處是：因為考慮的只是砂輪上1 毫米寬度，所以不同規(guī)格的工件（指不同截面的齒槽）也有了性能參數(shù)可比較了。在計算分多少次磨削時，qw 是一個參考變量。磨削軟件計算出一個分次磨削的次數(shù)，借此就可以把某種磨料的最大qw 值限定在一定的范圍內(nèi)，而不致超出。表3.3: 這里列出的是cbn 砂輪的允許比磨削率，以粒度為函數(shù)表3.3: 可修整砂輪的最大允許磨削率 以上是磨削編程的原理，簡單的說就是qw和vw的確定。我們在“磨削”編程選擇的排刀，必須遵守其最大和最小值。目前我們加工的行星輪qw為粗磨為600，磨為300。vw值粗磨4.5，半精磨為1.6，精磨0.8。3.5 工件檢查磨削加工完成之后，可隨即用

24、測頭在機檢查工件。這便無需另外添置單獨的齒輪檢查儀了，這在經(jīng)濟和時間上都是很大的節(jié)約。測量標準用的是din 或/和agma?？梢詼y量以下諸項目：1） 齒形 2） 齒向3） 周節(jié)（齒距）4） 跳動5） 公法線長度/用測球或測針測量6） 齒頂和齒根的直徑7） 人字齒輪的螺旋線的交點（上、下兩個齒輪的交點）齒向 齒形 周節(jié) 跳動 fr公法線長w4 行星輪磨削注意事項行星輪加工過程中需要注意一下幾方面：1）工件上機床前務(wù)必檢查表面是否有碰傷、上道工序是否交檢。2）校表后必須將機床內(nèi)部輔助工具帶出，機床內(nèi)部保持整潔。3）砂輪對刀時，不要擠壓工件，避免基準的位移。4）磨削排刀完成后，檢查是否有進給過大的沖

25、程，磨削過稱中是否有異常火花。5）磨削完成后檢查齒面是否有黑皮或者裂紋，結(jié)合齒形在線報告觀察粗糙度。5 影響齒輪質(zhì)量的重要因素成形磨齒齒輪的質(zhì)量很大程度上取決于機床的精度穩(wěn)定性，輪、冷卻油、油嘴的噴射角度輔助作用，那么以上的硬件條件無法改善的話，那我們只有通過改動磨削工藝來提高齒輪質(zhì)量，降低廢品的產(chǎn)生，提高效益。影響磨削加工的諸因素，以下是磨削方式：1）“雙面磨削” _ 在一次工步里，同時粗、精磨一個齒槽的兩個齒面。2）“雙面磨削/單面磨削” _ 粗磨時用雙面磨削，精磨時用單面磨削。3）“單面磨削” _ 用單面磨削法分別粗磨和精磨。4）“曲折進給磨削” _ 依次連續(xù)磨削各個齒槽，但是軸向進給的

26、方向也在依著次序地切換。曲折磨削既可以是單面磨，也可以是雙面磨。行星輪加工可以采取雙面磨，也可以采取單面磨，雙面磨效率比單面磨效率高一倍，但是磨出的齒形精度一般不如單面磨來的好。6. 影響齒輪表面光潔度的因素磨削加工齒形的表面光潔度標注在圖紙上，它受到許多因素的影響。其中砂輪的好壞以及金剛滾輪的修整參數(shù)很大程度上決定了齒輪粗糙度的好壞。下面來介紹下磨齒所用的砂輪包含的數(shù)據(jù)以及金剛滾輪修整參數(shù)。6.1 磨料對于cbn 砂輪而言，所選用的磨料是影響齒輪表面光潔度的主要因素。圖6.1： cbn 砂輪的磨粒尺寸可根據(jù)砂輪直徑和允許的表面不平度的深度來選取知道了砂輪直徑的大小和要求的表面光潔度，便可借助

27、上面的圖表確定磨料的粒度。砂輪使用一段時間后，加工的表面光潔度會提高20%。這種表面質(zhì)量的改善是因為：突出的個別磨粒在一開始會受到較大的應(yīng)力而脫掉，也就是說砂輪變鈍了。就可修整的砂輪而言，它的磨粒尺寸的選擇與所要求的表面光潔度之間的關(guān)系倒不那么緊密，然而更多的是要考慮留磨余量、工件材料的可加工性、以及材料的切屑成形。要達到所要求的光潔度，最好是在精磨時，選取適當?shù)纳拜喰拚麉?shù)。從一開始，隨著可修整砂輪的突出的磨粒被磨損掉之后，也有提高表面光潔度的效果。然而這個效果的明顯程度取決于砂輪修整的粗、細程度。6.2 修整砂輪時的影響參數(shù)在使用可修整砂輪精磨齒輪時，加工出來的齒廓表面光潔度會受到速比qd

28、 的影響(+號表示順磨，-號表示逆磨)，還要受重疊系數(shù)ud 的影響。6.2.1 速度比qd:所選用的砂輪速度和金剛輪的速度，以及它們的旋轉(zhuǎn)方向，對金屬切除率，以及對磨削加工表面質(zhì)量有重大的影響。砂輪表面的形狀結(jié)構(gòu)取決于砂輪與金剛輪之間的相對速度。在圖6.4 上，左邊表示的是一只磨削性能很高而表面粗糙的砂輪，它是在正速比下修整出來的；右邊的是一只負速比下修整出來的砂輪，它的表面相對要光整些。圖6.4： 作為速度比函數(shù)的表面粗糙度的有效深度13連續(xù)兩只金剛輪在它們的有效工作路徑上，把砂輪表面修整成一個波浪狀廓形，因而生成表面粗糙度的有效深度。然而，因為有許許多多的這種有效路徑相互重疊，所以實際的有

29、效深度要比理論上的廓形深度h 要低一些。粗磨時要求砂輪表面具有高的磨削性能，以保證盡可能大的金屬磨削率（qw）。所以就應(yīng)采用同向法修整砂輪（即正負號的速比），速比范圍應(yīng)當在0.4 到0.8 之間。雖然1：1 的速比會生成更加有效的表面深度，但這時在砂輪與金剛輪之間沒有相對速度，而致?lián)p壞金剛輪。精磨時可以采用逆向法修整砂輪（即負號的速比），速比范圍應(yīng)當在 -0.4 到 -0.8 之間，以便能磨出更光整的表面。然而光整的砂輪表面，再加上表面硬度高（大于hrc60），容易出現(xiàn)表面燒傷的危險。6.2.2 重疊比ud:重疊比ud 所描述的砂輪金剛輪的有效寬度bd 與砂輪修整進給量sd 之間的關(guān)系（6.1

30、）金剛輪的有效寬度bd 直接取決于金剛輪的圓角，進給量z2，以及在齒形方向上單一齒面上的磨削深度ad。按照公式（6.1）的定義，在重疊比為1 的時候，砂輪上粗糙度的有效深度就應(yīng)等于每一齒廓在齒形方向上的磨削深度ad。如果重疊比為2 時，修整進給量sd 就要減小一半，同時也就將粗糙度的有效深度減小。但砂輪上仍然還有減小后剩下那部分砂輪粗糙度有效深度。圖6.8： 壓力角20o 時，粗糙度有效深度與重疊比的函數(shù)關(guān)系有效粗糙度與重疊比之間不是線性關(guān)系。重疊比從1 變?yōu)?，我們可以看出有效粗糙度有重大的變化，然而重疊比在5 到10 之間卻基本上看不到有效粗糙度有什么變化。粗磨時，重疊比常選在1.2 到1

31、.5 之間，這樣就可以得到磨削性能良好的砂輪表面結(jié)構(gòu)，進而可獲得高的磨削率qw，同時還不那么易于出現(xiàn)表面燒傷。精磨時，根據(jù)表面質(zhì)量的要求，重疊比應(yīng)選在2.5 到8 之間。這里要記住的是，在較大的重疊比（也即砂輪表面較平整）下修整出來的砂輪來磨硬工件時，有燒傷工件表面的危險。我們在加工行星輪時，以fd1660bw0110r1型號為例，各項修整參數(shù)如下表所示：磨削方式修整次數(shù)進給量速度比重疊比粗磨10.050.61.5精磨20.03-0.88 表6.2 行星輪的砂輪修整參數(shù)7 影響加工時間的諸因素對磨削工藝的關(guān)鍵要求是要縮短加工時間，同時還要保證質(zhì)量，甚致提高質(zhì)量。自然而然就會產(chǎn)生這樣的問題：如何

32、才能達到這個目的呢？下面我們就來說明一下影響磨削加工時間的一些因素。有些因素我們可以調(diào)整，有些因素我們無能為力而只有接受。7.1 齒面寬齒面寬就是每個齒輪上要磨削的那一段長度（l），它對磨削時間有重大影響。式中： b = 齒面寬 毫米z = 齒數(shù) = 螺旋角o圖7.1： 磨削時間與齒寬的關(guān)系（一個實例的數(shù)據(jù)）從圖7.1 可以看出，磨削時間與被加工齒輪的齒寬有線性關(guān)系。一個齒輪的齒寬，齒數(shù)或者螺旋角都是無法改變的，因此也就沒有辦法對它們進行優(yōu)化。切削時間與齒寬的函數(shù)關(guān)系7.2 單面留余量每一齒廓上的留磨余量（q）就是前道加工工序所預(yù)留下的加工余量，同時還可能涉及淬火變形量。同樣的工件上，各個齒廓

33、上的余量也不盡一致：1）工件與工件之間的不一致2）各個齒之間的不一致3）在齒寬的各個位置上不一致4）沿齒形高度上的不一致這就是每一工件的磨削加工時間不盡相同的原因。為了確定磨削加工所需的時間，重要的不僅僅是要知道留量的大小，而且還要知道淬火的變形量，以及余量在整個圓周上的分配。磨削加工應(yīng)當在余量的最高點開始。要通過測量余量的分布情況來決定出這個最高點，從而才能決定出總的磨削時間。磨削加工時間與每一齒廓上的加工余量（q）之間也有著線性關(guān)系。較小的加工余量對磨削加工時間有正面的影響。但是, 這也是以前面各道工序都得到了較好控制為前題的，否則，要是淬火時變形太大，最終會磨不出所需要的尺寸。7.3 比

34、磨削率對磨削時間的影響比磨削率是徑向切入深度（x）與軸向進給量z 的剩積。要縮短磨削時間，最好就從它入手。然而要調(diào)整這個因素也受到一些限制，具體用的是什么磨料，被加工材料是什么，以及可能出現(xiàn)表的面燒傷。如果超出了允許的比磨削率qw，會傷及工件材料的組織。在比磨削率qw 不變的情況下精磨，而用改變比磨削率qw 來粗磨齒，以算出不同的磨削時間。使用可修整砂輪時，可以看出，隨著磨削率qw 的增大，磨削時間就會縮短。但是磨削時間的縮短并不呈線性變化。這是因為磨削時間里還包含著砂輪修整時間，而砂輪修整時間并不會隨著磨削率qw 的增大而縮短。我們姑且讓磨削率無限增大，那剩下的就只是砂輪修整時間了。7.4

35、砂輪沖程對磨削時間的影響粗磨通常都采用分度無空程磨削。這是最快的辦法，每一齒槽磨削的沖程數(shù)都是奇數(shù)，即第1 個齒槽從上面往下磨（即逆磨），而精磨從底面開始磨。而磨第2個齒槽時，從底面開始磨（即順磨），而精磨時則從上面開始磨。這里我們所討論的是曲折沖程對磨削時間的影響。因為在精磨中，工件的質(zhì)量比加工時間更重要，所以在精磨時通常都選擇分度時有空程的磨削方式。所增加的這個空程就使沖程數(shù)成了奇數(shù)。即相鄰齒槽的磨削方向都是一樣的。（最后一個沖程總是同一個方向）7.5砂輪修整的頻次因為在磨削中也要修整砂輪，所以會中斷磨削過程。因之，修整砂輪的次數(shù)全都算成磨削時間了。在所用磨料允許的切屑容積qw 達到之后，

36、就要修整砂輪。如果人為地去延長修砂輪的時間間隔，那就會冒著砂輪大幅度磨損，進而招致表面燒傷的危險。所以延長砂輪修整時間間隔并不是一項優(yōu)化磨削時間的辦法。在這方面，只有經(jīng)驗豐富的用戶，才有可能根據(jù)生產(chǎn)中的經(jīng)驗來人為地干預(yù)磨削工藝過程。7.6 修整砂輪過程中的進給速度在修整砂輪過程中，采用大進給量自然可以縮短磨削加工時間，但這樣會大大改變砂輪表面的結(jié)構(gòu)形狀，同時也就會影響到被加工齒輪的表面質(zhì)量。只有在需要保證特定的表面質(zhì)量時，或者要保證一定的磨料壽命時，才會去改變修整砂輪時的進給速度。7.7 磨入段和磨出段的影響每一砂輪沖程都包含有一個磨入段和一個磨出段，自然它們也會影響到磨削時間。它們的長度取決

37、于齒輪的幾何形狀，徑向進給量，以及砂輪的直徑大小。磨削軟件使用輸入的數(shù)據(jù)來計算出磨入段和磨出段的長度，并對之進行優(yōu)化。這兩段長度都不可能縮短，否則，在徑向進給時，砂輪會與工件發(fā)生沖撞。7.8 多次走刀或大磨削深度磨削方法是選擇多次走刀，還是選擇大磨削深度磨削方法，這直接與磨入段和磨出段有關(guān)聯(lián)。多次走刀磨削方法指的是用較低的磨削深度（x）和較大的進給量（z）來加工。用大磨削深度的蠕動磨削方法也可達到與大進給量，小磨削深度磨削方法相同的比磨削率qw。這就是說前者的沖程數(shù)要少些。大磨削深度磨削不用象多次走刀方法那樣需要頻繁地經(jīng)磨入段和磨出段，這就是它的優(yōu)點所在。所以大磨削深度磨削也是加快磨削過程的一

38、個因素。然而需要考慮的一點是：在所有的磨削工藝里，磨料都必須從本體上崩掉，使產(chǎn)生一種自磨銳效應(yīng)。只有當因為磨粒變鈍而使磨削力（法向力fn）超過某一限度時，才會出現(xiàn)這種自磨銳效應(yīng)。在大磨削深度蠕動磨削中，由于接觸線長度（lk）增加，這就會使砂輪與工件之間的接觸面（ak）也增大。每一磨粒所承受的磨削力也減小了。這樣一來，您所期望的自磨銳效應(yīng)也就不會發(fā)生。對此的反措施是可以采用組織結(jié)構(gòu)稍微疏松些的砂輪（在一定接觸面上磨粒更少些，因而每一磨粒所受到的正壓力也會更大些，使磨粒更容易崩掉）。7.9 工件材料對磨削時間的影響在加工軟材料時，可以選取較高的qw，因而會縮短磨削時間。磨削硬度在hrc 62 以上

39、的材料，則需根據(jù)所用的砂輪材料和修砂輪的情況，選取允許的最大比磨削率qw，以避免出現(xiàn)工件表面燒傷的危險。這自然會增加磨削時間。8 誤差修正措施無論機床剛度有多么好，精度有多么高，加工之后總會發(fā)現(xiàn)一些并不希望有的誤差。這首先要通過檢查來發(fā)現(xiàn)，然后再用特定的修正方法來補救。8.1 齒形誤差工件齒廓的形狀很大程度上取決于砂輪的幾何形狀。直接影響所及的是齒形誤差ff 和齒形角誤差fh。綜合齒形誤差f 是齒形和齒形角兩項誤差的總和。圖8.1: 齒輪精度標準關(guān)于齒形偏差和軸向誤差的定義238.1.1 齒形角誤差fh在記錄紙上所顯示的齒形角誤差fh 是在與記錄紙走紙方向相垂直的方向上，在cc和c”c”兩條線

40、之間讀取的尺寸值。cc和c”c”兩條線與線條aa 相平行，并在測量范圍的終、始點與線bb 相交。24（參見圖8. 1）當頂部的材料比齒根部多時，齒形角誤差為正。造成齒形角誤差的原因是：加工出的工件齒形取決于砂輪齒形相對于工件的位置精度。如果這個位置精度在徑向（x 坐標）上和切身（y 坐標）上不準確，它們就成了主要的齒形角誤差?？s小中心距（x 坐標）會減小齒形角誤差fh，朝齒頂方向退縮。兩齒側(cè)減少同等量的誤差。圖8.2： 圖中示出當中心距減小x 一段的長度時，砂輪齒形所在的位置在磨削外齒輪時，切向竄刀如果是朝向左齒廓，那么（右齒廓的齒形角）fhr 就會減小，而（左齒廓的齒形誤差）fhl 便會增大

41、。圖8.3： 砂輪齒形向左側(cè)偏位y 表8.1 和表8. 2 所示為外嚙合和內(nèi)嚙合齒輪的齒形誤差，以及相應(yīng)的位置偏差。表8.1： 外嚙合齒輪的齒形偏差，及其相應(yīng)的砂輪廓形的位置偏差表8.2： 內(nèi)嚙合齒輪的齒形偏差，及其相應(yīng)的砂輪廓形的位置偏差修正措施：位置偏差大多具有疊印上去的，左、右兩齒廓都出現(xiàn)偏差，它們的偏差數(shù)值不一樣，所帶的方向符號也不相同。對此的修正措施要從兩方面來考慮：1. 首先是砂輪齒形要從切向方向位移到工件的中心位置上。這樣便可以保證左右兩齒面的齒形角誤差值大小是對稱的。（也就是說誤差的大小和所帶的符號都是一樣的）。2 一個對稱性的齒形角誤差可以用改變中心距的辦法來糾正。這里我們還

42、要說一下可修整砂輪與cbn 砂輪的區(qū)別，它們是：在使用cbn 砂輪加工時，修正措施在于改變砂輪在機床上的位置。但是砂輪的厚度是固定的，先在x 坐標上移動砂輪，然后再改變槽寬“e”，這樣就改變了工件上基圓切線的長度。這就意味著cbn 砂輪不僅止于相對于工件軸線（即工件臺中心）的準確定位，而且中心距也要準確。生產(chǎn)廠家要把定位數(shù)據(jù)寫在文件里，提供給用戶。對于可修整的砂輪而言，修正措施不會影響到砂輪的位置，而是影響砂輪修整裝置，即要修正的是修砂輪過程。這樣，在分別修整砂輪的兩側(cè)齒形時，的確就不再依賴于改變中心距了，以及相應(yīng)地改變齒槽的寬度e?？梢允褂谩褒X形扭曲偏差補償”compensation of

43、profile slope deviation 菜單，在砂輪輸入范圍里對齒形角誤差fh 進行修正。8.1.2 齒形誤差 ff在檢查記錄紙上，齒形誤差 ff 是在與走紙方向相垂直的方向上測量到的，數(shù)值大小就是bb與b”b”兩條線之間的距離，這兩條線與實際漸開線bb 相平行。在測量范圍內(nèi)，它們出現(xiàn)在檢查記錄紙上。齒形誤差也包括齒形波度25 的波形深度。產(chǎn)生齒形誤差的原因：齒形誤差是加工用砂輪的齒形偏差在工件上的反映。修正措施：如果使用的是可修整砂輪，在齒形方向上的磨損了的金剛輪有可能會在工件上打出一個凹的鼓形面（c）。有時候，這個誤差可以用編程得到的齒形鼓形來和它疊合以求補償。但是砂輪金剛輪的半徑

44、并不是均勻磨損的，金剛輪用了一段時間后必須予以車正，或者更換新的。此外，砂輪表面上的有效粗糙度深度也是包含在齒形誤差ff 里的。所以在使用可修整砂輪時，一定要注意修砂輪的工作狀態(tài)。如果使用的是cbn 砂輪，它的齒形取決于砂輪的本體形狀，以及磨料鍍層。在訂購砂輪時一定要考慮最大的允許齒形誤差。這里齒形方面的問題要由砂輪的生產(chǎn)廠家來協(xié)助解決。8.2 齒向偏差在這里涉及3 個項目：軸向齒側(cè)線形狀誤差ff，齒側(cè)線誤差fh，還有齒側(cè)線綜合誤差f，要區(qū)別對待。齒向精度在很大程度上取決于機床的運動精度。8.2.1 齒側(cè)線誤差fh在測量記錄紙上，齒向誤差是在垂直于記錄紙走紙方向量出的，它是記錄紙上cc與c”c

45、”兩條線之間的一段距離。這兩條線與aa 線平行，并在齒側(cè)線測量范圍的終、始點相交。下圖所示為幾種可能出現(xiàn)的齒向誤差，生成這些齒向誤差的原因，以及修正它們的方法。圖8.6： 一個錐形齒的示意圖原因：圖8 .6所示的齒形被加工成錐形了。誤差是對稱的（左、右兩齒廓錐度相同）。軸向滑板行程（在x 坐標方向上）與工件軸線不平行。另一個原因就是工件沒有夾緊，而出現(xiàn)位移。校正方法：齒輪檢查儀床坐標的平行度，必要時調(diào)整機床。為此，要在工作臺上插一根檢驗心棒。最快的解決辦法就是在齒輪上重磨一個相反的錐度。若是用雙面法磨削，只需在徑向上（x 坐標）校正就行了；若是用的單面法，那還得在回轉(zhuǎn)坐標c 上做附加的校正。圖

46、8.7: 未經(jīng)校正的螺旋角原因：在圖8.7 中，砂輪上的螺旋角與公稱的螺旋角不相符?？雌饋砉ぜS線與軸向滑板行程不相平行。這里要考慮以下幾個方面。如果我們假定螺旋角不合格是因為坐標傾斜造成的，自然工件是在帶有同樣誤差的機床上測量的。這就是說在磨齒機上是檢查不出偏差的。因此，這種偏差只能用外部測量系統(tǒng)來檢查。從此，可得出結(jié)論，因磨齒機招致的齒向誤差表明在磨削中因受到外力而產(chǎn)生了位移。校正方法：機床上不平行的坐標應(yīng)如上述進行調(diào)修。如果發(fā)現(xiàn)有因受到外力而產(chǎn)生了位移，那就要檢查夾緊系統(tǒng)，必要時更換之。齒向誤差通常都是具有復(fù)合的特性，因而接下來，要把它們分解為徑向的和切向的分量。8.2.2 軸向上的齒向

47、誤差ff軸向齒形誤差是在與檢查記錄紙走紙方向相垂直的方向上，并在bb與b”b”兩條線之間測讀出的。它們出現(xiàn)在檢查記錄紙上軸向測量范圍之內(nèi)。下圖所示是幾個軸向齒向誤差的例子，產(chǎn)生這些誤差的原因，以及它們的校正方法。圖8.8： 左邊是兩端非對稱修緣的齒形，右邊是未經(jīng)校正的鼓形原因：在大軸向走刀速度下，用雙面法磨削有修正的齒輪時，就有可能出現(xiàn)圖8.8 所示的狀況。鼓形方向變化和上端修緣的開始點都偏高了。校正方法：用單面磨削法就可以消除這個影響，因為此時是通過工作臺軸線（c 坐標），而不是用徑向（x 坐標）坐標來實現(xiàn)齒形修正的。減小軸向進給速度也可以降低這一影響。圖8.9： 圖示為有鼓形和明顯錐度的齒

48、形原因：圖示的鼓形輪廓一開始就可用檢查齒向的方法發(fā)現(xiàn)它。但是在這種情況下，還應(yīng)指出另一誤差源：按照工件齒的鼓形量，夾具的高度定得不妥。工件的實際位置比刀具（砂輪）的加工范圍高了。圖8.10: 磨鼓形齒的運動順序示意圖，圖中表明夾具高度定得不對斜齒小齒輪齒形扭曲超出了允差范圍。校正方法：如果出現(xiàn)了上述誤差，建議再次檢查夾具高度。有沒有齒形扭曲，可以通過檢查齒頂和齒底部分的齒形，和測量齒頂和齒底部分的齒向發(fā)現(xiàn)。如果這些誤差太大，那就得改用單面磨削法，再結(jié)合著無扭曲磨削來處理。圖8.11 ：波浪形齒向示意圖原因：在磨斜齒輪時，圖8.11 所示的波浪形齒表示，在砂輪軸向進刀時，工件有不均勻的附加回轉(zhuǎn)運

49、動。工作臺是通過蝸輪驅(qū)動的（分度驅(qū)動）。分度蝸桿上微量的齒距誤差可通過蝸桿誤差的補償進行電子校正。如果這個補償功能沒有激活，在加工斜齒輪時，就有可能出現(xiàn)圖示幾何形狀的齒側(cè)線。校正方法：要由格里森-普發(fā)特的人員來檢查蝸桿誤差補償功能，必要時予以校正。8.2.3 在磨入段和磨出段上的齒向誤差無論直齒輪，還是斜齒輪，由于因外力作用而使工件夾緊機構(gòu)，或/和砂輪發(fā)生位移，都會導(dǎo)致磨入段和磨出段發(fā)生齒向誤差。對此的基本考慮：直齒輪：在加工過程中，砂輪與工件之間是一條線的接觸。加工直齒輪時，這條接觸線是水平的，也即不管您在線上選取哪一點，它們的高度都是一樣的（在軸向上觀察）。這就是說切向上的磨削力彼此相等，

50、因為兩齒側(cè)同時接觸。只需考慮徑向上的位移。斜齒輪：磨斜齒輪時情況就不一樣了。如果我們考慮不同圓柱上的任何點，左、右兩側(cè)每點的高度都不一樣。這樣的結(jié)果就是，在砂輪的軸向沖程中，首先接觸的是左齒廓，因而迫使其向右。加工進一步推進，砂輪就會磨到右齒廓。這就是說，此時切向力便彼此相等了，迫使砂輪返回到它的中央位置。在測量齒輪時，從磨入段和磨出段上的非對稱性齒向誤差，可以看出砂輪的切向位移。然而，這個效果還與其它的一些因素有關(guān)：1）軸向進給速度 _ 軸向進給速度越快，磨入段和磨出段的齒向誤差越大。2）被加工料的硬度 _ 材料越軟，這一效果越不明顯。3）磨料的銳利程度 _ 磨料磨削性能越好，切入和磨出段的

51、移位越小4）冷卻液的壓力 _ 在砂輪的回轉(zhuǎn)作用下，冷卻液強行進入齒間，這也會產(chǎn)生一種偏位作用，這點也不容忽視。磨入和磨出段的齒向誤差可以在“嚙合”菜單（“gearing” menu）輸入端部修緣來予以校正。8.2.4 扭曲齒形圖8.14: 扭曲齒形在磨削有鼓形和/或錐形的斜齒輪時，在采用一定的磨削加工方法時，通常會出現(xiàn)扭曲齒形。扭曲齒形的特征是，在整個齒寬上齒形角誤差fh 有變化。另一特征是在測量圓柱的不同直徑上，齒側(cè)線誤差fh會有規(guī)律的變化。扭曲的程度取決于齒輪的特征和漸開線修正量的大小。通常小齒輪上的齒面扭曲變形最為明顯。應(yīng)當把測量到的扭曲度與要求的切齒質(zhì)量相對比。根據(jù)對比的結(jié)果就可以決定是否需要采用無扭曲磨削方法。8.3 齒距誤差圓周齒距pt 的定義是分度圓（d）上，界于兩個連續(xù)右齒面或左齒面之間的一段弧線。圓周齒距也可以在一個盡量與分度圓接近的，并且以齒輪軸線為中心的一個圓（即測量圓）上測量。由于切齒機上的齒距誤差而生成的圓周齒距誤差，因為高的機床精度加上各坐標的電子控制，它們大都得以糾正。按照din3960