磨齒機金剛石滾輪成型修整應用

與金剛石滾輪修整數控成形磨齒機分析。數控成形砂輪磨齒機廣泛應用于航空航天、船舶、風電、核電、軍工等重型機械傳動行業精密齒輪磨削，尤其適合大模數、少齒數齒輪精密磨削。成形砂輪磨齒機磨削齒輪是將砂輪截形修整成與齒輪齒槽相適應的形狀，通過往復磨削獲得精確齒廓。數控成形砂輪磨齒機的最大優勢在于數控砂輪修整器，配備相應的軟件后可以磨制各種齒形修緣、齒根圓角過渡曲線、鼓形齒、各種特殊齒形、擺線齒、圓弧齒和花鍵等。

       數控成形砂輪磨齒機采用成形法磨削，砂輪截形精度是關鍵，這取決于截形計算精度及砂輪修整精度。國內外磨齒機制造商對成形砂輪修整技術進行了深入研究，開發了不同的砂輪修整裝置，以此保證砂輪的修整精度，提高齒輪磨削精度。本文介紹了數控成形砂輪磨齒機砂輪修整技術方面的進展和現有的數控砂輪修整裝置及修整技術，并對如何獲得高的廓形精度進行了討論。

       1 、數控成形砂輪磨齒機砂輪修整方法

       對成形砂輪的修整主要有金剛筆和兩種形式，金剛筆修整結構簡單、成本低，理論上可以獲得更高的修整精度。由于金剛筆磨損嚴重、壽命短、磨損量難以估測，無法精確補償，導致砂輪廓形精度一致性差，對于大型齒輪的磨削加工影響較大，逐漸被金剛石滾輪修整所取代。金剛石滾輪剛性高、修整量大、效率高，采用軌跡包絡方法，更加適合修整復雜的成形表面。金剛石滾輪修整砂輪的方法分為切入式滾輪修整和擺動式滾輪修整。

 （1） 切入式滾輪修整

       采用切入式滾輪修整時，金剛石滾輪在修整電機驅動下高速旋轉，沿砂輪徑向做切入運動，為了修整成形表面，金剛滾輪和砂輪沿軸向相對運動。如圖2所示，修整成形砂輪時，修整滾輪和砂輪以一定的線速比繞自身回轉中心回轉。砂輪沿自身軸線（Y軸）方向往復運動，修整滾輪沿自身徑向（W軸）方向，以一定的比例關系跟隨砂輪軸向運動。Y軸和W軸插補走圓弧或直線，金剛滾輪R圓弧圓心走砂輪廓形等距線（見圖3）。利用滾輪和砂輪的接觸點包絡出砂輪截形。

       切入式修整法對金剛石滾輪的制造要求較高，尤其在磨削少齒數工件時。一方面，齒數越少，齒根圓越小，修整砂輪時滾輪的R圓弧的接觸區域大，對滾輪制造要求也越高；另一方面，工件齒數少，漸開線曲率半徑小，齒廓彎曲程度高，對徑向誤差敏感，這對滾輪自身徑向跳動誤差及安裝后動態徑向跳動誤差提出了更高的要求。

 數控成形磨齒機廠商根據切入式修整原理開發了各具特色的砂輪修整裝置，根據修整特點，可分為單滾輪和雙滾輪兩種類型。單滾輪結構簡單、體積小、可修整范圍較小。修整大模數、大齒深時，需制作大直徑的金剛滾輪，滾輪剛性較差，而且容易和工件發生干涉。目前采用單滾輪可修整的最大模數為25，采用雙滾輪修整可有效避免上述問題。一個滾輪修整砂輪一個側面，修整模數不受限制，可以用小滾輪修整，剛性好。在中小型成形砂輪磨齒機上采用單滾輪修整較為常見，大型磨齒機上普遍采用雙滾輪修整（見圖5）。

       （2） 擺動式滾輪修整

       如圖6所示，擺動式金剛滾輪修整結構相對復雜，需要實現5個動作：砂輪旋轉、金剛石滾輪旋轉、金剛滾輪擺動、滾輪和砂輪偏置、修整進給。采用該方法，金剛滾輪截面始終處于砂輪廓形法向截面內，修整砂輪僅用金剛滾輪R圓弧上的一個點，類似使用金剛筆尖修整砂輪。

 使用這種修整方式，滾輪磨損對砂輪廓形精度影響較小。出現磨損時，可通過修改滾輪R圓弧半徑，調整接觸點位置，實現補償。采用點接觸修整，降低了對滾輪輪廓精度要求，但磨損加劇。法向接觸修整不受工件廓形曲率半徑的影響，適合少齒數工件。為了提高精度，滾輪R圓弧半徑不宜過大，滾輪采用單圓弧碟型結構，結構輕巧，運動環節多，剛性稍差，適合小型工件的成形砂輪修整。擺動式滾輪修整見圖7。

       （3） 坐標修整裝置

       如圖8所示，極坐標修整裝置結合了切入式修整和擺動式休整的特點，數控系統控制金剛石滾輪在極坐標系中的平面運動包絡砂輪軸截形曲線，實現砂輪成形修整。修整砂輪時，修整滾輪和砂輪以一定的線速比繞自身回轉中心回轉。砂輪繞擺動中心擺動，修整滾輪沿自身徑向朝砂輪做直線運動。通過直線軸和回轉軸兩軸插補將砂輪截面修整成與待磨齒輪齒槽相適應的形狀。

       修整過程中，砂輪與滾輪接觸點處的法面矢量始終相同，與該點處的相對速度矢量相互垂直。兩軸插補，占據空間小，適合大型內齒磨削裝置所用砂輪的修整。但這種方式只能采用單滾輪修整，可修整模數有限，不適合磨削大模數、大齒深齒輪的成形砂輪修整。

 2、砂輪修整技術

       在磨削過程中，砂輪磨損鈍化，需要對砂輪進行修整，產生一個新的鋒利廓形，同時保證精度一致。砂輪修整工具和修整條件對砂輪修整質量有顯著影響，直接決定了砂輪形貌及廓形精度，修整的鋒利程度決定磨削力及磨削溫度，需要選擇合理的砂輪修整參數。

       選擇合理的修整速比qd修整砂輪。當修整速比qd較小時，金剛滾輪與砂輪的相對速度較高，沖擊力大，砂輪磨粒斷裂較多，形成的切削刃較鋒利，但砂輪整體廓形精度稍差，適合粗磨去除較大磨削余量；當修整速比qd較大時，金剛滾輪與砂輪的相對速度較小；相互作用力以擠壓力為主，砂輪磨粒受擠壓后，尖角破碎，形成更多的微刃，砂輪整體廓形精度高，適合精磨。通過大量的試驗研究及生產實踐可知，修整砂輪時，金剛滾輪與砂輪的線速比取為0.3-0.8，粗磨取小值，精磨取大值。

       修整深度影響砂輪磨粒的受力特征，修整深度較小時，砂輪磨粒所受破壞強度較小，產生微觀破碎，形成微刃，廓形精度高，適合精磨；修整深度較大時，磨粒受力斷裂破碎，部分結合劑脫落，形成尖銳的切削刃及容屑空間，適合粗磨。修整深度的選擇應該考慮砂輪的磨粒尺寸，避免過大的修整量將磨料整體脫落，既浪費磨料又難以形成精確的廓形。

       金剛滾輪采用電鍍或燒結方法制成，磨料為天然金剛石或各種人造金剛石，如CVD、PCD等。修整過程中產生熱量，破壞金剛石磨料穩定性，切削熱使砂輪磨料熔覆，造成堵塞，需要冷卻液及時帶走砂輪修整時的磨擦熱，清理砂輪，沖走切屑，提高修整精度，延長滾輪壽命。

       3、小結

       數控成形砂輪磨齒機應用中，砂輪修整裝置及技術是關鍵，各種不同原理、不同形式的修整裝置都有自身優勢。隨著金剛滾輪和砂輪制造技術的發展，新磨料的應用以及控制技術、在線監測技術的進步，砂輪修整效率及廓形精度將得到進一步提高。