大連橡膠塑料機械股份有限公司 （遼寧 116033） 王德旭 張博超

隨著制造業(yè)的發(fā)展，齒輪加工越來越多，并且隨著重載、靜音、長壽命的要求，對齒形加工精度和耐用度有了前所未有的高要求，原有的軟齒面、中硬齒面逐漸調(diào)整為滲碳淬火齒面，硬質(zhì)合金滾刀精刮的工藝也逐漸被磨齒代替。磨齒的方法有展成法、馬格法、蝸桿法、成形法。其中成形法在近十年左右被大量采用，特別是對大中型模數(shù)齒輪、齒輪軸上，更是得到了大力發(fā)展，風(fēng)電和工程機械成了有力的推手，各大公司也相繼推出了自己的成形磨設(shè)備。

我公司是最早引進(jìn)成形磨設(shè)備的廠家之一，至今已經(jīng)有十年的應(yīng)用歷史，約每隔兩年采購一臺，見證了成形磨齒技術(shù)的發(fā)展。成形磨齒適應(yīng)范圍廣，加工效率高，設(shè)備簡單，可以加工漸開線齒形、矩形齒形、圓弧齒形，可以加工直齒、斜齒、鼓形齒，也可以加工內(nèi)齒、外齒、端面齒等。只需要調(diào)整程序和適當(dāng)更換附件即可。

成形磨齒在擁有眾多優(yōu)勢的同時，有一項最大的問題，特別是在磨漸開線齒形時，在齒形的根部容易出現(xiàn)燒傷。這種燒傷的趨勢隨著齒根部壓力角的減少在急劇增加。這與漸開線的生成原理和成形磨削的原理有直接關(guān)系。漸開線是從基圓展開，壓力角從0°逐漸增大，齒根部的壓力角是0°或接近于0°，分度圓處是公稱壓力角，到齒頂繼續(xù)加大。成形磨是將砂輪修整成與目標(biāo)齒槽形狀基本一致的形狀，再通過徑向進(jìn)刀將齒槽的加工余量磨掉，這樣一來，在砂輪做一定量徑向進(jìn)給的時候，齒面上各點的法向進(jìn)給量會不一樣，是隨壓力角變化的。如圖1所示，齒形的根部會先接觸到砂輪的尖部，這一現(xiàn)象是影響成形磨齒加工效率的一項重大問題，由于粗加刀具形狀和滲碳淬火變形的影響，經(jīng)常出現(xiàn)齒頂過早與工件接觸的現(xiàn)象，不得不在磨齒時，從齒槽較淺的地方開始磨削，等于將加工余量無形之中加大了許多。由于砂輪尖部過早地參與加工，會發(fā)現(xiàn)新修整好的砂輪，總是尖部開始變黑，開始磨鈍，這就給齒根部燒傷埋下了隱患。這一點并不是最關(guān)鍵的，由于成形磨齒需要將砂輪打磨成始終與目標(biāo)齒槽基本一致的形狀和尺寸，這就決定了只能采用徑向修整，這一方式是致命的。

徑向修整與徑向進(jìn)給磨削有著相同的問題，但存在更加嚴(yán)重的問題。由于壓力角的不同，相同徑向修整量的情況下，砂輪尖部的法向修整量相對砂輪根部修整小的多。如果壓力角為0°的話，基本上就是修整不到。又由于砂輪尖部過早就開始參與磨削，并且伴隨整個加工過程，尖部一直在工作，但被修整的量較小，不能及時地將已經(jīng)磨鈍的磨料修整出有效加工刃口。磨削過程中這種問題一直存在，并持續(xù)惡化——越是不參加磨削的，越是被良好地修整，越是修整不到的越是一直在磨削。這一問題是成型磨齒加工時刻存在的，在冷卻不良或是工作變形沒有先期被發(fā)現(xiàn)和處理或是淬火表面存在硬度高、應(yīng)力不正常等因素刺激下，就會出現(xiàn)齒形根部燒傷。燒傷的面積與誘發(fā)因素的嚴(yán)重程度有關(guān)，表現(xiàn)多為沿齒向在齒根部5～10mm寬的一條變黃或變黑的區(qū)域。

解決這一問題的方法首先是從上文提到的一些事項著手（想要使用成形磨，就要接受這一原理），下面逐一列出：

圖1

（1）做好淬火前粗加工，盡最大可能將齒形控制好，以便在磨齒時，可以減少齒根部對磨削的影響。

（2）做好滲碳淬火，通過均勻的滲層和淬火冷卻，得到一個變形最小的磨齒毛坯。

（3）通過仔細(xì)嚴(yán)格地找正（通常建議利用設(shè)備的測頭逐齒進(jìn)行找正，并且分上、中、下三個截面或上、下兩個截面，將找正的位置盡可能移向齒根部一些，而不是在設(shè)備默認(rèn)的分度圓附近），發(fā)現(xiàn)零件的變形規(guī)律，以便調(diào)整實際加工的砂輪起刀位置，并在實際加工時，再讓出一定的安全余量，這樣做的代價就是增加了磨齒時間，增大了砂輪非生產(chǎn)性消耗。

（4）適當(dāng)調(diào)整磨削參數(shù)，對于齒根部壓力角小的齒形，減少進(jìn)給量，增大修整量，減少修整間隔。

（5）增加冷卻油壓力和流量，并且調(diào)整好噴油管，可以有效地冷卻齒根部，同時可以增加沖洗油管，將殘存在砂輪尖部的切屑及時沖出來，防止砂輪氣孔被堵塞而增加磨削熱。

（6）在磨齒之前，通過配對齒輪的計算，如圖2所示，算出各自的理論漸開線起始點R1、R2，利用計算出的數(shù)值來決定磨齒深度，而不是簡單的確定為2mn（模數(shù)）深或從基圓開始。通常實際漸開線起始點直徑一般比計算值小1～3mm（根據(jù)模數(shù)大?。瑫r要在理論齒頂圓開始做0.5～2mm的倒圓（根據(jù)模數(shù)大?。鋵X輪同樣處理，這樣可以確保磨削深度最淺（甩掉了小壓力角部分不磨），而又不會出現(xiàn)齒頂與齒根干涉，有效避免齒根部小壓力角問題。當(dāng)然這種做法有一定的危險存在，如果其中一個齒輪變形特別大或余量特別大，齒根部殘留的加工余量仍有可能會在嚙合中產(chǎn)生干涉，需要在磨齒時適當(dāng)增加砂輪切入深度，在齒根部形成較大的圓弧，避免與配對齒輪齒頂干涉。

圖2

通過有效控制漸開線起始點是一個較好的控制辦法，大部分的齒輪均不會使用到2mn的有效齒面。對于部分容易出現(xiàn)齒根燒傷的齒輪，有效齒面深度會在1.5～1.7mn，這一方法經(jīng)我公司的試用，證明是有效的，也是最可行的。

成形磨齒在漸開線齒形加工中存在原理上的先天不足，控制漸開線起始點的本質(zhì)是減少小壓力角對加工的影響，盡量得到一個法向進(jìn)給量均勻的磨削狀態(tài)?；谶@一原理，還有另外一種解決方案，如圖3所示，除了把小壓力角甩掉不磨外，還可以通過把齒面旋轉(zhuǎn)一定的角度，把小的壓力角也變成足夠大的角度，減少法向上的差異。通過對稱布置的兩片砂輪，也可以實現(xiàn)雙齒面磨削，并且這一做法還可以大大減小砂輪的厚度，可以使用薄的砂輪來磨削大齒槽寬度齒形，可以極大節(jié)省砂輪消耗的費用。這種做法可以避免首先磨削齒根部，也可以有效減少實際的磨削余量，極大地減少走刀磨削時間。但這種方法需要設(shè)備支持，了解這一點后，可以在以后采購設(shè)備時有的放矢。

圖3