郭　召

(秦川機床工具集團股份公司研究院，陜西 寶雞 721009)

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珩齒工藝的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

郭召

(秦川機床工具集團股份公司研究院，陜西 寶雞 721009)

綜述了珩齒技術(shù)的發(fā)展歷程及世界主要齒輪機床制造商在強力珩齒技術(shù)方面的最新進展，介紹了強力珩齒的優(yōu)勢，對強力珩齒關(guān)鍵技術(shù)進行了闡述，最后對強力珩齒機進一步的技術(shù)發(fā)展動向進行了展望。

強力珩齒；精密齒輪；齒面質(zhì)量；粗糙度；齒面應力

齒輪的承載能力、運動平穩(wěn)性以及使用壽命主要取決于實際工況下相嚙合齒面的接觸狀況，齒面的微觀幾何形貌對齒輪振動噪音、使用壽命影響巨大。采用硬齒面精密加工齒輪，可以有效提高傳動裝置承載能力、降低噪音、減小振動、延長使用壽命。關(guān)鍵動力傳動裝置已普遍采用硬齒面精加工齒輪。對硬齒面齒輪精密加工方法有磨齒、刮齒、研齒、高速干切、珩齒等工藝。磨齒工藝應用最為廣泛成熟，精度高效率高，但成本較大,并且磨齒齒面的微觀幾何形貌也不利于降低齒輪的傳動噪聲；刮齒適用于大型硬齒面齒輪加工，但精度效率都不及大型數(shù)控成形磨齒，隨著大型磨齒裝備的發(fā)展成熟，刮齒工藝應用逐漸減少；研齒主要應用于錐齒輪副精密加工；高速干切技術(shù)在小模數(shù)齒輪精密加工中得到廣泛應用。珩齒因可以獲得理想的齒面微觀幾何形貌，尤其是獨特的齒面紋路，對傳動裝置的振動噪音有非常明顯的抑制作用，因此珩齒工藝一直得到應用發(fā)展，尤其是在汽車齒輪的精密加工中。

不同的精加工工藝解決方案都有其獨特優(yōu)勢，但從齒輪整個加工環(huán)節(jié)比較，隨著現(xiàn)代數(shù)控齒輪加工機床快速發(fā)展，精加工余量大幅減小，精加工前齒輪質(zhì)量不斷提高。加之市場對齒輪綜合性能需求的進一步提高，不單純追求高的精度，同時注重嚙合噪音、接觸質(zhì)量、使用壽命、加工成本、能耗等方面。這要求齒輪精加工工藝方案更加綠色、節(jié)能環(huán)保，珩齒工藝能很好地兼顧這些需求，加之現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)發(fā)展賦予珩齒機床新的功能，將為珩齒工藝發(fā)展帶來更加廣闊的市場。

本文綜述了珩齒技術(shù)的發(fā)展歷程及世界主要齒輪機床制造商在強力珩齒技術(shù)方面的最新進展，介紹了新技術(shù)、新工藝在強力珩齒機中的應用，并對強力珩齒機進一步技術(shù)發(fā)展動向進行了展望。

1　珩齒加工工藝的技術(shù)進步

1.1軟珩齒

如圖1所示，傳統(tǒng)珩齒加工應用齒輪形或蝸桿形珩磨輪與被珩齒輪作自由嚙合運動，相當于一對交錯軸斜齒輪傳動，利用嚙合齒面間的相對滑動和壓力來進行珩削，主要用于淬硬齒輪的齒面光整加工。珩磨輪采用具有一定彈性的合成樹脂或人造橡膠制成，具有一定彈性，在自由嚙合狀態(tài)下，珩磨輪主要起到光整作用，去除余量有限，對齒輪精度的修正能力有限，誤差復映現(xiàn)象難以克制，齒輪的精度主要取決于前道切齒及熱處理精度。

1.2CBN砂輪硬珩齒

20世紀80年代,國外開發(fā)了如圖2所示硬珩輪珩齒技術(shù)，是用中碳鋼做成齒輪狀的珩輪基體，用電鍍沉積法將超硬磨料涂鍍在鋼基體的齒面上。依靠珩磨輪齒面上的超硬磨料來珩磨工件，材料去除能力加強。珩磨輪剛性提高，除了能光整，還能糾正齒輪齒形、基節(jié)、齒向誤差，并能將齒輪精度顯著提高。

1.3強力珩齒技術(shù)

齒輪精度要求不斷提高，同時更加注重表面質(zhì)量，齒輪制造強國將電子齒輪箱、自動上下料、在機檢測、誤差修正、直接驅(qū)動、CAM等先進技術(shù)積極引入珩齒機制造，開發(fā)了各具特色的強力珩齒機系列產(chǎn)品，如圖3所示珩磨輪和工件強制嚙合，對齒輪精度具有很強的糾正能力，可以顯著提高齒輪精度，

強力珩齒精度達到可達到DIN5級，表面粗糙度Ra<0.2 μm。

珩齒技術(shù)不再僅僅是一項光整的輔助工序，可以作為一種獨立精加工方式，和磨齒工藝形成優(yōu)勢互補。珩齒技術(shù)的發(fā)展如圖4所示。

2　強力珩齒的優(yōu)勢

珩齒作為一種齒輪精密加工工藝解決方案，一直得到應用發(fā)展，強力珩齒打破了傳統(tǒng)珩齒只能對齒輪進行光整的局限性，引入電子齒輪箱控制，珩磨輪和工件嚙合狀態(tài)穩(wěn)定、可控，提高了精度的穩(wěn)定性與一致性，更加適合大批量精密齒輪生產(chǎn)需求，尤其是在汽車變速箱生產(chǎn)中得到廣泛使用。

強力珩齒的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)珩齒的齒面紋路有利于降低齒輪的振動噪聲

振動噪音一直是精密齒輪傳動裝置一項關(guān)鍵的考核指標，大量實驗研究證明，齒面紋路對齒輪振動噪音影響巨大，尤其是高速傳動裝置，不合理的齒面紋路將造成高頻諧振。珩齒時，珩磨輪和齒輪呈交錯軸嚙合狀態(tài)，沿齒形方向的相對滑動和沿齒寬方向的相對滑動復合形成特有的珩齒弧紋(如圖5b)，這種紋路可大大降低齒輪傳動噪音。國外在磨齒中研究推廣的低噪音磨削技術(shù)，就是利用數(shù)控技術(shù)，希望在磨削過程中打亂規(guī)則的磨齒紋路(如圖5a)，形成類似珩齒弧紋的齒面紋路。

(2)珩齒可以獲得較高的表面壓應力

齒輪表面應力狀態(tài)對齒輪壽命影響巨大，尤其是隨著齒輪鋼材清潔度的不斷提高，齒輪的失效形式由宏觀點蝕轉(zhuǎn)化為表面微觀點蝕，表面應力狀態(tài)成為決定齒輪強度和壽命的主要矛盾。珩齒可以在齒面獲得較高的殘余壓應力，有效提高齒輪強度、耐磨性及抗點蝕性能。

(3)珩齒可以避免齒面燒傷

珩齒依靠齒面相對滑動去除材料，切削速度低，不會在齒面產(chǎn)生熱效應，避免了齒面燒傷。而磨削燒傷一直是磨齒工藝需要嚴格控制的一項指標，大量磨削熱，改變齒面應力狀態(tài)，造成微細裂紋，影響齒輪壽命。

(4)珩齒可以獲得更好的齒面粗糙度

齒輪表面質(zhì)量越來越受到關(guān)注，磨齒中也采用復合磨削工藝來實現(xiàn)小粗糙度值磨削，但加工成本上升。而珩齒的加工機理使其可以以經(jīng)濟的成本獲得更小的齒面粗糙度值，達到Ra<0.2 μm，在優(yōu)化工藝情況下，可以實現(xiàn)齒面鏡面加工。

(5)珩齒可以加工帶臺肩的齒輪

磨齒需要一定的出頭量(越程量)，難于加工臺階軸齒或有其他干涉結(jié)構(gòu)的齒輪，采用小型砂輪的成形磨齒可以加工有一定空刀槽的齒輪，但砂輪較小，耗損嚴重，需要頻繁更換砂輪，難以滿足批量加工需求。采用內(nèi)嚙合珩齒時，為線接觸，不需要沿工件軸向進刀就可以珩削出整個齒面，可以加工更加緊湊的帶臺肩齒。

(6)珩齒的加工精度和磨齒相當，但珩齒的工具成本要低于磨齒

強力珩齒精度可以達到4～5級，精度稍低于磨齒精度。珩齒過程中對珩磨輪和冷卻液的耗損遠小于磨齒，珩齒工藝可以更經(jīng)濟地實現(xiàn)齒輪精密加工(如圖6對比)。

3　國外強力珩齒技術(shù)的發(fā)展概況

國外的美國格里森—胡爾特(Gleason-Hurt)、德國普拉威馬(Praewema)、瑞士法斯勒(Fassler)、日本神琦(kanzaki)、日本清和等世界知名齒輪機床制造商通過持續(xù)研發(fā)，密切關(guān)注精密齒輪工藝需求，將電子齒輪箱、自動上下料、在機檢測、誤差修正、直接驅(qū)動、CAM等先進技術(shù)積極引入珩齒機制造，開發(fā)了各具特色的強力珩齒機系列產(chǎn)品。

(1)美國格里森強力珩齒機

美國格里森于20世紀90年代推出第一代強力珩齒機ZH150/250(圖7)。該款機床最大加工齒輪直徑250 mm，模數(shù)0.5～8 mm，工件長度350(600)mm。為實現(xiàn)更加靈活的修形，格里森開發(fā)了球面珩齒工藝，為用戶提供了更加靈活的修形方案，拓展了機床應用范圍。

2009年格里森公司推出新一代的強力珩齒機150SPH(圖8)。該機床直接面向汽車工業(yè)高精度大批量齒輪的加工需求，在自動變速器行業(yè)應用廣泛。機床最大加工齒輪直徑150 mm，模數(shù)(0.5)～4 mm，工件長度150(550)mm。機床配置了更加簡便的面向用戶的操作界面，配置高速自動上下料，滿足大批量高效生產(chǎn)的需要。

(2)德國普拉威馬強力珩齒機

德國普拉威馬依托其豐富的齒輪機床設計制造經(jīng)驗，研制了Synchrofine 205 HS (W) 強力珩齒機(圖9)。機床床身采用天然大理石制成，減振性及熱穩(wěn)定性高，為獲得穩(wěn)定的加工質(zhì)量提供了保障。機床結(jié)構(gòu)一大特點是雙工位結(jié)構(gòu)，機床配置兩個工件主軸，加工工件的同時，對下一個工件進行裝夾，縮短加工節(jié)拍。機床可對工件進行珩前檢測(圖10)，識別毛坯質(zhì)量，根據(jù)余量及徑跳等參數(shù)優(yōu)化珩齒工藝，配置在機測量裝置，大輻減少產(chǎn)品切換或更換刀具后的待機時間。

(3)瑞士法斯勒強力珩齒機

1979年法斯勒發(fā)明了世界第一臺內(nèi)嚙合珩齒機，現(xiàn)已形成HMX-400系列化產(chǎn)品(圖11)。HMX-400齒輪珩齒機加工直徑范圍50～350 mm，模數(shù)范圍0.5～6 mm，工件軸最大長度500 mm。內(nèi)嚙合珩齒更易獲得穩(wěn)定的加工精度，現(xiàn)代強力珩齒多采用這一形式。

(4)日本神琦強力珩齒機

日本神琦早期開發(fā)了GFB-300-NC6珩齒機，珩輪采用半閉環(huán)控制。隨著技術(shù)進步，齒輪加工精度及質(zhì)量進一步提高。通過在在砂輪旋轉(zhuǎn)軸上安裝同步控制編碼器，減少驅(qū)動電動機間的反向間隙的影響，提高同步精度。產(chǎn)品升級為GFC-α300-NC6(圖12)，加工直徑范圍50～300 mm，模數(shù)范圍1～4 mm，工件軸最大長度350 mm。

4　強力珩齒關(guān)鍵技術(shù)

強力珩齒機屬于集機、電、液、儀一體化高端精密裝備，通過對國外先進強力珩齒機的了解，開發(fā)強力珩齒機需要攻克以下關(guān)鍵技術(shù)：

(1)機床高剛度設計

強力珩齒珩削量大，珩磨輪和工件強制嚙合，要求保持精確的傳動關(guān)系，要保證珩齒精度穩(wěn)定性，要求工藝系統(tǒng)剛度高，變形小。機床設計要對靜剛度、動剛度、熱剛度綜合考慮，要保證支撐的穩(wěn)定性，減小高速嚙合傳動引起的振動，同時要減小工藝系統(tǒng)熱變形。

(2)珩磨輪的修整技術(shù)

珩磨輪的修整質(zhì)量直接決定了工件的加工質(zhì)量，目前采用的方法是根據(jù)工件參數(shù)制作齒輪狀金剛石修整刀具，通過和珩磨輪嚙合包絡修整珩磨輪齒面，一種工件需要一把專用金剛石修整刀具，價格昂貴。為了降低成本，提高強力珩齒工藝適用性，需要研究珩磨輪修整技術(shù)，實現(xiàn)珩磨輪靈活修整，降低對專用金剛石修整刀具的依賴。

(3)齒輪修形控制技術(shù)

為提高齒輪運動平穩(wěn)性及載荷分布均勻性，精密齒輪大多進行修形，這要求加工設備滿足豐富的修形要求。珩齒依靠交錯軸齒輪傳動時齒面間相對滑動進行精密加工，要實現(xiàn)靈活修形需要對珩齒過程的接觸軌跡深入研究，建立機床運動軸運動位置對接觸軌跡影響關(guān)系，通過對運動軸線精確控制實現(xiàn)靈活修形。

5　結(jié)語

珩齒工藝借助其獨特優(yōu)勢在齒輪精加工領(lǐng)域得到廣泛應用，在應用過程中不斷創(chuàng)新并吸收行業(yè)先進技術(shù)經(jīng)驗，新一代強力珩齒技術(shù)極大拓展了傳統(tǒng)珩齒工藝范圍，精度更高更穩(wěn)定。國外齒輪制造強國已經(jīng)在數(shù)控強力珩齒機研制及強力珩齒工藝應用方面積累了豐富的經(jīng)驗，國內(nèi)齒輪制造企業(yè)也紛紛引進強力珩齒設備，進行技術(shù)應用。但國內(nèi)強力珩齒機研制處于起步階段，目前沒有國產(chǎn)高檔強力珩齒機床供用戶選擇，只能依賴進口。隨著這一工藝的進一步推廣應用以及關(guān)鍵技術(shù)的掌握，國內(nèi)齒輪機床制造商一定會推出滿足用戶需求的強力珩齒裝備。

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Technology present situation and development trend of gear honing process

GUO Zhao

(Qinchuan Machine Tool & Tool Group Co., Ltd., Baoji 721009, CHN)

Review the development process of gear honing technology and latest developments in strong honing technology of the main gear honing machine manufacturers in the world, introduce the advantages of strong honing, describe the strong honing key technologies and the further honing machine technology developments in the future.

power honing; precision gear; tooth surface quality; low roughness; tooth face stress

TG61

B

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.07.008

郭召，男，1985年生，工程碩士，工程師，主要從事精密數(shù)控齒輪磨削機床研發(fā)及磨削技術(shù)研究工作，已發(fā)表論文9篇，編制國家科技重大專項科技報告1份。

(編輯汪藝)(2015-08-26)

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