YK7332A成形磨齒機(jī)磨齒工藝研究

張明東， 杜原， 劉海燕， 呂小靜， 易軍， 彭思維

（1.陜西秦川機(jī)械發(fā)展股份有限公司，陜西 寶雞721009；2.湖南大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410082）

0 引言

成形法磨齒是利用成形砂輪磨削齒輪的漸開(kāi)線齒形,齒輪的漸開(kāi)線齒形主要由砂輪廓形保證。在磨削直齒圓柱齒輪時(shí),砂輪的軸線垂直于齒輪的軸線,砂輪軸向截形的對(duì)稱線和齒輪齒槽的對(duì)稱線相重合,砂輪的軸向截形就相當(dāng)于齒輪齒槽的端面截形［1］。成形法磨削齒輪時(shí)砂輪截形與齒輪磨削接觸面積大，單位時(shí)間內(nèi)去除的金屬量大，提高了磨削效率。成形磨齒工藝應(yīng)用越來(lái)越廣泛，研究典型國(guó)產(chǎn)磨齒機(jī)磨齒工藝，有助于理解成形磨齒工藝特點(diǎn)，有效提高成形磨齒加工效率和精度。

1 YK7332A成形磨齒機(jī)特點(diǎn)

YK7332A成形磨齒機(jī)數(shù)控系統(tǒng)選用秦川數(shù)控（NUM1050）數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，一般齒輪加工范圍：直徑為 φ30～φ320 mm，模數(shù)為2～10 mm，螺旋角為±45°，頭架頂尖到尾架頂尖距離180～1100 mm，最大齒寬（直齒輪）為600 mm，工件最大重量（含工裝）80 kg。機(jī)床控制系統(tǒng)為中文操作界面，操作簡(jiǎn)單。機(jī)床總體布局：機(jī)床采用臥式布局，可實(shí)現(xiàn)五軸三軸聯(lián)動(dòng)磨削功能。機(jī)床數(shù)控軸：X軸為立柱徑向進(jìn)給軸，Z軸為砂輪架軸向進(jìn)給軸，A軸為安裝角調(diào)整軸，C軸為工件旋轉(zhuǎn)軸，S軸為砂輪旋轉(zhuǎn)軸。通過(guò)CNC控制工件旋轉(zhuǎn)軸C或砂輪徑向進(jìn)給軸X、砂輪架軸向進(jìn)給軸Z，可進(jìn)行同時(shí)聯(lián)動(dòng)磨削，完成齒向螺旋線差動(dòng)、齒向轉(zhuǎn)角修形、齒向圓弧修形等動(dòng)作。砂輪徑向進(jìn)給軸X、砂輪架軸向進(jìn)給軸Z聯(lián)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)齒形修形要求。

YK7332A成形磨齒機(jī)軟件方面，包括成形砂輪截形計(jì)算軟件、誤差分析和誤差調(diào)整軟件等一系列軟件包。操作界面友好、簡(jiǎn)單。該軟件系統(tǒng)是一個(gè)小型成形砂輪磨齒機(jī)專家系統(tǒng)。減少了機(jī)床操作者在機(jī)下進(jìn)行繁鎖計(jì)算及數(shù)控編程的繁重工作。軟件系統(tǒng)涵蓋了標(biāo)準(zhǔn)齒輪、齒形和齒向任意形狀修形、齒頂和齒根過(guò)渡曲線的精確計(jì)算，并提供了多種參數(shù)輸入形式；磨削專家系統(tǒng)可以推薦用戶齒輪磨削工藝，并提供形式多樣的磨削方法、砂輪修整方法供用戶選擇，并根據(jù)用戶需要對(duì)部分計(jì)算參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇。用戶工件數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)庫(kù)管理，安全性高，可隨時(shí)調(diào)用。結(jié)合機(jī)床一些配置，可實(shí)現(xiàn)磨削工件自動(dòng)對(duì)刀、磨削誤差分析等功能，方便用戶使用，提高了機(jī)床的工作效率。

2 齒輪成形磨削實(shí)驗(yàn)過(guò)程

磨削實(shí)驗(yàn)在秦川恒溫車間YK7332A磨齒機(jī)上進(jìn)行，使用機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)試磨齒輪，材料為20CRMnTiH，熱處理：滲碳深度為1.5 mm，齒面硬度58HRC，法向模數(shù)為8 mm，齒數(shù)28，齒形角為20°，螺旋角為0°，試磨精度等級(jí)要求為GB/T10095.1-2008，3級(jí)。機(jī)床使用砂輪規(guī)格為φ200×35×φ75 mm，牌號(hào) SA60K5V50。

為了研究同一磨削沖程速度下不同進(jìn)刀量對(duì)磨削工藝的影響，以及同一進(jìn)刀量、不同磨削沖程速度下主軸電機(jī)的功率變化，制定了如表1所示的磨削實(shí)驗(yàn)方案，磨削功率為5次測(cè)量的平均值。

表1 試磨齒輪磨削工藝

圖1為磨削沖程速度為4500 m/min時(shí)，進(jìn)給量與主軸磨削功率的關(guān)系，從圖中可以看出：在齒輪粗磨常用速度4500 m/min時(shí)，單次進(jìn)刀進(jìn)給深度與主軸功率消耗基本保持線性關(guān)系；當(dāng)進(jìn)給深度從0.05 mm增加到0.2 mm時(shí)，主軸磨削功率從1.8 kW增加到7.6 kW，直線斜率較大，說(shuō)明隨著進(jìn)刀量的增加，磨削力迅速增大，主軸功率消耗快速增加。通過(guò)測(cè)量齒輪磨削后的精度與表面加工質(zhì)量可知，在4500 m/min沖程速度粗磨齒輪時(shí)，不同進(jìn)給深度磨削后的齒輪精度為3～4級(jí)，精度較為穩(wěn)定。當(dāng)徑向進(jìn)給量為0.1 mm時(shí)，齒輪所有表面沒(méi)有燒傷。但是，當(dāng)進(jìn)給深度達(dá)到0.2mm時(shí)，部分齒面有輕微燒傷。因此，建議應(yīng)用YK7332A磨齒機(jī)粗磨齒輪時(shí)，單次徑向進(jìn)刀量可定在0.1 mm左右，為了保證齒輪加工精度及齒面不燒傷，單次徑向進(jìn)刀量不宜超過(guò)0.15 mm。

圖14.5 m/min沖程速度下進(jìn)給量與主軸功率消耗的關(guān)系

圖2為不同磨削深度時(shí)，磨削沖程速度與主軸磨削功率的關(guān)系。從圖2中可以看出：在齒輪單次徑向進(jìn)刀量為0.05 mm時(shí)，單次進(jìn)刀進(jìn)給深度與主軸功率消耗基本保持線性關(guān)系，直線斜率較??；當(dāng)磨削沖程速度從2000 mm/min增加到6000 mm/min時(shí)，主軸功率消耗從1.3 kW增加到2.4 kW。在齒輪單次徑向進(jìn)刀量為0.1mm時(shí)，單次進(jìn)刀進(jìn)給深度與主軸功率消耗基本保持線性關(guān)系，直線斜率較大，當(dāng)磨削沖程速度從2000 mm/min增加到6000mm/min時(shí)，主軸功率消耗從1.8kW增加到4.2kW。在齒輪單次徑向進(jìn)刀量為0.2mm時(shí)，單次進(jìn)刀進(jìn)給深度與主軸功率消耗基本保持線性關(guān)系，直線斜率很大，當(dāng)磨削沖程速度從2000 mm/min增加到4500 mm/min時(shí)，主軸功率消耗從3.9 kW增加到7.4 kW。通過(guò)測(cè)量齒輪磨削后的精度與表面加工質(zhì)量可知，在齒輪單次徑向進(jìn)刀量為0.05 mm和0.1 mm時(shí)，不同沖程磨削速度磨削后的齒輪精度在3～4級(jí)，精度較為穩(wěn)定，齒面無(wú)磨削燒傷。當(dāng)齒輪單次徑向進(jìn)刀量為0.2 mm時(shí)，不同沖程磨削速度磨削后的齒輪精度在4～6級(jí)，精度不穩(wěn)定，當(dāng)沖程速度為4500 mm/min以上時(shí)，部分齒面有輕微燒傷。因此，為了保證齒輪磨削精度和表面質(zhì)量，建議應(yīng)用YK7332A磨齒機(jī)粗磨齒輪時(shí)，單次徑向進(jìn)刀量可定在0.1 mm左右，速度在5000 mm/min左右，精磨時(shí)，單次徑向進(jìn)刀量可定在0.02 mm左右，速度在2000 mm/min左右。

圖2 不同磨削深度時(shí)，磨削沖程速度與主軸磨削功率消耗的關(guān)系

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)這一磨削實(shí)驗(yàn)得出的YK7332A粗磨、精磨工藝數(shù)據(jù)，在實(shí)踐中較好地得到了驗(yàn)證。需要指出的是，影響齒輪成形磨削工藝的因素較多，如不同廠家的砂輪、牌號(hào)，不同的磨削液，冷卻潤(rùn)滑過(guò)濾條件，使用環(huán)境溫度，齒輪毛坯材料、熱處理等因素等。實(shí)踐中，可以根據(jù)具體的情況，制定出更為合理的齒輪磨削工藝。

［1］ 賀紅霞,張洛平.基于斜齒圓柱齒輪數(shù)控成形磨削方式下的砂輪修形軌跡計(jì)算［J］.煤礦機(jī)械,2004（10）：12-14.