YK7332A成形磨齒機磨齒工藝研究

張明東， 杜原， 劉海燕， 呂小靜， 易軍， 彭思維

（1.陜西秦川機械發展股份有限公司，陜西 寶雞721009；2.湖南大學機械與運載工程學院，長沙410082）

0 引言

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

1 YK7332A成形磨齒機特點

YK7332A成形磨齒機數控系統選用秦川數控（NUM1050）數字伺服控制系統，一般齒輪加工范圍：直徑為 φ30～φ320 mm，模數為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。機床控制系統為中文操作界面，操作簡單。機床總體布局：機床采用臥式布局，可實現五軸三軸聯動磨削功能。機床數控軸：X軸為立柱徑向進給軸，Z軸為砂輪架軸向進給軸，A軸為安裝角調整軸，C軸為工件旋轉軸，S軸為砂輪旋轉軸。通過CNC控制工件旋轉軸C或砂輪徑向進給軸X、砂輪架軸向進給軸Z，可進行同時聯動磨削，完成齒向螺旋線差動、齒向轉角修形、齒向圓弧修形等動作。砂輪徑向進給軸X、砂輪架軸向進給軸Z聯動，可實現齒形修形要求。

YK7332A成形磨齒機軟件方面，包括成形砂輪截形計算軟件、誤差分析和誤差調整軟件等一系列軟件包。操作界面友好、簡單。該軟件系統是一個小型成形砂輪磨齒機專家系統。減少了機床操作者在機下進行繁鎖計算及數控編程的繁重工作。軟件系統涵蓋了標準齒輪、齒形和齒向任意形狀修形、齒頂和齒根過渡曲線的精確計算，并提供了多種參數輸入形式；磨削專家系統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，并根據用戶需要對部分計算參數進行優化選擇。用戶工件數據采用數據庫管理，安全性高，可隨時調用。結合機床一些配置，可實現磨削工件自動對刀、磨削誤差分析等功能，方便用戶使用，提高了機床的工作效率。

2 齒輪成形磨削實驗過程

磨削實驗在秦川恒溫車間YK7332A磨齒機上進行，使用機床標準試磨齒輪，材料為20CRMnTiH，熱處理：滲碳深度為1.5 mm，齒面硬度58HRC，法向模數為8 mm，齒數28，齒形角為20°，螺旋角為0°，試磨精度等級要求為GB/T10095.1-2008，3級。機床使用砂輪規格為φ200×35×φ75 mm，牌號 SA60K5V50。

為了研究同一磨削沖程速度下不同進刀量對磨削工藝的影響，以及同一進刀量、不同磨削沖程速度下主軸電機的功率變化，制定了如表1所示的磨削實驗方案，磨削功率為5次測量的平均值。

表1 試磨齒輪磨削工藝

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

圖14.5 m/min沖程速度下進給量與主軸功率消耗的關系

圖2為不同磨削深度時，磨削沖程速度與主軸磨削功率的關系。從圖2中可以看出：在齒輪單次徑向進刀量為0.05 mm時，單次進刀進給深度與主軸功率消耗基本保持線性關系，直線斜率較小；當磨削沖程速度從2000 mm/min增加到6000 mm/min時，主軸功率消耗從1.3 kW增加到2.4 kW。在齒輪單次徑向進刀量為0.1mm時，單次進刀進給深度與主軸功率消耗基本保持線性關系，直線斜率較大，當磨削沖程速度從2000 mm/min增加到6000mm/min時，主軸功率消耗從1.8kW增加到4.2kW。在齒輪單次徑向進刀量為0.2mm時，單次進刀進給深度與主軸功率消耗基本保持線性關系，直線斜率很大，當磨削沖程速度從2000 mm/min增加到4500 mm/min時，主軸功率消耗從3.9 kW增加到7.4 kW。通過測量齒輪磨削后的精度與表面加工質量可知，在齒輪單次徑向進刀量為0.05 mm和0.1 mm時，不同沖程磨削速度磨削后的齒輪精度在3～4級，精度較為穩定，齒面無磨削燒傷。當齒輪單次徑向進刀量為0.2 mm時，不同沖程磨削速度磨削后的齒輪精度在4～6級，精度不穩定，當沖程速度為4500 mm/min以上時，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量，建議應用YK7332A磨齒機粗磨齒輪時，單次徑向進刀量可定在0.1 mm左右，速度在5000 mm/min左右，精磨時，單次徑向進刀量可定在0.02 mm左右，速度在2000 mm/min左右。

圖2 不同磨削深度時，磨削沖程速度與主軸磨削功率消耗的關系

3 結語

通過這一磨削實驗得出的YK7332A粗磨、精磨工藝數據，在實踐中較好地得到了驗證。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，不同的磨削液，冷卻潤滑過濾條件，使用環境溫度，齒輪毛坯材料、熱處理等因素等。實踐中，可以根據具體的情況，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控成形磨削方式下的砂輪修形軌跡計算［J］.煤礦機械,2004（10）：12-14.