淺析磨齒工藝常見齒形質(zhì)量問題及其解決方法

梅軍炎　陳曉東

（江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六四大隊，江西 贛州，341000）

淺析磨齒工藝常見齒形質(zhì)量問題及其解決方法

梅軍炎陳曉東

（江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六四大隊，江西 贛州，341000）

磨齒是齒輪加工的一種重要方法，是目前齒形加工中精度最高的一種方法，但是在磨齒工藝加工齒輪也存在著很多問題。本文介紹了常見的磨齒方法以及常見常見齒形質(zhì)量問題及其解決方法。

磨齒；齒輪；齒形質(zhì)量；措施

1　背景

齒輪傳動在現(xiàn)代機器和儀器中的應(yīng)用極為廣泛，其功用是按規(guī)定的速比傳遞運動和動力。磨齒是齒輪加工的一種重要方法， 它既可磨削未淬硬齒輪，也可磨削淬硬的齒輪，對齒輪誤差及熱處理變形有較強的修正能力，是目前齒形加工中精度最高的一種方法，因此， 齒輪制造中， 磨齒是一種廣泛使用的加工方法。

2　常見磨齒方法

2.1錐面砂輪磨齒

利用假想齒條與齒輪的強制嚙合關(guān)系進行展成加工，由于齒輪有一定的寬度，為了磨出全部齒面，砂輪還必須沿齒輪軸向作往復(fù)運動。軸向往復(fù)運動和展成運動結(jié)合起來使磨粒在齒面上的磨削軌跡。

2.2雙片蝶形砂輪磨齒

兩片蝶形砂輪磨齒構(gòu)成假想齒條的兩個側(cè)面。磨齒時砂輪只在原位回轉(zhuǎn)；工件作相應(yīng)的正反轉(zhuǎn)動和往復(fù)移動，形成展成運動。為了磨出工件全齒寬，工件還必須沿其軸線方向作慢速進給運動。當(dāng)一個齒槽的兩側(cè)面磨完后，工件快速退出砂輪，經(jīng)分度后再進入下一個齒槽位置的齒面加工。

3　磨齒工藝常見問題及其解決方法

磨齒是齒輪加工的一種重要方法，但是在磨齒工藝加工齒輪也存在著很多問題，下面介紹幾個常見問題及措施。

3.1磨齒裂紋問題

（1）磨齒裂紋的產(chǎn)生及特征。磨齒工藝加工齒輪時，如果在磨削時冷卻不充分，會使表面層產(chǎn)生附加的組織應(yīng)力，再加上磨削所形成的熱量使零件表面的溫度升高極快，這種組織應(yīng)力和熱應(yīng)力的迭加就可能導(dǎo)致齒面出現(xiàn)削裂紋，嚴(yán)重影響齒輪的使用壽命。

（2）磨齒裂紋的解決措施。第一，降低磨削熱。磨齒裂紋的產(chǎn)生是因為磨削熱所致，所以降低磨削熱是解決磨削裂紋的關(guān)鍵。磨齒時采用以下工藝措施，可以有效地防止磨齒裂紋的產(chǎn)生。①使用低粘度的冷卻油，提高冷卻能力。同時加大冷卻液的流量，在最大程度上將磨削熱帶走，減少熱量傳入工件； ②選用硬度較軟、粒度較粗的砂輪來磨削，可以降低磨削熱；③提高砂輪沖程速度，減少砂輪與工件的接觸時間，從而降低了齒面的磨削溫度。第二，熱處理工藝措施。產(chǎn)生磨齒裂紋的根本原因在于淬火件的馬氏體組織是一種膨脹狀態(tài)，有應(yīng)力存在，要減少和消除這種應(yīng)力，應(yīng)進行去應(yīng)力回火即淬火后應(yīng)馬上進行回火處理。

圖3　無托板夾頭　

圖4　增加托板夾頭

3.2齒形中凹問題

（1）齒形中凹產(chǎn)生。砂輪與齒輪的嚙合是一對空間齒輪的嚙合過程，在磨削直齒輪時，可以看作近似于齒條與齒輪嚙合。對于標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的齒輪，與標(biāo)準(zhǔn)齒條嚙合時，其重合度在1～2之間。當(dāng)重合度不是整數(shù)時，表明嚙合過程中嚙合齒面的對數(shù)在變化。嚙合齒面的對數(shù)的變化會在齒面的法向方向產(chǎn)生一個交變力，這個交變力就是產(chǎn)生中凹齒形的主要原因。齒形曲線大都呈現(xiàn)為中凹形狀或S形狀曲線。

（2）防止中凹齒形產(chǎn)生的措施。①減小磨削力。上述分析表明:磨削力中的交變分量是產(chǎn)生中凹齒形的主要因素，而交變分量與總磨削力的比值基本保持不變。減小磨削力，可以減小交變分量的數(shù)值，從而減小工件系統(tǒng)的變形，減小齒形中凹的量。②提高工件系統(tǒng)剛性。提高工件系統(tǒng)的剛性，可以減小變形，從而減小齒形中凹的量。第一，增大夾頭直徑。磨齒機大多采用彈簧夾頭實現(xiàn)工件芯軸的夾緊與放松。彈簧夾頭剛性較弱，增大夾頭直徑，不僅可以提高夾頭的剛性，還可以增加工件心軸的直徑，提高心軸剛性。第二，提高心軸的回轉(zhuǎn)剛性。常用的芯軸加工方便，重量輕，操作工的勞動強度小，但是芯軸的回轉(zhuǎn)剛性低，容易產(chǎn)生中凹齒形。因此，要盡量加大心軸的直徑，特別是工件至夾頭部分的直徑。第三，增加工件托盤。某些大型齒輪常采用腹板式結(jié)構(gòu)或輪輻式結(jié)構(gòu)。這種齒輪在磨齒時若采用圖3方式裝夾，也會出現(xiàn)中凹齒形。這是由于齒輪自身的回轉(zhuǎn)剛性低，直徑大，在交變磨削力的作用下，會產(chǎn)生較大的變形。這種情況下，要增加工件托盤，提高工件系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)剛性，如圖4所示。

3.3磨齒精度誤差問題

（1）磨齒精度誤差。在齒輪設(shè)計時，要對設(shè)計出的齒輪在計算機上進行齒面接觸分析，在嚴(yán)格按照設(shè)計參數(shù)進行加工時，齒面接觸區(qū)可以達到理想的要求。但實際加工的過程中，由于磨齒加工誤差、操作人員調(diào)整誤差、溫度誤差以及熱處理變形誤差的影響，實際加工出的齒面接觸區(qū)往往達不到預(yù)期要求，出現(xiàn)斜率誤差超差，左右齒面的齒形不對稱等問題。

（2）提高磨齒精度的措施。①合理選擇砂輪。砂輪材料選用白剛玉，硬度以軟、中軟為宜。粒度則根據(jù)所用砂輪外形和表面粗糙度要求而定，展成速度較快的砂輪，為保證齒面較低的粗糙度，粒度不宜較粗。此外，為保證磨齒精度，砂輪必須經(jīng)過精確平衡。②提高機床精度。主要是提高工件主軸的回轉(zhuǎn)精度，如采用高精度軸承，提高分度盤的齒距精度，并減少其安裝誤差等。③采用合理的工藝措施。主要有：按工藝規(guī)程進行操作；齒輪進行反復(fù)的定性處理和回火處理；提高工藝基準(zhǔn)的精度，減少孔和軸的配合間隙對工件的偏心影響；隔離振動源，防止外來干擾；精細(xì)修整砂輪，所用的金剛石必須鋒利等。

（References）

［1］郭寶安，謝瑛.磨齒產(chǎn)生中凹齒形的機理與防止措施［J］.制造技術(shù)與機床，2008（11）:95-98.

［2］李啟光.凸輪磨削輪廓誤差機理及精度提高方法研究［D］.北京：機械科學(xué)研究總院，2014.