金剛筆與金剛石滾輪修整數(shù)控成形磨齒機(jī)分析。數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、風(fēng)電、核電、軍工等重型機(jī)械傳動(dòng)行業(yè)精密齒輪磨削，尤其適合大模數(shù)、少齒數(shù)齒輪精密磨削。成形砂輪磨齒機(jī)磨削齒輪是將砂輪截形修整成與齒輪齒槽相適應(yīng)的形狀，通過(guò)往復(fù)磨削獲得精確齒廓。數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)的最大優(yōu)勢(shì)在于數(shù)控砂輪修整器，配備相應(yīng)的軟件后可以磨制各種齒形修緣、齒根圓角過(guò)渡曲線、鼓形齒、各種特殊齒形、擺線齒、圓弧齒和花鍵等。

       數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)采用成形法磨削，砂輪截形精度是關(guān)鍵，這取決于截形計(jì)算精度及砂輪修整精度。國(guó)內(nèi)外磨齒機(jī)制造商對(duì)成形砂輪修整技術(shù)進(jìn)行了深入研究，開(kāi)發(fā)了不同的砂輪修整裝置，以此保證砂輪的修整精度，提高齒輪磨削精度。本文介紹了數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)砂輪修整技術(shù)方面的進(jìn)展和現(xiàn)有的數(shù)控砂輪修整裝置及修整技術(shù)，并對(duì)如何獲得高的廓形精度進(jìn)行了討論。

       1 、數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)砂輪修整方法

       對(duì)成形砂輪的修整主要有金剛筆和金剛石滾輪兩種形式，金剛筆修整結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，理論上可以獲得更高的修整精度。由于金剛筆磨損嚴(yán)重、壽命短、磨損量難以估測(cè)，無(wú)法精確補(bǔ)償，導(dǎo)致砂輪廓形精度一致性差，對(duì)于大型齒輪的磨削加工影響較大，逐漸被金剛石滾輪修整所取代。金剛石滾輪剛性高、修整量大、效率高，采用軌跡包絡(luò)方法，更加適合修整復(fù)雜的成形表面。金剛石滾輪修整砂輪的方法分為切入式滾輪修整和擺動(dòng)式滾輪修整。成形磨齒原理見(jiàn)圖1。

圖1 成形磨齒原理

圖2 切入式修整原理

       （1） 切入式滾輪修整

       采用切入式滾輪修整時(shí)，金剛石滾輪在修整電機(jī)驅(qū)動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，沿砂輪徑向做切入運(yùn)動(dòng)，為了修整成形表面，金剛滾輪和砂輪沿軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如圖2所示，修整成形砂輪時(shí)，修整滾輪和砂輪以一定的線速比繞自身回轉(zhuǎn)中心回轉(zhuǎn)。砂輪沿自身軸線（Y軸）方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，修整滾輪沿自身徑向（W軸）方向，以一定的比例關(guān)系跟隨砂輪軸向運(yùn)動(dòng)。Y軸和W軸插補(bǔ)走圓弧或直線，金剛滾輪R圓弧圓心走砂輪廓形等距線（見(jiàn)圖3）。利用滾輪和砂輪的接觸點(diǎn)包絡(luò)出砂輪截形。

       切入式修整法對(duì)金剛石滾輪的制造要求較高，尤其在磨削少齒數(shù)工件時(shí)。一方面，齒數(shù)越少，齒根圓越小，修整砂輪時(shí)滾輪的R圓弧的接觸區(qū)域大，對(duì)滾輪制造要求也越高；另一方面，工件齒數(shù)少，漸開(kāi)線曲率半徑小，齒廓彎曲程度高，對(duì)徑向誤差敏感，這對(duì)滾輪自身徑向跳動(dòng)誤差及安裝后動(dòng)態(tài)徑向跳動(dòng)誤差提出了更高的要求。相同模數(shù)、不同齒數(shù)的廓型比較見(jiàn)圖4。

圖3 金剛石滾輪修整成形砂輪過(guò)程

圖4 相同模數(shù)不同齒數(shù)的廓型比較

圖5 雙滾輪修整裝置

       數(shù)控成形磨齒機(jī)廠商根據(jù)切入式修整原理開(kāi)發(fā)了各具特色的砂輪修整裝置，根據(jù)修整特點(diǎn)，可分為單滾輪和雙滾輪兩種類型。單滾輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可修整范圍較小。修整大模數(shù)、大齒深時(shí)，需制作大直徑的金剛滾輪，滾輪剛性較差，而且容易和工件發(fā)生干涉。目前采用單滾輪可修整的最大模數(shù)為25，采用雙滾輪修整可有效避免上述問(wèn)題。一個(gè)滾輪修整砂輪一個(gè)側(cè)面，修整模數(shù)不受限制，可以用小滾輪修整，剛性好。在中小型成形砂輪磨齒機(jī)上采用單滾輪修整較為常見(jiàn)，大型磨齒機(jī)上普遍采用雙滾輪修整（見(jiàn)圖5）。

       （2） 擺動(dòng)式滾輪修整

       如圖6所示，擺動(dòng)式金剛滾輪修整結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，需要實(shí)現(xiàn)5個(gè)動(dòng)作：砂輪旋轉(zhuǎn)、金剛石滾輪旋轉(zhuǎn)、金剛滾輪擺動(dòng)、滾輪和砂輪偏置、修整進(jìn)給。采用該方法，金剛滾輪截面始終處于砂輪廓形法向截面內(nèi)，修整砂輪僅用金剛滾輪R圓弧上的一個(gè)點(diǎn)，類似使用金剛筆尖修整砂輪。

圖6 擺動(dòng)式滾輪修整原理示意圖

圖7 擺動(dòng)式滾輪修整

       使用這種修整方式，滾輪磨損對(duì)砂輪廓形精度影響較小。出現(xiàn)磨損時(shí)，可通過(guò)修改滾輪R圓弧半徑，調(diào)整接觸點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。采用點(diǎn)接觸修整，降低了對(duì)滾輪輪廓精度要求，但磨損加劇。法向接觸修整不受工件廓形曲率半徑的影響，適合少齒數(shù)工件。為了提高精度，滾輪R圓弧半徑不宜過(guò)大，滾輪采用單圓弧碟型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)輕巧，運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)多，剛性稍差，適合小型工件的成形砂輪修整。擺動(dòng)式滾輪修整見(jiàn)圖7。

       （3） 坐標(biāo)修整裝置

       如圖8所示，極坐標(biāo)修整裝置結(jié)合了切入式修整和擺動(dòng)式休整的特點(diǎn)，數(shù)控系統(tǒng)控制金剛石滾輪在極坐標(biāo)系中的平面運(yùn)動(dòng)包絡(luò)砂輪軸截形曲線，實(shí)現(xiàn)砂輪成形修整。修整砂輪時(shí)，修整滾輪和砂輪以一定的線速比繞自身回轉(zhuǎn)中心回轉(zhuǎn)。砂輪繞擺動(dòng)中心擺動(dòng)，修整滾輪沿自身徑向朝砂輪做直線運(yùn)動(dòng)。通過(guò)直線軸和回轉(zhuǎn)軸兩軸插補(bǔ)將砂輪截面修整成與待磨齒輪齒槽相適應(yīng)的形狀。

       修整過(guò)程中，砂輪與滾輪接觸點(diǎn)處的法面矢量始終相同，與該點(diǎn)處的相對(duì)速度矢量相互垂直。兩軸插補(bǔ)，占據(jù)空間小，適合大型內(nèi)齒磨削裝置所用砂輪的修整。但這種方式只能采用單滾輪修整，可修整模數(shù)有限，不適合磨削大模數(shù)、大齒深齒輪的成形砂輪修整。

圖8 極坐標(biāo)砂輪修整裝置原理

       2、砂輪修整技術(shù)

       在磨削過(guò)程中，砂輪磨損鈍化，需要對(duì)砂輪進(jìn)行修整，產(chǎn)生一個(gè)新的鋒利廓形，同時(shí)保證精度一致。砂輪修整工具和修整條件對(duì)砂輪修整質(zhì)量有顯著影響，直接決定了砂輪形貌及廓形精度，修整的鋒利程度決定磨削力及磨削溫度，需要選擇合理的砂輪修整參數(shù)。

       選擇合理的修整速比qd修整砂輪。當(dāng)修整速比qd較小時(shí)，金剛滾輪與砂輪的相對(duì)速度較高，沖擊力大，砂輪磨粒斷裂較多，形成的切削刃較鋒利，但砂輪整體廓形精度稍差，適合粗磨去除較大磨削余量；當(dāng)修整速比qd較大時(shí)，金剛滾輪與砂輪的相對(duì)速度較小；相互作用力以擠壓力為主，砂輪磨粒受擠壓后，尖角破碎，形成更多的微刃，砂輪整體廓形精度高，適合精磨。通過(guò)大量的試驗(yàn)研究及生產(chǎn)實(shí)踐可知，修整砂輪時(shí)，金剛滾輪與砂輪的線速比取為0.3-0.8，粗磨取小值，精磨取大值。

       修整深度影響砂輪磨粒的受力特征，修整深度較小時(shí)，砂輪磨粒所受破壞強(qiáng)度較小，產(chǎn)生微觀破碎，形成微刃，廓形精度高，適合精磨；修整深度較大時(shí)，磨粒受力斷裂破碎，部分結(jié)合劑脫落，形成尖銳的切削刃及容屑空間，適合粗磨。修整深度的選擇應(yīng)該考慮砂輪的磨粒尺寸，避免過(guò)大的修整量將磨料整體脫落，既浪費(fèi)磨料又難以形成精確的廓形。

       金剛滾輪采用電鍍或燒結(jié)方法制成，磨料為天然金剛石或各種人造金剛石，如CVD、PCD等。修整過(guò)程中產(chǎn)生熱量，破壞金剛石磨料穩(wěn)定性，切削熱使砂輪磨料熔覆，造成堵塞，需要冷卻液及時(shí)帶走砂輪修整時(shí)的磨擦熱，清理砂輪，沖走切屑，提高修整精度，延長(zhǎng)滾輪壽命。

       3、小結(jié)

       數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)應(yīng)用中，砂輪修整裝置及技術(shù)是關(guān)鍵，各種不同原理、不同形式的修整裝置都有自身優(yōu)勢(shì)。隨著金剛滾輪和砂輪制造技術(shù)的發(fā)展，新磨料的應(yīng)用以及控制技術(shù)、在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，砂輪修整效率及廓形精度將得到進(jìn)一步提高。

      以上就是金剛筆與金剛石滾輪修整數(shù)控成形磨齒機(jī)分析。

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