毕业设计圆柱齿轮的磨削工艺与制造过程.doc

摘 要在齿轮加工技术领域里的进展，以及差动技术在齿轮加工中的应用，演绎出了多种多样的齿轮加工机床和加工工艺。其中之一就是成形磨削齿轮，齿轮成形磨本身是一项精加工淬硬齿轮工艺。滚切工艺是一种连续加工工艺过程，而成形法工艺却是断续加工过程。这就是说，机床每加工一个齿槽之后，工件作一次单分度。在用成形磨削工艺时，所用砂轮与工件齿槽的形状完全一样。既能磨外齿轮，也能磨内齿轮的Gleason-PFAUTER 公司的成形法磨齿机自从1984 年以来便行销全球。在一开始，所用的磨削工具只是不可修整的CBN 砂轮。到了1994 年，因为机床配装了砂轮修整装置，这才有可能采用可修整的砂轮。关键词：数控磨齿机，Gleason-PFAUTER，齿轮成型磨削，工艺设计Gleason-PFAUTER forming grinding of gearsabstract：Gear processing technology in the field of the progress and differential gears in the processing of applications, to perform a wide range of gear processing machine and processing technology. One of them is forming grinding gears, gear forming mill itself is a hardened gear finishing process. Roller cutting processing technology is a continuous process, and the method of forming process was interrupted. This means that each machine processing a alveolar, for the workpiece in a single sub-degree. With forming the grinding process, used by the wheel and the shape of the workpiece alveolar exactly the same. Both grinding, gear, the gear can also wear the Gleason-PFAUTER the forming of grinding machine since the 1984 global marketing since then. In the beginning, the grinding tool used by not only repaired the CBN wheel. By 1994, installed a machine with Dresser devices, this may have the wheel can be repaired.keywords： CNC grinding machine, Gleason-PFAUTER, gear grinding molding, process design.目 录1 引言32 齿轮成形磨各个环节及重要因素 42.1 Gleason-PFAUTER磨齿机（机床）42.2 砂轮52.3 工件72.3.1 工件特征72.3.2 工件材料72.3.3有特殊要求的工件8 2.4 工件夹具82.5 磨削软件93 磨削加工过程113.1 余量分配113.2 修整砂轮123.3 记录接触点位置123.4 磨削加工123.4.1 运动学原理123.4.2 比磨削率133.5 工件检查144 行星轮磨削注意事项155 影响齿轮质量的诸因素156. 影响齿轮表面光洁度的因素156.1 磨料166.2 修整砂轮时的影响参数166.2.1 速度比qd:166.2.2 重叠比ud:177 影响加工时间的诸因素187.1 齿面宽187.2 单面留余量197.3 比磨削率对磨削时间的影响207.4 砂轮冲程对磨削时间的影响207.5砂轮修整的频次207.6 修整砂轮过程中的进给速度207.7 磨入段和磨出段的影响207.8 多次走刀或大磨削深度磨削方法217.9 工件材料对磨削时间的影响218 误差修正措施218.1 齿形误差218.1.1 齿形角误差fH228.1.2 齿形误差 ff248.2 齿向偏差248.2.1 齿侧线误差fH258.2.2 轴向上的齿向误差ff268.2.3 在磨入段和磨出段上的齿向误差278.2.4 扭曲齿形288.3 齿距误差289结束语3010谢 辞3111参考文献32 1 引 言齿轮是机械工业中重要的基础传动元件，具有恒功率输出、承载能力大、传动效率高、使用寿命长、传动比稳定、结构紧凑等优点。由于齿轮在机械传动中的重要作用及其形状的复杂性，它的设计、制造水平已成为一个国家现代工业技术水平的标志之一，也是各国学术界和企业界关注和研究的热点所在。因此，研究齿轮及齿轮加工的相关技术具有很大的理论和现实意义，其中成形磨齿是一种生产效率较高的齿轮精加工方法之一。在齿轮加工技术领域里的进展，以及差动技术在齿轮加工中的应用，演绎出了多种多样的齿轮加工机床和加工工艺。其中之一就是成形磨削齿轮，齿轮成形磨本身是一项精加工淬硬齿轮工艺。滚切工艺是一种连续加工工艺过程，而成形法工艺却是断续加工过程。这就是说，机床每加工一个齿槽之后，工件作一次单分度。在用成形磨削工艺时，所用砂轮与工件齿槽的形状完全一样。本课题意在通过改进齿轮的磨削工艺提高加工效率及减少生产中的废品率。在本文中，以行星轮的加工制造过程为例，对磨削工艺以及在实际生产中如何减少废品率进行阐述。2 齿轮成形磨的各个环节及重要因素我们在实际生产中希望能够加工出高精度、使用寿命长的齿轮，而整个加工制造过程，中间包含了许多环节，我们可以用下面的链条图示，来表达这种环环相扣的关系。图2.1: 系统中的各要素相当于一段链条1我们知道，在数控加工的过程中，为了得到高精度规格的产品，许多辅助加工的步骤是必不可少的。其中我们尤其对机床和磨削工艺的要求最高，下面我们来简单介绍一下，我们加工齿轮所用的机床，2.1 Gleason-PFAUTER磨齿机（机床）我们加工所采用的机床，在前面的概述中也提到了，其中我们对这一类适用于高精度加工的机床有一下要求：1，高结构刚度和高动态刚度，我们可以通过机床的结构设计来达到我们的目的；2，高的几何精度，这要求我们机床的内部零件要精密，装配也要精密；3，高的热稳定性，我们通过回路的冷却装置、各种冷却油来达到目的；4，磨屑的处理，由于磨齿的屑为粉末状，我们的过滤装置好坏将决定机床自身加工的效率及产品质量。5，全封闭的加工区。 Gleason-Pfauter 磨齿机基本外如下图所示，主要结构有防护板、主轴电机、磨头、过滤系统、电脑辅助系统等。图 2.1机床外观结构图如下：图2.2: Gleason-PFAUTER 生产的成形磨齿机的基本结构 2.2 砂轮砂轮的好坏直接决定磨削质量。砂轮的表面磨削体和集合体的分布影响金刚滚轮对它的修正，同时过长时间的磨削损耗以及磨削时冷却油的喷射，会影响砂轮表面粗糙度，导致磨削齿面粗糙度不达标，直接影响使用寿命。我们使用的砂轮主要有下面几种类型：图2.4： 砂轮的种类可修整型砂轮这类砂轮包括陶瓷粘结剂的砂轮，它们在成形磨齿机上借砂轮修整装置修整成形，以氧化铝和陶瓷作为磨料。不可修整砂轮这类砂轮以淬硬刚作为本体，把它加工到严格的公差，然后加上CBN 的涂层。只有单一的一层CBN涂层，用镍做粘结剂电镀上去。在成形磨齿机上，它们不能修整成形。图2.5: 装在砂轮接盘上的可修整砂轮可修整类砂轮，其磨料产生切削力强，寿命长，成型效果好，主要用于高精密模具清角、切沟、研磨镜面。我们所使用的砂轮为诺顿品牌，其外观如下图所示：图2.6 磨削使用的诺顿砂轮外观2.3 工件2.3.1 工件特征接着上述链条叙述，我们采用的毛坯经过磨齿前的加工，车、热处理、喷丸及磨等工序，到磨齿时仅剩下加工齿间左右面几十丝的加工余量，假如在热处理时没有太大的应力变形，我们的磨齿将按正常的步骤进行，假如有大的变形，会导致黑皮等现象，这些我们在后面的论述中将会进一步提到，如何预防以及解决黑皮现象。我们所加工的齿轮主要有以下几大类：从齿轮啮合上讲主要有：外啮合齿轮、内啮合齿轮从齿形轮廓上讲主要有：直线齿轮、斜齿轮以及人字形齿轮等外齿行星轮加工为例，砂轮与工件的加工位置关系如下图所示：轮齿位于工件的外圆上。 左边的是砂轮，右边的工件与砂轮的接触要适当，在对刀时尤其要注意。一旦发生加压，会导致工件基准发生位移，最后加工的质量大受影响。假如挤到工件，应当把进给倍率调零，砂轮退回，然后重新校表定位。2.3.2 工件材料在加工淬硬材料时，通常指的是表面淬硬并经回火的钢材，其硬度在HRC 60 +/- 2 之间。工件的硬度是决定工件耐磨的主导因素，我们常说的磨削烧伤，就是部分齿面的硬度不够，导致啮合发生点蚀，导致齿轮箱寿命降低。在未经淬火的软材料上整体磨出齿形也日益普及。因为在加工试制件或单件生产条件下，整体材料成形磨齿更有其经济意义，这类工件大都是内齿零件，外齿不做阐述。在个别情况下，也可以在铸造的球墨铸铁上磨齿。此时就需用专门研制的过滤系统，以便能把石墨和铁屑的混合物从磨削油中分离出来。2.3.3有特殊要求的工件现代化的高性能传动系统都具有高速、重载的特征。以行星轮的啮合为例，当行星轮的齿顶与太阳轮的齿根部进行啮合时，就会有很强的应力变化，两工件表面的粗糙度、硬度面临巨大考验，如果粗糙度或者部分齿面硬度不够，将导致裂纹甚至点蚀、断齿。这时候我们对外齿的顶部加入修形，即齿顶部不是标准齿形。这样啮合时接触压力均匀、噪声小、传动效率高，达到使用寿命长的目的。图2.16: 在齿形和齿向上可能实现各种修形有时候我们也会遇到无修形的齿轮，我们称之为标准轮，这类齿轮的齿形齿向都是一条直线。有修形的齿形：在齿高上的修形，我们把它分作两类：其一是在整个齿高上的鼓形修形，另一是齿顶和/或齿根上的修缘。这后者只是在齿顶和齿根才有修形。这类修形可使轮齿运行更柔顺平滑，因而噪声更小。这类修形也可做在齿向上。这里的鼓形和/或两端修缘旨在避免轴线不平行时传动齿轮副出现的边缘接触。齿高上的鼓形修形和齿向上的两端修缘可以同时施用。2.4 工件夹具工件夹具可分作两大类：1）双顶法装夹。轴齿轮通常在它的两个端面上各有一个中心孔。工作台的扭矩可通过适当的驱动器来 传递到工件上。同心度取决于两个顶尖的定位精度。此类工装常用于轴类零件的加工。2） 用端面定位，用轴向或/和径向力夹紧：带有孔的工件可以用端面和孔来定位，而用压板、螺钉或夹爪之类的装置把它向下压牢。工件定心可用校正参考面的办法，或者用胀套自定心。行星轮的装夹大多采用此类工装。在这方面，我们要注意一下几点：1）要确保图纸上的参考面与工作台同心。2）装夹不可过紧，防止应力变形。4）被加工齿轮的定位位置一定要保证齿面宽在机床的有效轴向行程之内。5）务必要检查工装运转后是否与机床部件有冲突，确保人身和机床安全。2.5 磨削软件我们使用的机床采用的是西门子操作系统，具有简单易操作的特点，其中主要有以下几个功能区： “输入”区图2.17： 磨削软件的输入区在“输入”区里可以生成数据文件，并可打开和保存文件，即使在机床加工过程中也可进行这些操作。也是在这个界面下编制实际要用的加工程序。要录入的 “工件” 数据包括所有加工中的辅助装置（测头，砂轮等），而“齿轮”数据输入包括齿轮的主要参数和所要求的各项操作（磨削，检查，.）.“输入” 区的主要功能在于：1） 访问所有的输入数据2）定义磨削参数与工艺参数3）执行齿轮磨削计算4） 调整效果的检查5）生成CNC 数控零件程序“设置“ 区在 “Input side” 输入栏下生成的CNC 程序被传送到加工区。“加工” 区 图2.18： 磨削软件的加工区在 “加工” 的加工清单项下可以找到生成的加工程序和各项设置。在这里您还可以把它们传送到CNC 控制系统，按一定的程序对之进行加工。“加工” 区的主要功能在于：1）执行CNC 零件程序2）与CNC/PLC 相交流“辅助” 区图2.19： 磨削程序的”辅助” 区“辅助” 区的主要功能有：1）机床参数与数据参数的管理2） 所有加工数据的管理3） 分析与评估测量结果，并将它们显示出来“辅助” 区包括以下菜单：检查图形查看，打印，打开和保存检测结果数据库管理重命名和删除数据记录机床参数砂轮修整装置的设置数据，坐标数据，尺寸，零位偏置，主轴数据工艺参数砂轮的精修整与粗修整等工艺参数，以及磨削加工的参数都出现在这里。自动计算分几次磨削就用这儿规定的数据切换语种在提供的语种之间切换版本信息磨削程序的版本号3 磨削加工过程当工件与砂轮在磨齿机上装夹好之后，只需不多几步操作便可磨削加工和检查了。下面，我们以行星轮的加工为例，包括中间的磨削工艺、注意事项进行系统的讲述。图3.1: 齿轮磨削加工各工序3.1 余量分配在余量分配前，我们要按照工艺要求，在相应的校表带定好加工的基准，之后才可以余量分配。余量分配工作包括：1）把自由转动的工件相对于砂轮定好位，此时要考虑淬硬后工件的变形。2）测量齿面，决定最大和最小的磨削余量。做余量分配有哪此好处以及做之前要做哪些工作：1）把工件置于适当位置，可在齿侧的两面磨去等量的金属。2）可以确保齿侧两面都能足够的余量，磨出完全的齿形。3）因为淬火变形，通过余量分配，可以检查出是否有足够的余量磨出完整的齿形。4）如果余量太小，磨不出完整的齿形，就应把名义尺寸缩小。余量分配之前要做哪些工作1）磨前要把机床内部装夹的辅助工具拿出来，防止机床运行后导致不必要的麻烦，甚至发生危险。2）擦拭齿面，去除齿轮表面的砂轮灰等杂物，防止出现对中假象。3.2 修整砂轮余量分配完成后，如果上件工件的齿形或者公法线有需要改动的，我们要对砂轮进行修整。公法线和齿形变化小于10丝的，我们只要修整一次砂轮就可以了。修整砂轮还有以下作用：1）把已经钝了磨粒打掉，以恢复砂轮的磨削功能。2）开放切屑空间。3）在砂轮上打出准确的几何形状。4）把砂轮的径向跳动降至最小。3.3 记录接触点位置前两道任务完成后，我们要记录对刀点。要确定并采用（砂轮与工件）接触点位置时的中心距，从而便可以确定和控制径向上的进刀量Xtot。从余量分配，以及从接触点位置计算出的中心距，检测出工件的回转位置。在软件菜单中选取“记录接触位置”，从而读出 “所测得的最大余量齿距”。3.4 磨削加工3.4.1 运动学原理轮齿的齿形是转动着的砂轮的负面形状。砂轮转速（B 坐标）给出磨削速度Vc。用下式计算磨削速度：图3.8: 砂轮在磨削行程中位于齿间里的情况齿向上的磨削是由Z 坐标的进给运动完成的。进给运动是滑板（Z 坐标）在进给量为Z 时向前移动生成的（通常把进给量写作fz）。在加工斜齿轮时需要给砂轮一个附加的转角运动（即A 坐标），一个轴向运动（Z 坐标），另外还有一个工件的附加回转运动（C 坐标）。3.4.2 比磨削率在磨削过程中，引入一个体现金属去除量特性的概念，即比磨削率Qw。定义：比切屑率Qw 这个术语的定义是在磨削过程中，在一个假想砂轮1 毫米的宽度上，每秒钟切除的切屑容积。图3.14: 比磨削率 Qw每一齿廓上的加工余量q在齿根的加工余量qxf在齿顶的加工余量qxa这里的切屑容积包含的因素有：X 径向切入进给量mm60/Zeff 砂轮在1 秒钟内行经的有效进给长度mm/s1 mm 反映在法截面上1 mm 宽度上（相对砂轮轴线）的切屑量mm其结果是简化后得：比磨削率的单位是砂轮宽度每毫米，每分钟，若干立方毫米这样做的好处是：因为考虑的只是砂轮上1 毫米宽度，所以不同规格的工件（􀁊指不同截面的齿槽）也有了性能参数可比较了。在计算分多少次磨削时，Qw 是一个参考变量。磨削软件计算出一个分次磨削的次数，借此就可以把某种磨料的最大Qw 值限定在一定的范围内，而不致超出。表3.3: 这里列出的是CBN 砂轮的允许比磨削率，以粒度为函数表3.3: 可修整砂轮的最大允许磨削率 以上是磨削编程的原理，简单的说就是QW和VW的确定。我们在“磨削”编程选择的排刀，必须遵守其最大和最小值。目前我们加工的行星轮QW为粗磨为600，磨为300。Vw值粗磨4.5，半精磨为1.6，精磨0.8。3.5 工件检查磨削加工完成之后，可随即用测头在机检查工件。这便无需另外添置单独的齿轮检查仪了，这在经济和时间上都是很大的节约。测量标准用的是DIN 或/和AGMA。可以测量以下诸项目：1） 齿形 2） 齿向3） 周节（齿距）4） 跳动5） 公法线长度/用测球或测针测量6） 齿顶和齿根的直径7） 人字齿轮的螺旋线的交点（上、下两个齿轮的交点）齿向 齿形 周节 跳动 Fr公法线长W4 行星轮磨削注意事项行星轮加工过程中需要注意一下几方面：1）工件上机床前务必检查表面是否有碰伤、上道工序是否交检。2）校表后必须将机床内部辅助工具带出，机床内部保持整洁。3）砂轮对刀时，不要挤压工件，避免基准的位移。4）磨削排刀完成后，检查是否有进给过大的冲程，磨削过称中是否有异常火花。5）磨削完成后检查齿面是否有黑皮或者裂纹，结合齿形在线报告观察粗糙度。5 影响齿轮质量的重要因素成形磨齿齿轮的质量很大程度上取决于机床的精度稳定性，轮、冷却油、油嘴的喷射角度辅助作用，那么以上的硬件条件无法改善的话，那我们只有通过改动磨削工艺来提高齿轮质量，降低废品的产生，提高效益。影响磨削加工的诸因素，以下是磨削方式：1）“双面磨削” _ 在一次工步里，同时粗、精磨一个齿槽的两个齿面。2）“双面磨削/单面磨削” _ 粗磨时用双面磨削，精磨时用单面磨削。3）“单面磨削” _ 用单面磨削法分别粗磨和精磨。4）“曲折进给磨削” _ 依次连续磨削各个齿槽，但是轴向进给的方向也在依着次序地切换。曲折磨削既可以是单面磨，也可以是双面磨。行星轮加工可以采取双面磨，也可以采取单面磨，双面磨效率比单面磨效率高一倍，但是磨出的齿形精度一般不如单面磨来的好。6. 影响齿轮表面光洁度的因素磨削加工齿形的表面光洁度标注在图纸上，它受到许多因素的影响。其中砂轮的好坏以及金刚滚轮的修整参数很大程度上决定了齿轮粗糙度的好坏。下面来介绍下磨齿所用的砂轮包含的数据以及金刚滚轮修整参数。6.1 磨料对于CBN 砂轮而言，所选用的磨料是影响齿轮表面光洁度的主要因素。图6.1： CBN 砂轮的磨粒尺寸可根据砂轮直径和允许的表面不平度的深度来选取知道了砂轮直径的大小和要求的表面光洁度，便可借助上面的图表确定磨料的粒度。砂轮使用一段时间后，加工的表面光洁度会提高20%。这种表面质量的改善是因为：突出的个别磨粒在一开始会受到较大的应力而脱掉，也就是说砂轮变钝了。就可修整的砂轮而言，它的磨粒尺寸的选择与所要求的表面光洁度之间的关系倒不那么紧密，然而更多的是要考虑留磨余量、工件材料的可加工性、以及材料的切屑成形。要达到所要求的光洁度，最好是在精磨时，选取适当的砂轮修整参数。从一开始，随着可修整砂轮的突出的磨粒被磨损掉之后，也有提高表面光洁度的效果。然而这个效果的明显程度取决于砂轮修整的粗、细程度。6.2 修整砂轮时的影响参数在使用可修整砂轮精磨齿轮时，加工出来的齿廓表面光洁度会受到速比qd 的影响(+号表示顺磨，-号表示逆磨)，还要受重叠系数ud 的影响。6.2.1 速度比qd:所选用的砂轮速度和金刚轮的速度，以及它们的旋转方向，对金属切除率，以及对磨削加工表面质量有重大的影响。砂轮表面的形状结构取决于砂轮与金刚轮之间的相对速度。在图6.4 上，左边表示的是一只磨削性能很高而表面粗糙的砂轮，它是在正速比下修整出来的；右边的是一只负速比下修整出来的砂轮，它的表面相对要光整些。图6.4： 作为速度比函数的表面粗糙度的有效深度13连续两只金刚轮在它们的有效工作路径上，把砂轮表面修整成一个波浪状廓形，因而生成表面粗糙度的有效深度。然而，因为有许许多多的这种有效路径相互重叠，所以实际的有效深度要比理论上的廓形深度H 要低一些。粗磨时要求砂轮表面具有高的磨削性能，以保证尽可能大的金属磨削率（Qw）。所以就应采用同向法修整砂轮（即正负号的速比），速比范围应当在0.4 到0.8 之间。虽然1：1 的速比会生成更加有效的表面深度，但这时在砂轮与金刚轮之间没有相对速度，而致损坏金刚轮。精磨时可以采用逆向法修整砂轮（即负号的速比），速比范围应当在 -0.4 到 -0.8 之间，以便能磨出更光整的表面。然而光整的砂轮表面，再加上表面硬度高（大于HRC60），容易出现表面烧伤的危险。6.2.2 重叠比ud:重叠比ud 所描述的砂轮金刚轮的有效宽度bd 与砂轮修整进给量sd 之间的关系（6.1）金刚轮的有效宽度bd 直接取决于金刚轮的圆角，进给量Z2，以及在齿形方向上单一齿面上的磨削深度ad。按照公式（6.1）的定义，在重叠比为1 的时候，砂轮上粗糙度的有效深度就应等于每一齿廓在齿形方向上的磨削深度ad。如果重叠比为2 时，修整进给量sd 就要减小一半，同时也就将粗糙度的有效深度减小。但砂轮上仍然还有减小后剩下那部分砂轮粗糙度有效深度。图6.8： 压力角20o 时，粗糙度有效深度与重叠比的函数关系有效粗糙度与重叠比之间不是线性关系。重叠比从1 变为2，我们可以看出有效粗糙度有重大的变化，然而重叠比在5 到10 之间却基本上看不到有效粗糙度有什么变化。粗磨时，重叠比常选在1.2 到1.5 之间，这样就可以得到磨削性能良好的砂轮表面结构，进而可获得高的磨削率Qw，同时还不那么易于出现表面烧伤。精磨时，根据表面质量的要求，重叠比应选在2.5 到8 之间。这里要记住的是，在较大的重叠比（也即砂轮表面较平整）下修整出来的砂轮来磨硬工件时，有烧伤工件表面的危险。我们在加工行星轮时，以FD1660BW0110R1型号为例，各项修整参数如下表所示：磨削方式修整次数进给量速度比重叠比粗磨10.050.61.5精磨20.03-0.88 表6.2 行星轮的砂轮修整参数7 影响加工时间的诸因素对磨削工艺的关键要求是要缩短加工时间，同时还要保证质量，甚致提高质量。自然而然就会产生这样的问题：如何才能达到这个目的呢？下面我们就来说明一下影响磨削加工时间的一些因素。有些因素我们可以调整，有些因素我们无能为力而只有接受。7.1 齿面宽齿面宽就是每个齿轮上要磨削的那一段长度（l），它对磨削时间有重大影响。式中： b = 齿面宽 毫米z = 齿数 = 螺旋角o图7.1： 磨削时间与齿宽的关系（一个实例的数据）从图7.1 可以看出，磨削时间与被加工齿轮的齿宽有线性关系。一个齿轮的齿宽，齿数或者螺旋角都是无法改变的，因此也就没有办法对它们进行优化。切削时间与齿宽的函数关系7.2 单面留余量每一齿廓上的留磨余量（q）就是前道加工工序所预留下的加工余量，同时还可能涉及淬火变形量。同样的工件上，各个齿廓上的余量也不尽一致：1）工件与工件之间的不一致2）各个齿之间的不一致3）在齿宽的各个位置上不一致4）沿齿形高度上的不一致这就是每一工件的磨削加工时间不尽相同的原因。为了确定磨削加工所需的时间，重要的不仅仅是要知道留量的大小，而且还要知道淬火的变形量，以及余量在整个圆周上的分配。磨削加工应当在余量的最高点开始。要通过测量余量的分布情况来决定出这个最高点，从而才能决定出总的磨削时间。磨削加工时间与每一齿廓上的加工余量（q）之间也有着线性关系。较小的加工余量对磨削加工时间有正面的影响。但是, 这也是以前面各道工序都得到了较好控制为前题的，否则，要是淬火时变形太大，最终会磨不出所需要的尺寸。7.3 比磨削率对磨削时间的影响比磨削率是径向切入深度（X）与轴向进给量z 的剩积。要缩短磨削时间，最好就从它入手。然而要调整这个因素也受到一些限制，具体用的是什么磨料，被加工材料是什么，以及可能出现表的面烧伤。如果超出了允许的比磨削率Qw，会伤及工件材料的组织。在比磨削率Qw 不变的情况下精磨，而用改变比磨削率Qw 来粗磨齿，以算出不同的磨削时间。使用可修整砂轮时，可以看出，随着磨削率Qw 的增大，磨削时间就会缩短。但是磨削时间的缩短并不呈线性变化。这是因为磨削时间里还包含着砂轮修整时间，而砂轮修整时间并不会随着磨削率Qw 的增大而缩短。我们姑且让磨削率无限增大，那剩下的就只是砂轮修整时间了。7.4 砂轮冲程对磨削时间的影响粗磨通常都采用分度无空程磨削。这是最快的办法，每一齿槽磨削的冲程数都是奇数，即第1 个齿槽从上面往下磨（即逆磨），而精磨从底面开始磨。而磨第2个齿槽时，从底面开始磨（即顺磨），而精磨时则从上面开始磨。这里我们所讨论的是曲折冲程对磨削时间的影响。因为在精磨中，工件的质量比加工时间更重要，所以在精磨时通常都选择分度时有空程的磨削方式。所增加的这个空程就使冲程数成了奇数。即相邻齿槽的磨削方向都是一样的。（最后一个冲程总是同一个方向）7.5砂轮修整的频次因为在磨削中也要修整砂轮，所以会中断磨削过程。因之，修整砂轮的次数全都算成磨削时间了。在所用磨料允许的切屑容积Qw 达到之后，就要修整砂轮。如果人为地去延长修砂轮的时间间隔，那就会冒着砂轮大幅度磨损，进而招致表面烧伤的危险。所以延长砂轮修整时间间隔并不是一项优化磨削时间的办法。在这方面，只有经验丰富的用户，才有可能根据生产中的经验来人为地干预磨削工艺过程。7.6 修整砂轮过程中的进给速度在修整砂轮过程中，采用大进给量自然可以缩短磨削加工时间，但这样会大大改变砂轮表面的结构形状，同时也就会影响到被加工齿轮的表面质量。只有在需要保证特定的表面质量时，或者要保证一定的磨料寿命时，才会去改变修整砂轮时的进给速度。7.7 磨入段和磨出段的影响每一砂轮冲程都包含有一个磨入段和一个磨出段，自然它们也会影响到磨削时间。它们的长度取决于齿轮的几何形状，径向进给量，以及砂轮的直径大小。磨削软件使用输入的数据来计算出磨入段和磨出段的长度，并对之进行优化。这两段长度都不可能缩短，否则，在径向进给时，砂轮会与工件发生冲撞。7.8 多次走刀或大磨削深度磨削方法是选择多次走刀，还是选择大磨削深度磨削方法，这直接与磨入段和磨出段有关联。多次走刀磨削方法指的是用较低的磨削深度（X）和较大的进给量（z）来加工。用大磨削深度的蠕动磨削方法也可达到与大进给量，小磨削深度磨削方法相同的比磨削率Qw。这就是说前者的冲程数要少些。大磨削深度磨削不用象多次走刀方法那样需要频繁地经磨入段和磨出段，这就是它的优点所在。所以大磨削深度磨削也是加快磨削过程的一个因素。然而需要考虑的一点是：在所有的磨削工艺里，磨料都必须从本体上崩掉，使产生一种自磨锐效应。只有当因为磨粒变钝而使磨削力（法向力Fn）超过某一限度时，才会出现这种自磨锐效应。在大磨削深度蠕动磨削中，由于接触线长度（lk）增加，这就会使砂轮与工件之间的接触面（Ak）也增大。每一磨粒所承受的磨削力也减小了。这样一来，您所期望的自磨锐效应也就不会发生。对此的反措施是可以采用组织结构稍微疏松些的砂轮（在一定接触面上磨粒更少些，因而每一磨粒所受到的正压力也会更大些，使磨粒更容易崩掉）。7.9 工件材料对磨削时间的影响在加工软材料时，可以选取较高的Qw，因而会缩短磨削时间。磨削硬度在HRc 62 以上的材料，则需根据所用的砂轮材料和修砂轮的情况，选取允许的最大比磨削率Qw，以避免出现工件表面烧伤的危险。这自然会增加磨削时间。8 误差修正措施无论机床刚度有多么好，精度有多么高，加工之后总会发现一些并不希望有的误差。这首先要通过检查来发现，然后再用特定的修正方法来补救。8.1 齿形误差工件齿廓的形状很大程度上取决于砂轮的几何形状。直接影响所及的是齿形误差ff 和齿形角误差fH。综合齿形误差F 是齿形和齿形角两项误差的总和。图8.1: 齿轮精度标准关于齿形偏差和轴向误差的定义238.1.1 齿形角误差fH在记录纸上所显示的齿形角误差fH 是在与记录纸走纸方向相垂直的方向上，在CC和C”C”两条线之间读取的尺寸值。CC和C”C”两条线与线条AA 相平行，并在测量范围的终、始点与线BB 相交。24（参见图8. 1）当顶部的材料比齿根部多时，齿形角误差为正。造成齿形角误差的原因是：加工出的工件齿形取决于砂轮齿形相对于工件的位置精度。如果这个位置精度在径向（X 坐标）上和切身（Y 坐标）上不准确，它们就成了主要的齿形角误差。缩小中心距（X 坐标）会减小齿形角误差fH，朝齿顶方向退缩。两齿侧减少同等量的误差。图8.2： 图中示出当中心距减小X 一段的长度时，砂轮齿形所在的位置在磨削外齿轮时，切向窜刀如果是朝向左齿廓，那么（右齿廓的齿形角）fHR 就会减小，而（左齿廓的齿形误差）fHL 便会增大。图8.3： 砂轮齿形向左侧偏位Y 表8.1 和表8. 2 所示为外啮合和内啮合齿轮的齿形误差，以及相应的位置偏差。表8.1： 外啮合齿轮的齿形偏差，及其相应的砂轮廓形的位置偏差表8.2： 内啮合齿轮的齿形偏差，及其相应的砂轮廓形的位置偏差修正措施：位置偏差大多具有叠印上去的，左、右两齿廓都出现偏差，它们的偏差数值不一样，所带的方向符号也不相同。对此的修正措施要从两方面来考虑：1. 首先是砂轮齿形要从切向方向位移到工件的中心位置上。这样便可以保证左右两齿面的齿形角误差值大小是对称的。（也就是说误差的大小和所带的符号都是一样的）。2 一个对称性的齿形角误差可以用改变中心距的办法来纠正。这里我们还要说一下可修整砂轮与CBN 砂轮的区别，它们是：在使用CBN 砂轮加工时，修正措施在于改变砂轮在机床上的位置。但是砂轮的厚度是固定的，先在X 坐标上移动砂轮，然后再改变槽宽“e”，这样就改变了工件上基圆切线的长度。这就意味着CBN 砂轮不仅止于相对于工件轴线（即工件台中心）的准确定位，而且中心距也要准确。生产厂家要把定位数据写在文件里，提供给用户。对于可修整的砂轮而言，修正措施不会影响到砂轮的位置，而是影响砂轮修整装置，即要修正的是修砂轮过程。这样，在分别修整砂轮的两侧齿形时，的确就不再依赖于改变中心距了，以及相应地改变齿槽的宽度e。可以使用“齿形扭曲偏差补偿”Compensation of profile slope deviation 菜单，在砂轮输入范围里对齿形角误差fH 进行修正。8.1.2 齿形误差 ff在检查记录纸上，齿形误差 ff 是在与走纸方向相垂直的方向上测量到的，数值大小就是BB与B”B”两条线之间的距离，这两条线与实际渐开线BB 相平行。在测量范围内，它们出现在检查记录纸上。齿形误差也包括齿形波度25 的波形深度。产生齿形误差的原因：齿形误差是加工用砂轮的齿形偏差在工件上的反映。修正措施：如果使用的是可修整砂轮，在齿形方向上的磨损了的金刚轮有可能会在工件上打出一个凹的鼓形面（c）。有时候，这个误差可以用编程得到的齿形鼓形来和它叠合以求补偿。但是砂轮金刚轮的半径并不是均匀磨损的，金刚轮用了一段时间后必须予以车正，或者更换新的。此外，砂轮表面上的有效粗糙度深度也是包含在齿形误差ff 里的。所以在使用可修整砂轮时，一定要注意修砂轮的工作状态。如果使用的是CBN 砂轮，它的齿形取决于砂轮的本体形状，以及磨料镀层。在订购砂轮时一定要考虑最大的允许齿形误差。这里齿形方面的问题要由砂轮的生产厂家来协助解决。8.2 齿向偏差在这里涉及3 个项目：轴向齿侧线形状误差ff，齿侧线误差fH，还有齿侧线综合误差F，要区别对待。齿向精度在很大程度上取决于机床的运动精度。8.2.1 齿侧线误差fH在测量记录纸上，齿向误差是在垂直于记录纸走纸方向量出的，它是记录纸上CC与C”C”两条线之间的一段距离。这两条线与AA 线平行，并在齿侧线测量范围的终、始点相交。下图所示为几种可能出现的齿向误差，生成这些齿向误差的原因，以及修正它们的方法。图8.6： 一个锥形齿的示意图原因：图8 .6所示的齿形被加工成锥形了。误差是对称的（左、右两齿廓锥度相同）。轴向滑板行程（在X 坐标方向上）与工件轴线不平行。另一个原因就是工件没有夹紧，而出现位移。校正方法：齿轮检查仪床坐标的平行度，必要时调整机床。为此，要在工作台上插一根检验心棒。最快的解决办法就是在齿轮上重磨一个相反的锥度。若是用双面法磨削，只需在径向上（X 坐标）校正就行了；若是用的单面法，那还得在回转坐标C 上做附加的校正。图8.7: 未经校正的螺旋角原因：在图8.7 中，砂轮上的螺旋角与公称的螺旋角不相符。看起来工件轴线与轴向滑板行程不相平行。这里要考虑以下几个方面。如果我们假定螺旋角不合格是因为坐标倾斜造成的，自然工件是在带有同样误差的机床上测量的。这就是说在磨齿机上是检查不出偏差的。因此，这种偏差只能用外部测量系统来检查。从此，可得出结论，因磨齿机招致的齿向误差表明在磨削中因受到外力而产生了位移。校正方法：机床上不平行的坐标应如上述进行调修。如果发现有因受到外力而产生了位移，那就要检查夹紧系统，必要时更换之。齿向误差通常都是具有复合的特性，因而接下来，要把它们分解为径向的和切向的分量。8.2.2 轴向上的齿向误差ff轴向齿形误差是在与检查记录纸走纸方向相垂直的方向上，并在BB与B”B”两条线之间测读出的。它们出现在检查记录纸上轴向测量范围之内。下图所示是几个轴向齿向误差的例子，产生这些误差的