先进磨齿技术

从原理上讲，齿轮渐开线齿形的加工主要有成形法和展成法两种。最早的磨齿机采用单齿分度的成形磨削法，其机床运动相对简单，因此机床结构较为简单。成形法磨齿需要将砂轮切削部分修整成被加工齿轮齿槽相适应的形状。相同模数的齿轮，当齿数不同时，其基圆直径不同，则实际齿面渐开线就不同，导致齿槽形状的不同。这样当磨制相同模数不同齿数的齿轮齿形时就需要不同截面形状的砂轮。这在当时仅靠机械靠模类装置修整砂轮的情况下根本就无法实现。一种比较现实的方法是按模数对齿数进行分段，在某分段范围内采用相同的截面形状。其结果导致齿形原理误差，严重地影响了齿轮精度。此外，机械式砂轮修整装置本身及修整过程也都不尽人意。这些问题成为了成形磨齿发展的技术瓶颈。因此，成形磨齿作为一种理想化的原理存在，但几乎没有得到发展。展成法磨齿是采用啮合切削原理进行的一种加工方法。展成法磨齿砂轮与被加工齿轮的运动关系相当于齿条（或齿轮）与齿轮的啮合，因此，机床运动较为复杂。但是展成法磨齿砂轮截面形状简单，且同一砂轮可以适应相同模数的各种齿数磨削要求，对砂轮形状及其修整的要求都不高。因此，直到上世纪90年代初，全世界生产的绝大多数磨齿机都是展成磨齿机。如前所述，成形磨齿采用与被加工齿轮齿槽相适应的截面砂轮对齿轮齿槽逐一进行磨削，因此，其最基本的核心技术就是要方便地实现获取精确的砂轮截面和零件任意齿数的精密分度。这也是过去曾经困扰成形磨齿发展的两大主要屏障。然而，近年来随着相关技术的发展，这些曾经的技术屏障都可以找到相应的解决途径。砂轮精确截形的获取近年来，数控技术的发展应用为机床工业带来了革命性的伟大变革，数控技术在车、铣、镗削类机床上的应用已经成熟并普及化。从原理上讲，只需要1个两轴伺服插补系统就能实现砂轮任意截面形状的修整。各插补轴运动可以采用高精度光栅元件检测，并通过反馈控制实现精确运动。从结构上讲，齿轮机床的数控化也是其发展的必然趋势，选择利用机床本身的其中两个数字控制轴即可实现修整工具（金刚笔或金刚滚轮）与砂轮间的修整成形运动；当然也可以单独配套独立的多轴数控修整装置，从而实现砂轮的在线修整。周向精密分齿的实现随着高精度、硬齿面、消隙蜗轮蜗杆副技术的日趋成熟，以及数字控制技术在回转运动中的应用，特别是近年来力矩伺服电动机的实用化，实现了回转运动的“零传动”，不仅极大地简化了传动系统，而且大大减小了传动误差。再加上高精度旋转编码器制造与应用水平的不断提高，回转运动检测反馈控制水平的提升。因此，从技术上来说，圆周运动综合精度水平应该有非常大的提升空间。成形磨齿机在很多领域将逐步取代了碟形砂轮磨齿机和锥面砂轮磨齿机，在中小模数齿轮的磨削加工方面是蜗杆砂轮磨齿机和成形砂轮磨齿机两强相争，而在大模数砂轮磨齿方面则是成形砂轮磨齿机一枝独秀。可以说，在目前社会技术支撑条件下，成形磨齿机有可能是在目前制造水平下获得最高精度的高生产率齿轮加工机床，必将成为未来高端磨齿机产品的主流。成形砂轮采用球形蜗杆实现连续分度成形磨削的工作循环过程，磨齿时工件的旋转和球形蜗杆砂轮的旋转相匹配，在适当位置球形蜗杆砂轮快速定位，然后工件在该位置方向做确定的旋转和进给，进行工件齿轮的右齿面的粗磨及精磨，并以同样的方式再进行左齿面的粗磨及精磨，使齿轮的两个侧面被均匀磨削。最新研究报道，高性能CBN(立方氮化硼砂轮)蜗杆砂轮磨齿的线速度能达到200m/s，材料去除率能达到100mm3/s。磨齿工艺的材料去除率及加工精度对比通过对数控化改造后的磨齿机的工作原理的分析与研究,得出数控磨齿机数控砂轮修形与数控磨齿机加工的实现原理与实现过程，同时对数控磨齿机的磨削角做了分析,确定了数控磨齿机磨削角的取值算法并建立了数控磨齿机的数学模型在建立的数控磨齿机的数学模型基础上对砂轮修形数控化实现的关键技术与数控磨齿机磨齿加工的关键技术做了分析研究,最终得出数控磨齿机数控砂轮修形与磨齿加工的关键技术与算法。根据数控磨齿机的工作原理!数控砂轮修形关键技术!磨齿加工关键技术与系统软件设计要求来设计数控系统软件总体结构根据磨齿机的功能需求与数控砂轮修形和磨齿加工的关键技术,设计数控系统软件中的各个主要的内部运算模块最终得到磨齿机数控系统软件,该数控系统实现了可通过输入工件基本参数与修形参数可直接输出磨齿加工与砂轮修形的数控加工的NC代码。