一、研究背景
隨著各行業(yè)對齒輪精度要求的不斷提高，磨齒工藝正在成為齒輪生產(chǎn)工藝中最常用、最重要的手段之一。我國和德國、日本等工業(yè)強國在機械制造行業(yè)上的差距，除了設(shè)備、技術(shù)上的差距，對工藝參數(shù)的把控也是其中的核心環(huán)節(jié)之一。
以磨齒為例，目前我國一些大公司的設(shè)備全部從歐美國家進(jìn)口，廠房設(shè)置基本符合歐美國家要求，操作人員也經(jīng)過了反復(fù)培訓(xùn)，操作方法熟悉，但加工出來的零件精度有所不及，同一砂輪的壽命更可能有倍數(shù)的差距。這其中，砂輪的修整參數(shù)和磨削參數(shù)是非常重 要的兩個影響因素。筆者就此對蝸桿磨砂輪進(jìn)行壽命評估研究。
二、蝸桿磨砂輪壽命主要影響因素
蝸桿磨砂輪的損耗主要體現(xiàn)在直徑方向和軸向兩個方面。直徑方向的損耗主要是砂輪修整帶來的，目的是將已經(jīng)破壞或達(dá)不到加工精度要求的砂輪齒面表層去除，類似于滾刀、剃刀等的修磨。軸向損耗主要來源于砂輪躥刀，目的是防止砂輪的同一個位置反復(fù)磨削工件，導(dǎo)致工件表面粗糙度達(dá)不到要求，或者出現(xiàn)磨削燒傷。
直徑方向損耗
砂輪直徑方向的損耗分為兩種，一種是新砂輪修磨損耗，一種是砂輪加工過程中的正常修磨損耗。
新砂輪修磨損耗：砂輪三維外形如圖 1 所示。一般新到廠的砂輪因為開槽精度的問題，在壓力角、砂輪表面粗糙度等方面并不滿足加工要求，需要進(jìn)行修磨。
針對 80 粒度砂輪，砂輪每一修整回合一般在直徑方向修掉 0.03 mm，進(jìn)口新砂輪通常需要修整 100 回合，因此將在直徑方向修掉約 3 mm。個別國產(chǎn)砂輪制作粗糙，新砂輪需要修整 200 甚至 300 回合，新砂輪在直徑方向的修整損耗達(dá)到 6 mm 或 9 mm。
砂輪加工過程中正常損耗：正常加工過程中，為保證被加工齒輪的齒部精度、齒面粗糙度等，需要定期對砂輪表面進(jìn)行修整。砂輪修整損耗如圖 2 所示。
砂輪正常修整仍以回合為單位，通常一次修整為10 回合，其中 8 回合為粗修整，2 回合為精修整。針對 80 粒度砂輪，粗修整每次在直徑方向去除 0.03 mm，精修整每次在直徑方向去除 0.02 mm。因此，每次修整在直徑方向的去除量 d 約為 0.28 mm。
砂輪在直徑方向上的修整并不是無限制的，修整到一定直徑后，引發(fā)機床 X 方向行程和安全限制，機床將停止修整。以外徑為 280 mm、寬度為 260 mm、內(nèi)孔為 115 mm 的砂輪為例，砂輪齒根可修整到的最小限制直徑在 200 mm 左右。
假設(shè)某砂輪大徑為 Φ1 ，砂輪齒根限制直徑為 Φ2 ，被加工齒輪的齒全高為 h，則估算用上述幾何尺寸砂輪加工齒輪時可修整的次數(shù) k 為：
軸向損耗
砂輪磨削如圖 3 所示。為防止砂輪的同一位置反復(fù)磨削工件，造成被加工齒輪齒面燒傷、粗糙度不達(dá)標(biāo)或者精度超差，砂輪在磨削過程中采用動態(tài)躥刀，即加工過程中砂輪時刻都在躥刀。
砂輪沿自身軸向方向躥刀，躥刀運動與機床主軸的進(jìn)給聯(lián)動，輸入的躥刀量為 0.05 mm，表示機床主軸每進(jìn)給 1 mm，砂輪沿自身軸向躥刀 0.05 mm。
磨削過程中，為避免砂輪與工件產(chǎn)生碰撞對砂輪造成損傷，也為了減輕磨削載荷，需要在進(jìn)刀時增加一段超越行程 Z1。出刀時，為了能完全出刀，也需要增加一段出刀量 Z2。進(jìn)刀和出刀如圖 4 所示。
因此，磨削過程中，砂輪沿機床主軸方向的實際運動距離 L 為：
式中：D1 為被加工齒輪寬度。
筆者公司磨齒加工一般分為三行程或四行程，每行程的躥刀量不同。以三行程為例，假設(shè)第一行程粗磨的躥刀量為 a，第二行程半精磨的躥刀量為 b，第三行程精磨的躥刀量為 c，那么加工每個零件的總躥刀量 y 為：
在躥刀過程中，砂輪并不能在整個寬度上實現(xiàn)躥刀，通常的有效躥刀范圍為砂輪寬度的 70% 。因此，砂輪每修整一次可以加工的零件數(shù)量 n 約為：
式中：D2 為砂輪寬度。
三、砂輪壽命評估
砂輪壽命評估公式
砂輪的壽命 N 可估算為：
式中：k 為可修整次數(shù)。
實例
假設(shè)某被加工零件寬度為 50 mm，齒全高為 12.85 mm，所用砂輪外徑為 280 mm，寬度為 160 mm，內(nèi)孔直徑為 115 mm，砂輪齒根限制直徑為 200 mm，進(jìn)刀超越行程 Z1 為 35 mm，出刀量 Z2 為 5 mm，三行程的躥刀量分別為 0.05 mm、0.04 mm、0.035 mm，修整量取常用值，則該砂輪的加工壽命 N 約為：
四、結(jié)束語
筆者對蝸桿磨砂輪進(jìn)行壽命評估研究，磨齒所用砂輪直徑、寬度，被加工零件寬度、全齒高、螺旋角，砂輪單次修整量，躥刀量，磨削行程數(shù)等因素都會對砂輪壽命產(chǎn)生影響，以上因素大部分不可更改，因此要延長砂輪壽命，應(yīng)該從砂輪單次修整量、磨削躥刀量、磨削行程數(shù)等方面進(jìn)行優(yōu)化。
參考文獻(xiàn)略.