當(dāng)前國(guó)內(nèi)外圓柱齒輪的制造還是以切削加工為主，采用的加工工藝可歸納為如下所示：

　　從上述加工工藝可看出圓柱齒輪熱處理后采用的精加工工序主要是珩齒和磨齒。作為珩齒來(lái)講，在20世紀(jì)六、七十年代就有采用圓盤狀或蝸桿狀珩輪進(jìn)行珩齒來(lái)對(duì)圓柱齒輪熱后齒面進(jìn)行精加工修整。但經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用表明，這種珩齒技術(shù)僅能消除輪齒的磕碰、毛刺和改善淬硬齒輪的齒面粗糙度，并不能真正提高齒輪的齒形和齒向精度。而且這種珩齒方法，當(dāng)珩削時(shí)間稍長(zhǎng)時(shí)反而會(huì)破壞齒輪的精度。在1979年瑞士Fässler公司開(kāi)發(fā)推出了內(nèi)齒珩輪珩齒機(jī)床，由于內(nèi)齒珩輪和工件有更大重疊系數(shù)，修正能力比外齒珩輪要強(qiáng)，同時(shí)該機(jī)床配套采用了瑞士Diawal公司生產(chǎn)的金剛石修正輪可對(duì)齒輪齒形進(jìn)行修正，但由于這種機(jī)床內(nèi)齒珩輪和工件之間沒(méi)有傳動(dòng)鏈，仍是如剃齒機(jī)似的為隨動(dòng)嚙合，所以其加工的珩磨余量通常只有幾微米，和外齒珩輪珩齒一樣，珩后工件的精度和質(zhì)量要完全取決于珩齒前的加工精度，因而這種內(nèi)齒珩齒方法也是無(wú)法達(dá)到提高齒輪輪齒精度的目的，也只能改善輪齒齒面的粗糙度和齒面紋理。為了使珩齒工藝能在提高齒輪精度和質(zhì)量的同時(shí)，還能降低齒輪在熱處理后精加工的成本,在20世紀(jì)90年代初國(guó)外就有齒輪機(jī)床生產(chǎn)廠家開(kāi)始開(kāi)發(fā)強(qiáng)力珩齒技術(shù)，特別是Gleason-Hurth公司于1993年推出了全新的SphericÒ球面珩齒技術(shù)和強(qiáng)力珩齒機(jī)床,采用新的運(yùn)動(dòng)學(xué)和新的工藝方法,使珩齒工藝真正成為齒輪熱處理后的一種精加工方法。Gleason-Hurth公司的強(qiáng)力球面珩齒機(jī)床,利用其開(kāi)發(fā)的電子齒輪箱系統(tǒng)的CNC數(shù)控軸來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)齒珩輪和被珩齒輪間的強(qiáng)制傳動(dòng)以及采用復(fù)合材料的珩磨輪,就可去除較大的加工余量，其單齒面的最大加工余量可達(dá)40-80微米,從而可大大改善齒輪齒面的幾何形狀以及減小齒圈徑向跳動(dòng)和分度誤差。此外，Gleason-Hurth公司為消除傳統(tǒng)的恒定軸交角珩磨輪修整工藝的缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了注冊(cè)專利的具有全新概念的變軸交角的珩磨輪修整工藝，使在整個(gè)珩磨輪的使用壽命中能保證穩(wěn)定的加工質(zhì)量和最長(zhǎng)的珩磨輪壽命。

　　一.Spheric^Ò球面珩齒簡(jiǎn)介

　　Spheric^Ò代表的是珩磨輪與工件之間的相對(duì)球面運(yùn)動(dòng),通過(guò)三個(gè)線性軸的作用產(chǎn)生相當(dāng)于球面的軌跡(見(jiàn)圖1)，相對(duì)的球面運(yùn)動(dòng)可以看成為類似于剃齒的軸向、對(duì)角、切向和徑向運(yùn)動(dòng)的擴(kuò)展。Spheric^Ò球面珩齒的優(yōu)點(diǎn)，特別是對(duì)于雙面嚙合的珩齒循環(huán)來(lái)說(shuō)，珩齒時(shí)左右齒面的任意點(diǎn)都是在恒定控制下進(jìn)行加工的，這一點(diǎn)對(duì)于齒面的接觸發(fā)生在軸交點(diǎn)之外的嚙合狀態(tài)來(lái)說(shuō)是非常重要的。Spheric^Ò球面珩齒時(shí)，還可以將不同的進(jìn)給方式或走刀循環(huán)進(jìn)行相應(yīng)的組合，同時(shí)不會(huì)在進(jìn)給方式變化時(shí)造成加工的中斷。在徑向進(jìn)給循環(huán)中，徑向進(jìn)給量是非常大的，而且珩磨輪與工件齒面之間的嚙合斑點(diǎn)很大程度上覆蓋了整個(gè)齒面，這樣就可以將大部分加工余量切除掉以獲得最基本的齒面形狀，之后可以通過(guò)采用連續(xù)改變空間進(jìn)給方式，一直進(jìn)給到珩磨輪與工件最終要求的中心距位置，這時(shí)珩磨輪與工件齒面的接觸斑點(diǎn)為橢圓接觸斑點(diǎn)，此時(shí)的珩齒作用為光整齒輪齒面并且加工出要求的齒向修形，緊接著的球面珩齒的運(yùn)動(dòng)模式使珩磨輪與工件之間的嚙合斑點(diǎn)進(jìn)一步減小，并且通過(guò)一種控制的運(yùn)動(dòng)方式來(lái)對(duì)齒輪齒廓進(jìn)行系統(tǒng)修正，這表示Spheric^Ò球面珩齒技術(shù)可以用來(lái)對(duì)齒輪副進(jìn)行嚙合齒廓的修形，以獲得齒輪副在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中噪聲的改善。Spheric^Ò球面珩齒的加工順序和接觸斑點(diǎn)的變化可見(jiàn)圖2。

　　Spheric^Ò球面運(yùn)動(dòng)可以允許工件在齒向方向設(shè)計(jì)成任意形狀的修形，而這種齒向修形可以系統(tǒng)地通過(guò)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)方式得到實(shí)現(xiàn)，卻無(wú)須對(duì)珩磨輪修整工具(金剛石修整輪)進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)和修正，

　　圖1.球面珩齒的基本運(yùn)動(dòng)圖

　　這說(shuō)明齒向方向的修形不再依賴于金剛石修整輪，同時(shí)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)也增強(qiáng)了工藝的靈活性，這是  Spheric^Ò球面珩齒與其它強(qiáng)力珩齒相比所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。不過(guò)齒形方向的修形和其它強(qiáng)力珩齒一樣還無(wú)法通過(guò)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，仍需通過(guò)金剛石修整輪的設(shè)計(jì)齒形來(lái)獲得。

　　圖2. Spheric^Ò球面珩齒的加工順序和接觸區(qū)的變化

　　二. Spheric^Ò強(qiáng)力球面珩齒機(jī)床的設(shè)計(jì)

　　Spheric^Ò強(qiáng)力球面珩齒機(jī)的NC控制軸的布置可見(jiàn)圖3所示,在圖中標(biāo)出了三根直線運(yùn)動(dòng)軸(X, Y, Z軸)和三根旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸(A, C1, C2,),其中：

　　X軸：控制滑座垂直運(yùn)動(dòng)

　　Y軸：控制滑座水平運(yùn)動(dòng)

　　Z軸：控制工件水平運(yùn)動(dòng)

　　A軸: 控制珩磨頭架轉(zhuǎn)動(dòng)

　　C1軸：珩磨輪旋轉(zhuǎn)軸

　　C2軸：工件旋轉(zhuǎn)軸

　　圖 3. Spheric^Ò球面珩齒的NC軸

　　圖4表示了Spheric^Ò球面珩齒機(jī)床CNC數(shù)控軸和電子齒輪箱(EGB)的功能，圖中由Vx, Vy ,Vz和VA運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)于機(jī)床的各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸形成球面運(yùn)動(dòng)，除了這些必要的運(yùn)動(dòng)軸外，珩磨輪工具的旋轉(zhuǎn)軸C1和工件主軸的旋轉(zhuǎn)軸C2也是復(fù)合在機(jī)床運(yùn)動(dòng)中。從圖4可看出，由Vx, Vy Vz和VA四軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)可作球面珩齒而C1和C2軸聯(lián)動(dòng)形成了珩輪和工件的強(qiáng)制傳動(dòng)因而可珩去更多的余量。CNC系統(tǒng)在對(duì)C1軸和C2軸進(jìn)行電子齒輪箱聯(lián)動(dòng)控制的同時(shí)，還對(duì)其它的機(jī)床NC軸進(jìn)行控制。

圖4. Spheric^Ò球面珩齒機(jī)床CNC數(shù)控軸和電子齒輪箱

　　Gleason-Hurth開(kāi)發(fā)的電子齒輪箱(EGB)具有如下的特點(diǎn):

　　1. 在修整循環(huán)中采用全聯(lián)動(dòng)的方式,從而可以提供最高的珩磨輪修整精度;

　　2. 扭矩控制的主軸聯(lián)動(dòng)和通過(guò)電子齒輪箱(EGB)聯(lián)動(dòng)所獲得的工件主軸和珩磨輪主軸運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性(電子剛性主軸聯(lián)動(dòng))以及適應(yīng)性主軸的穩(wěn)定性使機(jī)床可靈活地采用不同的工藝循環(huán)方式;

　　3. 對(duì)左右齒面可進(jìn)行均衡的珩齒加工余量的控制;

　　4. 對(duì)齒距累積誤差和齒圈徑向跳動(dòng)可實(shí)現(xiàn)有效的改善;

　　5. 可對(duì)重疊系數(shù)不理想或珩前精度不穩(wěn)定的工件進(jìn)行加工;

　　6. 通過(guò)對(duì)珩前工件珩磨余量上限和下限的檢查,可挑出超差的工件;

　　三. 150SPH Spheric^Ò強(qiáng)力球面珩齒機(jī)床

　　強(qiáng)力球面珩齒和磨齒作為當(dāng)今齒輪熱處理后的精加工方法，由于兩者各自具有的特點(diǎn)，用戶應(yīng)針對(duì)工件的要求來(lái)選用哪種方法。而Spheric^Ò強(qiáng)力球面珩齒和磨齒相比較的優(yōu)勢(shì)可歸納如下：

　　1. 珩齒的齒面紋理更有利于降低齒輪的噪聲

　　珩齒時(shí)，珩磨輪和工件是呈一定的軸交角運(yùn)動(dòng)，為此除齒面之間形成展成運(yùn)動(dòng)外，同時(shí)沿齒長(zhǎng)方向也具有相對(duì)的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這種沿工件齒形和齒向方向運(yùn)動(dòng)速度矢量的復(fù)合所產(chǎn)生的非周期循環(huán)式的齒面紋理是會(huì)非常有效地降低齒輪噪聲的。根據(jù)國(guó)外有學(xué)者進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)分析指出，齒輪輪齒表面的波紋，即波紋的振幅，波長(zhǎng)和方向這三個(gè)方面都會(huì)影響齒輪的噪聲特性，它都直接與噪聲等級(jí)、人耳朵的靈敏度有關(guān)，而磨齒所形成的周期性紋理正好在這方面較差，不利于噪聲的降低，所以珩齒在降低噪聲方面要優(yōu)于磨齒。磨齒和珩齒的齒面紋理比較可見(jiàn)照片1。

　　照片1. 磨齒和珩齒的齒面紋理

　　2. 珩齒能得到更高的齒面殘余壓應(yīng)力

　　珩齒加工和磨齒相比，其低切削速度的加工特點(diǎn)與工件與珩磨輪的接觸特點(diǎn)會(huì)在齒輪的金屬表面產(chǎn)生非常有利的殘余壓應(yīng)力，通常在齒面的殘余壓應(yīng)力可達(dá)到-800至-1200N/mm2,而不會(huì)像磨齒一樣破壞表面殘余壓應(yīng)力,這對(duì)于齒輪的抗磨損性能和提高強(qiáng)度有非常好的作用。

　　3. 珩齒不會(huì)產(chǎn)生齒面燒傷

　　珩齒時(shí)珩磨粒在工件齒面上的切削速度要低于磨齒，所以不會(huì)在工件齒面上產(chǎn)生熱效應(yīng)，這樣就不會(huì)像磨齒一樣，會(huì)有產(chǎn)生齒面燒傷的可能性，從而避免在大載荷下齒輪的不正常損壞。

　　4. 珩齒的齒面粗糙度要高于磨齒

　　珩齒的齒面粗糙度可達(dá)Ra<0.3μm,而磨齒為Ra<0.5μm,所以對(duì)齒面粗糙度有更高要求的工件就應(yīng)采用珩齒。

　　5. 珩齒可以加工帶臺(tái)肩的齒輪

　　珩齒的運(yùn)動(dòng)原理類似于熱前的剃齒工藝，不同的是采用內(nèi)齒形狀的珩磨輪來(lái)作為工具，珩磨輪的軸線與工件的軸線具有一定的軸交角，像剃齒一樣在符合一定條件下就可加工帶臺(tái)肩的齒輪，這要優(yōu)于磨齒。

　　6. 珩齒的加工精度和磨齒相當(dāng)，但珩齒的工具成本要低于磨齒

　　當(dāng)珩前工件的精度為DIN 9-11時(shí)，珩后可達(dá)到DIN 6(磨后為DIN 5-6),但珩齒的工具成本要低于磨齒。珩齒和磨齒的工具成本比較可見(jiàn)下表1，從中可看出珩齒的單件工具成本不僅低于磨齒甚至比剃齒還要低。

表1. 珩齒和磨齒的工具成本比較

　　Gleason-Hurth公司20世紀(jì)90年代推出了采用SphericÒ強(qiáng)力球面技術(shù)的ZH250和ZH150兩種型號(hào)的珩齒機(jī)床,這兩種機(jī)床的加工原理基本上是一致的。自推出應(yīng)用后，保證了熱后齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)可靠而受到了用戶的歡迎,為此這一工藝得到了遍及世界各地齒輪制造廠商的信賴。而Gleason-Hurth公司對(duì)球面珩齒機(jī)床一直在進(jìn)行不斷的改進(jìn)，在2009年又推出了最新一代的150SPH強(qiáng)力球面珩齒機(jī)，為用戶提供諸多更新且得到改進(jìn)的性能，其改進(jìn)的性能有如下諸點(diǎn)：

　　1.150SPH直接驅(qū)動(dòng)的珩磨頭、主軸頭座以及直線驅(qū)動(dòng)裝置能達(dá)到極高的速度，如珩磨輪主軸的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)3,000rpm,工件軸的最高轉(zhuǎn)速達(dá)10,000rpm(ZH250分別為1,200rpm和6,000rpm),從而將加工時(shí)間能降到最低;

　　2.150SPH最新設(shè)計(jì)的高速上下料系統(tǒng)可確保最短的裝料時(shí)間;

　　3.150SPH具有剛性強(qiáng)及最佳減震效果的機(jī)床結(jié)構(gòu)保證了最高的加工精度;

　　4.機(jī)床分隔為加工區(qū)域和裝料區(qū)域，避免了手工上下料或自動(dòng)上下料時(shí)，因油霧的傳播擴(kuò)散而污染環(huán)境;

　　5.機(jī)床只需輸入珩磨工裝和工件的數(shù)據(jù)后就會(huì)自動(dòng)計(jì)算出加工工藝參數(shù);

　　6.齒向修正只要通過(guò)檢測(cè)圖做簡(jiǎn)單的傳輸，其它各項(xiàng)工作都是由機(jī)床來(lái)調(diào)正控制;

　　7.機(jī)床可大大縮短工裝的更換時(shí)間，這樣用于加工的非生產(chǎn)時(shí)間能降低到最低;

　　8.機(jī)床可通過(guò)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)(選用件)進(jìn)行機(jī)床的綜合監(jiān)控和遠(yuǎn)程診斷;

　　上述150SPH強(qiáng)力球面珩齒機(jī)床性能的改進(jìn)，使機(jī)床加工循環(huán)時(shí)間降至最低限度并改進(jìn)了加工質(zhì)量，最終降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和使用費(fèi)用。150SPH珩齒機(jī)的外觀圖見(jiàn)照片2,機(jī)床技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

照片2 150SPH強(qiáng)力球面珩齒機(jī)的外觀圖

　　表2 150SPH強(qiáng)力球面珩齒機(jī)的技術(shù)參數(shù)

　　四. Spheric^Ò強(qiáng)力球面珩齒工藝的應(yīng)用

　　Gleason-Hurth公司自推出Spheric^Ò強(qiáng)力球面珩齒技術(shù)和珩齒機(jī)床后,這一珩齒工藝在世界上眾多的齒輪生產(chǎn)廠家得到了應(yīng)用,特別是在轎車變速器制造行業(yè)，如一家德國(guó)有名的變速器制造公司新建的一工廠，其生產(chǎn)的前輪驅(qū)動(dòng)三軸變速器中除倒擋和差速器齒圈兩個(gè)齒輪外(因非常復(fù)雜和熱處理變形大)，其余的齒輪均采用熱前切齒、熱后強(qiáng)力球面珩齒這一制造工藝。同樣，國(guó)內(nèi)從2002年起也有多家齒輪生產(chǎn)廠家引進(jìn)了多臺(tái)ZH125和ZH250強(qiáng)力球面珩齒機(jī)床，采用Gleason-Hurth強(qiáng)力球面珩齒技術(shù)，在生產(chǎn)中取得了較好的效益，表3就是國(guó)內(nèi)某齒輪專業(yè)生產(chǎn)廠采用Gleason-Hurth公司的Spheric^Ò強(qiáng)力球面珩齒機(jī)床對(duì)摩托車的主軸和中間齒輪進(jìn)行強(qiáng)力珩齒后，和剃齒和磨齒加工精度所做的檢測(cè)數(shù)據(jù)的比較：

　　該廠應(yīng)用Spheric^Ò強(qiáng)力球面珩齒后得出的結(jié)論為：

　　1. 經(jīng)過(guò)成本核算，采用強(qiáng)力珩齒工藝與普通的磨齒相比，強(qiáng)力珩齒產(chǎn)品的加工成本與普通的磨齒工藝相近或略低;

　　2. 從表3所列檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，采用強(qiáng)力珩齒工藝的產(chǎn)品，齒面精度指標(biāo)優(yōu)于普通的磨齒和剃齒工藝;

　　3. 經(jīng)過(guò)該公司配套主機(jī)廠近幾年的臺(tái)架檢驗(yàn)和市場(chǎng)驗(yàn)證，采用強(qiáng)力珩齒加工工藝后，傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的噪聲指標(biāo)明顯得到控制;

　　從上述廠家的結(jié)論也表明了Gleason-Hurth強(qiáng)力球面珩齒技術(shù)的優(yōu)越性，特別是2011年北京Mobis變速器公司(為北京現(xiàn)代汽車獨(dú)家配套變速器的韓國(guó)獨(dú)資企業(yè))、廣州JATCO(生產(chǎn)自動(dòng)變速器的日本獨(dú)資企業(yè))、江西Getrag以及大連大眾等著名汽車變速器生產(chǎn)廠家引進(jìn)了多臺(tái)150SPH強(qiáng)力球面珩齒機(jī)床。其中北京Mobis變速器公司在2003年第一期工廠生產(chǎn)的轎車變速器齒輪精加工工序均采用剃齒，在2007年年初投產(chǎn)的二期工廠生產(chǎn)的轎車變速器齒輪精加工工序除結(jié)構(gòu)限制外均采用了磨齒，而到2011年三期工廠生產(chǎn)時(shí)就引進(jìn)了150SPH強(qiáng)力球面珩齒機(jī)床，這從一個(gè)側(cè)面也反映出當(dāng)今齒輪加工工藝的發(fā)展趨向。相信隨著國(guó)內(nèi)齒輪行業(yè)對(duì)齒輪加工精度，特別對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性以及降低齒輪噪聲的要求的日益提高，國(guó)內(nèi)齒輪生產(chǎn)廠家一定會(huì)更多的采用Gleason-Hurth公司Spheric^Ò強(qiáng)力球面珩齒機(jī)床，用較低的制造成本來(lái)提高產(chǎn)品質(zhì)量，所以Gleason-Hurth公司Spheric^Ò強(qiáng)力球面珩齒機(jī)床在國(guó)內(nèi)一定會(huì)有廣闊的市場(chǎng)，而Gleason公司作為全球“齒輪專家”和各類齒輪機(jī)床的供應(yīng)商一定會(huì)為國(guó)內(nèi)市場(chǎng)提供更多一流的產(chǎn)品和更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。