展成錐齒輪磨削

　　除了對(duì)切入法錐齒輪磨削進(jìn)行的試驗(yàn)外，還對(duì)展成磨削錐齒輪的過(guò)程監(jiān)測(cè)進(jìn)行了試驗(yàn)。在這些測(cè)試中，評(píng)估了如何利用刀具主軸功率信號(hào)來(lái)檢測(cè)關(guān)鍵工藝條件。通過(guò)這種方法，可以使過(guò)程監(jiān)控適用于找到一個(gè)合適的工藝設(shè)計(jì)參數(shù)。測(cè)試大眾在系列生產(chǎn)中是否可以提高展成速度，以優(yōu)化工藝生產(chǎn)率。圖10的頂部顯示了三種滾切速度水平下監(jiān)測(cè)的刀具主軸功率。

圖10 增加滾動(dòng)速度對(duì)錐齒輪磨削產(chǎn)生的影響

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，刀具主軸功率是直接受滾切速度影響的過(guò)程，滾切速度的增加導(dǎo)致刀具主軸功率的增加。在試驗(yàn)中，與參考工藝相比，滾切速度提高了25%。磨削過(guò)程結(jié)束后，測(cè)量了所有磨削小齒輪的幾何形狀。小齒輪的齒面與顯著增加的滾切速度顯示剩余的余量主要在小端的齒根區(qū)域。剩余的加工余量隨著齒面磨削的增加而增加。對(duì)砂輪的分析表明，整個(gè)區(qū)域的晶粒和結(jié)合都從砂輪上脫落了。

　　該砂輪的故障與持續(xù)的過(guò)載直接相關(guān)。最有可能的是，余量，滾切速度的組合切削速度對(duì)晶粒產(chǎn)生了臨界載荷。通過(guò)監(jiān)測(cè)刀具主軸功率，可以避免這種類型的過(guò)載。根據(jù)刀具主軸功率，可計(jì)算接觸區(qū)切向力。從切向力可以估計(jì)每粒砂輪的載荷。根據(jù)所使用砂輪的類型，可以確定最大可容忍負(fù)荷水平。通過(guò)這種方法，可以提前防止刀具斷裂，并確定合適的工藝參數(shù)。

　　在試驗(yàn)中，除了滾切速度的變化外，砂輪規(guī)格也有所變化。在前面的測(cè)試中，使用了混合Saint-Gobain Altos顆粒和傳統(tǒng)剛玉的IPX砂輪。采用100% Altos顆粒的TGX砂輪對(duì)被動(dòng)齒輪進(jìn)行磨削。在進(jìn)一步的試驗(yàn)中，TGX工具規(guī)范也用于主動(dòng)齒輪磨削的適用性進(jìn)行了研究。測(cè)試結(jié)果如圖11所示。

圖11 砂輪規(guī)格對(duì)錐齒輪磨削的影響。

　　如果測(cè)試成功，用于磨削錐齒輪的不同規(guī)格砂輪的數(shù)量可以減少一半。這將有利于降低采購(gòu)成本并減少庫(kù)存種類。此外，在以往的試驗(yàn)中，TGX磨削規(guī)格越硬，其穩(wěn)定性越好。展成主動(dòng)齒輪磨削的結(jié)果證實(shí)了這些試驗(yàn)結(jié)果。

　　雖然較軟的IPX砂輪在增加的滾動(dòng)速度Vw下斷裂，但用較硬的TGX砂輪加工的齒輪沒(méi)有出現(xiàn)任何因砂輪故障而導(dǎo)致的幾何偏差。在試驗(yàn)過(guò)程中已經(jīng)可以看出，與較軟的IPX砂輪相比，較硬的TGX砂輪的刀具主軸功耗增加，見(jiàn)圖11的右上角。較高的刀具主軸功率可以顯示，有較高的能量輸入到接觸區(qū)。磨削后的圖像顯示出，磨削工藝表現(xiàn)出細(xì)微的顏色變化，主要原因?yàn)闉辇X輪加工與硬砂輪和增加滾動(dòng)速度Vw所引起。尤其是小端靠近齒根的區(qū)域，經(jīng)過(guò)精密磨削后變得更黑，這也是由于較軟的砂輪破損后造成齒面幾何偏差的區(qū)域。

　　這些結(jié)果表明，在該區(qū)域，砂輪和后刀面的載荷最大。Barkhausen信號(hào)的測(cè)量也可以確認(rèn)，更高的滾動(dòng)進(jìn)給和更硬的砂輪組合對(duì)小齒輪齒面增加了熱影響。同樣可以看出，越是穩(wěn)定、硬度越高的砂輪，其熱損傷風(fēng)險(xiǎn)越大。

　　通過(guò)提出的圓錐齒輪展成磨削加工的結(jié)果表明，可以通過(guò)過(guò)程監(jiān)測(cè)來(lái)確定關(guān)鍵工藝條件。通過(guò)刀具主軸功率可以檢測(cè)到刀具的過(guò)載以及由于砂輪硬度增加而產(chǎn)生的更高的能量輸入。當(dāng)一個(gè)工藝是已知的，這些信號(hào)可以應(yīng)用于過(guò)程監(jiān)測(cè)和成功地適應(yīng)或設(shè)計(jì)錐齒輪磨削工藝。

　　錐齒輪磨削過(guò)程監(jiān)測(cè)的潛力

　　在前面介紹的工作中，不同的錐齒輪磨削過(guò)程監(jiān)測(cè)均存在較大潛力。通過(guò)刀具主軸功率可以檢測(cè)到由臨界進(jìn)給速率引起的工件能量輸入的增加。刀具主軸功率直接受到工藝參數(shù)、砂輪和潤(rùn)滑的影響。為了能夠解釋信號(hào)，這個(gè)工藝必須是眾所周知的。

　　除了對(duì)工件的影響外，對(duì)刀具的影響也可以通過(guò)過(guò)程監(jiān)控的手段來(lái)確定。為了確定刀具上的載荷，需要考慮切削速度。刀具主軸功率與切削速度的比值與切削力分量成正比。當(dāng)力和局部載荷在砂輪上過(guò)高時(shí)，發(fā)生破碎的風(fēng)險(xiǎn)很高。當(dāng)載荷不足以使刀具自銳時(shí)，砂輪上的載荷過(guò)小也會(huì)造成困難，如圖12所示。

圖12 錐齒輪磨削過(guò)程監(jiān)測(cè)的潛力

　　當(dāng)砂輪由于磨損或缺乏自銳性而變鈍時(shí)，磨擦量會(huì)增加，因此接觸區(qū)摩擦?xí)黾?。這種增加的摩擦可以導(dǎo)致上升的主軸功率和更高的能量被輸入到工件。因此，當(dāng)砂輪主軸功率隨著時(shí)間的推移而顯著增加時(shí)，應(yīng)考慮進(jìn)行修整或更換砂輪。如果刀具磨損導(dǎo)致大量晶粒破碎，刀具磨損還會(huì)導(dǎo)致主軸功率下降。因此，應(yīng)該仔細(xì)檢查信號(hào)的每一個(gè)變化，并了解解釋信號(hào)的過(guò)程。

　　對(duì)于刀具狀態(tài)監(jiān)測(cè)，修整主軸功率的測(cè)量也是有用的。測(cè)量的過(guò)程可以顯示修整輪是否進(jìn)行過(guò)第一次通過(guò)接觸。這可以表明在磨削過(guò)程中砂輪發(fā)生的磨損量。通過(guò)對(duì)修整過(guò)程的監(jiān)控，保證了砂輪的充分修整，優(yōu)化了修整次數(shù)。此外，修整工具的磨損會(huì)導(dǎo)致修整主軸功率的變化。研究結(jié)果表明，機(jī)床的砂輪、修整主軸功率是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的可達(dá)信號(hào)，能夠提供必要的工藝信息。為了能夠使用主軸功率信號(hào)進(jìn)行可靠的過(guò)程監(jiān)控，過(guò)程需要眾所周知，并且需要一個(gè)參考過(guò)程測(cè)量來(lái)進(jìn)行比較。

　　總結(jié)和展望

　　在以往的磨削過(guò)程的科學(xué)研究中，切削力的知識(shí)與預(yù)測(cè)工件的熱機(jī)械影響和砂輪上的載荷的相關(guān)性已經(jīng)得到證實(shí)。為此，分析了切入法錐齒輪磨削中切削力的建模方法。針對(duì)錐齒輪磨削過(guò)程中切削力的測(cè)量非常復(fù)雜的問(wèn)題，研究了切削力與砂輪主軸功率的關(guān)系。

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，在切入法錐齒輪磨削過(guò)程中，砂輪軸功率與切向力成正比。在進(jìn)行的試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)確定了切削力的強(qiáng)烈增加。這種增長(zhǎng)很可能與這一過(guò)程中的彈性效應(yīng)有關(guān)。這些彈性效應(yīng)可以被描述，并與測(cè)量的刀具主軸功率直接相關(guān)。因此，對(duì)于切入法錐齒輪磨削，可以表明通過(guò)測(cè)量刀具主軸功率可以用來(lái)確定切削力和估計(jì)過(guò)程中的彈性變形。

　　對(duì)于展成錐齒輪的磨削，砂輪主軸功率的測(cè)量被用于檢測(cè)關(guān)鍵的工藝條件。砂輪主軸功率與砂輪和工件上的載荷之間的直接關(guān)系可以確定。結(jié)果表明，過(guò)程監(jiān)測(cè)可用于設(shè)計(jì)錐齒輪磨削工藝，避免砂輪失效，也可以檢測(cè)磨削燒傷，同時(shí)用于修整齒槽。

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)對(duì)機(jī)床主軸功率信號(hào)的測(cè)量，可以獲得許多必要的信息。此外，可以看出，為了正確地解釋信號(hào)，需要對(duì)工藝過(guò)程有詳細(xì)的了解。因此，在今后，需要進(jìn)一步對(duì)過(guò)程信號(hào)進(jìn)行分析。該分析為錐齒輪磨削過(guò)程監(jiān)測(cè)的成功應(yīng)用提供了依據(jù)。