0 引言

　　齒輪作為傳達(dá)動(dòng)力和旋轉(zhuǎn)的機(jī)械要素，是傳動(dòng)裝置中一種重要零件，要實(shí)現(xiàn)齒輪的性能要求，就必須要提高齒輪精度來保證其高質(zhì)量傳動(dòng)。硬齒面的磨齒齒輪傳動(dòng)具有傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音小、壽命長，適合大功率重載荷等特點(diǎn)。磨齒作為淬硬齒輪的最終加工工序，也是齒輪最重要的精加工工藝，磨齒不僅可以改善齒面粗糙度，有效降低噪音，主要用于消除熱處理后的變形和糾正齒輪磨前的各種誤差，獲得較高的精度。我公司生產(chǎn)的礦用減速器齒輪，其齒輪精度要求為 5 級(jí)。在磨齒加工過程中，對(duì)于齒輪軸來講，由于齒輪軸設(shè)計(jì)尺寸要求，空刀槽有限，砂輪容易進(jìn)刀時(shí)、出刀時(shí)觸碰到軸高出的臺(tái)階部位，導(dǎo)致無法進(jìn)行磨齒或者無法對(duì)磨成有效齒寬，輕則砂輪損毀、崩碎，嚴(yán)重的甚至?xí)斐晒ぜ?bào)廢、撞壞機(jī)床、損壞機(jī)床精度、碰碎的砂輪碎塊飛出，導(dǎo)致事故發(fā)生。所以針對(duì)磨齒機(jī)磨削齒輪件干涉的分析及問題解決就顯得尤為重要。

　　1 磨削砂輪尺寸的計(jì)算

　　因礦用減速器要求齒輪具有較高的承載能力，我公司生產(chǎn)的齒輪類零件均為硬齒面漸開線齒形齒輪。設(shè)計(jì)方面，磨齒粗糙度要求 Ra0.8μm;齒輪工藝方面，嚴(yán)格按照“滾齒——滲碳淬火處理——磨齒”過程執(zhí)行，其中磨齒工序由德國霍夫勒 RAPID 800 磨齒機(jī)來完成。

　　磨齒時(shí)砂輪大小可根據(jù)需要進(jìn)行修整，對(duì)同一參數(shù)的齒輪軸磨齒時(shí)，砂輪越大越容易發(fā)生干涉，但在不產(chǎn)生干涉的情況下，選擇較大直徑的砂輪，又能夠提高磨齒效率。為避免損壞磨齒機(jī)修整金剛石、修整器及法蘭盤，磨削砂輪(見圖 1)直徑不得超過表 1 規(guī)定的范圍。

　　圖 1 磨削砂輪簡圖

　　經(jīng)參與磨齒過程的經(jīng)驗(yàn)積累，得出砂輪安全尺寸 Dx 與法向模數(shù) m_n 存在以下關(guān)系：

　　Dx=Dmin+2H

　　=230+2(h_a+h_f )

　　=230+2m_n( 2h_a*+c*)

　　其中：h_a* 法面齒頂高系數(shù)，c* 頂隙系數(shù)，法向模數(shù) m_n=(1~35)mm。

　　只有當(dāng)砂輪直徑大于等于 Dx 值時(shí)，為磨削砂輪安全尺寸。

　　2 齒輪磨削干涉的分析與測(cè)算

　　在加工過程中，如果磨削砂輪與機(jī)床或工件間發(fā)生干涉，導(dǎo)致無法進(jìn)行磨齒或者無法對(duì)磨成有效齒寬，輕則砂輪損毀、崩碎，嚴(yán)重的甚至?xí)斐晒ぜ?bào)廢、撞壞機(jī)床、損壞機(jī)床精度、碰碎的砂輪碎塊飛出，導(dǎo)致事故發(fā)生。所以針對(duì)磨齒機(jī)磨削齒輪件干涉的分析及問題解決就顯得尤為重要。

　　對(duì)于斜齒輪軸，為了不使軸承承受過大的軸向力，斜齒輪傳動(dòng)的螺旋角 β 不宜選得過大， 通常 β 值在 8°~20°之間。磨齒前應(yīng)充分考慮砂輪的入/出刀時(shí)是否存在干涉情況。經(jīng)實(shí)際測(cè)算，隨著斜齒輪螺旋角 β 增大，磨齒時(shí)砂輪的入刀點(diǎn)和出刀點(diǎn)(如圖 2 所示)沿齒寬 B 方向的上、下方超越行程 x 值也隨之增大。經(jīng)過測(cè)算，當(dāng)螺旋角 β≤20°時(shí)，只有 x 值≥20mm 時(shí)，才能對(duì)不同螺旋角的齒輪軸完成磨削。如果圖紙技術(shù)要求對(duì)齒長兩端進(jìn)行修形，還需相應(yīng)地增大 x 值。而當(dāng)直齒輪軸磨齒時(shí)齒寬 B 方向向下超越行程 x 值≥ 7mm 時(shí)，不存在干涉現(xiàn)象，砂輪可以安全退出。

　　圖 2 斜齒輪輪齒(局部)

　　磨齒加工速度較快，磨齒過程中砂輪與齒面的摩擦產(chǎn)生的熱量大。而磨齒油既可以起到的沖洗、冷卻和潤滑的作用，又可以有效降低齒輪輪齒被灼燒的幾率。這就必須充分考慮砂輪兩側(cè)的潤滑油管(銅質(zhì)、固定)，在磨齒過程中，砂輪兩側(cè)的潤滑油管又很容易與機(jī)床上頂尖座發(fā)生干涉，這種可能性發(fā)生在砂輪入刀之前。

　　如圖 3 所示，經(jīng)實(shí)際測(cè)算，得出以下關(guān)于入刀點(diǎn)與出刀點(diǎn)時(shí)所需要注意的兩點(diǎn)結(jié)論：

　?、偃氲哆^程：無論是直齒輪軸還是斜齒輪軸，圖示(圖 3)中距離 A 至關(guān)重要，只有當(dāng)磨削砂輪的中心軸線與所需磨削的齒輪軸(或頂尖中心)之間的距離 A 值≥175mm 時(shí)，才能確保安全的情況下，保證砂輪入刀時(shí)不與磨齒機(jī)上頂尖座干涉、冷卻油管安全，方可完成磨齒工序。

　?、诔龅哆^程：齒輪軸齒寬方向的下端面距該軸的下端間 L 值的尺寸與齒輪軸軸徑、卡箍及砂輪直徑大小有關(guān)，為避免機(jī)床部件(如下頂尖座、卡箍)發(fā)生干涉，編制工藝指導(dǎo)文件時(shí)就必須考慮預(yù)留有足夠長的工藝臺(tái)(完成磨齒工序后加工掉)，經(jīng)過參與磨削加工過程的驗(yàn)證，只有當(dāng) L 值≥210mm 時(shí)，可以保證完成整個(gè)齒寬方向上的磨削，砂輪能夠安全退出(退刀過程)。

　　以 Dx=ф260mm 砂輪為例，磨齒行程示意圖如圖 3。

　　圖 3 齒輪軸磨齒示意圖

　　3 解決辦法

　　在設(shè)計(jì)齒輪軸或編制齒輪軸加工工藝時(shí)，在磨齒工序上需要重點(diǎn)考慮，需要按照上述方法嚴(yán)格測(cè)算和驗(yàn)證是否干涉，然后確定是否需要進(jìn)行尺寸修改或?qū)で髣e的解決辦法。為了避免磨齒過程發(fā)生以上干涉的情況，可采用以下措施：

　　①齒輪軸尺寸結(jié)構(gòu)無法改變的前提下，運(yùn)用上述方法進(jìn)行干涉測(cè)算，在保證不影響齒輪嚙合的情況下，適當(dāng)?shù)膶p少齒寬 B 或會(huì)發(fā)生干涉軸肩尺寸。

　　②針對(duì)斜齒輪軸工藝編制疏漏考慮不全面、維修齒輪軸需進(jìn)行磨齒的情況，或已經(jīng)造成齒輪軸臺(tái)階與機(jī)床砂輪產(chǎn)生干涉的情況。經(jīng)過分析計(jì)算，可采取焊接相應(yīng)長度的工藝臺(tái)的方式進(jìn)行解決(如圖 4)，需對(duì)焊接工藝臺(tái)進(jìn)行修正，過程如下“找正齒頂外圓，車成工藝臺(tái)外圓(用以裝夾卡箍)，車成工藝臺(tái)中心孔，修研兩端中心孔后完成磨齒工序，車掉工藝臺(tái)”。

　　圖 4 齒輪軸焊接工藝用臺(tái)

　　4 結(jié)語

　　綜上，通過對(duì)斜齒輪軸磨齒工序的干涉分析及解決的探討，為齒輪軸工藝文件的編制提供了前提條件，包括需要預(yù)留多少工藝臺(tái)合適，做到既不造成過多浪費(fèi)又滿足加工要求，以及砂輪的大小的確定，減少了砂輪的消耗量和金剛石滾輪的磨損等，以進(jìn)一步提高磨齒效率。反之，也有助于設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)尺寸的充分考量，有效避免磨削砂輪、油管、齒輪軸、機(jī)床頂尖座、卡箍間的干涉問題，以避免造成不必要的損失，保護(hù)機(jī)床不受損的同時(shí)，保證齒輪磨齒質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，間接降低了附加成本。