展成錐齒輪磨削

　　除了對切入法錐齒輪磨削進行的試驗外，還對展成磨削錐齒輪的過程監(jiān)測進行了試驗。在這些測試中，評估了如何利用刀具主軸功率信號來檢測關(guān)鍵工藝條件。通過這種方法，可以使過程監(jiān)控適用于找到一個合適的工藝設計參數(shù)。測試大眾在系列生產(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)測的刀具主軸功率。

圖10 增加滾動速度對錐齒輪磨削產(chǎn)生的影響

　　試驗結(jié)果表明，刀具主軸功率是直接受滾切速度影響的過程，滾切速度的增加導致刀具主軸功率的增加。在試驗中，與參考工藝相比，滾切速度提高了25%。磨削過程結(jié)束后，測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。對砂輪的分析表明，整個區(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晶粒產(chǎn)生了臨界載荷。通過監(jiān)測刀具主軸功率，可以避免這種類型的過載。根據(jù)刀具主軸功率，可計算接觸區(qū)切向力。從切向力可以估計每粒砂輪的載荷。根據(jù)所使用砂輪的類型，可以確定最大可容忍負荷水平。通過這種方法，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砂輪對被動齒輪進行磨削。在進一步的試驗中，TGX工具規(guī)范也用于主動齒輪磨削的適用性進行了研究。測試結(jié)果如圖11所示。

圖11 砂輪規(guī)格對錐齒輪磨削的影響。

　　如果測試成功，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成本并減少庫存種類。此外，在以往的試驗中，TGX磨削規(guī)格越硬，其穩(wěn)定性越好。展成主動齒輪磨削的結(jié)果證實了這些試驗結(jié)果。

　　雖然較軟的IPX砂輪在增加的滾動速度Vw下斷裂，但用較硬的TGX砂輪加工的齒輪沒有出現(xiàn)任何因砂輪故障而導致的幾何偏差。在試驗過程中已經(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)出細微的顏色變化，主要原因為為齒輪加工與硬砂輪和增加滾動速度Vw所引起。尤其是小端靠近齒根的區(qū)域，經(jīng)過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信號的測量也可以確認，更高的滾動進給和更硬的砂輪組合對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，其熱損傷風險越大。

　　通過提出的圓錐齒輪展成磨削加工的結(jié)果表明，可以通過過程監(jiān)測來確定關(guān)鍵工藝條件。通過刀具主軸功率可以檢測到刀具的過載以及由于砂輪硬度增加而產(chǎn)生的更高的能量輸入。當一個工藝是已知的，這些信號可以應用于過程監(jiān)測和成功地適應或設計錐齒輪磨削工藝。

　　錐齒輪磨削過程監(jiān)測的潛力

　　在前面介紹的工作中，不同的錐齒輪磨削過程監(jiān)測均存在較大潛力。通過刀具主軸功率可以檢測到由臨界進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)、砂輪和潤滑的影響。為了能夠解釋信號，這個工藝必須是眾所周知的。

　　除了對工件的影響外，對刀具的影響也可以通過過程監(jiān)控的手段來確定。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。當力和局部載荷在砂輪上過高時，發(fā)生破碎的風險很高。當載荷不足以使刀具自銳時，砂輪上的載荷過小也會造成困難，如圖12所示。

圖12 錐齒輪磨削過程監(jiān)測的潛力

　　當砂輪由于磨損或缺乏自銳性而變鈍時，磨擦量會增加，因此接觸區(qū)摩擦會增加。這種增加的摩擦可以導致上升的主軸功率和更高的能量被輸入到工件。因此，當砂輪主軸功率隨著時間的推移而顯著增加時，應考慮進行修整或更換砂輪。如果刀具磨損導致大量晶粒破碎，刀具磨損還會導致主軸功率下降。因此，應該仔細檢查信號的每一個變化，并了解解釋信號的過程。

　　對于刀具狀態(tài)監(jiān)測，修整主軸功率的測量也是有用的。測量的過程可以顯示修整輪是否進行過第一次通過接觸。這可以表明在磨削過程中砂輪發(fā)生的磨損量。通過對修整過程的監(jiān)控，保證了砂輪的充分修整，優(yōu)化了修整次數(shù)。此外，修整工具的磨損會導致修整主軸功率的變化。研究結(jié)果表明，機床的砂輪、修整主軸功率是一個相對簡單的可達信號，能夠提供必要的工藝信息。為了能夠使用主軸功率信號進行可靠的過程監(jiān)控，過程需要眾所周知，并且需要一個參考過程測量來進行比較。

　　總結(jié)和展望

　　在以往的磨削過程的科學研究中，切削力的知識與預測工件的熱機械影響和砂輪上的載荷的相關(guān)性已經(jīng)得到證實。為此，分析了切入法錐齒輪磨削中切削力的建模方法。針對錐齒輪磨削過程中切削力的測量非常復雜的問題，研究了切削力與砂輪主軸功率的關(guān)系。

　　試驗結(jié)果表明，在切入法錐齒輪磨削過程中，砂輪軸功率與切向力成正比。在進行的試驗中，發(fā)現(xiàn)確定了切削力的強烈增加。這種增長很可能與這一過程中的彈性效應有關(guān)。這些彈性效應可以被描述，并與測量的刀具主軸功率直接相關(guān)。因此，對于切入法錐齒輪磨削，可以表明通過測量刀具主軸功率可以用來確定切削力和估計過程中的彈性變形。

　　對于展成錐齒輪的磨削，砂輪主軸功率的測量被用于檢測關(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，過程監(jiān)測可用于設計錐齒輪磨削工藝，避免砂輪失效，也可以檢測磨削燒傷，同時用于修整齒槽。

　　試驗結(jié)果表明，通過對機床主軸功率信號的測量，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，需要對工藝過程有詳細的了解。因此，在今后，需要進一步對過程信號進行分析。該分析為錐齒輪磨削過程監(jiān)測的成功應用提供了依據(jù)。