1發(fā)展歷程

19世紀(jì)末，為了磨削插齒刀，在美國創(chuàng)制了大平面砂輪磨齒機(jī)。20世紀(jì)初，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，德國研制出錐面砂輪磨齒機(jī)，美國采用成形砂輪磨削汽車齒輪。1914年，為了提高齒輪精度，瑞士制造出碟形砂輪磨齒機(jī)，采取了補(bǔ)償砂輪磨損等措施。30年代后期，瑞士又研制出蝸桿砂輪磨齒機(jī)，提高了效率。[1] 

2磨齒機(jī)類型及特點

依據(jù)齒輪磨齒原理的不同，磨齒機(jī)分為展成砂輪磨齒機(jī)和成形砂輪磨齒機(jī)。

1、展成砂輪磨齒機(jī)特點
展成磨齒法是基于嚙合切削原理的磨齒方法。展成法磨齒對砂輪要求簡單，同一模數(shù)齒輪磨削時，只需相同的砂輪即可，并對砂輪的修整要求不高，因而展成磨齒機(jī)得到了充分發(fā)展，形成了多種系列產(chǎn)品。
在展成砂輪磨齒機(jī)中，蝸桿砂輪磨齒機(jī)應(yīng)用廣。其加工原理和滾齒機(jī)類似，一個具有蝸桿形狀的砂輪連續(xù)與齒輪嚙合，從而展成輪齒的漸開線形狀。該方法是磨齒工藝中效率較高的方法之一，在中小模數(shù)齒輪批量磨齒加工中效率高，運(yùn)用為廣泛。
2、成形砂輪磨齒機(jī)特點
成形砂輪磨齒法是基于成形加工原理的磨齒方法，是通過使用特定輪廓的砂輪磨削齒輪。成形磨齒法多用于大直徑，大模數(shù)，少齒數(shù)齒輪加工。隨著現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展，相對展成砂輪磨齒機(jī)，成形砂輪磨齒機(jī)的優(yōu)勢越來越明顯，主要表現(xiàn)在:
（1） 操作、調(diào)整方便。機(jī)床無展成運(yùn)動、結(jié)構(gòu)簡單、控制與調(diào)整更方便。
（2） 效率高。砂輪磨削接觸面積大于展成磨，單位時間磨削量大大增加。同時采用深切緩進(jìn)給與強(qiáng)力冷卻技術(shù)，在降低磨削燒傷概率的情況下，減少了粗磨次數(shù)，進(jìn)一步提高了磨削效率。
（3） 磨削精度高、穩(wěn)定性好。機(jī)床運(yùn)動相對簡單，故運(yùn)動平穩(wěn)無沖擊。CNC成形砂輪磨齒機(jī)采用的伺服控制系統(tǒng)和位置檢測技術(shù)大大提高了機(jī)床運(yùn)動精度。數(shù)控砂輪修整技術(shù)與機(jī)床在機(jī)檢測技術(shù)的運(yùn)用，有效地保證了成形砂輪磨齒機(jī)的磨齒精度。目前，成形磨齒精度可達(dá)2～1級，穩(wěn)定在3級。
（4） 適用范圍廣。數(shù)控砂輪修整技術(shù)的運(yùn)用，使成形磨削可以方便地實現(xiàn)齒輪修形。通過配備相應(yīng)的軟件可磨削各種特殊的齒形，如花鍵齒、圓弧齒、擺線齒等。因成形砂輪磨齒機(jī)的優(yōu)點逐漸顯現(xiàn)，20世紀(jì)末以來，成形砂輪磨齒機(jī)得到了充分發(fā)展。

3成形砂輪磨齒機(jī)概況

成形法磨齒精度主要由兩方面決定: 砂輪輪廓的修整精度和工件周向分齒精度。因此，成形法磨齒的關(guān)鍵在于砂輪輪廓修整及工件任意齒數(shù)的精密分度。

1、數(shù)控砂輪修整器
成形砂輪磨齒機(jī)快速發(fā)展，離不開數(shù)控砂輪修整技術(shù)的發(fā)展與運(yùn)用； 數(shù)控砂輪修整器的運(yùn)用使砂輪齒廓修整精度大為提高，使成形磨齒法精密磨齒得以實現(xiàn)，進(jìn)而促進(jìn)了成形磨齒機(jī)的發(fā)展。數(shù)控砂輪修整器一般采用金剛筆或者金剛石滾輪作為修整工具。采用金剛筆修整時需要不斷調(diào)整金剛筆的傾角使其適應(yīng)修整表面的法矢，運(yùn)動控制復(fù)雜，修整效率低； 另外，金剛筆的點接觸修整使筆尖金剛石易磨損，且磨損量不規(guī)則、補(bǔ)償困難，對砂輪的修整精度影響較大。因金剛筆修整成形砂輪存在諸多弊端，現(xiàn)代數(shù)控砂輪修整器大多采用金剛石滾輪作為修整工具。金剛石滾輪在進(jìn)行非線性復(fù)雜型面修整時，不僅能修整出精度很高的砂輪型面，而且工作效率高、壽命長、操作便利。

近年來我國在成形砂輪數(shù)控修整器研究方面取得了如下一些代表性成果。一是發(fā)明了新型成形砂輪修整器。如: 重慶機(jī)床有限公司發(fā)明的磨齒機(jī)砂輪修整裝置，實現(xiàn)了對砂輪的壓力角、連續(xù)修整。南京山能精密機(jī)床有限公司發(fā)明了“一種數(shù)控成形磨齒機(jī)三軸法向砂輪修整裝置”； 修整裝置可實現(xiàn)砂輪在線修整，可實現(xiàn)任意形狀、任意規(guī)格齒形的修整、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠性高。南京工大數(shù)控科技有限公司發(fā)明了“坐標(biāo)成形砂輪修整器”； 修整器利用圓弧截面金剛滾輪法矢自適應(yīng)性，通過簡單的極坐標(biāo)運(yùn)動控制形式即可滿足砂輪各種復(fù)雜截面型線的修整。二是砂輪修整誤差分析方面取得一些成果。如南京工業(yè)大學(xué)黃筱調(diào)等提出了“數(shù)控成形磨齒金剛滾輪非線性磨損補(bǔ)償系統(tǒng)及方法”，該技術(shù)的實現(xiàn)是通過測量磨削的齒輪齒廓誤差，反求對應(yīng)的金剛滾輪磨損信息，然后在砂輪修整階段實現(xiàn)磨損補(bǔ)償。運(yùn)用該技術(shù)能有效延長金剛滾輪的使用壽命，降低加工成本，而且該技術(shù)容易與數(shù)控成形磨齒機(jī)的操作系統(tǒng)集成，自動化程度高。南京工業(yè)大學(xué)張四弟等分析了數(shù)控插補(bǔ)修整砂輪中金剛石工具自身形狀誤差對砂輪修整精度的影響，并提出了相應(yīng)的解決措施，設(shè)計出修整裝置。張虎等建立了數(shù)控砂輪修整器的實際運(yùn)動坐標(biāo)系，并以此構(gòu)建了砂輪修整誤差與齒廓偏差之間的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用模型研究了各個砂輪修整誤差對齒廓偏差的影響。

2、周向精密分齒
齒輪的齒距偏差主要來源于機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差、磨齒過程中工藝方法的誤差及分度系統(tǒng)的誤差，其中分度系統(tǒng)誤差影響大。欲提高成形砂輪磨齒機(jī)的磨齒精度，就必須使磨齒機(jī)實現(xiàn)周向精密分度。隨著高精度、硬齒面、消隙蝸輪蝸桿副技術(shù)的逐漸成熟，數(shù)控技術(shù)在磨齒機(jī)回轉(zhuǎn)運(yùn)動中應(yīng)用普遍化，力矩伺服電機(jī)的實用化以及高精度旋轉(zhuǎn)編碼器技術(shù)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動檢測反饋控制技術(shù)的提高，磨齒機(jī)周向精密分齒技術(shù)有了更廣的提升空間。
目前周向分齒已能實現(xiàn)± 2″的控制精度，滿足了高精度磨齒對分齒精度的要求。近年來國內(nèi)在成形磨齒機(jī)周向精密分齒技術(shù)方面取得了如下成果。一是大連理工大學(xué)將多齒分度盤技術(shù)運(yùn)用到磨齒機(jī)分度系統(tǒng)中，取得了良好的試驗效果，實現(xiàn)周向分齒精度±1″～±3″可滿足高精度齒輪成形磨齒機(jī)需求。該技術(shù)已申請發(fā)明“磨齒機(jī)用高精度端齒自動分度裝置”。二是陳立新發(fā)明了“磨齒機(jī)自動消隙驅(qū)動分度工作臺”。該發(fā)明的創(chuàng)新點在于采用了雙蝸桿蝸輪分度，實現(xiàn)了從動蝸桿與蝸輪的接觸間隙始終為零，有效的提高了分齒精度。三是為減小成形磨齒中分度誤差，江蘇大學(xué)與河南科技大學(xué)提出了齒輪成形磨削分度誤差補(bǔ)償技術(shù)。該技術(shù)指出，在不改變機(jī)床結(jié)構(gòu)和制造精度的條件下，通過位置檢測裝置，實時地檢測加工過程中的空間位置誤差，將該誤差量反饋到機(jī)床的控制系統(tǒng)中，通過對理想數(shù)控指令進(jìn)行修改，從而提高機(jī)床加工定位精度，實現(xiàn)誤差的有效補(bǔ)償。

4磨齒機(jī)自動對刀技術(shù)

提高磨齒機(jī)對刀精度和效率，對提高齒輪加工精度及加工效率有顯著意義。磨齒機(jī)自動對刀能實現(xiàn)在不停機(jī)的情況下調(diào)整對刀，且操作簡單，效率高，對刀精度高。自動對刀的主要思路為: 數(shù)控系統(tǒng)自動獲取工件兩側(cè)齒槽邊界并記錄其位置，然后計算得到的齒槽中點位置所在，也即進(jìn)給加工起點所在，后發(fā)出指令，由伺服系統(tǒng)確定砂輪位置所在。因此，如何快速、地獲取齒槽邊界位置是自動對刀技術(shù)的關(guān)鍵所在。

采用接觸檢測技術(shù)，配合主軸進(jìn)行坐標(biāo)運(yùn)算，可快速、地獲取齒槽位置，終確定刀具具體位置。當(dāng)前主要的接觸檢測技術(shù)歸納起來有: 主軸電機(jī)功率檢測、轉(zhuǎn)矩檢測和AE聲信號檢測。國外關(guān)于磨齒機(jī)自動對刀技術(shù)的研究起步較早，技術(shù)較為成熟，德國KAPP、NILES以及瑞士RE-ISHAUER等磨齒機(jī)均可實現(xiàn)自動對刀功能。國內(nèi)相關(guān)研究起步晚，進(jìn)展緩慢，具有代表性的研究如下。秦川機(jī)械發(fā)展股份有限公司借鑒國外的磨齒機(jī)對刀技術(shù)，提出了運(yùn)用AE聲發(fā)射技術(shù)進(jìn)行接觸檢測，并輔助機(jī)床坐標(biāo)檢測和計算，實現(xiàn)了單片成形砂輪磨削圓柱直齒內(nèi)齒輪的粗磨、精磨自動對刀，以及防碰撞功能，對刀痕跡在0.01mm以內(nèi)，滿足生產(chǎn)要求。南京工業(yè)大學(xué)劉海寧等同樣采用AE傳感器檢測磨削聲信號，并作為反饋信號由電控箱進(jìn)行分析處理。該方法運(yùn)用于SINUMERIK840D數(shù)控系統(tǒng)，終實現(xiàn)了蝸桿砂輪的自動對刀。

5磨齒機(jī)發(fā)展特點

（1） 成形磨齒成為未來磨齒技術(shù)的發(fā)展總趨勢。近年來成形磨齒機(jī)在很多領(lǐng)域逐步取代了展成磨齒機(jī)，尤其是大模數(shù)齒輪磨齒領(lǐng)域，幾乎全部采用成形磨齒，成形砂輪磨齒機(jī)必將成為未來磨齒機(jī)產(chǎn)品的主流。
（2） 功能復(fù)合化、工序集中化。KAPP公司的KX300磨齒中心及Samputensili公司的S400GT以及Liebherr公司的LCS280蝸桿－成形磨齒機(jī)可先用CBN蝸桿大砂輪進(jìn)行粗磨，再用CBN小成形砂輪精磨齒輪。另外機(jī)床集自動上下料、自動對刀、磨齒、在機(jī)檢測等工藝于一體大大提高了加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，必將成為CNC磨齒裝備的發(fā)展方向之一。
（3） 磨齒機(jī)高速、率化。Gleason－Pfauter集團(tuán)的P60滾磨齒復(fù)合機(jī)床刀具主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)12000 r / min，工作臺轉(zhuǎn)速達(dá)到了3000 r/min。Reishau-er公司的RZ400蝸桿砂輪磨齒機(jī)加工一個模數(shù)4mm、齒數(shù)27、齒寬50 mm的直齒輪，磨削時間僅為0.82 min。