数控成形砂轮磨齿机砂轮修整技术.pdf

1、1 /7数 控 成 形 磨 齿 机 砂 轮 修 整 技 术郭 召（ 秦 川 机 床 工 具 集 团 股 份 公 司 研 究 院 宝 鸡 721009）摘 要 ： 介 绍 了 数 控 成 形 砂 轮 磨 齿 机 砂 轮 修 整 方 法 ， 对 所 述 修 整 装 置 的 原 理 及 特 点 进 行 论 述 ，最 后 对 如 何 获 得 高 的 砂 轮 廓 形 精 度 进 行 了 讨 论 。关 键 词 ： 磨 齿 机 砂 轮 修 整 廓 形 精 度 修 整 技 术中 图 分 类 号 ： TH6 1 文 献 标 识 码 ： BCNC forming grinding wheel dressing t

2、echnologyGUO Zhao(QINCHUAN MACHINE TOOL TOOL GROUP CO.LTD Baoji 721009)Abstract： Summary of the CNC forming grinding machine wheel dressing method for theconditioning apparatus discussed the principles and characteristics,Finally, howto obtain high precision sand contour shape are discussed.Keywords

3、： Profile Gear Grinding Machine； grinding wheel dressingProfile of precision； Dressing technology0 引 言数 控 成 形 砂 轮 磨 齿 机 广 泛 用 于 航 空 航 天 、 船 舶 、 风 电 、 核 电 、 军 工 等 重 型 机 械 传 动 行 业精 密 齿 轮 磨 削 ， 尤 其 适 合 大 模 数 、 少 齿 数 齿 轮 精 密 磨 削 。 成 形 砂 轮 磨 齿 机 磨 削 齿 轮 是 将 砂 轮截 形 修 整 成 与 齿 轮 齿 槽 相 适 应 的 形 状 ， 通 过 往 复 磨

4、削 获 得 精 确 齿 廓 。 数 控 成 形 砂 轮 磨 齿 机 的最 大 优 势 源 于 其 数 控 砂 轮 修 整 器 ， 只 要 配 备 相 应 的 软 件 后 ， 就 可 以 磨 制 各 种 齿 形 修 缘 、 齿 根圆 角 过 渡 曲 线 、 鼓 形 齿 、 各 种 特 殊 齿 形 、 摆 线 齿 、 圆 弧 齿 和 花 键 等 1 。 数 控 成 形 磨 齿 机 采 用成 形 法 磨 削 ， 砂 轮 截 形 精 度 是 关 键 ， 这 取 决 于 截 形 计 算 精 度 及 砂 轮 修 整 精 度 ， 国 内 外 磨 齿 机制 造 商 对 成 形 砂 轮 修 整 技 术 进 行

5、了 深 入 研 究 ， 开 发 了 不 同 的 砂 轮 修 整 装 置 ， 以 此 保 证 砂 轮 的修 整 精 度 ， 提 高 齿 轮 磨 削 精 度 。2 /7数 控 成 形 磨 齿 机 （ CNC forming grinding machine） 成 形 磨 齿 原 理 （ Forming grinding principle）图 1 成 形 法 磨 齿Fig.1 Molding grinding本 文 综 述 了 数 控 成 形 砂 轮 磨 齿 机 砂 轮 修 整 技 术 方 面 的 最 新 进 展 ， 对 目 前 国 内 外 磨 齿 机 制造 商 开 发 的 数 控 砂 轮 修 整

6、 装 置 及 修 整 技 术 进 行 介 绍 ， 对 如 何 获 得 高 的 廓 形 精 度 进 行 了 讨 论 。2 数 控 成 形 砂 轮 磨 齿 机 砂 轮 修 整 方 法对 成 形 砂 轮 的 修 整 主 要 有 金 刚 笔 和 金 刚 滚 轮 两 种 形 式 ， 金 刚 笔 修 整 结 构 简 单 ， 成 本 低 ，理 论 上 可 以 获 得 更 高 的 修 整 精 度 ， 但 由 于 金 刚 笔 磨 损 严 重 ， 寿 命 短 ； 磨 损 量 难 以 估 测 ， 无 法精 确 补 偿 ， 导 致 砂 轮 廓 形 精 度 一 致 性 差 ， 对 于 大 型 齿 轮 的 磨 削 加 工

7、 影 响 较 大 ， 逐 渐 被 金 刚 滚轮 修 整 所 取 代 。 金 刚 滚 轮 刚 性 高 ， 修 整 量 大 ， 效 率 高 ， 采 用 轨 迹 包 络 的 方 法 ， 更 加 适 合 修 整复 杂 的 成 形 表 面 。 金 刚 石 滚 轮 修 整 砂 轮 的 方 法 分 为 切 入 式 滚 轮 修 整 和 摆 动 式 滚 轮 修 整 。2 .1 切 入 式 滚 轮 修 整切 入 式 滚 轮 修 整 时 ， 金 刚 石 滚 轮 在 修 整 电 机 驱 动 下 高 速 旋 转 ， 沿 砂 轮 径 向 做 切 入 运 动 ，为 了 修 整 成 形 表 面 ， 金 刚 滚 轮 和 砂 轮

8、 沿 轴 向 相 对 运 动 。图 2 切 入 式 修 整 原 理Fig.2 Plunge trim principle如 图 2 所 示 ， 修 整 成 形 砂 轮 时 ， 修 整 滚 轮 和 砂 轮 以 一 定 的 线 速 比 绕 自 身 回 转 中 心 回 转 。砂 轮 沿 自 身 轴 线 （ Y 轴 ） 方 向 往 复 运 动 ， 修 整 滚 轮 沿 自 身 径 向 （ W 轴 ） 方 向 ， 以 一 定 的 比 例关 系 跟 随 砂 轮 轴 向 运 动 。 Y 轴 和 W 轴 插 补 走 圆 弧 或 直 线 ， 金 刚 滚 轮 R 圆 弧 圆 心 走 一 个 砂 轮廓 形 等 距 线

9、 ， 如 图 3 所 示 。 这 样 利 用 滚 轮 和 砂 轮 的 接 触 点 就 包 络 出 砂 轮 截 形 。3 /7图 3 金 刚 滚 轮 修 整 成 形 砂 轮 过 程Fig.3 Diamond wheel dresser grinding wheel molding process切 入 式 修 整 法 对 金 刚 滚 轮 的 制 造 要 求 较 高 ， 尤 其 是 磨 削 少 齿 数 工 件 时 。 一 方 面 ， 齿 数 越少 ， 齿 根 圆 越 小 ， 修 整 砂 轮 时 滚 轮 的 R 圆 弧 的 接 触 区 域 大 ， 对 滚 轮 制 造 要 求 也 越 高 。 另 一

10、方面 ， 工 件 齿 数 少 ， 渐 开 线 曲 率 半 径 小 ， 齿 廓 弯 曲 程 度 高 ， 对 径 向 误 差 敏 感 ， 这 对 滚 轮 自 身 径向 跳 动 误 差 及 安 装 后 动 态 径 向 跳 动 误 差 提 出 了 更 高 的 要 求 。图 4 相 同 模 数 不 同 齿 数 廓 型 比 较Fig4 . Same modulus profile of different numbers of teeth comparison根 据 切 入 式 修 整 原 理 ， 国 内 外 数 控 成 形 磨 齿 机 厂 商 开 发 了 各 具 特 色 的 砂 轮 修 整 装 置 ，

11、根据 修 整 特 点 ， 可 以 归 纳 为 单 滚 轮 和 双 滚 轮 两 种 类 型 。 单 滚 轮 结 构 简 单 ， 体 积 小 ， 但 可 修 整 范围 较 小 。 修 整 大 模 数 大 齿 深 时 ， 金 刚 滚 轮 直 径 需 要 做 到 很 大 ， 滚 轮 刚 性 较 差 ， 而 且 容 易 和 工件 发 生 干 涉 。 目 前 采 用 单 滚 轮 可 修 整 的 最 大 模 数 为 2 5 。 采 用 双 滚 轮 修 整 有 效 避 免 了 上 述 问题 ， 一 个 滚 轮 修 整 砂 轮 一 个 侧 面 ， 修 整 模 数 可 以 不 受 限 制 ， 可 以 用 小 滚

12、轮 修 整 ， 刚 性 好 。 一般 在 中 小 型 成 形 砂 轮 磨 齿 机 上 采 用 单 滚 轮 修 整 较 为 常 见 ， 大 型 磨 齿 机 上 普 遍 采 用 双 滚 轮 修 整 。4 /7单 滚 轮 修 整 装 置 （ Single wheel dressing device） 双 滚 轮 修 整 装 置 （ Dual wheel dressing device）图 5 切 入 式 砂 轮 修 整 装 置Fig.5 Plunge grinding wheel dressing device2 .2 、 摆 动 式 滚 轮 修 整摆 动 式 金 刚 滚 轮 修 整 结 构 相 对

13、 复 杂 ， 需 要 实 现 5 个 动 作 ： 砂 轮 旋 转 、 金 刚 滚 轮 旋 转 、 金刚 滚 轮 摆 动 、 滚 轮 和 砂 轮 偏 置 、 修 整 进 给 。 这 种 方 法 金 刚 滚 轮 截 面 始 终 处 于 砂 轮 廓 形 法 向 截面 之 内 ， 修 整 砂 轮 仅 用 金 刚 滚 轮 R 圆 弧 上 的 一 个 点 ， 类 似 使 用 金 刚 笔 尖 修 整 砂 轮 。图 6 摆 动 式 滚 轮 修 整 原 理 示 意 图Fig.6 Schematic swing roller dresser这 种 修 整 方 式 ， 滚 轮 磨 损 对 砂 轮 廓 形 精 度 影

14、 响 较 小 ， 当 出 现 磨 损 时 ， 通 过 修 改 滚 轮 R圆 弧 半 径 ， 调 整 接 触 点 位 置 ， 实 现 补 偿 。 采 用 点 接 触 修 整 ， 降 低 了 对 滚 轮 轮 廓 精 度 要 求 ， 但磨 损 加 剧 。 法 向 接 触 修 整 ， 不 受 工 件 廓 形 曲 率 半 径 的 影 响 ， 适 合 少 齿 数 工 件 。 为 了 提 高 精 度 ，滚 轮 R 圆 弧 半 径 不 易 过 大 ， 滚 轮 采 用 单 圆 弧 碟 型 结 构 ， 结 构 轻 巧 ， 加 之 运 动 环 节 多 ， 刚 性 稍差 ， 适 合 小 型 工 件 的 成 形 砂 轮

15、 修 整 。5 /7图 7 摆 动 式 滚 轮 修 整Fig.7 Swing wheel trim2 .3 、 极 坐 标 修 整 装 置极 坐 标 修 整 装 置 结 合 了 切 入 式 修 整 和 摆 动 式 休 整 的 特 点 ， 数 控 系 统 控 制 金 刚 滚 轮 在 极 坐标 系 中 的 平 面 运 动 包 络 砂 轮 轴 截 形 曲 线 ， 实 现 砂 轮 成 形 修 整 。 修 整 砂 轮 时 ， 修 整 滚 轮 和 砂 轮以 一 定 的 线 速 比 绕 自 身 回 转 中 心 回 转 。 砂 轮 绕 摆 动 中 心 摆 动 ， 修 整 滚 轮 沿 自 身 径 向 朝 砂 轮

16、 做直 线 运 动 。 通 过 直 线 轴 和 回 转 轴 两 轴 插 补 将 砂 轮 截 面 修 整 成 与 待 磨 齿 轮 齿 槽 相 适 应 的 形 状 。修 整 过 程 中 ， 砂 轮 与 滚 轮 接 触 点 处 的 法 面 矢 量 始 终 相 同 ， 与 该 点 处 的 相 对 速 度 矢 量 相 互 垂 直 。两 轴 插 补 ， 占 据 空 间 小 ， 适 合 大 型 内 齿 磨 削 装 置 所 用 砂 轮 的 修 整 。 但 这 种 方 式 只 能 采 用 单 滚轮 修 整 ， 可 修 整 模 数 有 限 ， 不 适 合 磨 削 大 模 数 ， 大 齿 深 齿 轮 的 成 形 砂

17、 轮 修 整 。图 8 极 坐 标 砂 轮 修 整 装 置 原 理Fig.8 Polar Dresser means principle3 砂 轮 修 整 技 术6 /7在 磨 削 过 程 中 ， 砂 轮 磨 损 钝 化 ， 需 要 对 砂 轮 进 行 修 整 ， 产 生 一 个 新 的 锋 利 的 廓 形 ， 同 时保 证 精 度 一 致 性 。 砂 轮 修 整 工 具 和 修 整 条 件 对 砂 轮 修 整 质 量 有 显 著 影 响 ， 直 接 决 定 了 砂 轮 形貌 及 廓 形 精 度 ， 修 整 的 锋 利 程 度 决 定 磨 削 力 及 磨 削 温 度 ， 砂 轮 修 整 需 要

18、 选 择 合 理 参 数 。修 整 砂 轮 ， 要 选 择 合 理 的 修 整 速 比 qd。 当 修 整 速 比 qd较 小 时 ， 金 刚 滚 轮 与 砂 轮 的 相 对速 度 较 高 ， 冲 击 力 大 ， 砂 轮 磨 粒 断 裂 较 多 ， 形 成 的 切 削 韧 较 为 锋 利 ， 但 砂 轮 整 体 廓 形 精 度 稍差 ， 适 合 粗 磨 去 除 较 大 磨 削 余 量 ； 当 修 整 速 比 qd 较 大 时 ， 金 刚 滚 轮 与 砂 轮 的 相 对 速 度 较 小 ，相 互 作 用 力 以 挤 压 力 为 主 ， 砂 轮 磨 粒 受 挤 压 后 ， 尖 角 破 碎 ， 形

19、成 更 多 的 微 刃 ， 砂 轮 整 体 廓 形精 度 高 ， 适 合 精 磨 。 通 过 大 量 的 实 验 研 究 及 生 产 实 践 ， 修 整 砂 轮 时 ， 金 刚 滚 轮 与 砂 轮 的 线 速比 为 0 .3 0 .8 ， 粗 磨 取 小 值 ， 精 磨 取 大 值 。修 整 深 度 影 响 砂 轮 磨 粒 的 受 力 特 征 ， 修 整 深 度 小 时 ， 砂 轮 磨 粒 所 受 破 坏 强 度 较 小 ， 产 生微 观 破 碎 ， 形 成 微 刃 ， 廓 形 精 度 高 ， 适 合 精 磨 ； 修 整 深 度 大 时 ， 磨 粒 受 力 断 裂 破 碎 ， 部 分 结合 剂

20、 脱 落 ， 形 成 尖 锐 的 切 削 刃 及 容 屑 空 间 ， 适 合 粗 磨 。 修 整 深 度 的 选 择 应 该 考 虑 砂 轮 的 磨 粒尺 寸 ， 避 免 过 大 的 修 整 量 将 磨 料 整 体 脱 落 ， 既 浪 费 又 难 以 形 成 精 确 的 廓 形 。金 刚 滚 轮 采 用 电 镀 或 烧 结 方 法 制 成 ， 磨 料 为 天 然 金 刚 石 或 各 种 人 造 金 刚 石 ， 如 CVD、 PCD等 。 修 整 过 程 中 产 生 热 量 ， 破 坏 金 刚 石 磨 料 稳 定 性 ， 切 削 热 使 砂 轮 磨 料 熔 覆 ， 造 成 堵 塞 ， 需要 有

21、冷 却 液 及 时 带 走 砂 轮 修 整 时 的 磨 擦 热 ， 清 理 砂 轮 ， 冲 走 切 屑 ， 提 高 修 整 精 度 ， 延 长 滚 轮寿 命 。4 结 论 与 展 望齿 轮 工 业 的 发 展 及 数 控 技 术 的 进 步 ， 促 进 了 数 控 成 形 砂 轮 磨 齿 机 的 快 速 发 展 ， 砂 轮 修 整装 置 及 技 术 是 其 关 键 技 术 ， 各 种 不 同 原 理 不 同 形 式 的 修 整 装 置 都 有 自 身 优 势 。 随 着 金 刚 滚 轮制 造 技 术 、 砂 轮 制 造 技 术 的 不 断 发 展 ， 新 磨 料 的 应 用 以 及 控 制 技

22、 术 、 在 线 监 测 技 术 的 进 步 ，砂 轮 修 整 效 率 及 廓 形 精 度 将 进 一 步 得 到 提 高 。参 考 文 献1 遇 立 基 .磨 齿 工 艺 与 磨 齿 机 的 技 术 发 展 概 况 M.北 京 .现 代 制 造 工 程 .2008(2):1-4. 磨 齿 工 作 原 理 编 写 组 .磨 齿 工 作 原 理 M.北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 ， 1977.2 Gleason-PFAUTER Profile Grinding Machines P800G-P6000G product_brochure3 郭 召 ,黄 超 ， 王 鹏 健 等 .航 空

23、 发 动 机 叶 片 磨 削 用 超 硬 磨 料 砂 轮 修 整 技 术 及 装 置 研 制 A.机 械 工 程 师 .2014（ 11） :44-45.4 郭 召 ， 樊 利 军 ， 谢 斌 .高 速 、 精 密 、 大 型 数 控 成 形 砂 轮 磨 齿 机 研 制 .科 技 报 告7 /771007221X-2009ZX04001091/01.2013.115 方 成 刚 ， 黄 莜 调 .极 坐 标 成 形 砂 轮 修 整 器 专 利 号 CN 202726740 U6 张 兆 祥 王 金 凎 、 张 四 弟 .一 种 数 控 三 轴 砂 轮 法 向 修 整 装 置 .专 利 号 CN 202922407 U7 郭 召 ， 樊 利 军 .一 种 大 型 高 精 度 齿 轮 复 合 磨 削 中 心 .专 利 号 ZL201510243754.4.项 目 支 持 ： 国 家 科 技 重 大 专 项 2 0 1 4 ZX0 4 0 0 1 -1 9 1作 者 简 介 ： 郭 召 ， 男 ， 1985年 生 ， 工 程 硕 士 ， 工 程 师 ， 主 要 从 事 精 密 数 控 齿 轮 磨 削 机 床 研发 及 磨 削 技 术 研 究 工 作 。 发 表 论 文 8 篇 ， 编 制 国 家 科 技 重 大 专 项 科 技 报 告 1 份 。