成形磨齿机工艺参数优化

文献综述

一、成形磨齿机应用背景

高精度齿面传动是所有齿轮传动追求的目标，如果有一种加工方法，既价廉有方便地提高齿面传动的精度，那么世界上的噪音将大大降低。过去都只在高要求的齿轮传动中，采用展成磨齿法，如马格磨齿机等来加工，但由于被磨削齿轮在双蝶型砂轮下往复多次才能磨好一个齿面，生产效率很低。如果采用蜗杆磨齿机，效率可提高，但设备昂贵、维修困难。因而磨齿法以前只在高要求特别是军工产品中才能应用。而成形磨齿法能很好地解决上面方法存在的问题。成形法磨齿效率高、操作简单，因而被逐渐推广应用。[1]如今随着齿轮传动向高速、重载、低噪音等方向发展，使得高精度硬齿面齿轮被广泛运用，这也对高精度齿轮磨削加工技术提出了要求。随着高速磨削和强力磨削工艺的进步，又进一步提高了磨削效率，因而齿轮磨削技术越来越多的被人们采用。成形磨齿作为硬齿面精加工方法之一，再加上其拥有诸多的优点，因而逐渐被人们更多的使用。[2]

二、齿轮成形磨削原理

齿轮成形磨削主要是靠成形砂轮来磨出渐开线齿形的，砂轮的两个侧面修成渐开线齿形状，砂轮的外圆修成直线形，利用渐开线形状砂轮进给到与之相同的渐开线齿形的齿轮齿槽中来磨削齿轮的。成形砂轮磨齿没有展成运动，磨齿的精度主要取决于砂轮的修整精度与砂轮的定位精度。当磨削直齿轮时，砂轮的轴向截面形状即为工件的端面齿形，当磨削斜齿轮时，砂轮的轴向截面形状为砂轮与工件理论齿面的空间接触线在砂轮轴向平面的投影。磨削过程中砂轮的轴线与齿轮轴线正交，砂轮截形的中心线与齿轮齿槽中心线重合，砂轮的截形与齿轮齿槽相当。

三、齿轮成形磨削工艺参数研究

成形磨齿机的出现使得磨齿效率不断提高，但对齿轮成形磨削过程中磨削工艺参数的研究还很少，且国外对成形磨削工艺参数的研究处于技术垄断状态。因而研究工艺参数对磨削的影响十分重要与紧迫。由磨削原理和齿轮磨削加工的实际情况，研究主要磨削参数在磨削加工中的影响。通过研究成形砂轮的磨削形状，齿轮成形磨削磨齿余量，并建立合适的成形磨削磨削力数学模型，然后我们可以采用软测量技术来进行磨削力测量，并选择合适的磨削力测试系统。通过软测量的方法测量电机电流信号的波形图，为磨削力的变向控制提供了一个理论和实验数据，也为成形磨削中砂轮自动修形提供了实验依据。根据机械加工工艺过程和齿轮成形磨削的特点，合理选择及制定磨削工艺，对磨削效果起到非常重要的作用，根据现有的成形磨齿设备和试验条件，对齿轮成形磨削工艺中所涉及的磨齿余量，磨削切削用量，选择与修整砂轮，选择与浇注磨削液的方法和解决磨削烧伤的措施等几个方面进行研究；对磨削深度、进给速度、砂轮直径、砂轮转速等主要的磨削参数进行研究与优化。

四、齿轮成形磨削工艺参数的优化

在实际的磨削加工中，为了减少加工成本，需要不断提高加工效率。这就要求不断的研究各个磨削参数，找出最佳的参数值，从而寻求更高的磨削效率。这些都让我们意识到对磨削工艺参数优化研究会越来越重要。我们需要建立成形磨削中磨削力的数学模型、在了解磨削过程中的工艺参数的基础上，通过确定磨削参数的优化目标函数、设计变量和约束条件的方式，建立优化模型，最后利用MATLAB的优化工具箱功能，得出最佳的磨削参数值，从而大大提高生产效率。比如以下工艺参数的选择：对于磨齿余量的选择，我们应选择尽可能小的磨齿余量。在确定磨齿余量时，主要考虑切齿误差、热处理变形量、结构形状、模数大小等因素。对磨削深度的选择，普通碳素钢粗磨时0.10~0.15，精磨时0.02~0.04。合金钢粗磨时0.05~0.10，精磨时0.02~0.03。对于成形磨削时的砂轮我们选择立方氮化硼砂轮，磨削液浇注的方法采用压力泵泵送浇注的方法，使磨削液及时的浸渍砂轮，送达砂轮表面弧区，从而到达磨削区域，起到良好的冷却和润滑的效果。再通过相关的计算机软件仿真和试验，我们便可以得到很好的磨削工艺参数。