磨齒是進(jìn)行高精度硬齒面齒形加工的工藝方法之一，加工精度高，但磨齒存在著設(shè)備昂貴、生產(chǎn)率低和調(diào)整困難等缺點(diǎn)。傳統(tǒng)的研磨齒只能使齒面粗糙度有所好轉(zhuǎn)，能少量修整齒形和齒向誤差，對(duì)其他誤差修整作用很小。因?yàn)檠心X時(shí)，兩輪處于自由嚙合狀態(tài)，滾滑量在整個(gè)齒面上不均勻，在節(jié)圓附近滑動(dòng)小，在齒根、齒頂滑動(dòng)大，因此研磨時(shí)間長(zhǎng)會(huì)由于不均勻滑動(dòng)而使齒形質(zhì)量降低。
隨著硬齒面精加工新工藝的不斷研究和探索，研磨工藝得到了發(fā)展。漸開線齒輪齒形研磨新工藝以漸開線齒輪嚙合特性、嚙合動(dòng)力學(xué)和研磨切削原理為理論基礎(chǔ)，應(yīng)用動(dòng)態(tài)研磨和誤差均化理論設(shè)計(jì)出區(qū)別于傳統(tǒng)研磨的新方法，該方法利用齒輪嚙合時(shí)齒輪本身誤差產(chǎn)生的齒面動(dòng)態(tài)力在研磨劑的作用下修整齒輪，可以明顯提高齒輪精度并具有較高的生產(chǎn)率。
一傳統(tǒng)研磨機(jī)理及工藝特點(diǎn)
研磨屬于磨削中的游離磨粒加工類型，是一種傳統(tǒng)的光整、精密加工方法。研磨精度可達(dá)到亞微米級(jí)（尺寸精度可達(dá)0.025μm），表面粗糙度可達(dá)ra0.01μm，并能使兩零件的接觸面達(dá)到精密配合。
1.研磨機(jī)理
研磨是由游離的磨粒通過研具對(duì)工件進(jìn)行微量切削的過程。在加工過程中，工件表面發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化。其主要作用如下。
（1）切削作用。由于研具的材料比被研的工件軟，研磨劑中的磨粒在研具表面上半固定或浮動(dòng)，構(gòu)成多刃基體，在研具與工件作研磨運(yùn)動(dòng)時(shí)，在一定壓力下對(duì)工件表面進(jìn)行微量切削。
（2）塑性變形。鈍化了的磨粒對(duì)工件表面進(jìn)行擠壓，使被加工材料產(chǎn)生變形，工件表面峰谷在塑變中趨于熨平或在反復(fù)變形中產(chǎn)生加工硬化，zui后斷裂面形成細(xì)微切屑。
（3）化學(xué)作用。當(dāng)采用氧化鉻、硬脂酸或其他研磨劑時(shí)，工件表面會(huì)形成一層極薄的氧化膜，這層氧化膜很易被磨掉而不損傷基體，在研磨過程中氧化膜不斷地迅速形成，又不斷地被磨掉，從而加快了研磨過程，使表面粗糙度降低。
2.研磨特點(diǎn)
（1）尺寸精度高。磨料采用極細(xì)的微粒，在低速、低壓下磨除一層極薄的金屬。因此，產(chǎn)生的熱量少，工件的變形和表面變質(zhì)層很輕微，可穩(wěn)定獲得高精度表面。
（2）形位精度高。由于微量切削，研磨運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，而且不受運(yùn)動(dòng)精度的影響，因此可得到較高的形位精度。
（3）表面粗糙度低。工件和研具間有一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磨粒在工件表面上不會(huì)重復(fù)先前的運(yùn)動(dòng)軌跡，這就有利于均勻地切掉工件表面上的凸峰，降低工件表面粗糙度。
（4）研磨可獲得很高的尺寸精度和很低的表面粗糙度，但不能提高工件各表面間的位置精度。
（5）零件表面耐磨性提高。研磨表面質(zhì)量高使摩擦因數(shù)減小、實(shí)際有效接觸面積增大、耐磨性提高。
（6）零件表面疲勞強(qiáng)度提高。研磨表層存在殘余壓應(yīng)力，這種應(yīng)力有利于提高零件表面的疲勞強(qiáng)度。
（7）設(shè)備簡(jiǎn)單，制造方便。
（8）適宜性好。研磨不但適宜單件生產(chǎn)，也適宜成批機(jī)械化生產(chǎn)，且被加工材料范圍廣。
二新型研齒機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理
1.結(jié)構(gòu)
主軸系統(tǒng)是兩套*相同的結(jié)構(gòu)，兩主軸上安裝工件（齒輪）和飛輪，作高速穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)，是研齒時(shí)的主運(yùn)動(dòng)。橫向工作臺(tái)用來調(diào)整兩輪中心距，研齒時(shí)固定不動(dòng)?？v向工作臺(tái)研齒時(shí)作縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以便周期性改變兩齒輪中心距?；霸谘旋X時(shí)通過偏心裝置沿立柱導(dǎo)軌作上下微行程（2~3mm）往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
2.工作原理
研磨齒時(shí)，以工件（兩互研齒輪）的內(nèi)孔在主軸上定位，主軸和工件內(nèi)孔采用過渡配合，由于工件在空載下運(yùn)轉(zhuǎn)，徑向力和軸向力非常小。橫向工作臺(tái)調(diào)整兩齒輪中心距，按設(shè)計(jì)要求注意zui小中心距偏差限制和嚙合間隙。工作時(shí)在齒面涂上研磨劑，通過兩軸轉(zhuǎn)速趨于一致進(jìn)行研齒；通過縱向工作臺(tái)周期性改變中心距和滑鞍的往復(fù)微行程運(yùn)動(dòng)，使兩互研齒輪在齒寬方向上充分研磨。
三動(dòng)態(tài)力研齒機(jī)理
齒輪動(dòng)態(tài)力研磨齒加工原理為，兩工件齒輪（兩被研齒輪）在空載下以確定的速比（兩齒輪的齒數(shù)比）、在大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下高速穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，研齒時(shí)保持兩齒輪的速比不變，并周期性改變兩齒輪的中心距，利用齒輪嚙合時(shí)齒輪本身誤差產(chǎn)生的齒面動(dòng)態(tài)力在研磨劑的作用下修整齒輪誤差，達(dá)到提高兩齒輪精度的目的。在研齒過程中，兩互研齒輪精度同時(shí)得到提高主要有兩種機(jī)制在起作用，即動(dòng)態(tài)研磨和誤差均化。齒面動(dòng)態(tài)嚙合力與齒面摩擦因數(shù)乘積是研齒過程中的齒面切削力，這種力作用于齒面粗糙的微凸體時(shí)，使微凸體產(chǎn)生屈服形成磨損，正是由于這種磨損提高了齒輪精度。
由于齒輪本身存在制造誤差，研齒時(shí)齒輪產(chǎn)生振動(dòng)。由摩擦學(xué)理論可知，這種振動(dòng)使齒面微凸體產(chǎn)生塑性變形和粘著，小振幅使粘著點(diǎn)剪切脫落，露出基體金屬表面，這些脫落的顆粒及新表面又與大氣中的氧反應(yīng)生成fe2o3為主的氧化物，這些氧化物不易排出，故在齒面起著磨料磨損作用，因而提高了齒輪的精度。
如前研磨機(jī)理及特點(diǎn)所述，研齒時(shí)施加研磨劑，研磨劑中的磨料顆粒在齒面滾動(dòng)和滑動(dòng)，滾動(dòng)使齒面產(chǎn)生微小的塑性變形，滑動(dòng)使齒面產(chǎn)生微小的切削作用，從而降低了表面粗糙度；同時(shí)，由于齒面在相互摩擦的同時(shí)與空氣中的氧或研磨劑中的混合酯（如聚甲基丙烯酸酯等）發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)，在齒面生成化學(xué)反應(yīng)物，這些化學(xué)反應(yīng)物與表面粘附不牢，繼續(xù)研磨就會(huì)分離，分離后又迅速生成新的氧化物，又被磨掉，因而提高了齒輪的精度。
研齒是在空載下進(jìn)行的，齒面動(dòng)態(tài)嚙合力是由齒輪本身誤差產(chǎn)生的，齒輪誤差大的地方齒面動(dòng)態(tài)嚙合力就大，齒面研磨量也就大，反之，齒輪誤差小的地方研磨量就小。而且，當(dāng)齒輪精度達(dá)到一定程度后，齒面動(dòng)態(tài)嚙合力就會(huì)越來越小，研磨作用也隨之減弱，zui后起不到研磨作用，這就是齒輪動(dòng)態(tài)力研齒不會(huì)導(dǎo)致齒輪畸變的原因。
研齒時(shí)，要周期性改變互研齒輪的中心距使互研齒輪在齒廓上充分研磨。周期性變更嚙合齒，使兩齒輪各齒的研磨概率趨于一致，與此同時(shí)誤差均化作用將在互研齒輪的齒面上發(fā)生，齒面誤差小的齒輪將對(duì)齒面誤差大的齒輪起到“修整”作用，在降低齒面粗糙度的同時(shí)，對(duì)齒形誤差、齒距極限偏差、齒距積累誤差、公法線長(zhǎng)度變動(dòng)、齒圈徑向跳動(dòng)誤差等均有不同程度的均化。
四研齒工藝參數(shù)的選擇
1.主軸轉(zhuǎn)速的選擇
動(dòng)態(tài)力研齒機(jī)理對(duì)主軸轉(zhuǎn)速的選擇要求很高。主軸轉(zhuǎn)速的高低影響研齒效率，主軸轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)性影響研齒精度。主軸轉(zhuǎn)速的高低決定單位時(shí)間內(nèi)研齒次數(shù)的多少，次數(shù)多效率高。文獻(xiàn)表明，研齒時(shí)齒面間的滑動(dòng)將引起表面層發(fā)熱、變形、磨損等，顯著影響摩擦因數(shù)，摩擦因數(shù)隨滑動(dòng)速度增高而增大。
因此主軸轉(zhuǎn)速高，齒輪圓周速度高，齒面間相對(duì)滑動(dòng)速度就高，則摩擦因數(shù)大，從而齒面摩擦力就大，研齒效率高（同時(shí)考慮齒輪直徑大?。?。一般主軸轉(zhuǎn)速控制在1000~1800r/min.動(dòng)態(tài)力研齒機(jī)理對(duì)主軸轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)性也提出很高的要求。資料表明，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)字量輸入/輸出子系統(tǒng)、mosf、et、編碼器、可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)子系統(tǒng)、直流電動(dòng)機(jī)組成的直接數(shù)字控制系統(tǒng)，可以有效地控制和穩(wěn)定主軸的回轉(zhuǎn)速度，從而滿足主軸回轉(zhuǎn)平穩(wěn)性的要求。
2.研磨齒余量的確定研齒余量的選擇不僅影響研齒效率，而且影響研齒精度。為了提高研齒效率和保證研齒精度，一般在齒輪公法線上不要留太多的研齒余量。對(duì)于研齒前的齒輪精度，要嚴(yán)格加以控制，尤其是齒圈徑向跳動(dòng)，它明顯影響研齒效果；同時(shí)要保證齒輪內(nèi)孔和外圓的同軸度、內(nèi)孔和端面的垂直度，以保證齒輪安裝時(shí)的定位精度。
3.互研齒輪齒數(shù)的選擇要使兩互研齒輪的精度同時(shí)得到提高，必須使兩輪的齒數(shù)互研時(shí)有相同的概率。比較理想的情況是兩輪齒數(shù)沒有公因子，是一個(gè)質(zhì)數(shù)齒與另一個(gè)其他齒數(shù)。但齒輪的齒數(shù)是設(shè)計(jì)確定的，不是研齒工藝所能選擇的，因此要更換嚙合齒。換齒操作是脫開互研齒輪，相對(duì)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒然后再嚙合。
五研齒工藝在變速器圓柱齒輪中的工藝可行性
通過研齒工藝試驗(yàn)數(shù)據(jù)來進(jìn)行研齒在變速器圓柱齒輪中的工藝可行性分析。
1.研齒的實(shí)例介紹
試驗(yàn)選擇了齒形誤差、齒圈徑向跳動(dòng)誤差、公法線長(zhǎng)度變動(dòng)誤差、齒距極限偏差和齒距累計(jì)誤差以及齒面粗糙度等檢查項(xiàng)目。對(duì)研齒前后各項(xiàng)誤差進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，找出齒輪精度變化規(guī)律。試驗(yàn)在新型研齒機(jī)上進(jìn)行，研齒時(shí)周期性改變中心距，對(duì)有公因子齒數(shù)的齒輪要定時(shí)分齒。
試驗(yàn)表明，互研后齒形誤差減小，齒廓趨近漸開線，誤差均化作用明顯，長(zhǎng)時(shí)間研齒齒形沒有畸變。齒圈徑向跳動(dòng)誤差采用齒輪跳動(dòng)檢查儀測(cè)量。對(duì)數(shù)據(jù)分析表明，互研法對(duì)齒圈徑向跳動(dòng)有一定修正能力，在徑向跳動(dòng)zui高點(diǎn)齒輪研磨量較大，這是該點(diǎn)動(dòng)態(tài)嚙合力較大造成的。對(duì)齒距極限偏差和累計(jì)誤差（采用相對(duì)測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量）也有一定的修正能力，偏差值由0.027mm降為0.013mm，累積誤差值由0.033mm降為0.023mm.互研過程中，存在著廣泛的誤差均化作用，使各齒距偏差均勻一致，這對(duì)齒輪傳動(dòng)十分有利。其他如公法線長(zhǎng)度變動(dòng)誤差以及齒面粗糙度均有不同程度的改善和提高，公法線長(zhǎng)度變動(dòng)有了明顯的改善并趨近一致。研齒前齒面留有刀痕，反映出在齒形誤差曲線上有雜波，研齒后是一條光滑的曲線。
2.工藝可行性
公司生產(chǎn)的變速器圓柱齒輪中，其運(yùn)轉(zhuǎn)齒均為漸開線齒形，齒數(shù)一般為19~50，法向模數(shù)為3~5mm，齒輪精度等級(jí)為國(guó)標(biāo)8級(jí)或din7級(jí)，所以把動(dòng)態(tài)力研齒新工藝應(yīng)用在變速器的圓柱齒輪上應(yīng)該具有可行性，同時(shí)節(jié)省了磨齒工序，可以起到提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本的作用。
六結(jié)束語
齒輪動(dòng)態(tài)力研齒新工藝與傳統(tǒng)的對(duì)研、跑合工藝有著本質(zhì)的區(qū)別，它具有動(dòng)態(tài)研磨和誤差均化的特點(diǎn)，因而具有一定誤差修正能力。它是利用計(jì)算機(jī)控制，使兩個(gè)齒輪按理論傳動(dòng)比運(yùn)轉(zhuǎn)，無主動(dòng)輪與被動(dòng)輪之分，而且齒輪不施加額定載荷，*依靠齒輪本身誤差產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)力來達(dá)到研磨目的。