0 引言

　　齿轮作为传达动力和旋转的机械要素，是传动装置中一种重要零件，要实现齿轮的性能要求，就必须要提高齿轮精度来保证其高质量传动。硬齿面的磨齿齿轮传动具有传动平稳、噪音小、寿命长，适合大功率重载荷等特点。磨齿作为淬硬齿轮的最终加工工序，也是齿轮最重要的精加工工艺，磨齿不仅可以改善齿面粗糙度，有效降低噪音，主要用于消除热处理后的变形和纠正齿轮磨前的各种误差，获得较高的精度。我公司生产的矿用减速器齿轮，其齿轮精度要求为 5 级。在磨齿加工过程中，对于齿轮轴来讲，由于齿轮轴设计尺寸要求，空刀槽有限，砂轮容易进刀时、出刀时触碰到轴高出的台阶部位，导致无法进行磨齿或者无法对磨成有效齿宽，轻则砂轮损毁、崩碎，严重的甚至会造成工件报废、撞坏机床、损坏机床精度、碰碎的砂轮碎块飞出，导致事故发生。所以针对磨齿机磨削齿轮件干涉的分析及问题解决就显得尤为重要。

　　1 磨削砂轮尺寸的计算

　　因矿用减速器要求齿轮具有较高的承载能力，我公司生产的齿轮类零件均为硬齿面渐开线齿形齿轮。设计方面，磨齿粗糙度要求 Ra0.8μm;齿轮工艺方面，严格按照“滚齿——渗碳淬火处理——磨齿”过程执行，其中磨齿工序由德国霍夫勒 RAPID 800 磨齿机来完成。

　　磨齿时砂轮大小可根据需要进行修整，对同一参数的齿轮轴磨齿时，砂轮越大越容易发生干涉，但在不产生干涉的情况下，选择较大直径的砂轮，又能够提高磨齿效率。为避免损坏磨齿机修整金刚石、修整器及法兰盘，磨削砂轮(见图 1)直径不得超过表 1 规定的范围。

　　图 1 磨削砂轮简图

　　经参与磨齿过程的经验积累，得出砂轮安全尺寸 Dx 与法向模数 m_n 存在以下关系：

　　Dx=Dmin+2H

　　=230+2(h_a+h_f )

　　=230+2m_n( 2h_a*+c*)

　　其中：h_a* 法面齿顶高系数，c* 顶隙系数，法向模数 m_n=(1~35)mm。

　　只有当砂轮直径大于等于 Dx 值时，为磨削砂轮安全尺寸。

　　2 齿轮磨削干涉的分析与测算

　　在加工过程中，如果磨削砂轮与机床或工件间发生干涉，导致无法进行磨齿或者无法对磨成有效齿宽，轻则砂轮损毁、崩碎，严重的甚至会造成工件报废、撞坏机床、损坏机床精度、碰碎的砂轮碎块飞出，导致事故发生。所以针对磨齿机磨削齿轮件干涉的分析及问题解决就显得尤为重要。

　　对于斜齿轮轴，为了不使轴承承受过大的轴向力，斜齿轮传动的螺旋角 β 不宜选得过大， 通常 β 值在 8°~20°之间。磨齿前应充分考虑砂轮的入/出刀时是否存在干涉情况。经实际测算，随着斜齿轮螺旋角 β 增大，磨齿时砂轮的入刀点和出刀点(如图 2 所示)沿齿宽 B 方向的上、下方超越行程 x 值也随之增大。经过测算，当螺旋角 β≤20°时，只有 x 值≥20mm 时，才能对不同螺旋角的齿轮轴完成磨削。如果图纸技术要求对齿长两端进行修形，还需相应地增大 x 值。而当直齿轮轴磨齿时齿宽 B 方向向下超越行程 x 值≥ 7mm 时，不存在干涉现象，砂轮可以安全退出。

　　图 2 斜齿轮轮齿(局部)

　　磨齿加工速度较快，磨齿过程中砂轮与齿面的摩擦产生的热量大。而磨齿油既可以起到的冲洗、冷却和润滑的作用，又可以有效降低齿轮轮齿被灼烧的几率。这就必须充分考虑砂轮两侧的润滑油管(铜质、固定)，在磨齿过程中，砂轮两侧的润滑油管又很容易与机床上顶尖座发生干涉，这种可能性发生在砂轮入刀之前。

　　如图 3 所示，经实际测算，得出以下关于入刀点与出刀点时所需要注意的两点结论：

　　①入刀过程：无论是直齿轮轴还是斜齿轮轴，图示(图 3)中距离 A 至关重要，只有当磨削砂轮的中心轴线与所需磨削的齿轮轴(或顶尖中心)之间的距离 A 值≥175mm 时，才能确保安全的情况下，保证砂轮入刀时不与磨齿机上顶尖座干涉、冷却油管安全，方可完成磨齿工序。

　　②出刀过程：齿轮轴齿宽方向的下端面距该轴的下端间 L 值的尺寸与齿轮轴轴径、卡箍及砂轮直径大小有关，为避免机床部件(如下顶尖座、卡箍)发生干涉，编制工艺指导文件时就必须考虑预留有足够长的工艺台(完成磨齿工序后加工掉)，经过参与磨削加工过程的验证，只有当 L 值≥210mm 时，可以保证完成整个齿宽方向上的磨削，砂轮能够安全退出(退刀过程)。

　　以 Dx=ф260mm 砂轮为例，磨齿行程示意图如图 3。

　　图 3 齿轮轴磨齿示意图

　　3 解决办法

　　在设计齿轮轴或编制齿轮轴加工工艺时，在磨齿工序上需要重点考虑，需要按照上述方法严格测算和验证是否干涉，然后确定是否需要进行尺寸修改或寻求别的解决办法。为了避免磨齿过程发生以上干涉的情况，可采用以下措施：

　　①齿轮轴尺寸结构无法改变的前提下，运用上述方法进行干涉测算，在保证不影响齿轮啮合的情况下，适当的将减少齿宽 B 或会发生干涉轴肩尺寸。

　　②针对斜齿轮轴工艺编制疏漏考虑不全面、维修齿轮轴需进行磨齿的情况，或已经造成齿轮轴台阶与机床砂轮产生干涉的情况。经过分析计算，可采取焊接相应长度的工艺台的方式进行解决(如图 4)，需对焊接工艺台进行修正，过程如下“找正齿顶外圆，车成工艺台外圆(用以装夹卡箍)，车成工艺台中心孔，修研两端中心孔后完成磨齿工序，车掉工艺台”。

　　图 4 齿轮轴焊接工艺用台

　　4 结语

　　综上，通过对斜齿轮轴磨齿工序的干涉分析及解决的探讨，为齿轮轴工艺文件的编制提供了前提条件，包括需要预留多少工艺台合适，做到既不造成过多浪费又满足加工要求，以及砂轮的大小的确定，减少了砂轮的消耗量和金刚石滚轮的磨损等，以进一步提高磨齿效率。反之，也有助于设计人员对设计尺寸的充分考量，有效避免磨削砂轮、油管、齿轮轴、机床顶尖座、卡箍间的干涉问题，以避免造成不必要的损失，保护机床不受损的同时，保证齿轮磨齿质量达到设计要求，间接降低了附加成本。