從直徑方向損耗和軸向損耗兩個方面分析了影響蝸桿磨砂輪壽命的主要因素，給出了蝸桿磨砂輪的壽命評估公式，并進(jìn)行了實例評估。

　　一、研究背景

　　隨著各行業(yè)對齒輪精度要求的不斷提高，磨齒工藝正在成為齒輪生產(chǎn)工藝中最常用、最重要的手段之一。我國和德國、日本等工業(yè)強(qiáng)國在機(jī)械制造行業(yè)上的差距，除了設(shè)備、技術(shù)上的差距，對工藝參數(shù)的把控也是其中的核心環(huán)節(jié)之一。

　　以磨齒為例，目前我國一些大公司的設(shè)備全部從歐美國家進(jìn)口，廠房設(shè)置基本符合歐美國家要求，操作人員也經(jīng)過了反復(fù)培訓(xùn)，操作方法熟悉，但加工出來的零件精度有所不及，同一砂輪的壽命更可能有倍數(shù)的差距。這其中，砂輪的修整參數(shù)和磨削參數(shù)是非常重 要的兩個影響因素。筆者就此對蝸桿磨砂輪進(jìn)行壽命評估研究。

　　二、蝸桿磨砂輪壽命主要影響因素

　　蝸桿磨砂輪的損耗主要體現(xiàn)在直徑方向和軸向兩個方面。直徑方向的損耗主要是砂輪修整帶來的，目的是將已經(jīng)破壞或達(dá)不到加工精度要求的砂輪齒面表層去除，類似于滾刀、剃刀等的修磨。軸向損耗主要來源于砂輪躥刀，目的是防止砂輪的同一個位置反復(fù)磨削工件，導(dǎo)致工件表面粗糙度達(dá)不到要求，或者出現(xiàn)磨削燒傷。

　　直徑方向損耗

　　砂輪直徑方向的損耗分為兩種，一種是新砂輪修磨損耗，一種是砂輪加工過程中的正常修磨損耗。

　　新砂輪修磨損耗：砂輪三維外形如圖 1 所示。一般新到廠的砂輪因為開槽精度的問題，在壓力角、砂輪表面粗糙度等方面并不滿足加工要求，需要進(jìn)行修磨。

　　針對 80 粒度砂輪，砂輪每一修整回合一般在直徑方向修掉 0.03 mm，進(jìn)口新砂輪通常需要修整 100 回合，因此將在直徑方向修掉約 3 mm。個別國產(chǎn)砂輪制作粗糙，新砂輪需要修整 200 甚至 300 回合，新砂輪在直徑方向的修整損耗達(dá)到 6 mm 或 9 mm。

　　砂輪加工過程中正常損耗：正常加工過程中，為保證被加工齒輪的齒部精度、齒面粗糙度等，需要定期對砂輪表面進(jìn)行修整。砂輪修整損耗如圖 2 所示。

　　砂輪正常修整仍以回合為單位，通常一次修整為10 回合，其中 8 回合為粗修整，2 回合為精修整。針對 80 粒度砂輪，粗修整每次在直徑方向去除 0.03 mm，精修整每次在直徑方向去除 0.02 mm。因此，每次修整在直徑方向的去除量 d 約為 0.28 mm。

　　砂輪在直徑方向上的修整并不是無限制的，修整到一定直徑后，引發(fā)機(jī)床 X 方向行程和安全限制，機(jī)床將停止修整。以外徑為 280 mm、寬度為 260 mm、內(nèi)孔為 115 mm 的砂輪為例，砂輪齒根可修整到的最小限制直徑在 200 mm 左右。

　　假設(shè)某砂輪大徑為 Φ₁ ，砂輪齒根限制直徑為 Φ₂ ，被加工齒輪的齒全高為 h，則估算用上述幾何尺寸砂輪加工齒輪時可修整的次數(shù) k 為：

　　軸向損耗

　　砂輪磨削如圖 3 所示。為防止砂輪的同一位置反復(fù)磨削工件，造成被加工齒輪齒面燒傷、粗糙度不達(dá)標(biāo)或者精度超差，砂輪在磨削過程中采用動態(tài)躥刀，即加工過程中砂輪時刻都在躥刀。

　　砂輪沿自身軸向方向躥刀，躥刀運(yùn)動與機(jī)床主軸的進(jìn)給聯(lián)動，輸入的躥刀量為 0.05 mm，表示機(jī)床主軸每進(jìn)給 1 mm，砂輪沿自身軸向躥刀 0.05 mm。

　　磨削過程中，為避免砂輪與工件產(chǎn)生碰撞對砂輪造成損傷，也為了減輕磨削載荷，需要在進(jìn)刀時增加一段超越行程 Z₁。出刀時，為了能完全出刀，也需要增加一段出刀量 Z₂。進(jìn)刀和出刀如圖 4 所示。

　　因此，磨削過程中，砂輪沿機(jī)床主軸方向的實際運(yùn)動距離 L 為：

　　式中：D₁ 為被加工齒輪寬度。

　　筆者公司磨齒加工一般分為三行程或四行程，每行程的躥刀量不同。以三行程為例，假設(shè)第一行程粗磨的躥刀量為 a，第二行程半精磨的躥刀量為 b，第三行程精磨的躥刀量為 c，那么加工每個零件的總躥刀量 y 為：

　　在躥刀過程中，砂輪并不能在整個寬度上實現(xiàn)躥刀，通常的有效躥刀范圍為砂輪寬度的 70% 。因此，砂輪每修整一次可以加工的零件數(shù)量 n 約為：

　　式中：D₂ 為砂輪寬度。

　　三、砂輪壽命評估

　　砂輪壽命評估公式

　　砂輪的壽命 N 可估算為：

　　式中：k 為可修整次數(shù)。

　　實例

　　假設(shè)某被加工零件寬度為 50 mm，齒全高為 12.85 mm，所用砂輪外徑為 280 mm，寬度為 160 mm，內(nèi)孔直徑為 115 mm，砂輪齒根限制直徑為 200 mm，進(jìn)刀超越行程 Z₁ 為 35 mm，出刀量 Z₂ 為 5 mm，三行程的躥刀量分別為 0.05 mm、0.04 mm、0.035 mm，修整量取常用值，則該砂輪的加工壽命 N 約為：

　　四、結(jié)束語

　　筆者對蝸桿磨砂輪進(jìn)行壽命評估研究，磨齒所用砂輪直徑、寬度，被加工零件寬度、全齒高、螺旋角，砂輪單次修整量，躥刀量，磨削行程數(shù)等因素都會對砂輪壽命產(chǎn)生影響，以上因素大部分不可更改，因此要延長砂輪壽命，應(yīng)該從砂輪單次修整量、磨削躥刀量、磨削行程數(shù)等方面進(jìn)行優(yōu)化。

　　參考文獻(xiàn)略.