對齒精度對齒形磨削的影響

為了確保砂輪正確進入齒槽及均分左右齒面磨削余量的要求，磨齒機床在對零件進行磨削前都需要對零件進行周向定位。如圖1所示的成形磨齒，必須保證齒槽中心面與砂輪齒形中心面重合。在正確磨出第一個齒槽后，機床將依次將工件分齒并磨出全部齒形。

若磨齒前工件的周向定位不準確將造成齒槽兩側磨量的大小不均，嚴重的砂輪會直接撞擊齒面將工件磨廢甚至會造成機床精度的喪失。

周向定位偏差將直接影響到后續磨齒的齒側余量，這樣實際磨齒時必須按余量大的一側考慮，導致徑向進給次數增加，從而降低加工效率。此外，上述余量不均將造成余量大的一側的實際磨削層厚度大于理論設定值，對于滲碳或氮化熱處理硬齒面齒輪，由于本身表面硬化層很淺，實際磨削層厚度的增加將導致成品零件齒面硬度的下降，從而導致零件質量問題或影響到零件的工作性能。

 

齒輪磨削對齒技術概況

目前的磨齒機床對齒技術基本上可以分為三個層次。在中小規格磨齒機上基本沒有配備專門的對齒裝置，工作中只能依靠操作者手動操作砂輪靠近工件通過目測判斷進行工件周向定位。也有部分機床企業或磨齒機用戶加裝了機械接觸式對齒裝置，通過人工操作使得與工件齒槽相對應的定位頭（如梯形截面或園截面）靠近工件，同時旋轉工件使其齒槽兩側面與定位頭接觸，使得齒槽截面對稱中心與砂輪齒形截面對稱中心重合，從而確保后續磨齒兩側余量的均勻。上述兩種情況齒槽周向定位精度差、工作效率低、可靠性沒有保障。在數控大規格磨齒機上，由于機床本身功能的需要配備有在線自動測量系統，可以利用該系統自動尋跡齒槽兩側面確定其中心面位置，其工作精度高，但成本也很高。

非接觸式自動對齒技術方案

從上述行業情況看，中小規格磨齒機的工件自動對齒問題目前并沒有很好地解決，而這一類設備卻是為企業所普遍使用的，而且也已經普及數控化。由于對齒技術的落后，造成的質量和效率等問題嚴重影響了設備的投資效益。一種方便的解決辦法是將數控大規格磨齒機上采用的測量裝置與技術進行移植，這樣從技術上可以很好的解決問題，但這種方案的硬件成本高，將導致機床整體性價比的下降，同樣影響到設備的投資效益。

考慮到一般需要磨齒的工件都是鋼或鑄鐵類金屬材料，位置檢測可以采用電感或電容式的非接觸感應測頭。如圖2所示，將感應測頭1置于被測工件2齒形的徑向，其工作面離被測齒輪齒頂圓的距離設定在測頭的有效感應距離范圍內。

根據初始狀態不同，可以分成兩種情況考慮：

第一種情況是：初始狀態時，工件齒槽與感應測頭工作面相對如圖2a所示，感應測頭沒有信號輸出，此時通過正向旋轉工件，使齒輪左齒面實體接近感應測頭工作面，從而觸發感應測頭形成信號輸出，控制系統記住信號上升沿角度坐標值c1，然后反向旋轉工件，使得齒輪右齒面實體接近感應測頭工作面，從而再次觸發感應測頭形成信號輸出，控制系統記住信號上升沿角度坐標c2，對應的兩個角度坐標平均值（c1+c2）/2即為齒槽中心位置坐標。

第二種情況是：初始狀態時，工件齒面實體與感應測頭工作面相對如圖2b所示，感應測頭有信號輸出，此時可以先正方向緩慢旋轉工件，直至測頭輸出消失，恢復至如圖2a所示，再重復第一種情況的操作循環即可。

該方案的對齒檢測精度可以達到±0.02mm，完全能夠滿足齒槽對齒的精度要求。另外，傳感器的防護等級可達到IP67以上，具有很好的抗污染能力，可以在實際工作環境下更可靠地工作。非接觸式測量方式在對齒速度上與通用測量裝置相比可以提高數倍。

自動對齒技術在機床上的應用

如圖3所示為一種與中小型數控磨齒機配套的采用非接觸式感應測頭的自動對齒裝置。主要包括殼體5、擺動氣缸1、擺軸6、擺臂10、感應測頭8、夾持座9、和可調擋鐵12等。該裝置以擺動氣缸1為動力驅動，通過開口緊固夾2和開口套3聯接同軸傳動擺軸6帶著其前端的擺臂10擺動。擺臂10擺動的兩個極限位置，其中一個位置靠近被檢測對象，為放出檢測位置，由可調擋鐵12接觸固定座11決定其位置。另外一個位置則遠離被檢測對象，為收回位置，由擺動氣缸1的擺動行程確定其位置。擺臂10末端裝有夾持座9，夾持座9末端裝有感應測頭8。

當工件在機床上安裝完成后，啟動磨齒循環，機床控制器將根據工件相關參數及機床相關控制軸的坐標來確定工件與檢測裝置的相對位置。在該檢測位置，擺動氣缸1工作，將感應測頭8送出至檢測位置（圖3實線位置），機床頭架慢速帶動工件周向旋轉對齒槽尋邊，控制器記錄齒槽兩邊的位置角度，并取兩邊位置角度的平均值為齒槽中心面位置角度。檢測結束，檢測裝置擺動氣缸1換向，控制擺軸6帶動擺臂10反向擺動將感應測頭收回。

齒形結構要素在機械零件上非常普遍，典型零件如齒輪、花鍵等。采用磨削進行齒形精加工是高精度硬齒面齒形零件加工的主流工藝。目前中小規格磨齒設備迫切需要配套一種精密、自動，并且經濟可行的自動對齒裝置。本文提出的一種非接觸式對齒裝置，在檢測過程中無機械接觸，精度高，工作穩定，技術成熟可靠，具有很高的性價比；結合機床的控制系統，可以自動完成齒形零件加工前的高效、精確檢測對齒，實現齒側加工余量均分，經濟地滿足高精、高效齒形加工的要求。目前在我公司的中小規格數控磨齒機上已經有批量的實際應用，技術經濟效益十分顯著。