常嚙齒輪磨齒參數優(yōu)化

張碩 吳鵬 鄧飛 張永齊 金智勇 孟繁榮

摘 ?要：隨著T18R變速器常嚙齒輪副加工工藝的提升，由滾剃工藝提升為滾磨工藝，但在整車廠反饋了口哨聲的傳動異響。經故障分析及故障重現，發(fā)現口哨聲是由于嚙合的齒輪副齒向方向磨齒產生的規(guī)律波紋導致的。本文針對磨齒工藝，分析加工過程中齒面粗糙度與磨削參數的關系。利用這個關系對磨削參數進行優(yōu)化，為我公司提升常嚙齒輪副磨齒的粗糙度，避免規(guī)律波紋的產生。

目前蝸桿砂輪磨齒加工是展成法加工漸開線齒輪輪廓的方法之一，通過蝸桿砂輪與待加工齒輪的嚙合傳動來磨削齒輪齒面待加工余量，具有加工 效率高、加工性能穩(wěn)定、產品質量高等優(yōu)點，被廣泛用于中小模數齒輪的精加工。我們現采用的就是蝸桿砂輪磨齒機來加工常嚙齒輪，要想避免規(guī)律波紋，就必須提高磨齒齒面粗糙度。砂輪線速度vs、砂輪沿齒輪軸向進給速度vw、磨削厚度ap均會影響磨齒的粗糙度，因此需研究磨削參數與粗糙度的關系。分析磨齒粗糙度產生原因，這樣才能更好的提升磨齒齒面粗糙度。

1.磨削試驗

1.1試驗條件

試驗設備為秦川機床工具集團股份公司生產的YKS7225數控磨齒機，磨 削砂輪為圣戈班集團諾頓公司生產的WGS砂輪。試驗所用齒輪零件為T18R變速箱常嚙齒輪，材料為20CrMnTi。

1.2試驗方法

蝸桿砂輪磨削是一個動態(tài)和高度非線性的復雜過程，影響磨削表面粗糙度的因素有磨削加工運動軌跡、磨削參數（砂輪線速度vs、砂輪沿齒輪軸向進給速度vw、磨削厚度ap）、砂輪特性與形貌、砂輪是否磨損與修整、磨削液、工件材料、工藝系統(tǒng)的剛度及其動態(tài)特性等。試驗的思路是：實際加工生產中，機床、砂輪、冷卻潤滑液、工件材料等相對固定，根據具體的加工對象，變更可控制的磨削參數，探究磨削參數對20CrMnTi齒輪齒面粗糙度的影響。以磨削參數為影響因素，齒面粗糙度為試驗指標，根據車間操作者的磨削經驗以及砂輪制造商所提供的磨削參數范圍，根據加工參數進行分組。在YKS7225數控磨齒機上依據砂輪推薦的試驗參數進行齒輪工件磨削加工，將加工好的工件清洗干燥后，采用粗糙度儀測量零件齒面粗糙度。

2.試驗結果與齒面粗糙度的關系

2.1 試驗結果與分析

試驗自變量水平的設置是否能夠顯著地影響因變量，對試驗結果的分析非常重要。本節(jié)采用單因素方差分析法和多因素方差分析法驗證因變量水平設置的有效性，方差分析又稱“F檢驗”，用于兩個或兩個以上樣本均值差異的顯著性檢驗。將齒面粗糙度檢測值進行單因素方差分析，其中砂輪線速度與齒面粗糙度單因素方差分析結果，可以看出，R2=0.92695，P值接近于0，表示各組間數據顯著性不同，表明在砂輪線速度水平設置上具有一定的顯著性，試驗因素水平設置合理;對砂輪沿齒輪軸向進給速度、磨削厚度進行相應的分析，結果也同樣表明試驗因素水平設置合理。

由齒面粗糙度的多因素分析結果可知，R2=0.927，P值為0，表示多因素水平設置所得結果顯著不同，試驗因素水平綜合設置具有一定的有效性。可通過結果看出：①砂輪線速度與齒面粗糙度之間的關系為高度負相關，即當 砂輪線速度增大時，齒面粗糙度值會明顯減小。這是因為提高砂輪速度后，每顆磨粒切下的磨屑變薄，磨粒在工件表面上產生的理論殘留面積高度變小;另外，砂輪速度的提高有利于磨屑的形成，磨削表面因塑性側向隆起的高度也會變小。因此，砂輪速度增大后，既可提高磨削效率，又可減小齒面粗糙度值。②砂輪沿齒輪軸向進給速度的平方與齒面粗糙度值之間的正相關性較高，即齒面粗糙度值隨砂輪沿齒輪軸向進給速度的增大而增大。其原因是隨著軸向進給速度的增大，在單位時間內磨削齒面的磨粒切刃數減少，使得單位面積齒面上形成的磨削殘留高度增大;此外，磨床的顫振增強也會對齒面粗糙度產生一定的影響， 使粗糙度數值有增大的趨勢。③磨削厚度的平方與齒面粗糙度值之間的正相關性較高，即齒面粗糙度值隨磨削厚度的增大而增大.這是由于磨削厚度的增大，使得單顆磨粒的最大切削厚度增大，劃痕數減少，從而增大齒輪磨削材料的塑形變形，使得磨粒切削刃通過磨削工作區(qū)時在齒輪表面留下的切痕深度增大，從而使齒輪表面變得更加粗糙。同時，各加工參數之間的交互作用也會顯著影響齒面粗糙度值。

3.參數優(yōu)化

3.1優(yōu)化參數

優(yōu)化蝸桿砂輪磨削加工20CrMnTi齒輪參數時，在保證加工質量的情況下應提高加工效率。但在優(yōu)化過程中又存在以下約束：（1）砂輪線速度約束。為保證砂輪的使用性能，加工過程中一般不允許砂輪線速度超過砂輪廠家規(guī)定的上限值，但是過低的砂輪線速度又會影響加工效率，設置30m/s≤vs≤70m/s。（2）砂輪軸向進給速度約束。砂輪軸向進給速度直接決定著加工時間，進給速度過大，機床剛度不足容易產生齒面振紋，影響齒輪質量，而過小則會使得加工時間過長而影響生產效率，設置80mm/min≤vw≤176 mm/min。（3）磨削厚度約束。磨削厚度過大會影響齒面粗糙度值并造成齒輪燒傷，過小則會增加加工次數從而增加加工時間，設置0.015mm≤ap≤0.079mm。（4）表面燒傷約束。齒面燒傷會影響齒面性能，因此必須保證加工過程中齒輪不被燒傷。

3.2實際加工驗證

車間現有實際加工、優(yōu)化計算結果和采用優(yōu)化參數的實際加工結果對比。與實際加工參數對比，采用優(yōu)化參數進行實際加工獲得的齒面粗糙度值比實際加工值減小0.122μm。綜上，優(yōu)化結果能顯著減小齒面粗糙度。

4.結束語

（1）本文以蝸桿砂輪磨削加工T18R常嚙齒輪為研究對象，選擇均勻設計試驗，分析齒面粗糙度與加工參數的關系，能夠對蝸桿砂輪磨削加工常嚙齒輪時合理優(yōu)化切削參數提供指導。（2）經試驗及分析發(fā)現：齒面粗糙度隨砂輪線速度增大而減小，隨砂輪沿齒輪軸向進給速度和磨削厚度的增大而增大。（3）與車間現有實際加工相比，采用優(yōu)化后的磨削參數進行加工，齒面粗糙度可減小0.122μm。

參考文獻

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