對于具有較大制造深度的圓柱齒輪制造商而言，一般更傾向于將所使用的錐齒輪套件作為非標準產(chǎn)品進行采購。這樣就無需處理特殊的制造工藝。然而，近年來，客戶對外部采購的齒輪副的質(zhì)量越來越不滿意。這些齒輪副通常是在老式機械設(shè)備上切削的，通常沒有經(jīng)過精加工，或者只是通過研磨來改善接觸區(qū)。
提高已裝配齒輪副質(zhì)量的愿望往往與內(nèi)部生產(chǎn)錐齒輪以擺脫供應(yīng)商依賴的目標密切相關(guān)。然而，單獨投資切削和磨齒機往往無法達到預(yù)期的產(chǎn)量。
得益于當(dāng)今磨料產(chǎn)品的性能，購置磨齒機可以在一臺機床上進行錐齒輪的預(yù)加工和精加工，而不會影響所生產(chǎn)齒輪副的質(zhì)量。在這種情況下，深磨削工藝的生產(chǎn)效率與傳統(tǒng)機械切削機床的生產(chǎn)效率相當(dāng)，唯一的區(qū)別在于，深磨削的齒輪是根據(jù)目標數(shù)據(jù)進行測量的，并且可以在閉環(huán)系統(tǒng)中進行校正。因此，無需掌握手動校正接觸區(qū)位置的知識。
錐齒輪的深磨削提供了廣泛的可能性和機遇：
01、相對較低的投資成本Comparatively Low Investment Costs
如果要開始錐齒輪生產(chǎn)，最簡單的情況下，只需要一臺配備KOMPASS測量選項和KOMET校正軟件的錐齒輪磨齒機即可。KLINGELNBERG（克林貝格）公司可在現(xiàn)場為現(xiàn)有的組件系列設(shè)計齒輪副，從而無需在公司內(nèi)部建立專業(yè)技術(shù)。如果要在機床外進行客觀質(zhì)量檢驗（例如：為客戶提供文檔），建議投資一臺合適的測量儀器，而不是選擇KOMPASS測量選項。
生產(chǎn)計劃齒輪副所需的磨削輪和修整滾輪必須作為消耗品進行儲備。然而，不需要投資額外的預(yù)加工機床，也不需要進行大規(guī)模的切削工具投資。
02、簡單夾具的使用Use of Simple Fixtures
在小齒輪軸的末端，只需一個螺紋或一個夾緊蓋，便可以通過設(shè)計簡單的夾緊桿和機床液壓裝置將工件軸向夾緊在簡單的夾具上。組件的徑向跳動可以通過手動輕松校準。因此，夾具精度只需確保軸向定位面的平行度。由于在深磨削過程中產(chǎn)生的力相對較小，而且沒有沖擊載荷，因此只需要相對較小的夾緊力即可將工件固定在位。
03、響應(yīng)時間短Short Response Times
深磨削的一個關(guān)鍵優(yōu)勢是能夠快速響應(yīng)短期需求，例如：提供不常用的備件或急需的新設(shè)計齒輪副。
與傳統(tǒng)的錐齒輪切削預(yù)加工相比，深磨削只需提供正確尺寸的磨削輪，即可立即開始工作，而不需要完全調(diào)整刀頭，最糟糕的情況下可能還需要對刀具進行成型和涂層。這樣可以節(jié)省了大約兩周的時間，即三分之二的加工時間（見圖1）。調(diào)整冷卻潤滑劑供應(yīng)所需的準備時間稍長，加工時間也較長，但這些都不重要。
圖1：錐齒輪到齒輪副成品的生產(chǎn)周期
04、工藝技術(shù)洞察：工藝流程與分析Insight Into Process Technology: Process Flow and Analysis
在實際操作中，對于深磨削生成的組件有幾種方案。其中之一是延長滾動路徑長度，以便滾入齒輪。這通常從齒輪的根部開始，以避免與齒輪體或夾具發(fā)生碰撞。然而，滾入齒輪可能會導(dǎo)致磨削輪圓角半徑的負荷增加，從而導(dǎo)致齒形偏差。事實證明，從齒輪的大端處下沉，然后朝著小端處進行展成（見圖2）是一種更為有利的方法。在下沉過程中（見圖2,1），磨削輪在齒形上的負荷相對均勻，與磨削輪上去除的修整體積大致成正比。根據(jù)齒輪幾何形狀，齒槽體積中的相對較大部分已經(jīng)完成加工，或者在下沉過程即將結(jié)束前與組件進行了初始接觸，如圖中所示。
圖2：刀尖運動學(xué)和特性
在下沉和展成之間的過渡過程中（見圖2,2），刀具負荷的突然變化通常會導(dǎo)致短暫的功率峰值，產(chǎn)生火花和增加刀具損壞的風(fēng)險。過去，通常通過調(diào)整進給速度來適應(yīng)這一過渡，但這限制了工藝的潛力。通過在展成運動開始前設(shè)定最小的消火花時間，可以將功率峰值轉(zhuǎn)化為短暫的功率驟降，從而實現(xiàn)更高效的加工。
根據(jù)齒輪幾何形狀的不同，展成過程開始時可能已達到最大切削弧長，或者如圖所示，刀具滾入齒輪中。最大切削弧長通常在磨削輪尖端到達工件大端的齒根時達到（見圖2,3a）。然而，由于滾動運動學(xué)的原因，刀具尖端的最大負荷（以金屬去除率計算）可能會更早出現(xiàn)。當(dāng)?shù)毒呒舛说竭_工件小端的尖端圓時（見圖2,3b），負荷迅速下降，并在小端齒根成型時降至零（見圖2,3c）。剩余的滾動路徑長度仍然需要用來完全形成凹面的齒側(cè)。
根據(jù)磨削輪的性能和待加工材料的情況，可能需要在加工一個或多個齒槽后進行中間修整。在加工超大齒輪時，將材料去除率分為多個設(shè)定步驟，以降低刀具負荷可能會更為有利。由于齒槽之間刀具磨損的增加，可能會導(dǎo)致較大的齒距和齒形偏差，這通常對于純預(yù)加工的影響不大。如果質(zhì)量要求較高，可以通過小進給的快速精加工循環(huán)來補償這些偏差。
05、優(yōu)化工藝Optimizing the Process
為了提高稍大批量的深磨削，我們需要對加工過程進行優(yōu)化。由于冷卻潤滑劑的供應(yīng)占系統(tǒng)總能耗的很大一部分，而這部分能耗在很大程度上與切削功率無關(guān)，因此每個工件的能耗可以按加工時間的大致比例降低。
在不增加刀具最大負荷的情況下，有兩個方法可以節(jié)省加工時間（見圖3）：
圖 3：在不增加刀具最大負荷的情況下優(yōu)化工藝
1.下沉過程的起始深度可以減少到幾乎不需要通過空氣進行非接觸式下沉的程度。
2.可以在KOP-G機床軟件中調(diào)整滾動路徑長度上的速度曲線，確保刀尖處的材料去除率保持顯著的恒定性。
這兩項措施可在不使刀具超負荷的情況下，將示例齒輪的磨削時間節(jié)省約三分之一。
06/修整砂輪Dressing the Grinding Wheel
在加工特定工件時，KOP-G機床軟件的預(yù)成形程序可以在較短時間內(nèi)完成砂輪的齒形修整。然而，在加工過程中，砂輪有可能出現(xiàn)局部損壞，通常發(fā)生在尖端或角半徑的位置。當(dāng)修整量小于磨削過程中的齒形高度偏差時，就會出現(xiàn)這種情況（見圖4）。因此，砂輪在修整后會進一步磨損，無法產(chǎn)生正確的齒隙幾何形狀。這種損耗通常難以用肉眼察覺，只有當(dāng)齒隙深度明顯變淺時才能被發(fā)現(xiàn)。為了恢復(fù)砂輪尖端，需多次修整，但修整周期次數(shù)存在很大的不確定性。
圖4：深磨削時的齒形偏差
圖5：修整時的接觸檢查
在修整過程中采用接觸檢測選項。雖然在加工間隙時不能立即檢測到砂輪的齒形偏差，但至少可以在下一次修整操作中檢測到。這是通過集成在修整主軸上的聲發(fā)射傳感器實現(xiàn)的。機床控制單元評估高于所需齒形的信號，從而檢測齒形偏差（見圖5）。該功能還可以在恢復(fù)完整齒形時盡量減少修整操作。
07/組件范圍與加工示例Component Range and Processing Example
深磨削的應(yīng)用范圍廣泛，適用于所有齒輪尺寸。在下限端，刀尖寬度是一個限制因素。如果磨料粒度足夠細，則可以使用大約0.3 mm的刀尖寬度進行磨削。深磨削還可用于Oerlikon（奧利康）錐齒輪磨齒機 G80 的應(yīng)用范圍上限。然而，由于需要去除大量材料，加工時間可能會達到數(shù)小時。
圖6 給出了一個典型應(yīng)用范圍的實例（見圖6）。在適合的易加工材料和經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整的工藝條件下，可以在6.2分鐘內(nèi)將該齒輪從毛坯磨削到成品質(zhì)量。理論上，單個砂輪可以實現(xiàn)加工700個零件的使用壽命。
圖6：加工示例：乘用車小齒輪
相應(yīng)的深磨削成型大齒輪的循環(huán)時間為11.5分鐘。
08、總結(jié)In Summary
對于小批量錐齒輪生產(chǎn)而言，采用深磨削加工錐齒輪是一種具有吸引力的替代方案，可替代傳統(tǒng)的錐齒輪預(yù)切削或5軸加工。為了獲得最佳加工效果，通常可以采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。在剛開始進行錐齒輪生產(chǎn)或從傳統(tǒng)機械設(shè)備轉(zhuǎn)向數(shù)字化生產(chǎn)時，投資磨齒機是一種實現(xiàn)高精度和靈活性的有效方法，且所需投資規(guī)模相對較低。
