磨齒是進行高精度硬齒面齒形加工的工藝方法之一，加工精度高，但磨齒存在著設(shè)備昂貴、生產(chǎn)率低和調(diào)整困難等缺點。傳統(tǒng)的研磨齒只能使齒面粗糙度有所好轉(zhuǎn)，能少量修整齒形和齒向誤差，對其他誤差修整作用很小。因為研磨齒時，兩輪處于自由嚙合狀態(tài)，滾滑量在整個齒面上不均勻，在節(jié)圓附近滑動小，在齒根、齒頂滑動大，因此研磨時間長會由于不均勻滑動而使齒形質(zhì)量降低。
隨著硬齒面精加工新工藝的不斷研究和探索，研磨工藝得到了發(fā)展。漸開線齒輪齒形研磨新工藝以漸開線齒輪嚙合特性、嚙合動力學(xué)和研磨切削原理為理論基礎(chǔ)，應(yīng)用動態(tài)研磨和誤差均化理論設(shè)計出區(qū)別于傳統(tǒng)研磨的新方法，該方法利用齒輪嚙合時齒輪本身誤差產(chǎn)生的齒面動態(tài)力在研磨劑的作用下修整齒輪，可以明顯提高齒輪精度并具有較高的生產(chǎn)率。
一傳統(tǒng)研磨機理及工藝特點
研磨屬于磨削中的游離磨粒加工類型，是一種傳統(tǒng)的光整、精密加工方法。研磨精度可達到亞微米級（尺寸精度可達0.025μm），表面粗糙度可達ra0.01μm，并能使兩零件的接觸面達到精密配合。
1.研磨機理
研磨是由游離的磨粒通過研具對工件進行微量切削的過程。在加工過程中，工件表面發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化。其主要作用如下。
（1）切削作用。由于研具的材料比被研的工件軟，研磨劑中的磨粒在研具表面上半固定或浮動，構(gòu)成多刃基體，在研具與工件作研磨運動時，在一定壓力下對工件表面進行微量切削。
（2）塑性變形。鈍化了的磨粒對工件表面進行擠壓，使被加工材料產(chǎn)生變形，工件表面峰谷在塑變中趨于熨平或在反復(fù)變形中產(chǎn)生加工硬化，zui后斷裂面形成細微切屑。
（3）化學(xué)作用。當采用氧化鉻、硬脂酸或其他研磨劑時，工件表面會形成一層極薄的氧化膜，這層氧化膜很易被磨掉而不損傷基體，在研磨過程中氧化膜不斷地迅速形成，又不斷地被磨掉，從而加快了研磨過程，使表面粗糙度降低。
2.研磨特點
（1）尺寸精度高。磨料采用極細的微粒，在低速、低壓下磨除一層極薄的金屬。因此，產(chǎn)生的熱量少，工件的變形和表面變質(zhì)層很輕微，可穩(wěn)定獲得高精度表面。
（2）形位精度高。由于微量切削，研磨運動復(fù)雜，而且不受運動精度的影響，因此可得到較高的形位精度。
（3）表面粗糙度低。工件和研具間有一定相對運動，磨粒在工件表面上不會重復(fù)先前的運動軌跡，這就有利于均勻地切掉工件表面上的凸峰，降低工件表面粗糙度。
（4）研磨可獲得很高的尺寸精度和很低的表面粗糙度，但不能提高工件各表面間的位置精度。
（5）零件表面耐磨性提高。研磨表面質(zhì)量高使摩擦因數(shù)減小、實際有效接觸面積增大、耐磨性提高。
（6）零件表面疲勞強度提高。研磨表層存在殘余壓應(yīng)力，這種應(yīng)力有利于提高零件表面的疲勞強度。
（7）設(shè)備簡單，制造方便。
（8）適宜性好。研磨不但適宜單件生產(chǎn)，也適宜成批機械化生產(chǎn)，且被加工材料范圍廣。
二新型研齒機結(jié)構(gòu)及工作原理
1.結(jié)構(gòu)
主軸系統(tǒng)是兩套*相同的結(jié)構(gòu)，兩主軸上安裝工件（齒輪）和飛輪，作高速穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)，是研齒時的主運動。橫向工作臺用來調(diào)整兩輪中心距，研齒時固定不動?？v向工作臺研齒時作縱向往復(fù)運動，以便周期性改變兩齒輪中心距?；霸谘旋X時通過偏心裝置沿立柱導(dǎo)軌作上下微行程（2~3mm）往復(fù)運動。
2.工作原理
研磨齒時，以工件（兩互研齒輪）的內(nèi)孔在主軸上定位，主軸和工件內(nèi)孔采用過渡配合，由于工件在空載下運轉(zhuǎn)，徑向力和軸向力非常小。橫向工作臺調(diào)整兩齒輪中心距，按設(shè)計要求注意zui小中心距偏差限制和嚙合間隙。工作時在齒面涂上研磨劑，通過兩軸轉(zhuǎn)速趨于一致進行研齒；通過縱向工作臺周期性改變中心距和滑鞍的往復(fù)微行程運動，使兩互研齒輪在齒寬方向上充分研磨。
三動態(tài)力研齒機理
齒輪動態(tài)力研磨齒加工原理為，兩工件齒輪（兩被研齒輪）在空載下以確定的速比（兩齒輪的齒數(shù)比）、在大的轉(zhuǎn)動慣量下高速穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)，研齒時保持兩齒輪的速比不變，并周期性改變兩齒輪的中心距，利用齒輪嚙合時齒輪本身誤差產(chǎn)生的齒面動態(tài)力在研磨劑的作用下修整齒輪誤差，達到提高兩齒輪精度的目的。在研齒過程中，兩互研齒輪精度同時得到提高主要有兩種機制在起作用，即動態(tài)研磨和誤差均化。齒面動態(tài)嚙合力與齒面摩擦因數(shù)乘積是研齒過程中的齒面切削力，這種力作用于齒面粗糙的微凸體時，使微凸體產(chǎn)生屈服形成磨損，正是由于這種磨損提高了齒輪精度。
由于齒輪本身存在制造誤差，研齒時齒輪產(chǎn)生振動。由摩擦學(xué)理論可知，這種振動使齒面微凸體產(chǎn)生塑性變形和粘著，小振幅使粘著點剪切脫落，露出基體金屬表面，這些脫落的顆粒及新表面又與大氣中的氧反應(yīng)生成fe2o3為主的氧化物，這些氧化物不易排出，故在齒面起著磨料磨損作用，因而提高了齒輪的精度。
如前研磨機理及特點所述，研齒時施加研磨劑，研磨劑中的磨料顆粒在齒面滾動和滑動，滾動使齒面產(chǎn)生微小的塑性變形，滑動使齒面產(chǎn)生微小的切削作用，從而降低了表面粗糙度；同時，由于齒面在相互摩擦的同時與空氣中的氧或研磨劑中的混合酯（如聚甲基丙烯酸酯等）發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)，在齒面生成化學(xué)反應(yīng)物，這些化學(xué)反應(yīng)物與表面粘附不牢，繼續(xù)研磨就會分離，分離后又迅速生成新的氧化物，又被磨掉，因而提高了齒輪的精度。
研齒是在空載下進行的，齒面動態(tài)嚙合力是由齒輪本身誤差產(chǎn)生的，齒輪誤差大的地方齒面動態(tài)嚙合力就大，齒面研磨量也就大，反之，齒輪誤差小的地方研磨量就小。而且，當齒輪精度達到一定程度后，齒面動態(tài)嚙合力就會越來越小，研磨作用也隨之減弱，zui后起不到研磨作用，這就是齒輪動態(tài)力研齒不會導(dǎo)致齒輪畸變的原因。
研齒時，要周期性改變互研齒輪的中心距使互研齒輪在齒廓上充分研磨。周期性變更嚙合齒，使兩齒輪各齒的研磨概率趨于一致，與此同時誤差均化作用將在互研齒輪的齒面上發(fā)生，齒面誤差小的齒輪將對齒面誤差大的齒輪起到“修整”作用，在降低齒面粗糙度的同時，對齒形誤差、齒距極限偏差、齒距積累誤差、公法線長度變動、齒圈徑向跳動誤差等均有不同程度的均化。
四研齒工藝參數(shù)的選擇
1.主軸轉(zhuǎn)速的選擇
動態(tài)力研齒機理對主軸轉(zhuǎn)速的選擇要求很高。主軸轉(zhuǎn)速的高低影響研齒效率，主軸轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)性影響研齒精度。主軸轉(zhuǎn)速的高低決定單位時間內(nèi)研齒次數(shù)的多少，次數(shù)多效率高。文獻表明，研齒時齒面間的滑動將引起表面層發(fā)熱、變形、磨損等，顯著影響摩擦因數(shù)，摩擦因數(shù)隨滑動速度增高而增大。
因此主軸轉(zhuǎn)速高，齒輪圓周速度高，齒面間相對滑動速度就高，則摩擦因數(shù)大，從而齒面摩擦力就大，研齒效率高（同時考慮齒輪直徑大?。Ｒ话阒鬏S轉(zhuǎn)速控制在1000~1800r/min.動態(tài)力研齒機理對主軸轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)性也提出很高的要求。資料表明，由計算機系統(tǒng)、數(shù)字量輸入/輸出子系統(tǒng)、mosf、et、編碼器、可編程定時/計數(shù)子系統(tǒng)、直流電動機組成的直接數(shù)字控制系統(tǒng)，可以有效地控制和穩(wěn)定主軸的回轉(zhuǎn)速度，從而滿足主軸回轉(zhuǎn)平穩(wěn)性的要求。
2.研磨齒余量的確定研齒余量的選擇不僅影響研齒效率，而且影響研齒精度。為了提高研齒效率和保證研齒精度，一般在齒輪公法線上不要留太多的研齒余量。對于研齒前的齒輪精度，要嚴格加以控制，尤其是齒圈徑向跳動，它明顯影響研齒效果；同時要保證齒輪內(nèi)孔和外圓的同軸度、內(nèi)孔和端面的垂直度，以保證齒輪安裝時的定位精度。
3.互研齒輪齒數(shù)的選擇要使兩互研齒輪的精度同時得到提高，必須使兩輪的齒數(shù)互研時有相同的概率。比較理想的情況是兩輪齒數(shù)沒有公因子，是一個質(zhì)數(shù)齒與另一個其他齒數(shù)。但齒輪的齒數(shù)是設(shè)計確定的，不是研齒工藝所能選擇的，因此要更換嚙合齒。換齒操作是脫開互研齒輪，相對轉(zhuǎn)過一個齒然后再嚙合。
五研齒工藝在變速器圓柱齒輪中的工藝可行性
通過研齒工藝試驗數(shù)據(jù)來進行研齒在變速器圓柱齒輪中的工藝可行性分析。
1.研齒的實例介紹
試驗選擇了齒形誤差、齒圈徑向跳動誤差、公法線長度變動誤差、齒距極限偏差和齒距累計誤差以及齒面粗糙度等檢查項目。對研齒前后各項誤差進行測量，將測量結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理，找出齒輪精度變化規(guī)律。試驗在新型研齒機上進行，研齒時周期性改變中心距，對有公因子齒數(shù)的齒輪要定時分齒。
試驗表明，互研后齒形誤差減小，齒廓趨近漸開線，誤差均化作用明顯，長時間研齒齒形沒有畸變。齒圈徑向跳動誤差采用齒輪跳動檢查儀測量。對數(shù)據(jù)分析表明，互研法對齒圈徑向跳動有一定修正能力，在徑向跳動zui高點齒輪研磨量較大，這是該點動態(tài)嚙合力較大造成的。對齒距極限偏差和累計誤差（采用相對測量法進行測量）也有一定的修正能力，偏差值由0.027mm降為0.013mm，累積誤差值由0.033mm降為0.023mm.互研過程中，存在著廣泛的誤差均化作用，使各齒距偏差均勻一致，這對齒輪傳動十分有利。其他如公法線長度變動誤差以及齒面粗糙度均有不同程度的改善和提高，公法線長度變動有了明顯的改善并趨近一致。研齒前齒面留有刀痕，反映出在齒形誤差曲線上有雜波，研齒后是一條光滑的曲線。
2.工藝可行性
公司生產(chǎn)的變速器圓柱齒輪中，其運轉(zhuǎn)齒均為漸開線齒形，齒數(shù)一般為19~50，法向模數(shù)為3~5mm，齒輪精度等級為國標8級或din7級，所以把動態(tài)力研齒新工藝應(yīng)用在變速器的圓柱齒輪上應(yīng)該具有可行性，同時節(jié)省了磨齒工序，可以起到提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本的作用。
六結(jié)束語
齒輪動態(tài)力研齒新工藝與傳統(tǒng)的對研、跑合工藝有著本質(zhì)的區(qū)別，它具有動態(tài)研磨和誤差均化的特點，因而具有一定誤差修正能力。它是利用計算機控制，使兩個齒輪按理論傳動比運轉(zhuǎn)，無主動輪與被動輪之分，而且齒輪不施加額定載荷，*依靠齒輪本身誤差產(chǎn)生的動態(tài)力來達到研磨目的。