大家都知道，汽車錐齒輪變速箱中的零部件加工制造要求是非常嚴(yán)苛的。這是由變速箱的功能性決定的帆疚，要想在盡量輕的自重和小的空間下實(shí)現(xiàn)大扭矩輸出，并且達(dá)到噪聲和效率標(biāo)準(zhǔn)象人，必須要保證零部件加工的高質(zhì)量养烙。工程師在進(jìn)行錐齒輪的尺寸標(biāo)注時(shí)，就必須決定是使用研磨還是磨削的加工方式蜀谤。本文深入探討了這兩種加工方式的優(yōu)缺點(diǎn)货僚。

現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)正在經(jīng)歷一場(chǎng)深刻變革，這就是工業(yè)界和科技界都共同關(guān)注的工業(yè)4.0亚侠。工業(yè)4.0 要求生產(chǎn)工藝過程必須滿足日益增長的柔性化和自我優(yōu)化的要求曹体。這就需要生產(chǎn)系統(tǒng)具有過程信息采集能力和強(qiáng)大的信息處理能力。正是在這樣的發(fā)展背景下硝烂，錐齒輪制造工藝中一個(gè)老生常談的問題很有必要重新提出來：研磨還是磨削箕别，哪一種才是最好的選擇?

初看之下，錐齒輪的研磨和磨削工藝過程的差異似乎只存在于硬齒面加工中滞谢。研磨工藝改變工件幾何尺寸的能力與磨削工藝相比要小得多究孕。因此，對(duì)于選用研磨方式加工的錐齒輪爹凹，其最終加工質(zhì)量基本取決于研磨前工序的加工結(jié)果厨诸。在實(shí)際生產(chǎn)中镶殷，這就意味著花大力氣來優(yōu)化齒輪的切削加工質(zhì)量是相當(dāng)重要的。并且需要在切削時(shí)留有足夠的加工余量來抵消熱處理引起的工件形變微酬，這里所說的熱處理通常為表面硬化處理绘趋。所謂的硬化形變補(bǔ)償是非常必要的，這是因?yàn)檠心ゼm正工件幾何形變的能力是非常有限的颗管。對(duì)于齒輪磨削而言静冯，其材料去除量比研磨工藝大得多，因此可以有效消除硬化處理帶來的形狀畸變蛮究。

研磨工藝加工的輪齒特征

由于嚙合時(shí)間較短狱鼎，在大規(guī)模生產(chǎn)中，齒輪的研磨制造大多采用連續(xù)加工的方式(滾齒)進(jìn)行家厂。這類錐齒輪大端和小端的齒高是一致的篷浅，其縱向齒側(cè)輪廓為一段漸開曲線。這就導(dǎo)致了從大端到小端齒槽寬度逐漸減小婿孟。在錐齒輪研磨加工過程中客娱，小齒輪的幾何形變較大，這是

因?yàn)樾↓X輪相對(duì)于大齒輪齒數(shù)少孟盅，經(jīng)歷的回轉(zhuǎn)次數(shù)多圈机。采用研磨法來去除多余材料可以有效減少齒側(cè)縱向的鼓形變形，特別是對(duì)小齒輪而言悠怕，這就進(jìn)一步減少了齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)誤差偏戳。

因此，用研磨法加工的齒側(cè)輪廓更加平滑隶谒。在做單面嚙合檢測(cè)時(shí)涕癣，其頻譜特征為輪齒嚙合頻率的諧波振幅相對(duì)較低，邊頻帶(噪聲)的振幅相對(duì)較高前标。研磨只能消除很少一部分的圓分度誤差坠韩，并且其齒側(cè)的粗糙度與磨削齒輪相比更大。研磨法加工的齒輪還有一個(gè)特點(diǎn)炼列，就是每個(gè)輪齒的幾何形狀都稍有不同只搁，這是因?yàn)槊總€(gè)輪齒的硬化形變都各不相同。

磨削工藝加工的輪齒特征

汽車工業(yè)中俭尖，采用磨削工藝制造的錐齒輪通常被設(shè)計(jì)為雙聯(lián)齒輪氢惋。這類錐齒輪的幾何特征為 ：從小端到大端齒槽寬度不變，齒高逐漸增大稽犁。由于齒根部的齒槽寬度是一致的焰望，這就決定了從小端到大端齒根圓角半徑是不變的。結(jié)合雙重收縮錐齒輪的特性，可知這類齒輪的齒根強(qiáng)度相對(duì)較高熊赖。

這類齒輪的頻譜特征為——輪齒嚙合頻率的諧波獨(dú)特且易于分辨来屠，但是邊頻特征不明顯。采用單齒加工方式(銑齒)來制造齒輪可以實(shí)現(xiàn)雙主軸加工咱窜。與齒輪的連續(xù)加工方式相比囚请，單齒加工中處于切削狀態(tài)的輪齒數(shù)量較多，其生產(chǎn)效率也更高寂逛。就幾何特征而言缚扩，錐齒輪磨削是一個(gè)非常精確的加工過程，因此允許設(shè)計(jì)工程師精確地定義出齒輪的最終幾何輪廓亏铃。就設(shè)計(jì)修正而言闪妓，磨削齒輪的幾何和運(yùn)動(dòng)自由度更高，可以更輕松地實(shí)現(xiàn)對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)性能和負(fù)載能力的優(yōu)化穴眼。在齒輪磨削的過程中甚庇，測(cè)量數(shù)據(jù)的采集實(shí)時(shí)進(jìn)行，這是加工質(zhì)量控制閉環(huán)的基礎(chǔ)眶约，也是提高加工精度的先決條件汉统。

采用磨削工藝加工的錐齒輪每個(gè)輪齒齒側(cè)的幾何差異與研磨法相比是非常微小的穷歹。也就是說嚼龄，齒輪磨削可以顯著提高齒輪的加工精度。硬齒面加工對(duì)齒輪副發(fā)展的影響研磨齒輪的幾何形狀是迭代開發(fā)的結(jié)果段直。原因在于研磨錐齒輪個(gè)體質(zhì)量差異比磨削齒輪要大吃溅，這就要求設(shè)計(jì)工程師根據(jù)最終的成品齒輪的幾何形狀做相應(yīng)的設(shè)計(jì)調(diào)整。因此可以說生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)對(duì)研磨齒輪傳動(dòng)性能的影響也比磨削齒輪要大鸯檬。設(shè)計(jì)工程師必須不斷反復(fù)考量生產(chǎn)制造和設(shè)計(jì)的交互影響决侈，這就進(jìn)一步加大了齒輪副開發(fā)的不確定性。

采用磨削工藝制造的錐齒輪喧务，輪齒的尺寸精度可以做到非常高赖歌，因此齒輪副的傳動(dòng)性能與幾何參數(shù)變量之間的關(guān)系是非常清晰的。設(shè)計(jì)工程師可以從中得到清晰的反饋功茴，很容易分辨是哪個(gè)幾何參數(shù)變量導(dǎo)致齒輪的傳動(dòng)性能降低或者負(fù)載能力降低庐冯，并以此為依據(jù)來優(yōu)化齒輪的幾何結(jié)構(gòu)。

質(zhì)量控制閉環(huán)

錐齒輪磨削工藝鏈中的重要一環(huán)就是質(zhì)量控制閉環(huán)坎穿。在齒輪的設(shè)計(jì)階段展父，設(shè)計(jì)工程師會(huì)清楚地定義出齒輪的公稱尺寸。一臺(tái)虛擬主機(jī)和一個(gè)虛擬模型就構(gòu)成了Klingelnberg 集團(tuán)(克林貝格是世界領(lǐng)先的齒輪生產(chǎn)機(jī)械及相關(guān)設(shè)備的開發(fā)制造商)質(zhì)量控制閉環(huán)的基礎(chǔ)玲昧。在精密測(cè)量中心上栖茉，磨削加工后的齒輪尺寸偏差會(huì)通過虛擬主機(jī)進(jìn)行測(cè)量并記錄下來。基于數(shù)控機(jī)床中的虛擬模型狭缰，可以計(jì)算出用于修正工件實(shí)際偏差的加工數(shù)據(jù)羽剪，加工程序?qū)?jù)此做相應(yīng)的調(diào)整。因此橘匿，可以說質(zhì)量控制閉環(huán)就是一個(gè)自我優(yōu)化系統(tǒng)儡矫，是符合工業(yè)4.0 體系的一個(gè)范例。

錐齒輪的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)反饋鏈

在齒輪的研磨工藝鏈中默言，質(zhì)量控制閉環(huán)也被用于軟齒輪加工的質(zhì)量?jī)?yōu)化角殃。與齒輪磨削工藝鏈相比，對(duì)于研磨過程的虛擬描述是不存在的豺这。出于這個(gè)原因险丧，錐齒輪的研磨加工過程中無法引入虛擬主機(jī)，自我優(yōu)化也就無從談起了景妻。對(duì)于研磨工藝而言愧鹊，操作員仍是質(zhì)量控制閉環(huán)中的關(guān)鍵因素。

如果使用的是Klingelnberg 數(shù)控機(jī)床拐尚，那么在整個(gè)錐齒輪磨削過程中惩赊，加工設(shè)備都是和生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫互聯(lián)的。錐齒輪的加工過程可以分為三步：刃磨隔节、刀頭裝載和齒輪切削鹅经。可以通過在上述的工藝過程中加入一個(gè)質(zhì)量?jī)?yōu)化閉環(huán)來消除硬化變形怎诫。在這種情況下瘾晃，質(zhì)量控制閉環(huán)中的虛擬主機(jī)將進(jìn)行相關(guān)的修正計(jì)算。由于控制計(jì)算過程對(duì)于輸入的測(cè)量數(shù)據(jù)是非常敏感的幻妓，硬化變形造成的尺寸偏差就可以在齒輪磨削過程中被完全地消除掉了蹦误。另外，錐齒輪的加工質(zhì)量還可以通過特定的質(zhì)量控制閉環(huán)來優(yōu)化肉津。如果硬化變形導(dǎo)致工件的生產(chǎn)質(zhì)量出現(xiàn)波動(dòng)强胰，控制閉環(huán)可以有效地消除這類影響。而對(duì)于研磨工藝來說這是不可能做到的妹沙。

應(yīng)用的問題

即使是在工業(yè)4.0 時(shí)代偶洋，硬齒面加工方式的選擇仍然是一個(gè)應(yīng)用問題，即要根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境來選擇合適的加工方式初烘∥姓妫基于錐齒輪磨削在輪齒塑形和品控方面的優(yōu)異表現(xiàn)，非常適合將其應(yīng)用于汽車變速箱的齒輪制造中貌授，因?yàn)檫@一應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)齒輪的負(fù)載性能和噪聲控制要求是很高的吟因。同樣地犯渣，齒輪磨削在修正硬化變形和制造柔性化方面，也要優(yōu)于齒輪研磨产歧，并且避免了消除硬化變形所付出的高額成本甥轿。

齒輪磨削工藝的另一個(gè)核心優(yōu)勢(shì)在于引入了自我優(yōu)化閉環(huán)(質(zhì)量控制閉環(huán))，這樣就可以組建出一個(gè)分散的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)品庞，這對(duì)于保障整個(gè)工廠生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的绿相。將來，這種分散的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)會(huì)覆蓋到全世界斋垫，并最終成為全球生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)篷低，這將成為在質(zhì)量效應(yīng)最大化的前提下實(shí)現(xiàn)一流生產(chǎn)質(zhì)量的決勝因素，不論在任何國家和地區(qū)都是如此届饰。

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