国家九五科技攻关重大资助项目，编号97776 02 08/1蜗杆砂轮磨齿机深切缓进磨削◆吴焱明◆韩江◆王纯贤◆王治森用蜗杆砂轮磨削渐开线齿轮，其基本原理是相当于一对相错轴斜齿圆柱齿轮的空间啮合，蜗杆砂轮相当于一个螺旋角很大的具有切削能力的斜齿圆柱齿轮，与工件在一定速比关系下作空间啮合，按展成原理来完成渐开线圆柱齿轮的精加工。常规的蜗杆砂轮磨齿机采用的是多次走刀磨削方式，即在每次走刀后，在工件上下换向点上蜗杆砂轮向工件进给的固定增量。同时采用定期切向移位使蜗杆砂轮新的部分进入磨削，以保证磨削效率和磨削精度。但是由于每次进给量小，同时定期移位法不能保证蜗杆砂轮的每一截面都参与磨削，这样也增加了砂轮修整的次数，从而限制了蜗杆砂轮磨齿机的生产效率。与平面磨削的深切缓进磨削方式能显著地提高生产效率相似，蜗杆砂轮磨齿机同样存在着一种高效的磨削方式―――深切缓进磨削。
一、磨削特点所谓深切指的是单次进给量大，所谓缓进指的是机床利用程序控制，使砂轮架在磨齿的过程中产生连续的移位动作，使机床在整个磨削过程中蜗杆砂轮和工件的接触点连续地移向新的位置。深切缓进磨削具有如下特点：①磨削时单次进给量可以比普通蜗杆砂轮磨齿机大几倍（可达0 .5mm），一般齿轮粗磨只需一次进给，同时砂轮与工件接触区域增大，材料去除率高，因而可以显著地提高磨齿机的工作效率。
②蜗杆砂轮与工件的接触点连续地变化，这样磨削区域只在短时间内承受高负荷，然后这一小区域立即与工件脱离，因而散热条件好。
③蜗杆砂轮的连续移位，使得参与磨削的始终是砂轮未曾用过的新截面，这样可以提高工件的磨削精度。
④蜗杆砂轮各截面连续地投入磨削，这样蜗杆砂轮各截面磨损均匀，使其利用率达到最高，减少砂轮的修整次数，提高生产效率。
下面以我们研制的YKA 7232蜗杆砂轮磨齿机为例，介绍深切缓进的磨削过程、磨削原理及其实现方法。
二、磨削过程YKA7232蜗杆砂轮磨齿机有六个可控轴，即砂轮架径向进给X轴、砂轮架切向进给Y轴、工件轴向走刀Z轴、砂轮旋转B轴、工件旋转C轴、砂轮修整器的修整进给U轴，如图1所示（图中U轴未画出）。
采用深切缓进磨削，整个粗磨工序采用连续移位方式以一次走刀完成，粗磨后到精磨前砂轮轴有一个移位步距，以保证精磨走刀一次能达到很高的精度。
深切缓进磨削过程如图2所示。图中X0 ：蜗杆砂轮快速引进制造？材料Z1 ：高速走刀X1 ：粗磨切入进给Z2 ：粗磨走刀Y1 ：在粗磨走刀过程中连续移位Y2 ：粗磨后移位步距X2 ：精磨进给Z3 ：精磨走刀X3 ：砂轮高速退出Z4 ：高速走刀到起始位置Y3 ：移位返回S 1 ：第一件工件磨削过程开始E 1 ：第一件工件磨削过程结束位置，实际上也是第二件工件的磨削起始位置P1、P2 ：分别为第一、二件工件的精磨位置三、磨削的实现YKA7232型蜗杆砂轮磨齿机采用无差动磨削，在以常规磨削方式磨削工件即无连续切向位移时，应保证：式中n分别为砂轮转速和工件转速，单位：r/min z为工件齿数k为砂轮头数。
深切缓进磨削时，由于Y轴的轴向位移，使得工件产生附加的转动Δn式中v为Y轴的轴向移位速度，单位：mm/为工件法面模数，单位：mm.
深切缓进磨削时，工件的转速nC应是基本运动与附加运动的合成n式中±取决于蜗杆砂轮的旋向和转动方向以及砂轮轴的移位方向，图1中蜗杆砂轮为右旋时取号。将（1）、（2）式代入（3）式得到蜗杆砂轮磨齿机深切缓进磨削时应满足的基本关系式：在深切缓进磨削时， Z轴还执行走刀（上下）运动，且Y轴移位速率和Z轴走刀速率保持比例关系。实际上，深切缓进磨削工件时是B、C、Y、Z四轴联动。而对于磨削修形齿轮则需B、C、X、Y、Z五轴联动。这样联动轴数目增加，从而增加控制难度，这也是常规的蜗杆砂轮磨齿机放弃这一高效磨削方式的主要原因。
深切缓进的关键是解决B、C、Y间的同步问题和X、Y、Z轴间的联动。在Y K A7 232蜗杆砂轮磨齿机数控系统里， X、Y、Z轴都采用全闭环的交流伺服系统， X、Y、Z间的联动关系采用带前馈的模糊积分控制方法来保证。
B、C、Y间采用锁相伺服控制系统。B、C轴的反馈元件用每转18000脉冲的圆光栅，经4倍频后每转脉冲当数为72000 ， Y轴的反馈元件是50线/mm的长光栅，经内部10倍频、外部4倍频后每mm脉冲数为2000.这样B、C、Y轴的频率与转速（速度）的换算关系为：这就是深切缓进磨削时B、C、Y间应满足的基本关系式。按（6 ）式设计的锁相伺服系统如图3.由于C轴采用全闭环的锁相伺服控制，把机械传动链包括在系统闭环回路内，因而机械传动链的误差也得到自动校正，对减小累积误差有明显好处。
1吴焱明，张勇，彭文实，王治森，方涌奎。蜗杆砂轮磨齿机数控系统设计。机械工业自动化。1998 ，20（6）2吴焱明，王治森。带前馈的模糊积分控制器在伺服系统中的应用。合肥工业大学学报。1997 ，20（6）：41 46（编辑莫言）作者单位：合肥工业大学CIM S研究所邮政编码：安徽？ 230009