磨齿机齿形误差分析及调整【干货】.pdf

齿形误差的定义

想知道齿形形状误差产生的原因首先需要了解什么是齿形误差。齿形误差又称为齿廓偏差，

它是指实际齿廓偏离设计齿廓的量，该量在端平面内且垂直于渐开线齿廓的方向记值。齿

形误差包括齿形总误差Fa、齿形形状误差ffa、齿形倾斜误差fHa,具体定义如下：

图1

齿形总误差Fa

在齿形评价记值范围内，包容实际齿形线的两条设计齿形线间的距离，见图1中①所示。

齿形形状误差ffa

在齿形评价记值范围内，包容实际齿形线的两条与平均齿形线完全相同的曲线间的距离，且

两条曲线与平均齿形线的距离为常数，见图1中②所示。

齿形倾斜角度误差fHa

在齿形评价记值范围内，两端与平均齿形线相交的两条设计齿形线间的距离，见图一中③所

示。

设计齿形线：符合设计要求的齿形线。

平均齿形线：实际齿形线偏离平均齿形线偏差的平方和最小，平均齿形线的位置和倾斜角

度可以用“最小二乘法”确定，图一中BB线表示。

B’B’B”B”表示在齿形评价记值范围内，包容实际齿形线的两条与平均齿形线完全相

同的曲线；

C’C’C”C”表示在齿形评价记值范围内，两端与平均齿形线相交的两条设计齿形线；

AAA’A’表示在齿形评价记值范围内，包容实际齿形线的两条设计齿形线。

齿形形状误差分析

我公司在实际生产过程中使用的是进口数控成型磨齿机，其采用的是成型法磨削，即把砂轮

修整成和工件轮廓相吻合的形状进行磨削。砂轮的轮廓形状精度决定了齿形形状误差值的大

小，通过对齿形形状误差（ffa）定义的理解，齿形的形状误差值来自于齿形波纹的深度，

标准设计齿形理论上是一直线，那么在生产过程中实际齿形线上的波纹是如何产生的呢?

波纹的大小又受哪些因素的影响呢?我将从以下几个方面去进行分析和探讨：

砂轮

在成型法磨削中，磨齿机所使用的刀具是砂轮。砂轮的选用主要取决于齿轮材料的可磨削

性及其所要求的表面质量、修整滚轮和可修整砂轮的耐用度及所要求的磨削功率。砂轮的

材质将影响着砂轮的磨削能力，也影响着所磨齿轮齿面的表面特性，其中齿面粗糙度大

小决定了齿形波纹度的大小从而影响着齿形的形状误差值。砂轮有两种类型可供选择，一

种是可修整性砂轮（Dressablegrindingwheels），另一种为非可修整性砂轮（Non

-dressablegrindingWheels）。对于加工零件种类较多，单号更替频繁的一般选用

可修整性砂轮，此类砂轮分为白刚玉(氧化铝Al2O3)及陶瓷材质砂轮，从经济角度

考虑选用氧化铝砂轮较多。对可修整性砂轮而言，一般粗粒度和高孔隙率的砂轮进行粗

修整后具有高的磨削能力和大的磨削功率，但也将导致大的齿面粗糙度；而细粒度和低

孔隙率的砂轮经精细修整后将产生高的齿面光洁度，但同时也降低了最大可能的砂轮磨削

功率。对于可修整性砂轮选用合适粒度（60-80）的砂轮配合合理的砂轮修整参数，降

低齿面粗糙度，能够有效的保证齿形形状误差。对于一些需要高效率加工且加工零件种

类相对固定的可选择使用非可修整性的电镀粘结CBN砂轮，用此类型砂轮加工零件的齿

形形状误差主要取决于其砂轮本体及涂层的精度，CBN涂层晶体粒度大小（B带数字表示）

以及砂轮直径的大小都直接影响着齿形的形状误差，具体关系见图2：

因此，在采购CBN砂轮时选用合适的型号(砂轮直径及粒度)能够直接有效的降低齿形

形状误差。

修整单元

数控成型磨齿机的修整单元包括两大部分，一部分为修整刀具，另一部分为修整轴。在

选用可修整性砂轮进行加工时，修整刀具为修整滚轮，修整轮的磨损将造成修整轮在对砂轮

进行齿形修整时，齿形轮廓线上出现不同程度的凹凸，当凹凸的量叠加到一定程度时便会

造成齿形轮廓线的形变从而影响齿形的形状误差;同时，修整滚轮的磨损量随着使用时长

的增加在不断的加剧，修整滚轮的圆角半径及滚轮的直径在相应的减小，这将在修整后的

齿形轮廓线上产生鼓形变形，导致零件加工后齿面的齿形形状误差。虽然在机床的加工软

件中针对修整轮的磨损设置了补偿，但为了降低其对齿形形状误差影响的风险，我们还是

需要根据实际生产经验定期的对修整轮进行调面(双修整轮结构)或更换处理。

砂轮的整个齿形修整动作由修整轴驱动完成，修整轴包括线性轴及旋转轴。齿形轮廓线的修

整一般由两根数控线性轴的联动插补来完成，为了保证高精度，线性轴一般采用滚珠丝杠配

套线规、直线轴承的传动方式，轴的运动精度决定了砂轮齿形轮廓线的精度。在砂轮各项修

整参数录入正确的情况下，两根轴的插补运动轨迹即是齿形轮廓线，轴的定位精度及重复定

位精度保证了砂轮齿形轮廓线上每个点位按照齿形计算值进行修整，任何一根轴的机械精度

发生偏差都将影响齿形形状误