數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)采用最新成形砂輪磨齒機(jī)設(shè)計(jì)理念，是一款集機(jī)械、電氣、液壓、自動(dòng)化技術(shù)、伺服控制技術(shù)、精密測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)等多種學(xué)科技術(shù)于一體的復(fù)雜高檔數(shù)控機(jī)床，可加工直（斜）漸開線齒輪及其他任意齒形，如擺線齒輪，圓弧齒輪等，具有高效率、高精度、高可靠性等特點(diǎn)。
1. 高效率
采用成形磨削，砂輪與齒輪為線接觸，磨除率高；機(jī)床配置高壓大流量冷卻裝置，適應(yīng)大功率、大切深磨削加工，減少粗磨循環(huán)次數(shù)，提高機(jī)床磨削效率，是傳統(tǒng)機(jī)床效率的3-5倍。
2. 高精度
采用數(shù)字伺服系統(tǒng)，選用高精度光柵尺，全閉環(huán)控制，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)沖擊，實(shí)現(xiàn)了很高的運(yùn)動(dòng)精度；磨削專家系統(tǒng)具有誤差校正功能，可補(bǔ)償磨削加工誤差，提高機(jī)床磨削精度。
3. 高可靠性
采用高剛性設(shè)計(jì)保證機(jī)床較高的幾何精度；機(jī)床熱關(guān)鍵點(diǎn)布置冷卻噴淋、溫機(jī)控制等措施以保證機(jī)床熱穩(wěn)定狀態(tài)；機(jī)床配置溫度、壓力、流量、振動(dòng)等多種傳感器，對(duì)機(jī)床工作狀態(tài)實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，保證機(jī)床高可靠性和穩(wěn)定性。
1. 大規(guī)格數(shù)控成形磨齒機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)
（1）模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)
機(jī)床采用立式結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)，縮短開發(fā)周期，提高機(jī)床可靠性。機(jī)床主要包括床身、立柱、工作臺(tái)、工件立柱、滑板、修整器、磨具等部件，機(jī)床布局如圖2所示。
圖2 磨齒機(jī)模塊布局圖
（2）高剛性設(shè)計(jì)制造
成形磨削載荷大，對(duì)機(jī)床剛性要求高。在設(shè)計(jì)中對(duì)機(jī)床整機(jī)及關(guān)鍵零部件進(jìn)行有限元分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化，保證機(jī)床高剛度；對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行模態(tài)實(shí)驗(yàn)分析，使機(jī)床固有頻率遠(yuǎn)高于磨削時(shí)的激振頻率；對(duì)關(guān)鍵結(jié)合面進(jìn)行精密刮削，保證接觸剛度。
（3）大型磨齒機(jī)熱特性控制技術(shù)
大型磨齒機(jī)工作過(guò)程中，在內(nèi)外熱源共同作用下產(chǎn)生熱變形，影響工件與砂輪間相對(duì)位置，造成齒輪加工精度降低。研究表明，精密加工中，由熱變形引起的加工誤差所占比例達(dá)40%-70％，因此，減小熱變形及盡快使機(jī)床達(dá)到熱平衡對(duì)提高加工精度和穩(wěn)定性至關(guān)重要。
為此采取的主要方法有：
①機(jī)床熱對(duì)稱設(shè)計(jì)及冷卻流道優(yōu)化。通過(guò)有限元分析機(jī)床熱變形情況，優(yōu)化機(jī)床布局，采用熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)，優(yōu)化床身流道設(shè)計(jì)，增加床身周圍冷卻液流動(dòng)，使溫度分布更加均勻，提高機(jī)床熱特性。
圖3 磨齒機(jī)整機(jī)溫度場(chǎng)云圖 圖4 改進(jìn)流道后整機(jī)變形云圖
②等溫磨削控制技術(shù)。實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)床內(nèi)部及外圍環(huán)境溫度，自動(dòng)調(diào)節(jié)磨削冷卻液溫度，使機(jī)床內(nèi)部溫度與環(huán)境溫度差保持在穩(wěn)定范圍內(nèi)，減小熱變形引起的誤差，實(shí)現(xiàn)機(jī)床工作過(guò)程變形最小，滿足高精度磨削要求。
（4）靜壓導(dǎo)軌和靜壓軸承設(shè)計(jì)制造技術(shù)。采用閉式靜壓導(dǎo)軌，解決直線導(dǎo)軌大負(fù)載情況下出現(xiàn)爬行和滯后，直線軸重復(fù)定位精度達(dá)到0.002mm，回轉(zhuǎn)軸定位精度達(dá)到±3角秒，機(jī)床最大承載2t，滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。
（5）復(fù)合材料應(yīng)用。機(jī)床裝配過(guò)程中，幾何精度調(diào)整需要多次修刮導(dǎo)軌結(jié)合面，大型機(jī)床結(jié)合面修刮時(shí)大件的起吊、翻身、刮研工作量非常大，采用新型復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)機(jī)床導(dǎo)軌精度一次定型，就能滿足精度要求，減少裝配工作量，提高機(jī)床裝配精度。
2. 磨削專家系統(tǒng)開發(fā)
磨削專家系統(tǒng)是成形砂輪磨齒機(jī)最為核心的軟件系統(tǒng)，解決了機(jī)床操作人員機(jī)下繁瑣計(jì)算程序編制，可根據(jù)用戶磨削工件要求推薦磨削工藝，供用戶選擇多種形式的磨削方法、砂輪修整方法，自動(dòng)生成機(jī)床加工程序，指導(dǎo)用戶進(jìn)行精密、高效磨削，提高了機(jī)床加工效率。
主要功能模塊包含以下幾項(xiàng)：
（1）基于工作狀態(tài)下嚙合誤差優(yōu)化的齒廓修形
齒輪箱齒輪由于加工、裝配誤差、受載變形等產(chǎn)生邊緣接觸，形成應(yīng)力集中，對(duì)傳動(dòng)平穩(wěn)性和壽命產(chǎn)生很大影響，因此需對(duì)齒廓進(jìn)行精確修形，減少邊緣接觸和應(yīng)力集中。機(jī)床采用成形磨削，可通過(guò)全閉環(huán)伺服軸精確插補(bǔ)對(duì)齒輪廓形修形，實(shí)現(xiàn)齒廓精確三維修形。
圖5 齒廓修形三維圖形
（2）齒面扭曲控制技術(shù)
磨削斜齒輪時(shí)，砂輪與齒面的接觸線為一條空間曲線，需調(diào)整砂輪和工件的軸交角，改變接觸線相對(duì)位置，避免砂輪與齒面兩側(cè)接觸線不是同時(shí)脫離齒面，受力不均，出現(xiàn)讓刀，造成齒面扭曲。機(jī)床開發(fā)的齒面扭曲控制技術(shù)，根據(jù)工件參數(shù)，自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整砂輪軸交角，改變接觸線相對(duì)位置，改善齒面扭曲。
（3）工件表面質(zhì)量磨削控制技術(shù)
對(duì)大型齒輪磨削工藝進(jìn)行研究，采集、分析高效磨齒工藝數(shù)據(jù)，建立工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)不同材料、不同熱處理要求齒輪都能找到適用的磨削工藝參數(shù)供用戶選擇。工藝參數(shù)主要包括砂輪的磨料、粒度、修整進(jìn)刀量、磨削進(jìn)刀速度、冷卻液流量和壓力等，指導(dǎo)用戶實(shí)現(xiàn)精密、高效磨削，消除磨削燒傷和裂紋，提高磨削效率。
（4）磨削狀態(tài)智能監(jiān)控
經(jīng)過(guò)二次開發(fā)，砂輪主軸集成的AE（聲發(fā)射）裝置，可實(shí)現(xiàn)磨削工件自動(dòng)對(duì)刀、余量自動(dòng)分配、磨削過(guò)程及砂輪磨損狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，控制砂輪自動(dòng)修整，保持砂輪鋒利，保證磨削質(zhì)量。AE的防碰撞保護(hù)功能，可以在發(fā)生啃刀或偏磨時(shí)，機(jī)床執(zhí)行緊急回退功能，保護(hù)工件和設(shè)備安全。
3. 在機(jī)檢測(cè)與綜合誤差補(bǔ)償技術(shù)
（1）在機(jī)測(cè)量技術(shù)
大型齒輪質(zhì)量較大，齒輪拆卸、送檢不方便，機(jī)下測(cè)量費(fèi)時(shí)費(fèi)力，在機(jī)床上配置在機(jī)測(cè)量功能十分必要。機(jī)床在機(jī)測(cè)量功能利用機(jī)床數(shù)控軸，對(duì)齒輪進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)再回傳磨削專家系統(tǒng)，和設(shè)定的目標(biāo)對(duì)比，自動(dòng)調(diào)整機(jī)床加工參數(shù)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制下的精密磨削。
機(jī)床在機(jī)測(cè)量系統(tǒng)主要對(duì)齒輪齒形、齒向、齒距及齒距累積總偏差進(jìn)行測(cè)量。
圖6 機(jī)床在機(jī)測(cè)量報(bào)告
（2）機(jī)床綜合誤差測(cè)試補(bǔ)償技術(shù)
利用激光跟蹤儀對(duì)機(jī)床伺服軸各項(xiàng)誤差進(jìn)行測(cè)量，建立機(jī)床空間誤差模型，應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)操作功能，對(duì)軸間誤差進(jìn)行補(bǔ)償。利用自行開發(fā)的傳動(dòng)鏈誤差測(cè)試儀對(duì)機(jī)床單軸運(yùn)動(dòng)誤差、多軸聯(lián)動(dòng)誤差、插補(bǔ)誤差進(jìn)行測(cè)量分析，調(diào)整機(jī)床參數(shù)，達(dá)到最佳補(bǔ)償效果。
圖7 機(jī)床綜合誤差補(bǔ)償現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試
4．機(jī)床工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)、預(yù)警及故障診斷技術(shù)應(yīng)用
（1）機(jī)床無(wú)附加傳感器監(jiān)測(cè)與預(yù)警
通過(guò)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置的位置、速度、扭矩、電流、電壓等接口，獲取機(jī)床動(dòng)態(tài)響應(yīng)信號(hào)，提取機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)早期微弱故障特征，對(duì)動(dòng)態(tài)誤差和各種振動(dòng)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)誤差趨勢(shì)開始變大，故障征兆開始出現(xiàn)時(shí)，及時(shí)對(duì)機(jī)床故障進(jìn)行預(yù)警處理，提高機(jī)床的穩(wěn)定性和可靠性。
圖8 磨齒機(jī)故障診斷軟件界面
（2）遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)應(yīng)用
機(jī)床遠(yuǎn)程診斷功能實(shí)現(xiàn)了外部計(jì)算機(jī)與機(jī)床工控機(jī)之間的遠(yuǎn)程控制，以便對(duì)機(jī)床進(jìn)行故障診斷、參數(shù)更改等在線操作。當(dāng)客戶機(jī)床出現(xiàn)故障時(shí)，維修人員不用到現(xiàn)場(chǎng)就可以處理機(jī)床故障，縮短了機(jī)床維修時(shí)間，提高了機(jī)床工作效率，機(jī)床用戶服務(wù)更加方便快捷。
