一、研究背景
随着各行业对齿轮精度要求的不断提高，磨齿工艺正在成为齿轮生产工艺中最常用、最重要的手段之一。我国和德国、日本等工业强国在机械制造行业上的差距，除了设备、技术上的差距，对工艺参数的把控也是其中的核心环节之一。
以磨齿为例，目前我国一些大公司的设备全部从欧美国家进口，厂房设置基本符合欧美国家要求，操作人员也经过了反复培训，操作方法熟悉，但加工出来的零件精度有所不及，同一砂轮的寿命更可能有倍数的差距。这其中，砂轮的修整参数和磨削参数是非常重 要的两个影响因素。笔者就此对蜗杆磨砂轮进行寿命评估研究。
二、蜗杆磨砂轮寿命主要影响因素
蜗杆磨砂轮的损耗主要体现在直径方向和轴向两个方面。直径方向的损耗主要是砂轮修整带来的，目的是将已经破坏或达不到加工精度要求的砂轮齿面表层去除，类似于滚刀、剃刀等的修磨。轴向损耗主要来源于砂轮蹿刀，目的是防止砂轮的同一个位置反复磨削工件，导致工件表面粗糙度达不到要求，或者出现磨削烧伤。
直径方向损耗
砂轮直径方向的损耗分为两种，一种是新砂轮修磨损耗，一种是砂轮加工过程中的正常修磨损耗。
新砂轮修磨损耗：砂轮三维外形如图 1 所示。一般新到厂的砂轮因为开槽精度的问题，在压力角、砂轮表面粗糙度等方面并不满足加工要求，需要进行修磨。
针对 80 粒度砂轮，砂轮每一修整回合一般在直径方向修掉 0.03 mm，进口新砂轮通常需要修整 100 回合，因此将在直径方向修掉约 3 mm。个别国产砂轮制作粗糙，新砂轮需要修整 200 甚至 300 回合，新砂轮在直径方向的修整损耗达到 6 mm 或 9 mm。
砂轮加工过程中正常损耗：正常加工过程中，为保证被加工齿轮的齿部精度、齿面粗糙度等，需要定期对砂轮表面进行修整。砂轮修整损耗如图 2 所示。
砂轮正常修整仍以回合为单位，通常一次修整为10 回合，其中 8 回合为粗修整，2 回合为精修整。针对 80 粒度砂轮，粗修整每次在直径方向去除 0.03 mm，精修整每次在直径方向去除 0.02 mm。因此，每次修整在直径方向的去除量 d 约为 0.28 mm。
砂轮在直径方向上的修整并不是无限制的，修整到一定直径后，引发机床 X 方向行程和安全限制，机床将停止修整。以外径为 280 mm、宽度为 260 mm、内孔为 115 mm 的砂轮为例，砂轮齿根可修整到的最小限制直径在 200 mm 左右。
假设某砂轮大径为 Φ1 ，砂轮齿根限制直径为 Φ2 ，被加工齿轮的齿全高为 h，则估算用上述几何尺寸砂轮加工齿轮时可修整的次数 k 为：
轴向损耗
砂轮磨削如图 3 所示。为防止砂轮的同一位置反复磨削工件，造成被加工齿轮齿面烧伤、粗糙度不达标或者精度超差，砂轮在磨削过程中采用动态蹿刀，即加工过程中砂轮时刻都在蹿刀。
砂轮沿自身轴向方向蹿刀，蹿刀运动与机床主轴的进给联动，输入的蹿刀量为 0.05 mm，表示机床主轴每进给 1 mm，砂轮沿自身轴向蹿刀 0.05 mm。
磨削过程中，为避免砂轮与工件产生碰撞对砂轮造成损伤，也为了减轻磨削载荷，需要在进刀时增加一段超越行程 Z1。出刀时，为了能完全出刀，也需要增加一段出刀量 Z2。进刀和出刀如图 4 所示。
因此，磨削过程中，砂轮沿机床主轴方向的实际运动距离 L 为：
式中：D1 为被加工齿轮宽度。
笔者公司磨齿加工一般分为三行程或四行程，每行程的蹿刀量不同。以三行程为例，假设第一行程粗磨的蹿刀量为 a，第二行程半精磨的蹿刀量为 b，第三行程精磨的蹿刀量为 c，那么加工每个零件的总蹿刀量 y 为：
在蹿刀过程中，砂轮并不能在整个宽度上实现蹿刀，通常的有效蹿刀范围为砂轮宽度的 70% 。因此，砂轮每修整一次可以加工的零件数量 n 约为：
式中：D2 为砂轮宽度。
三、砂轮寿命评估
砂轮寿命评估公式
砂轮的寿命 N 可估算为：
式中：k 为可修整次数。
实例
假设某被加工零件宽度为 50 mm，齿全高为 12.85 mm，所用砂轮外径为 280 mm，宽度为 160 mm，内孔直径为 115 mm，砂轮齿根限制直径为 200 mm，进刀超越行程 Z1 为 35 mm，出刀量 Z2 为 5 mm，三行程的蹿刀量分别为 0.05 mm、0.04 mm、0.035 mm，修整量取常用值，则该砂轮的加工寿命 N 约为：
四、结束语
笔者对蜗杆磨砂轮进行寿命评估研究，磨齿所用砂轮直径、宽度，被加工零件宽度、全齿高、螺旋角，砂轮单次修整量，蹿刀量，磨削行程数等因素都会对砂轮寿命产生影响，以上因素大部分不可更改，因此要延长砂轮寿命，应该从砂轮单次修整量、磨削蹿刀量、磨削行程数等方面进行优化。
参考文献略.