磨齿是硬齿面齿轮提高齿轮精度的主要加工工艺方法，但在实际生产过程中，偶尔会出现磨齿后在齿轮根部产生磨削台阶的现象，磨削台阶会影响齿轮的齿根弯曲疲劳强度，分析磨削台阶产生的原因和应采取的措施具有重要的意义。
贺鹏分析了热处理前粗加工刀具凸角量的设计，热处理后精加工刀具的超越量计算、热处理变形等对磨齿台阶的影响;李泽军分析了磨齿台阶形成的原因和负面影响，并提出台阶修整方法的理论依据;李钊刚系统地讨论了渐开线硬齿面齿轮留磨滚刀的设计和应用;苗圩巍研究了渗碳淬火齿轮齿根磨削形态对弯曲强度的影响;张立峰等研究了齿根过渡曲线连接不好产生台阶的原因与解决措施。
本文结合实际生产过程中遇到的各类情况，重点讨论假性磨削台阶的判定、产生原因和应采取的措施。
一、项目背景
齿轮磨削加工后检测人员发现在齿轮齿根部位留有一条凸棱(如图1所示)，目视观察凸棱位于铣齿沉割起始点以上，从齿检报告(如图2所示)可以看出，80#齿左侧齿靠近齿根部位渐开线先出现高点而后转为低点，与目视观察一致。
图1 齿根磨削凸棱
图2 齿检报告
二、假性磨削台阶
为了保证硬齿面齿轮齿根喷丸强化效果，磨削加工时不允许磨削齿根。为了保证磨削后齿根部位能够圆滑过渡，在齿形粗加工时(滚齿、铣齿等)刀具均设计有触角，这样加工后便在齿根部位加工出一定的沉割量，为后续磨齿留有一定的退刀空间。
理论上，为了保证齿根拥有足够的弯曲疲劳强度，希望磨齿后渐开线与齿根圆弧相切，即磨削区域为图3中1+2+3区域(3区以外全部为磨削去除区)。
实际上为了避免磨削后出现不可修复的磨削台阶(4区以外全部为磨削去除区)，考虑齿形粗加工误差、热处理变形等多种因素影响而采用较大沉割量，磨削后渐开线与齿根圆弧相交(2区以外为磨削去除区)，但在生产过程中由于各种原因出现了一种情况，即磨削区域仅为1区，这样在磨削后齿根部位产生一条凸棱，这条凸棱便是假性磨削台阶，如图4所示。以外全部为磨削去除区)，考虑齿形粗加工误差、热处理变形等多种因素影响而采用较大沉割量，磨削后渐开线与齿根圆弧相交(2区以外为磨削去除区)，但在生产过程中由于各种原因出现了一种情况，即磨削区域仅为1区，这样在磨削后齿根部位产生一条凸棱，这条凸棱便是假性磨削台阶，如图4所示。
图3 磨削区域
图4 假性磨削台阶
磨削假性台阶的判定可从以下两个方面考虑：① 磨削后目视观察齿根部产生磨削凸棱，但齿根部位齿形粗加工沉割量存在;②齿检时齿检报告齿形误差显示齿根部位出现高点而后转位低点的曲线。
三、假性磨削台阶出现原因分析及消除措施
假性磨削台阶出现的直接原因是磨齿加工时砂轮设置的可用渐开线起始圆直径大于齿轮磨削工序实际的渐开线起始圆直径。特别强调两点：
①齿轮磨削工序实际的渐开线起始圆直径为去除磨齿余量后的渐开线起始圆直径;
②对于内齿正好相反。如图4所示，磨削工艺中，当砂轮切深小，将产生假性磨削台阶。
另外，砂轮圆角半径设置越大，加工后凸棱越大，可用渐开线起始圆直径越大，越不能满足图纸要求;砂轮圆角半径减小，加工后凸棱会减小，可用渐开线起始圆直径变小(内齿圈变大)，逐渐接近图纸要求。
理论上讲，当砂轮磨削切深和砂轮圆角半径选择合理，齿轮假性磨削台阶可以经返修后去除，不会影响齿轮的齿根弯曲疲劳强度，如图5所示。
图5 正常磨削
如图6所示，当砂轮继续切深，将会产生磨削台阶，此时磨削台阶为不可修复台阶，但当砂轮圆角半径>a1时，磨削台阶处会圆滑过渡;当砂轮圆角半径≤a1时，将会产生严重的尖棱尖角，圆角半径越小，台阶就会越大。当砂轮切深较深，磨削余量较小时，可能会在齿根圆弧部位出现如图7所示的一道黑线，实际上为磨削时磨削到的部位，但圆弧靠下部位由于切深较深而被磨亮。
图6 齿根磨削台阶
图7 齿根磨削黑线
为了明确假性磨削台阶产生的根本原因，以便彻底解决问题，应用5why分析法进行综合分析并提出消除措施，如表1所示。
表1 假性磨削台阶产生的根本原因及消除措施
由表1的分析可知，假性磨削台阶产生的最根本原因是工艺未标准化，需在磨齿工序中明确给定实际渐开线起始圆直径和零件成品要求的渐开线起始圆直径、齿形粗加工时刀具圆角半径，磨齿过程中操作人员需根据实际情况输入砂轮修形相关参数，特别是对于试制件，需通过反复试验得到最终磨削参数并将工艺标准化。
图8 齿根磨削黑线实物
四、结论
成形磨齿假性磨削台阶是一种通过改变磨削工艺参数即可消除的缺陷，经修复后不会影响齿轮齿根弯曲疲劳强度，可通过目视观察和齿检两种方法判定;假性磨削台阶产生的根本原因是工艺未标准化，即在磨削工艺中应明确齿轮实际渐开线起始圆直径、成品要求渐开线起始圆直径、齿形粗加工圆角半径等参数，试制时还需考虑热处理变形的影响，综合输入砂轮修整参数和切深。
参考文献略