曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工工具機和加工方法

2023-06-14 14:12:01 3

專利名稱：曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工工具機和加工方法
技術領域：
本發明涉及一種進行曲線齒錐齒輪倒角加工的工具機和加工方法。
背景技術：
在各種汽車中廣泛地應用曲線齒錐齒輪和準雙曲面錐齒輪(以下統稱曲線齒錐齒輪)傳動，在曲線齒錐齒輪外錐面上的齒頂線處，即齒廓面和外錐面的交線處需要進行倒角加工工序。目前，還沒有進行這一工序的專用設備，一般是靠人工手工操作砂輪來完成該倒角工序，勞動強度大，生產效率低。設計一種能進行曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的專用工具機是汽車工業急待解決的技術問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種結構合理、生產效率高的曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工工具機和加工方法。
為了解決上述技術問題，本發明曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工工具機的技術方案是，包括位於床身上部的一個龍門框架，所述龍門框架上設置有水平導軌，所述水平導軌上設置有橫滑座，所述橫滑座在水平導軌上沿Y方向移動；所述橫滑座上設置有沿Z方向上下移動的滑枕，所述滑枕的內部設置有磨盤主軸，所述磨盤主軸與所述滑枕之間設置有滾動軸承，所述磨盤主軸的下方設置有磨盤，所述磨盤上設置有一至兩個磨頭，所述磨頭與所述磨盤之間設置有磨盤滑板，所述磨盤滑板在所述磨盤上移動，依靠所述磨盤滑板的移動來調整砂輪的中心軸線與磨盤中心軸線的距離；所述磨頭與所述磨盤滑板之間用活動銷連接，所述磨頭繞活動銷的中心轉動，所述磨頭的一側設置有彈簧和限位螺釘；所述磨頭上設置有由電動機驅動的砂輪，藉助所述磨頭的重力保持砂輪與工件的接觸；所述床身的導軌上設置有工作檯，所述工作檯在所述導軌上沿X方向移動，所述工作檯上設置有床鞍部件，所述床鞍部件包括工件箱和設置在工作箱上的工件主軸A及工件，所述工件主軸A帶動工件轉動，同時所述工件箱繞床鞍部件上的B軸作90°範圍的擺動。
採用上述加工工具機進行曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工方法包括啟動上述加工工具機後，確定倒角加工時所需的安裝角；根據所述工作檯的X方向坐標和橫滑座的Y方向坐標確定磨盤主軸中心Oc相對於工具機中心O的位置；根據磨削的深度確定所述磨盤在Z軸方向的位置；進行倒角加工時，半徑為r的磨盤以角速度ωC轉動，處於半徑為r的磨盤的圓周上砂輪的磨削點M便在平面Q上形成圓的延長外擺線軌跡；工件以角速度ωA轉動，所述砂輪的切削點M就磨去了工件外錐面上齒頂線的尖角；所述磨盤轉過一周，工件轉過一個牙齒，所述磨盤上的砂輪對齒的凹面或凸面的齒頂線倒角；若磨盤上裝有兩個磨頭，則對齒的凹面和凸面的齒頂線同時倒角；以此類推，當工件轉過一周，即可完成工件上的全部齒的倒角加工。
在本發明曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工方法中，其中所述磨盤和工件處於連續磨削和連續分度的狀態。所述工件軸和磨盤軸是兩個需聯動的數控軸，以確保轉速ωA、ωC之間的比例關係，即A=ZWCZ.]]>所述Z軸是數控軸，用以控制倒角深度，同時在加工一個工件的開始及結束時進退一次。
本發明曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工工具機和加工方法與現有技術相比，其有益效果是(1)本發明曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工工具機，由於其結構合理、自動化程度高，所加工出的工件質量穩定，並且減輕了勞動強度。
(2)由於本發明曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工工具機，採用龍門立式布局不僅有利於磨頭的自動切入磨削，而且切削力向下，剛性高，排屑性能好。
(3)採用本發明曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工方法，其工作效率高，減少汙染，利於環保，並且實現了對曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角加工的現代化，自動化和數控化，特別適用於我國快速發展的汽車工業。


圖1是本發明曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工工具機的主視圖；圖2是本發明曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工工具機的側視圖；圖3是圖1中N-N標記所示位置的局部放大示意圖；圖4是圖1中M-M標記所示位置的局部放大示意圖；圖5是圖2中P-P標記所示位置的局部放大示意圖；圖6是圖5中Q-Q標記所示位置的局部放大示意圖。
如下是本發明曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工工具機和加工方法說明書附圖中主要附圖標記的說明
1——床身 2——工作檯 3——橫滑座4——磨盤 5——床鞍 6——龍門框架7——水平導軌 8——滑枕 9——磨頭10——活動銷11——限位螺釘 12——彈簧13——電動機14——砂輪 15——工件箱16——工件 17——磨盤滑板 18——磨盤主軸19——鏟形齒輪另外，圖4中，Ex——磨床中心OC到工具機中心O的距離；βm——齒輪齒寬中點M處螺旋角；ωQ——假想鏟形齒輪轉速，此時ωQ＝0。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工工具機和加工方法做進一步詳細描述。
如圖1和圖2所示，本發明曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工工具機的結構是，包括位於床身1上部的一個龍門框架6，所述龍門框架6上設置有水平導軌7，所述水平導軌7上設置有橫滑座3，所述橫滑座3在水平導軌7上沿Y方向移動；所述橫滑座3上設置有沿Z方向上下移動的滑枕8，所述滑枕8的內部設置有磨盤主軸18，所述磨盤主軸18與所述滑枕8之間設置有滾動軸承，所述磨盤主軸18的下方設置有磨盤4，如圖5和圖6所示，所述磨盤4上設置有一至兩個磨頭9，所述磨頭9與所述磨盤4之間設置有磨盤滑板17，所述磨盤滑板17在所述磨盤4上移動，依靠所述磨盤滑板17的移動來調整砂輪14的中心軸線與磨盤4中心軸線的距離r；所述磨頭9與所述磨盤滑板17之間用活動銷10連接，從而使磨頭9繞活動銷10的中心轉動，所述磨頭9的一側設置有彈簧12和限位螺釘11，所述彈簧12和限位螺釘11則對磨頭9的轉動範圍有所限制，所述磨頭9上安裝著由電動機13驅動的砂輪14，藉助所述磨頭9的重力保持砂輪14與工件16的接觸。
如圖1、圖2、圖3和圖6所示，床身1的導軌上設置有工作檯2，所述工作檯2在所述床身1的導軌上沿X方向移動，所述工作檯2上設置有床鞍部件5，所述床鞍部件5包括工件箱15和設置在工作箱15上的工件主軸A及錐齒輪工件16，所述工件主軸A繞其軸線按ωA轉動，從而帶動錐齒輪工件16轉動，同時所述工件箱15繞床鞍部件15上的B軸作90°範圍的擺動。
採用上述曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工工具機進行曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工方法如下
啟動上述加工工具機後，如圖3、圖4和圖5所示，錐齒輪工件16隨工件主軸A轉動，工件箱15繞床鞍部件5上的B軸在0°～90°的範圍內擺動，並按錐齒輪工件16的齒頂圓錐角經調整形成倒角加工所需的安裝角；床鞍部件5是垂直地安裝在工具機工作檯2上，工作檯2可以作X方向的移動，磨頭9安裝在磨盤4上，而磨盤4可繞Z軸即C迴轉軸按ωc轉動，磨盤主軸18裝在滑枕8內，而滑枕8裝在橫滑座3上，並可沿龍門上的水平導軌7作Y向移動，根據所述工作檯2的X方向坐標H和橫滑座3的Y方向坐標V便決定了磨盤主軸18的中心Oc相對於工具機中心O的位置；而磨盤4在Z軸方向的位置決定了磨削的深度。在進行倒角時，半徑為r的磨盤4以角速度ωc轉動，相當於固定在磨盤4中心且半徑等於Eb的滾圓在以工具機中心O為中心、半徑為Ey的基圓上作純滾動。於是，處於半徑為r的磨盤4圓周上砂輪14的磨削點M便在平面Q上形成圓的延長外擺線軌跡。見圖4。平面Q上的這個延長外擺線軌跡可視為一個假想的鏟形齒輪19的齒線；被倒角的工件16以角速度ωA轉動，並與磨盤4的角速度ωc保持一定的比例關係，像是與鏟形齒輪19嚙合一樣，於是代表鏟形齒輪19齒線的砂輪14的切削點M就磨去了工件16外錐面上齒頂線的尖角。
另外，砂輪14磨削點M走出的軌跡，即，延長外擺線與工件16外錐面上的齒頂線不可能精確地符合，可用優化方法求出磨盤4的半徑r及X方向坐標H和Y方向坐標V，使兩曲線的誤差儘可能小，達到允許誤差範圍內。
所述磨盤4轉過一周，工件16轉過一個牙齒，磨盤4上的砂輪14便可對齒的凹面或凸面的齒頂線倒角。若磨盤4上裝有兩個磨頭9，即帶有兩個砂輪14，便可對齒的凹面和凸面的齒頂線同時倒角。當工件16轉過一周時，即可完成錐齒輪工件16上的全部齒的倒角加工。
本發明曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工方法按照上述加工原理，在磨削過程中，磨盤4和工件16都處於連續磨削和連續分度的狀態，因此生產率高。倒角加工時，工件軸和磨盤軸是兩個需聯動的數控軸，以確保轉速ωA、ωc之間的比例關係。由擺線形成原理可知，A=ZWCZ]]>上式中，Z——工件齒輪齒數；ZW——磨盤裝有磨頭組數。如圖4裝有兩個磨頭，一個磨牙齒凹面齒頂線，另一個磨牙齒凸面齒頂線，組成一組，此時ZW＝1。
另外，Z軸也是數控軸，用以控制倒角深度，同時在磨一個工件的開始及結束時進退一次。其他各軸都是調整軸。
如圖5和圖6所示，藉助磨盤4上的磨盤滑板17可調整砂輪軸的中心到磨盤4的中心Oc的距離r，加工不同尺寸的工件需要不同的半徑r。磨頭9懸掛在活動銷10上，在磨削過程中，磨削力與磨頭自重和彈簧12的彈簧力，其三個力保持平衡，限位螺釘11起限位調節作用。
本發明曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工工具機採用龍門立式布局不僅有利於磨頭的自動切入磨削，而且切削力向下，剛性高，排屑性能好。
根據生產的需要，可開發適應於不同尺寸工件，如加工齒輪最大直徑φ300、φ600、φ1000等的系列工具機產品。由於一對配偶齒輪中的大輪和小輪的齒廓銑削方法不同，可分別設計適用於大輪的倒角機和適用於小輪的倒角機，或大、小輪都能適應的萬能倒角機。而無論何種形式的倒角機，磨頭的數量及數控聯動軸的數目可能不同，但工具機的結構特徵和加工原理是相同的。
儘管上面結合附圖對本發明曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工工具機和加工方法進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬於本發明的保護之內。
權利要求
1.一種曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工工具機，其特徵在於，包括位於床身(1)上部的一個龍門框架(6)，所述龍門框架(6)上設置有水平導軌(7)，所述水平導軌(7)上設置有橫滑座(3)，所述橫滑座(3)在水平導軌(7)上沿Y方向移動；所述橫滑座(3)上設置有沿Z方向上下移動的滑枕(8)，所述滑枕(8)的內部設置有磨盤主軸，所述磨盤主軸與所述滑枕(8)之間設置有滾動軸承，所述磨盤主軸的下方設置有磨盤(4)，所述磨盤(4)上設置有一至兩個磨頭(9)，所述磨頭(9)與所述磨盤(4)之間設置有磨盤滑板，所述磨盤滑板在所述磨盤(4)上移動，依靠所述磨盤滑板的移動來調整砂輪(14)的中心軸線與磨盤(4)中心軸線的距離；所述磨頭(9)與所述磨盤滑板之間用活動銷(10)連接，所述磨頭(9)繞活動銷(10)的中心轉動，所述磨頭(9)的一側設置有彈簧(12)和限位螺釘(11)；所述磨頭(9)上設置有由電動機(13)驅動的砂輪(14)，藉助所述磨頭(9)的重力保持砂輪(14)與工件(16)的接觸；所述床身(1)的導軌上設置有工作檯(2)，所述工作檯(2)在所述導軌上沿X方向移動，所述工作檯(2)上設置有床鞍部件(5)，所述床鞍部件(5)包括工件箱(15)和設置在工作箱(15)上的工件主軸A及工件(16)，所述工件主軸A帶動工件(16)轉動，同時所述工件箱(15)繞床鞍部件(5)上的B軸作90°範圍的擺動。
2.一種曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工方法，其特徵在於，所採用的加工工具機包括位於床身(1)上部的一個龍門框架(6)，所述龍門框架(6)上設置有水平導軌(7)，所述水平導軌(7)上設置有橫滑座(3)，所述橫滑座(3)在水平導軌(7)上沿Y方向移動；所述橫滑座(3)上設置有沿Z方向上下移動的滑枕(8)，所述滑枕(8)的內部設置有磨盤主軸，所述磨盤主軸與所述滑枕(8)之間設置有滾動軸承，所述磨盤主軸的下方設置有磨盤(4)，所述磨盤(4)上設置有一至兩個磨頭(9)，所述磨頭(9)與所述磨盤(4)之間設置有磨盤滑板，所述磨盤滑板在所述磨盤(4)上移動，依靠所述磨盤滑板的移動來調整砂輪(14)的中心軸線與磨盤(4)中心軸線的距離；所述磨頭(9)與所述磨盤滑板之間用活動銷(10)連接，所述磨頭(9)繞活動銷(10)的中心轉動，所述磨頭(9)的一側設置有彈簧(12)和限位螺釘(11)；所述磨頭(9)上設置有由電動機(13)驅動的砂輪(14)，藉助所述磨頭(9)的重力保持砂輪(14)與工件(16)的接觸；所述床身(1)的導軌上設置有工作檯(2)，所述工作檯(2)在所述導軌上沿X方向移動，所述工作檯(2)上設置有床鞍部件(5)，所述床鞍部件(5)包括工件箱(15)和設置在工作箱(15)上的工件主軸A及工件(16)，所述工件主軸A帶動工件(16)轉動，同時所述工件箱(15)繞床鞍部件(5)上的B軸作90°範圍的擺動；採用上述加工工具機進行曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工方法包括啟動上述加工工具機後，確定倒角加工時所需的安裝角；根據所述工作檯(2)的X方向坐標和橫滑座(3)的Y方向坐標確定磨盤主軸中心Oc相對於工具機中心O的位置；根據磨削的深度確定所述磨盤(4)在Z軸方向的位置；進行倒角加工時，半徑為r的磨盤(4)以角速度ωC轉動，處於半徑為r的磨盤(4)的圓周上砂輪(14)的磨削點M便在平面Q上形成圓的延長外擺線軌跡；工件(16)以角速度ωA轉動，所述砂輪(14)的切削點M就磨去了工件(16)外錐面上齒頂線的尖角；所述磨盤(4)轉過一周，工件(16)轉過一個牙齒，所述磨盤(4)上的砂輪(14)對齒的凹面或凸面的齒頂線倒角；若磨盤(4)上裝有兩個磨頭(9)，則對齒的凹面和凸面的齒頂線同時倒角；以此類推，當工件(16)轉過一周，即可完成工件(16)上的全部齒的倒角加工。
3.根據權利要求2所述曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工方法，其中，所述磨盤(4)和工件(16)處於連續磨削和連續分度的狀態。
4.根據權利要求2或3所述曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工方法，其中，所述工件軸和磨盤軸是兩個需聯動的數控軸，以確保轉速ωA、ωC之間的比例關係，即A=ZWCZ]]>
5.根據權利要求2或3所述曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工方法，其中，所述Z軸是數控軸，用以控制倒角深度，同時在加工一個工件的開始及結束時進退一次。
全文摘要
本發明公開了一種曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工工具機，包括床身、工作檯、橫滑座、磨盤和床鞍部件等，橫滑座在龍門框架的水平導軌上沿Y方向移動；所述橫滑座上設置有沿Z方向上下移動的滑枕，所述滑枕上設置有磨盤，所述磨盤上設置有一至兩個磨頭，所述磨頭與所述磨盤之間設置有磨盤滑板用來調整砂輪的中心軸線與磨盤中心軸線的距離；所述磨頭的一側設置有彈簧和限位螺釘；所述磨頭上設置有砂輪，藉助所述磨頭的重力保持砂輪與工件的接觸；所述床身的導軌上設置有工作檯，所述工作檯在導軌上沿X方向移動，工作檯上設置有床鞍部件。本發明中還同時公開了採用上述加工工具機進行曲線齒錐齒輪外錐面齒頂線倒角的加工方法。
文檔編號B23F19/12GK1739900SQ200510015148
公開日2006年3月1日 申請日期2005年9月21日 優先權日2005年9月21日
發明者林漢元, 張策, 劉明濤, 王世宇, 徐燕申 申請人:天津大學