極坐標成形砂輪修整器的製作方法

2023-05-03 04:54:51

專利名稱：極坐標成形砂輪修整器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於齒輪及齒形加工設備與技術領域，特別涉及一種數控成形磨齒機用的極坐標成形砂輪修整器。
背景技術：
隨著齒輪傳動裝備對速度、精度、可靠性和壽命等要求的提高，硬齒面齒輪在機械行業的應用日益廣泛，但硬齒面精加工效率低、成本高，特別是大型齒輪的磨削精加工更為困難，一直是限制齒輪裝備發展的重要因素之一。隨著數控成形磨齒機的發展，大齒輪硬齒面加工精度和效率問題逐步得到緩解。數控成形磨齒機將砂輪截形修整為與齒輪齒槽相適應的截面，利用無瞬心包絡法加工齒輪，砂輪形狀誤差直接復映到齒面截形上，是造成齒輪齒廓類誤差的主要因素。因此，設計結構合理的砂輪修整器，修整出正確的砂輪截形是數控成形磨削高精度齒輪的必要條件。傳統成形磨削加工一般採用金剛筆修整成形砂輪，修整時需要不斷調整金剛筆的傾角使其適應修整表面的法矢，運動控制複雜，修整效率低；另一方面，金剛筆屬於單點接觸修整方式，筆尖的金剛石容易產生磨損，且磨損後的形狀不規則，誤差補償困難，對成形砂輪的修整精度有很大的影響。在傳統成形砂輪修整方式中，也可使用成形金剛滾輪直接修整砂輪成形，運動簡單，精度取決於金剛滾輪自身的精度，但這種方式柔性差，難以適應齒形經常變化的齒輪成形磨削。在中國專利「成形砂輪磨齒機砂輪修整機構」(專利號200910218435. 2)提到的砂輪修整機構利用雙金剛滾輪在直角坐標系中進行修整，是一種效率和精度均較高的砂輪修整方式。這種砂輪修整機構獨立於磨齒機的其他運動，需要兩個獨立的數控軸，成本較高；更為特出的問題是這種修整結構空間尺寸大，不能直接應用於內齒成形磨齒機的砂輪修整。
發明內容針對數控成形磨齒機砂輪修整存在的技術不足，本實用新型提供一種極坐標成形砂輪修整器，該極坐標成形砂輪修整器借用磨齒機的砂輪擺角軸實現兩種數控聯動，可適應內/外齒成形磨齒機的砂輪修整，具有結構簡單，修整精度和效率高，工作可靠性高，製造成本低的特點。為實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案—種極坐標成形砂輪修整器，包括由直線軸伺服電機I、直線軸聯軸器2和滾珠絲槓3組成的直線進給系統，還包括採用直線導軌4和修整底座8組成的支承系統、由旋轉軸伺服電機14、旋轉軸聯軸器15、精密雙導程的蝸杆16和蝸輪17組成的驅動系統；還包括砂輪11、砂輪電主軸13和砂輪旋轉軸底座12，砂輪11通過砂輪夾盤裝配在砂輪電主軸13上，砂輪電主軸13通過砂輪旋轉軸底座12與蝸輪17固定連接，實現了砂輪的擺角極坐標旋轉運動。[0008]所述通過修整電主軸5、第一同步帶輪6、同步帶7和第二同步帶輪9驅動金剛滾輪10旋轉。所述極坐標成形砂 輪修整器設置在磨頭箱體18上。砂輪是迴轉體，其表面幾何形狀取決於砂輪的軸截形；修整過程中砂輪繞自身軸線迴轉，按砂輪軸截形的平面曲線進行修整即可自然形成砂輪的空間表面。因此，修整砂輪運動可以簡化成平面運動，通過金剛滾輪筆在平面內的直角坐標系運動或極坐標運動包絡出砂輪的軸截形，形成砂輪空間表面。本實用新型利用數控系統控制金剛滾輪在極坐標系中的平面運動包絡砂輪軸截形曲線，實現砂輪成形修整。機構具體通過直線數控軸控制金剛滾輪做直線運動，通過迴轉數控軸控制砂輪繞砂輪擺角軸做旋轉運動，利用直線軸和迴轉軸的兩軸聯動控制，即可使金剛滾輪在極坐標平面內按與齒輪端截形相適應的砂輪軸截形進行包絡運動。砂輪軸截形曲線是由金剛滾輪在極坐標平面運動中包絡形成的，即滿足砂輪與金剛滾輪在接觸點處共法面矢量，且該共法面矢量與兩者在該點處的相對速度矢量相互垂直。本實用新型採用軸截形為圓弧形狀的金剛滾輪，利用圓弧與砂輪表面接觸時的法矢自適應性，大大降低了金剛滾輪運動軌跡規劃的複雜程度。修整時只需要將待修整砂輪軸截形曲線按金剛滾輪軸截形圓弧的半徑大小向金剛滾輪所在方向進行等距，運動包絡過程中保持金剛滾輪軸截形圓弧的圓心運動軌跡按該等距線進行插補，無須考慮金剛滾輪自身的姿態，使得包絡運動控制算法大為簡化。數控成形磨齒機為適應斜齒輪磨削設置了砂輪擺角軸，使砂輪與工件的螺旋角相適應。本實用新型實現金剛滾輪在極坐標平面的旋轉運動時，不再單獨設置迴轉數控軸，而是借用砂輪擺角軸滿足砂輪的極坐標擺動。本實用新型單獨設置了極坐標平面中的直線運動數控軸，利用伺服電機、直線導軌和精密小導程滾珠絲槓滿足修整直線運動的高精度要求。修整過程中，利用變頻器進行控制的電主軸驅動砂輪繞自身軸線作旋轉運動，保證砂輪空間迴轉表面的形成。另外，金剛滾輪在修整過程中也需要繞自身軸線做與砂輪相向或同向的運動，利用變頻器驅動金剛滾輪電主軸進行變速控制可滿足砂輪修整過程中金剛滾輪旋轉運動需要。本實用新型與現有技術相比較有以下優點本實用新型的極坐標成形砂輪修整器修整方式先進，利用圓弧截面的金剛滾輪具有法矢自適應性，通過簡單的極坐標運動控制形式即可滿足砂輪各種複雜截面型線的修整要求。本實用新型的極坐標成形砂輪修整器藉助於數控成形磨齒機的砂輪擺角軸，使得修整機構結構簡單、合理，成本低，佔據空間尺寸小，並可同時適應內/外齒成形磨削結構的需要。本實用新型的極坐標成形砂輪修整器利用伺服電機、精密直線導軌和小導程滾珠絲槓滿足極坐標直線運動高精度要求；借用力矩電機直驅的磨齒機砂輪擺角軸，滿足極坐標轉角運動高精度要求；通過兩軸聯動實現砂輪的高精度修整。本實用新型的極坐標成形砂輪修整器利用變頻器驅動金剛滾輪電主軸和砂輪電主軸，使其在一定的範圍內實現級調速，滿足修整過程中砂輪和金剛滾輪的旋轉方向和速比需要，提高修整效率和砂輪表面光整度。
圖I為本實用新型的整體結構示意圖。附圖標記說明I為直線軸伺服電機；2為直線軸聯軸器；3為滾珠絲槓；4為直線導軌；5為修整電主軸；6為第一同步帶輪；7為同步帶；8為修整底座；9為第二同步帶輪；10為金剛滾輪；11為砂輪；12為砂輪旋轉軸底座；13為砂輪電主軸；14為旋轉軸伺服電機；15為旋轉軸聯軸器；16為蝸杆；17為蝸輪；18為磨頭箱體。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步描述。一種極坐標成形砂輪修整器，包括由直線軸伺服電機I、直線軸聯軸器2和滾珠絲·槓3組成的直線進給系統，還包括採用直線導軌4和修整底座8組成的支承系統、由旋轉軸伺服電機14、旋轉軸聯軸器15、精密雙導程的蝸杆16和蝸輪17組成的驅動系統；還包括砂輪11、砂輪電主軸13和砂輪旋轉軸底座12，砂輪11通過砂輪夾盤裝配在砂輪電主軸13上，砂輪電主軸13通過砂輪旋轉軸底座12與蝸輪17固定連接，實現了砂輪的擺角極坐標旋轉運動。所述通過修整電主軸5、第一同步帶輪6、同步帶7和第二同步帶輪9驅動金剛滾輪10旋轉。所述極坐標成形砂輪修整器設置在磨頭箱體18上。磨頭箱體18上裝配數控直線軸Z軸、數控迴轉軸A軸、砂輪旋轉主軸SPl軸、金剛滾輪主軸SP2軸，Z軸和A軸組成修整極坐標系。Z軸實現金剛滾輪直線運動，採用直線軸伺服電機I、直線軸聯軸器2、小導程的精密的滾珠絲槓3組成直線進給系統，採用兩根直線導軌4和修整底座8組成支承系統。A軸實現砂輪擺角運動，由旋轉軸伺服電機14、聯軸器15和精密雙導程蝸杆16，驅動蝸輪17旋轉；砂輪11通過砂輪夾盤裝配在砂輪電主軸13上，電主軸通過砂輪旋轉軸底座12與蝸輪17固連，實現了砂輪的擺角極坐標旋轉運動。SPl軸實現砂輪的主旋轉運動，通過變頻砂輪電主軸13直接驅動砂輪11旋轉。SP2軸實現金剛滾輪的主旋轉運動，通過變頻修整電主軸5、第一同步帶輪6、同步帶7、第二同步帶輪9,驅動金剛滾輪10旋轉。直線運動軸上的直線導軌4、滾珠絲槓3採用稀油定時集中潤滑，蝸輪副16、17採用浸油潤滑；砂輪電主軸和金剛滾輪電主軸採用水冷卻。按圖I將各零部件裝配完畢後，需要保證a)金鋼滾輪主軸軸線與金剛滾輪運動軌跡垂直；b)金剛滾輪對稱中心平面通過數控迴轉軸A軸軸線；c)數控迴轉軸A軸處於零位時,金剛滾輪主軸軸線與砂輪主軸軸線平行；本實用新型的工作原理工具機開機，更換金剛滾輪和砂輪，將A軸和Z軸回參考點，建立修整極坐標系。利用共軛原理求解與齒輪齒形相適應的砂輪截形的等距線作為金剛滾輪的運動軌跡，並將該直角坐標系軌跡轉換到極坐標系中，再利用專業軟體生成相應的G代碼輸入到數控系統中。啟動G代碼，砂輪和金剛滾輪按規定的方向和轉速進行旋轉，Z軸和A軸按砂輪截形等距線軌跡實現兩軸聯動，完成砂輪的修整。經過施行實例驗證，該結構工作可靠，修整精度高，滿足數控成形內/外磨齒機砂輪修整的需要。
權利要求1.一種極坐標成形砂輪修整器，包括由直線軸伺服電機(I)、直線軸聯軸器(2)和滾珠絲槓(3)組成的直線進給系統，其特徵是還包括採用直線導軌(4)和修整底座(8)組成的支承系統、由旋轉軸伺服電機(14)、旋轉軸聯軸器(15)、精密雙導程的蝸杆(16)和蝸輪(17)組成的驅動系統；還包括砂輪(11 )、砂輪電主軸(13)和砂輪旋轉軸底座(12)，砂輪(11)通過砂輪夾盤裝配在砂輪電主軸(13)上，砂輪電主軸(13)通過砂輪旋轉軸底座(12)與蝸輪(17)固定連接。
2.根據權利要求I所述的極坐標成形砂輪修整器，其特徵是所述通過修整電主軸(5)、第一同步帶輪(6)、同步帶(7)和第二同步帶輪(9)驅動金剛滾輪(10)旋轉。
3.根據權利要求I所述的極坐標成形砂輪修整器，其特徵是所述極坐標成形砂輪修整器設置在磨頭箱體(18)上。
專利摘要一種極坐標成形砂輪修整器，包括由直線軸伺服電機1)、直線軸聯軸器2)和滾珠絲槓3)組成的直線進給系統，其特徵是還包括採用直線導軌4)和修整底座8)組成的支承系統、由旋轉軸伺服電機14)、旋轉軸聯軸器15)、精密雙導程的蝸杆16)和蝸輪17)組成的驅動系統；還包括砂輪11)、砂輪電主軸13)和砂輪旋轉軸底座12)，砂輪11)通過砂輪夾盤裝配在砂輪電主軸13)上，砂輪電主軸13)通過砂輪旋轉軸底座12)與蝸輪17)固定連接。本實用新型的極坐標成形砂輪修整器修整方式先進，利用圓弧截面的金剛滾輪具有法矢自適應性，通過簡單的極坐標運動控制形式即可滿足砂輪各種複雜截面型線的修整要求。
文檔編號B24B53/07GK202726740SQ20122027803
公開日2013年2月13日 申請日期2012年6月13日 優先權日2012年6月13日
發明者方成剛, 黃筱調, 洪榮晶, 於春建 申請人:南京工大數控科技有限公司