CN101066584A - 磨齿加工用成形磨砂轮修整器 - Google Patents

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颜克君
王家序
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Abstract

一种磨齿加工用成形磨砂轮修整器，由X坐标数控移动模块1，Y坐标数控移动模块2，Z坐标数控移动模块3，数控旋转模块4，金刚笔安装模块与金刚笔7组成，金刚笔安装模块由逼近数控旋转模块5和补偿数控移动模块6组成，金刚笔7垂直安装在补偿数控移动模块6中心轴线上，在整个修整过程中，通过数控装置数值模拟并驱动各个数控模块运动保证金刚笔轴线始终垂直砂轮曲面，因而无论金刚笔7变成什么形状，只需要通过移动补偿数控移定模块6即可以保证金刚笔7笔尖始终垂直砂轮曲面，从而可以修出非常高的砂轮齿形。

Description

磨齿加工用成形磨砂轮修整器
技术领域
本发明涉及齿轮及齿型工件加工设备与技术，具体是一种磨齿加工用成型磨砂轮修正器。
背景技术
在磨齿技术中已有基于锥面砂轮的展成磨法，基于蜗杆砂轮的展成磨法，基于大平面砂轮的展成磨法以及成形磨法等，其中使用最广的为第一、二两种。
成形磨齿技术要求将盘形砂轮修整成所需廓形，以供下一工序使用，成形磨齿工艺可加工任意齿形，任意安装角的齿轮及齿形工件。砂轮成形磨齿技术是齿轮及齿形工件精加工，尤其是高硬度、高精度齿轮精加工的一种重要技术，是目前成形磨齿技术的发展方向。经过本发明人二十余年研究，著有专门描述成型磨齿技术的《齿轮及其刀具制造的研究》专著一本。
经过本发明人多年的研究发现，在大模数齿轮生产中，由于成形磨齿法的砂轮能同时磨削整个齿槽，因而生产率最高，但由于修整砂轮的金刚笔，在修整砂轮的过程中也会被砂轮磨钝，由于金刚笔属脆性材料，金刚笔尖磨钝的形状有时为圆形，有时翠裂成斜面或异性，因此，金刚笔磨钝的不定性造成了成形磨齿过程的不稳定性，而阻碍了成形磨齿技术的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种金刚笔尖磨钝变形不定时，仍能修整出砂轮准确渐开线齿形的成型磨砂轮修正器。
本发明的技术方案为一种磨齿加工用成形磨砂轮修整器，由X坐标数控移动模块1，Y坐标数控移动模块2，Z坐标数控移动模块3，数控旋转模块4，金刚笔安装模块与金刚笔7组成，其特征为：金刚笔安装模块由逼近数控旋转模块5和补偿数控移动模块6组成，金刚笔7垂直安装在补偿数控移动模块6中心轴线上，在整个修整过程中，通过数控装置数值模拟并驱动各个数控模块运动保证金刚笔轴线始终垂直砂轮曲面，无论金刚笔7变成什么形状，只需要通过移动补偿数控移定模块6即可以保证金刚笔7笔尖始终垂直砂轮曲面。所述数控移动模块1、2、3、4为可重构模块，均由下基础件9通过伺服电机14、端盖13、丝杆11、螺母10和镶条12带动上移动件8移动。所述数控旋转模块4、5均为可重构模块，均由固定在基础件15上的伺服电机16经减速器17减速后，带动输出盘18转动。
本发明的一种磨齿加工用成形磨砂轮修整器的工作方法为：
1，根据齿轮参数求出表征渐开线的数组(xi，yi)；
2，利用最小二乘法求出渐开线的逼近圆参数，包括中心O的坐标(x，y)和半径R；
3，求出圆与渐开线(xi，yi)各点的径向误差值A；
4，采用金刚笔以O为中心，R为半径，旋转时，就能修整出圆弧。金刚笔尖不论为尖点21，圆弧22，双尖点23都能修整出同样的圆弧，从而消除了金刚笔尖磨钝不定性的影响；
5，渐开线与圆在各点的法向误差A由数控装置在R方向作补偿，即在某位置的金刚笔尖实际半径为R±A；由于R与A相差数百倍，故在那一点的渐开线和圆的垂直度误差非常下小，可以忽略不计；由在线测量仪测得齿形误差，再返回到计算机按点进行修正，从而再次消除修整器的误差、数控伺服机构的误差、计算方法的误差和金刚笔磨钝误差等的影响，保证修出非常高的砂轮齿形。
本发明的优点是无论金刚笔7变成什么形状，只需要通过移动补偿数控移定模块6即可以保证金刚笔7笔尖始终垂直砂轮曲面，从而可以修出非常高的砂轮齿形。
附图说明
图1是表明金刚笔尖磨钝对修出齿形的影响图。
图2是圆弧逼近渐开线的误差情况图。
图3是可重构系统重构出的渐开线修整器模块组成图。
图4是图3的侧视图。
图5是数控直线模块的横截面图，它也是图6的N-N截面图。
图6是图5的M-M截面图。
图7是数控旋转模块外观图，它也是图8的端视图。
图8是图7的P-P界面图。
图中：1.X坐标数控移动模块，2.Y坐标数控移动模块，3.Z坐标数控移动模块，4.数控旋转模块，5.逼近旋转模块，6.补偿数控移动模块，7.金刚笔，8.上移动件，9.下基础件，10.螺母，11.丝杆，12.镶条，13.端盖，14.伺服电机，15.基础件，16.伺服电机，17.减速器，18.输出盘。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明：
首先介绍工作方法，阻碍成形磨齿应用的第一个关键问题是金刚笔在使用过程中，要被砂轮磨钝，由于金刚笔为脆性材料，因此，金刚笔尖的磨钝没有规律，如图1，它有时逐渐由尖点21磨成圆弧22，此时，反映在齿轮上为公法线长度增大；有时掉一块变成23，使笔尖最高点偏离金刚笔的中心点呈多尖点，此时，当金刚笔尖左边的点工作时，修出砂轮为缩短渐开线，右边的点工作时，修出的点为延长渐开线，多数情况为几种曲线的组合，而出现修出齿形的不稳定轴线时，金刚笔端的形状误差不影响砂轮齿面的形成，因此，在此种情况下，只能采用圆弧修整法才能满足上述要求。采用直角坐标法无法满足上述要求的。
采用圆弧法逼近渐开线的算法是公知的技术，如图2所示，只要知道渐开线的参数就可以求出逼近圆弧参数及误差参数组(xi，yi，R，Ai)。由于在结构上R和A可以由数控移动模块完成。
由于砂轮的轴向截形和非轴向截形是不同的，因此，在调整修整器时，必须将图2之O及R运动平面调整到砂轮径向截面上，即还要调整Z坐标数控移动模块3，故修整器为一个5轴数控系统。
从结构上考虑，由于齿轮齿数的变化，造成渐开线曲率半径变化较大，适于采用可重构结构，这时，可采用数控移动模块和数控旋转模块组合出上述参数变化很大的修整器。图3和图4是两者模块组合出的修整器框图。
图5和图6为数控移动模块，由伺服电机14带动丝杆11、螺母10带动上移动件8移动。由于整个系统最后有精度闭环，故这里采用开环就行了。
图7和图8为数控旋转模块，伺服电机16经减速器17带动输出盘18转动。
成型砂轮修正器工作时，首先根据齿轮参数求出表征渐开线的数组(xi，yi)；然后利用最小二乘法求出渐开线的逼近圆参数，包括中心O的坐标(x，y)和半径R；再求出圆与渐开线(xi，yi)各点的径向误差值A；再而采用金刚笔以O为中心，R为半径，旋转时，就能修整出圆弧。金刚笔尖不论为尖点21，圆弧22，双尖点23都能修整出同样的圆弧，从而消除了金刚笔尖磨钝不定性的影响；渐开线与圆在各点的法向误差A由数控装置在R方向作补偿，即在某位置的金刚笔尖实际半径为R±A；由于R与A相差数百倍，故在那一点的渐开线和圆的垂直度误差非常下小，可以忽略不计；最后，各种计算误差、机械误差、金刚笔误差、操作误差，总起来由齿形误差检查仪测出，并由计算机补偿，从而做到无误差加工。

Claims (3)

1、一种磨齿加工用成形磨砂轮修整器，由X坐标数控移动模块(1)，Y坐标数控移动模块(2)，Z坐标数控移动模块(3)，数控旋转模块(4)，金刚笔安装模块与金刚笔(7)组成，其特征为：金刚笔安装模块由逼近数控旋转模块(5)和补偿数控移动模块(6)组成，金刚笔(7)垂直安装在补偿数控移动模块(6)中心轴线上，在整个修整过程中，通过数控装置数值模拟并驱动各个数控模块运动保证金刚笔轴线始终垂直砂轮曲面，无论金刚笔(7)变成什么形状，只需要通过移动补偿数控移定模块(6)即可以保证金刚笔(7)笔尖始终垂直砂轮曲面。
2、根据权利要求1所述的磨齿加工用成形磨砂轮修整器，其特征为：所述数控移动模块(1)、(2)、(3)、(4)为可重构模块，均由下基础件(9)通过伺服电机(14)、端盖(13)、丝杆(11)、螺母(10)和镶条(12)带动上移动件(8)移动。
3、根据权利要求1所述的磨齿加工用成形磨砂轮修整器，其特征为：所述数控旋转模块(4)、(5)均为可重构模块，均由固定在基础件(15)上的伺服电机(16)经减速器(17)减速后，带动输出盘(18)转动。
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