CN102107300B - 一种四联动环面蜗杆数控车磨复合机床及其加工方法 - Google Patents

一种四联动环面蜗杆数控车磨复合机床及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及机械技术领域，具体的说是一种四联动环面蜗杆数控车磨复合机床及其加工方法，其特征在于主轴电机3通过同步带驱动主轴5和环面蜗杆7绕C轴转动，Z轴伺服电机10通过同步带驱动滚珠丝杠17带动大托11板沿Z向导轨16移动，X轴伺服电机19通过联轴器驱动滚珠丝杠13带动小托板15沿X向导轨12移动，Y轴伺服电机18通过齿轮驱动数控转台14绕Y轴旋转，数控刀架或磨头固联在数控转台上，磨头电机20通过同步带带动砂轮21绕自身B轴转动，手轮摇动使砂轮及电机一起绕A轴转动。本发明与现有技术相比，结构简单、新颖，操作方便、安全，加工效率高、范围广。另外可进行高速旋转，车削磨削在同一台机床上进行，功能全，具有较高的可靠性和较强环境适应能力，传动精度及加工精度更精确。

Description

一种四联动环面蜗杆数控车磨复合机床及其加工方法
技术领域
本发明涉及机械技术领域，有关加工环面蜗杆的机床，包含其车削和磨削方法，具体的说是一种四联动环面蜗杆数控车磨复合机床及其加工方法。
背景技术
国内专利公开号：CN1907615A，公开了一种能虚拟中心距的环面蜗杆数控机床，该机床具有如下四个可联动坐标运动：主轴(工件)绕自身轴线的回转运动A(平行于Z)，工具台在水平面内的两相互垂直的平移运动X、Z，工具台绕自身轴线O0(垂直于XZ平面)的回转运动Y。工具台一方面与主轴A按要求的传动比I＝A/Y自转，一方面通过X、Z联动，绕一虚拟的圆心(即环面蜗杆的成形圆圆心)公转作圆弧运动，因而实现以小中心距的机床加工大中心距凹、凸环面蜗杆。造价降低，结构紧凑，占用空间小。该机床配以不同的附件，可分别用于车削、铣削、磨削加工，功能强。但其主轴为普通伺服轴，无法进行高速旋转，也就无法进行蜗杆毛坯除螺旋面外其它尺寸的车削。
国内专利公开号：CN101774029A，公开了一种环面蜗杆螺旋面的车削方法，技术方案包括环面蜗杆(1)、车刀(2)、蜗杆轴线(3)及其所在平面S，车削环面蜗杆(1)的螺旋槽时，车刀(2)的左刀尖N和右刀尖M始终在平面S内随车刀(2)在平行和垂直于蜗杆轴线(3)的两个方向上运动，根据理论计算，得到环面蜗杆(1)螺旋槽的左、右侧螺旋面，从环面蜗杆(1)的齿顶环面到齿根环面沿环面径向分层和从环面蜗杆(1)螺旋槽的一侧螺旋面上点到另一侧螺旋面上点沿该环面切向分层车削，车削出环面蜗杆(1)的螺旋槽及其螺旋面。解决了在数控车床上车削环面蜗杆螺旋面的问题。但该方法需要在具备C功能的车床上进行，而且仅仅解决了螺旋面毛坯的粗加工问题，为了精确成型还需要用到专用磨床。
发明内容
本发明的目地在于克服现有技术的不足，提供一种结构新颖、能进行高速车削的四联动环面蜗杆数控车磨复合机床及其加工方法。
为实现上述目的，设计一种四联动环面蜗杆数控车磨复合机床，包括机床体和控制系统，其特征在于由1床身、2主轴箱、3主轴电机、4主轴编码器、5主轴、6卡盘、7环面蜗杆、8磨头、9液压尾座、10Z轴伺服电机、11大托板、12X向导轨、13X向滚珠丝杠、14数控转台、15小托板、16Z向导轨、17Z向滚珠丝杠、18Y轴伺服电机、19X轴伺服电机、20磨头电机、21砂轮，以及刀架底板、数控刀架等元件组成；所述的主轴电机3通过同步带驱动主轴5和环面蜗杆7绕C轴转动，Z轴伺服电机10通过同步带驱动滚珠丝杠17带动大托11板沿Z向导轨16移动，X轴伺服电机19通过联轴器驱动滚珠丝杠13带动小托板15沿X向导轨12移动，Y轴伺服电机18驱动数控转台14绕Y轴旋转，数控刀架或磨头固联在数控转台上，磨头电机20带动砂轮21绕自身B轴转动，手轮摇动使砂轮及电机一起绕A轴转动，所述的X、A轴平行，Z、C轴平行，XYZ三轴符合右手笛卡尔坐标系。
环面蜗杆螺旋面的车削方法为在通过蜗杆轴心线且垂直于蜗轮轴心线的中间平面内蜗杆齿根圆弧半径Rf1、蜗杆齿顶圆弧半径Ra1，基圆半径rb，移动车刀使顶刃右端点与M点相接触。根据传动比关系当车刀以Ra1为半径进行圆插补运动时由M点运动到E点时，蜗杆转动角度为角MO2E乘以传动比i，这样就形成了一条螺旋线。根据环面蜗杆成型原理，切削刃要与基圆相切，退刀后再回到M点沿NM方向进刀到P点，然后以R为半径进行圆弧插补，运动到Q点时，为了保证切削刃的连线与基圆相切，蜗杆转动的角度为角PO2Q乘以传动比i，这样就形成了另一条螺旋线。退刀后再回到P点沿MP方向进刀，进行插补运动形成另一条螺旋线，当切削半径达到Rf1时即完成蜗杆右侧齿面的粗车。移动车刀到E点，使车刀左侧顶刃与E点重合，转动环面蜗杆一定角度，使此时基圆左侧垂直于蜗杆轴线的切线与蜗杆轴截面上左侧齿面重合，同右侧齿面一样沿EQ方向进刀，进行左侧齿面的切削。
环面蜗杆的磨削方法为，调整X、Z、Y轴位置使砂轮产形面与基圆相切，然后转动C轴使蜗杆齿面与砂轮产形面相切。数控转台转动角度Q1，同时X、Z两轴进行同转向的插补运动，转动角度Q2，与此同时蜗杆转动角度Q3，完成环面蜗杆的精车或磨削加工。其中Q1＝Q2＝Q3/i。
所述的X、Z两轴联动加主轴高速旋转进行环面蜗杆除螺旋面外的其他表面的加工。
所述的X、Z、C三轴联动进行环面蜗杆螺旋面的直进法粗车，车削螺旋面时刀体始终垂直于蜗杆轴线。
所述的X、Z、C三轴联动进行环面蜗杆螺旋面的直进法粗车，粗车时沿Z向移动的距离不变，蜗杆起始位置不变，转动角度在变。
所述的X、Z、C三轴联动进行环面蜗杆螺旋面的直进法粗车，用切断刀先切削蜗杆的一个侧螺旋面，再加工其另一个侧螺旋面。
所述的X、Y、Z、C四联动功能进行基于成型原理的直廓环面蜗杆的精车或包络环面蜗杆的磨削。
所述的X、Y、Z、C四联动功能进行环面蜗杆的精车或磨削加工时蜗杆中心距不受实际中心距的限制，可以加工中心距50到800的蜗杆。
所述的X、Y、Z、C四联动功能进行环面蜗杆的精车或磨削加工时，一次装夹即可完成两侧齿面的切削、修型及入口出口的倒坡修缘。
所述的X、Y、Z、C四联动功能进行环面蜗杆的磨削加工时蜗杆起始位置在变，转动方向始终不变。
所述的X、Y、Z、C四联动功能进行环面蜗杆的磨削加工时更换不同的砂轮后可以加工平面包络和渐开线包络环面蜗杆。
本发明与现有技术相比，结构简单、新颖，操作方便、安全，加工效率高、范围广。另外可进行高速旋转，车削磨削在同一台机床上进行，功能全，具有较高的可靠性和较强环境适应能力，传动精度及加工精度更精确。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的结构示意图
图2为本发明的俯视图
图3为本发明的左视图
图4为本发明的螺旋面车削原理图
图5为本发明的螺旋面磨削原理图
附图中1床身、2主轴箱、3主轴电机、4主轴编码器、5主轴、6卡盘、7环面蜗杆、8磨头、9液压尾座、10Z轴伺服电机、11大托板、12X向导轨、13X向滚珠丝杠、14数控转台、15小托板、16Z向导轨、17Z向滚珠丝杠、18Y轴伺服电机、19X轴伺服电机、20磨头电机、21砂轮。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，这种制造技术对本领域技术人来说是十分清楚的。
以中心距A＝125，蜗杆头数2，传动比i＝20.5蜗杆包围蜗轮齿数4.5轴向模数m＝4.927，蜗杆齿根圆弧半径105.43，蜗杆齿顶圆弧半径97.55，蜗杆工作部分长度62，基圆直径78、全齿高7.88的右旋平面二次包络环面蜗杆为例。
除蜗杆螺旋面外其他尺寸先切削到位。螺旋面粗加工右侧面时，采用切断刀顶刃的宽度为5，小于齿根槽宽7.19，大于齿顶槽宽的一半4.44。在蜗杆外面与基圆垂直处进刀，转到蜗杆齿面外部与基圆垂直处退刀。由于蜗杆工作部分长度小于基圆直径，所以避免了在蜗杆上出现接刀刀痕。每次转动时计算从起刀点到退刀点刀尖走圆弧插补时转过的角度乘以传动比即蜗杆需要同时转过的角度。刀架沿X正向退出蜗杆齿面，蜗杆沿逆时针继续转动一定角度到下次加工时起刀位置，这样避免了蜗杆反转产生的反向误差，同时使每次切削时开始时蜗杆角度位置固定。刀架继续移动到上次的起刀点然后沿垂直于X方向进刀0.02，然后再计算需要转过的角度重新进行插补运动，总进刀量为7.35，切削次数为368次。右侧加工完成后刀架沿Z负方向移动(基圆直径减去顶刃宽度)，以同样的方式切削左侧齿面。
磨削加工时，取下数控刀架及底板，安装磨头。调整砂轮产形面倾角为-13.00°，然后移动大小托板、转动回转台到指定位置，调整C轴转角，使砂轮产形面与蜗杆右侧齿面相切。对刀完成后接着进行四轴联动的磨削运动。加工指令为：
G02 G18 U#1 V#2 W#3 A#4 I#5 K#6 F#7
其中：蜗杆转过角度#4＝Q3，X、Z两轴进行逆圆插补移动距离分别为#1、#2，其合成运动转过角度为Q2＝Q1，与此同时数控转台带动磨头逆时针转动角度#2＝Q1。磨削完一次后，数控转台沿X方向退出，然后执行：
G01 V-#2 Z#8 A#9 F#7
其中：#8为蜗杆磨削起始时Z向位置，#9为蜗杆继续转动角度，其与#4同号，这其中已经通过宏程序运算使C轴进给了0.3°。然后蜗杆沿X方向运动到起刀点再次进行磨削。每次磨削过程中各轴转动角度为固定值，除C轴外其它轴起刀点位置固定。磨削完成后调用修型、入口修缘、出口修缘子程序进行相应的加工。对多头蜗杆C轴转动相应的角度重复进行即可，对其它轴无影响。待一侧加工到位后调整磨头角度为167.00°，移动到蜗杆左端再次对刀后进行左侧面的磨削。左侧齿面同样进行修型和修缘，这样就完成了整个齿面的加工。

Claims (1)

1.一种四联动环面蜗杆数控车磨复合机床，包括机床体和控制系统，其由床身（1）、主轴箱（2）、主轴电机（3）、主轴编码器（4）、主轴（5）、卡盘（6）、环面蜗杆（7）、磨头（8）、液压尾座（9）、Z轴伺服电机（10）、大托板（11）、X向导轨（12）、X向滚珠丝杠（13）、数控转台（14）、小托板（15）、Z向导轨（16）、Z向滚珠丝杠（17）、Y轴伺服电机（18）、X轴伺服电机（19）、磨头电机（20）、砂轮（21），以及刀架底板、数控刀架元件组成；所述的主轴电机（3）通过同步带驱动主轴（5）和环面蜗杆（7）绕C轴转动，Z轴伺服电机（10）通过同步带驱动滚珠丝杠（17）带动大托 板沿Z向导轨（16）移动，X轴伺服电机（19）通过联轴器驱动滚珠丝杠（13）带动小托板（15）沿X向导轨（12）移动，Y轴伺服电机（18）通过齿轮驱动数控转台（14）绕Y轴旋转，数控刀架或磨头固联在数控转台上，其特征在于磨头电机（20）通过同步带带动砂轮（21）绕自身B轴转动，手轮摇动使砂轮及磨头电机一起绕A轴转动，所述的X、A轴平行，Z、C轴平行，X、Y、Z三轴符合右手笛卡尔坐标系，所述的环面蜗杆采用中心距A=125mm，蜗杆头数2，传动比i=20.5蜗杆包围蜗轮齿数4.5，轴向模数m=4.927mm，蜗杆齿根圆弧半径105.43mm，蜗杆齿顶圆弧半径97.55mm，蜗杆工作部分长度62mm，基圆直径78mm、全齿高7.88mm的右旋平面二次包络环面蜗杆。 
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