CN102990164B - 一种数控磨齿机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数控磨齿机，包括床身、刀轴位置调整装置和工件主轴位置调整装置，刀轴位置调整装置和工件主轴位置调整装置均固接在床身上；刀轴位置调整装置包括X轴直线导轨、立柱、Y轴直线导轨、刀轴箱滑板、Z轴直线导轨、刀轴箱和刀轴；立柱通过X轴直线导轨连接在床身上，刀轴箱滑板通过Y轴直线导轨连接在立柱上，刀轴箱通过Z轴直线导轨连接在刀轴箱滑板上；工件主轴位置调整装置包括底座、转动套、蜗轮、蜗杆、工件箱和工件主轴，转动套通过一转台轴承与底座连接，蜗轮与转动套固接，工件箱与转动套固接，工件主轴安装在工件箱内，工件主轴与力矩电机联动。本发明具有结构紧凑、定位精度高、刚性好和性能稳定的优点。

Description

一种数控磨齿机

技术领域

本发明涉及一种磨齿机，尤其是涉及一种加工弧齿锥齿轮的数控磨齿机。

背景技术

在传统机床布局中，数控轴X轴和Z轴分布在床身的左右两侧，为了将铁屑、冷却液、灰尘等污染物隔离，通常用防护罩将机床的床身以上全部围起来，这样的结果就是，铁屑、冷却液布满了整个防护内部，甚至进入导轨。给操作者带来很多不便，当灰尘和铁屑积累到轨道上一定量后，如不及时处理，就会磨损、破坏轨道，轨道的精度就会降低，影响产品的加工精度。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种结构紧凑、便于防护、定位精度高、易操作的数控磨齿机。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种数控磨齿机，包括床身、刀轴位置调整装置和工件主轴位置调整装置，刀轴位置调整装置和工件主轴位置调整装置均固接在床身上；

所述刀轴位置调整装置包括X轴直线导轨、立柱、Y轴直线导轨、刀轴箱滑板、Z轴直线导轨、刀轴箱和刀轴；所述X轴直线导轨固接在床身的上端面上，立柱与X轴直线导轨滑动配合连接，所述Y轴直线导轨固接在立柱的侧面，所述刀轴箱滑板与Y轴直线导轨滑动配合连接，所述Z轴直线导轨固接在刀轴箱滑板上，所述刀轴箱与Z轴直线导轨滑动配合连接，所述刀轴安装在刀轴箱内，刀轴上安装有一砂轮；

所述工件主轴位置调整装置包括底座、转动套、蜗轮、蜗杆、工件箱和工件主轴，所述底座是一个心部设有空心阶梯轴的箱体，转动套通过一转台轴承连接在空心阶梯轴上，所述蜗轮与转动套固接，所述蜗轮与蜗杆啮合配合连接，蜗杆与伺服电机联动，所述工件箱固接在转动套的上端面上，所述工件主轴安装在工件箱内，工件主轴与力矩电机联动。

进一步的，所述立柱、刀轴箱滑板和刀轴箱均与伺服电机联动，所述刀轴为电主轴。

进一步的，所述转动套与所述底座的上端面间设有一阻尼盘，所述阻尼盘内设有油腔和活塞，所述阻尼盘与转动套共轴线。

进一步的，所述力矩电机的转子固接在工件主轴上，力矩电机的定子固接在所述工件箱内。

进一步的，所述砂轮为旋转体结构，砂轮的右端面中心处设有一中心孔，中心孔为盲孔，所述砂轮的左端面中心处设有定位止口，定位止口为盲孔；所述砂轮固接一连接盘，所述连接盘为旋转体结构，连接盘与砂轮共轴线，所述连接盘的右端面上设有一与所述砂轮定位止口相匹配的轴台；所述连接盘固接一平衡盘，所述平衡盘为旋转体结构，且平衡盘和连接盘共轴线；平衡盘与连接盘连接处的外圆周面上设有一环形燕尾槽，所述燕尾槽的槽底尺寸大于槽口尺寸，所述燕尾槽内匹配有至少两个平衡块。

进一步的，还包括对齿装置，所述对齿装置包括测头、导向杆、导向套和气缸；所述导向杆为空心圆柱结构，所述导向杆的外圆周面上开有一接线口，所述接线口与导向杆的内腔相贯通；所述导向套为空心圆柱结构；所述测头固接在导向杆的一端，导向杆的另一端固接的气缸的活塞杆上，所述导向杆套装在导向套内，所述气缸和导向套固接在刀轴箱上。

进一步的，所述导向杆的外圆周面上设有第一键槽，所述第一键槽内匹配一平键；所述导向套的内孔上设有一与所述平键相匹配的第二键槽；所述导向套的外端面上固接一隔套，所述隔套上固接一支架，支架固接一弹簧合页，所述弹簧合页固接一防油盖，所述防油盖为一有底桶状结构，所述防油盖内底部相对于其中心轴线对称地设有两个筋板，所述防油盖与隔套共轴线，且弹簧合页转轴中线垂直于筋板；所述导向杆接线口处固接一垫块。

进一步的，还包括砂轮修整机构，所述砂轮修整机构固接在工件箱上。

本发明具有的优点和积极效果是：采用上述技术方案，能够平稳地对刀轴及工件主轴进行位置调整，具有结构紧凑、传动精度高、刚性好、性能稳定、便于防护的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中本发明安装有防护罩的结构示意图；

图3是工件主轴位置调整装置的结构示意图；

图4是图3中工件主轴位置调整装置的D-D剖视图；

图5是砂轮及其连接件的结构示意图；

图6是图5中砂轮及其连接件的E-E剖视图；

图7是对齿装置的纵向截面剖视图；

图8是对齿装置的横向截面剖视图。

图中：

1.床身          2.底座        3.工件箱

4.砂轮修整机构  5.砂轮        6.对齿装置

7.刀轴箱        8.刀轴箱滑板  9.立柱

10.防护罩       11.隔离罩     12.油雾分离器

13.伺服电机     14.转动套     15.转台轴承

16.工件主轴     17.蜗轮       18.蜗杆

19.阻尼盘       20.活塞       21.力矩电机

22.夹紧油缸     23.连接盘     24.平衡盘

25.平衡块       26.电主轴

27.测头         28.导向杆     29.导向套

30.气缸         40.气缸支架   32.防油盖

33.弹簧合页     34.支架       35.隔垫

36.平键         37.拖链       38.垫块

39.锁紧螺母

具体实施方式

下面结合附图列举一个具体实施例对本发明做进一步的阐述。

如图1、图2所示，本实施例是一种数控磨齿机，包括床身、刀轴位置调整装置和工件主轴位置调整装置，刀轴位置调整装置和工件主轴位置调整装置均固接在床身上。

刀轴位置调整装置包括X轴直线导轨、立柱9、Y轴直线导轨、刀轴箱滑板、Z轴直线导轨、刀轴箱和刀轴；X轴直线导轨固接在床身的上端面上，立柱9与X轴直线导轨滑动配合连接，Y轴直线导轨固接在立柱的侧面，刀轴箱滑板8与Y轴直线导轨滑动配合连接，Z轴直线导轨固接在刀轴箱滑板8上，刀轴箱与Z轴直线导轨滑动配合连接，刀轴安装在刀轴箱内，刀轴上安装有一砂轮5。

如图3、图4所示，工件主轴位置调整装置包括底座2、转动套14、蜗轮17、蜗杆18、工件箱3和工件主轴16，底座2是一个心部设有空心阶梯轴的箱体，转动套14通过一转台轴承15连接在空心阶梯轴上，蜗轮17与转动套14固接，蜗轮17与蜗杆18啮合配合连接，蜗杆18与伺服电机13联动，工件箱3固接在转动套14的上端面上，工件主轴16安装在工件箱内，工件主轴16与力矩电机21联动，力矩电机21的转子固接在工件主轴16上，力矩电机21的定子固接在工件箱3内。

本实施例中，立柱9、刀轴箱滑板8和刀轴箱7均与不同的伺服电机联动，刀轴为电主轴；转动套14与底座2的上端面间设有一阻尼盘19，阻尼盘19内设有油腔和活塞，阻尼盘19与转动套14共轴线。

本实施例中，砂轮5为旋转体结构，如图5、图6所示，砂轮5的右端面中心处设有一中心孔，中心孔为盲孔，砂轮5的左端面中心处设有定位止口，定位止口为盲孔；砂轮5固接一连接盘23，连接盘23为旋转体结构，连接盘23与砂轮5共轴线，连接盘23的右端面上设有一与砂轮5定位止口相匹配的轴台；连接盘23固接一平衡盘24，平衡盘24为旋转体结构，且平衡盘24和连接盘23共轴线；平衡盘24与连接盘23连接处的外圆周面上设有一环形燕尾槽，燕尾槽的槽底尺寸大于槽口尺寸，燕尾槽内匹配有至少两个平衡块25，本实施例中，选用四块平衡块25。

本实施例中，连接盘23与平衡盘24间的燕尾槽及燕尾槽内的平衡块25的设置，避免了平衡块25由于高速转动产生离心力而飞出环形燕尾槽，平衡块25通过螺钉紧固在燕尾槽内，平衡块25可以在燕尾槽内随意调整位置，直到达到砂轮5高速旋转动平衡状态的最佳位置，所以平衡盘24、环形燕尾槽及平衡块25的设置进一步保证了砂轮5高速转动的动平衡。

本实施例中，转台轴承15具有结构紧凑、高轴向和径向承载能力、高倾斜刚度和极高精度的优点；阻尼盘19的设置当磨削工件时，工件箱3受到砂轮的切削力，切削力通过底座2传到蜗轮副，蜗轮副会反复脱开—啮合--脱开，传动不稳定，此时通过液压系统为阻尼盘19供油，阻尼盘19内的活塞上端面就会压紧转动套14，转动套14在一种摩擦力(阻尼)的作用下转动，由于蜗轮17与转动套14紧固在一起，蜗轮17同样受到这样的摩擦力，摩擦力会抵消或减小砂轮的切削力，保证了传动机构的平稳性和传动精度。

本实施例中，还设有对齿装置6，如图7、图8所示，包括测头27、导向杆28、导向套29和气缸30；导向杆28为空心圆柱结构，导向杆28的外圆周面上开有一接线口，接线口与导向杆28的内腔相贯通；导向套29为空心圆柱结构；测头27固接在导向杆28的一端，导向杆28的另一端固接的气缸30的活塞杆上，导向杆28套装在导向套29内，气缸30和导向套29固接在刀轴箱7上。

导向杆28的外圆周面上设有第一键槽，第一键槽内匹配一平键36；导向套29的内孔上设有一与平键36相匹配的第二键槽；导向套29的外端面上固接一隔套，隔套上固接一支架34，支架34固接一弹簧合页33，弹簧合页33固接一防油盖32，防油盖32为一有底桶状结构，防油盖32内底部相对于其中心轴线对称地设有两个筋板，防油盖32与隔套共轴线，且弹簧合页33转轴中线垂直于筋板；导向杆28接线口处固接一垫块38。

为了使导向杆28在导向套29内滑动运动灵活自如，对导向套29的尺寸精度要求较高，且材料要求和工艺要求也较高，为了将测头27保护起来，需要将支架34和防油盖32安装在导向套29的右侧，故在导向套29的右侧端面固接一隔垫35，隔垫35起到支撑支架34和防油盖32的作用，隔垫35的尺寸精度要求、材料要求和工艺要求较低，这样就大大减少了成本；本实施例中，当测头27测完归位后，弹簧合页33可以将防油盖32自动回位，将测头27保护起来，以防油雾或灰尘落在测头27上，弹簧合页33还可以保证防油盖32回位时能缓慢回位，即起到阻尼、减震的作用；本实施例中，气缸30通过一气缸支架40固接在刀轴箱7上，气缸支架40为旋转体结构，气缸30固接在气缸支架40上，而气缸支架40通过一锁紧螺母39固接在刀轴箱7上，安装方式简单、可靠。

本实施例中，对齿装置6用于确定工件首个齿槽的加工位置；当加工第一个工件时，齿槽的位置需要操作者手动对齿，当对好位置后，操作者将此时的空间坐标输入到对齿程序中，当加工第二个工件时，调用自动对齿程序，气缸30开始工作，即活塞杆推动导向杆28向前运动，导向杆28进一步带动测头27向前运动，此时，导向杆28前端的套筒端面首先接触防油盖32内的筋板，即通过筋板将防油盖32打开，测头27继续向前运动，测头27到达程序设定的位置，此时，工件开始旋转，测头27在齿槽中测到合适的位置后，工件停止旋转，对齿工作结束。测头27返回刀轴箱7中，机床开始磨齿工序，以上所有工作都是机床自动完成，不仅减少了操作者的繁琐的工作量，减少了人工操作带来的误差，不仅提高了加工效率，还保证了工件的加工精度。

本实施例中，刀轴位置调整装置中X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的驱动均采用伺服电机来实现的，工件箱3的水平旋转也是通过伺服电机来实现的，伺服电机是带编码器的，能够实现位置、速度的控制，属半闭环控制。力矩电机转子与角度编码器连接，属闭环控制；克服了步进电机失步的问题；另外，力矩电机外部由循环水冷却，避免了发热问题，提高了工件主轴的分度精度和工件箱的旋转精度。

本实施例中，工件主轴17的旋转运动是通过力矩电机21来驱动的，力矩电机21具有软的机械特性，可以堵转；当负载转矩增大时能自动降低转速,同时加大输出转矩。当负载转矩为一定值时改变电机端电压便可调速；具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小等优点，可直接驱动负载省去减速传动齿轮，从而提高了系统的运行精度。

本实施例中，刀具的旋转运动时通过电主轴26来实现的，电主轴26具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪声低、响应快等优点，而且转速高、功率大，简化了机床设计，易于实现主轴定位；由于电主轴26轴承采用高速轴承技术，耐磨耐热，使用寿命是传统轴承的几倍，另外，循环水冷却保证了电主轴精度的稳定性。

本实施例中，还设有砂轮修整机构4，砂轮修整机构4固接在工件箱3上；本机构可以有效地对砂轮进行修整，满足加工需求。

在传统机床布局中，刀轴位置调整装置与工件主轴位置调整装置分布在床身的左、右两侧，并且有床身上X轴、Z轴驱动；本实施例中，将刀轴位置调整装置固定在床身的左侧，此时X轴、Z轴全部位于机床的左侧，工件主轴位置调整装置置于床身的右侧，且固定在床身上，而工件主轴位置调整装置只需调整工件的旋转角度，与传统结构布局相比，这种结构更加紧凑，便于操作，更便于对整个机床进行防护，在传统结构布局中，数控轴X轴和Z轴分布在床身的左右两侧，为了将铁屑、冷却液、灰尘等污染物隔离，通常用防护罩将机床的床身以上全部围起来，这样的结果就是，铁屑、冷却液布满了整个防护内部，甚至进入导轨，给操作者带来很多不便。而本发明中，采用相对独立的结构布局，在两个装置之间设有隔离罩11，如图2所示，这样由于加工而产生的铁屑、冷却液和灰尘就不能进入刀轴位置调整装置，甚至轨道内，有效将此装置保护起来，延长了此装置的使用寿命，同时进一步缩小了污染空间，只需对加工区域进行处理就可以达到环保需求，进一步节省了成本。

本实施例中，共包括6个数控轴，其中X轴、Y轴、Z轴、A轴、B轴能实现五轴联动，调整方便、全部自动化。

综上所述，本发明具有结构紧凑、便于防护、定位精度高、操作灵活、成本低和使用寿命长的优点。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种数控磨齿机，包括床身、刀轴位置调整装置和工件主轴位置调整装置，刀轴位置调整装置和工件主轴位置调整装置均固接在床身上，其特征在于：

所述刀轴位置调整装置包括X轴直线导轨、立柱、Y轴直线导轨、刀轴箱滑板、Z轴直线导轨、刀轴箱和刀轴；所述X轴直线导轨固接在床身的上端面上，立柱与X轴直线导轨滑动配合连接，所述Y轴直线导轨固接在立柱的侧面，所述刀轴箱滑板与Y轴直线导轨滑动配合连接，所述Z轴直线导轨固接在刀轴箱滑板上，所述刀轴箱与Z轴直线导轨滑动配合连接，所述刀轴安装在刀轴箱内，刀轴上安装有一砂轮；

所述砂轮为旋转体结构，砂轮的右端面中心处设有一中心孔，中心孔为盲孔，所述砂轮的左端面中心处设有定位止口，定位止口为盲孔；所述砂轮固接一连接盘，所述连接盘为旋转体结构，连接盘与砂轮共轴线，所述连接盘的右端面上设有一与所述砂轮定位止口相匹配的轴台；所述连接盘固接一平衡盘，所述平衡盘为旋转体结构，且平衡盘和连接盘共轴线；平衡盘与连接盘连接处的外圆周面上设有一环形燕尾槽，所述燕尾槽的槽底尺寸大于槽口尺寸，所述燕尾槽内匹配有至少两个平衡块；

所述工件主轴位置调整装置包括底座、转动套、蜗轮、蜗杆、工件箱和工件主轴，所述底座是一个心部设有空心阶梯轴的箱体，转动套通过一转台轴承连接在空心阶梯轴上，所述蜗轮与转动套固接，所述蜗轮与蜗杆啮合配合连接，蜗杆与伺服电机联动，所述工件箱固接在转动套的上端面上，所述工件主轴安装在工件箱内，工件主轴与力矩电机联动。

2.根据权利要求1所述的数控磨齿机，其特征在于：所述转动套与所述底座的上端面间设有一阻尼盘，所述阻尼盘内设有油腔和活塞，所述阻尼盘与转动套共轴线。

3.根据权利要求1所述的数控磨齿机，其特征在于：所述力矩电机的转子固接在工件主轴上，力矩电机的定子固接在所述工件箱内。

4.根据权利要求1所述的数控磨齿机，其特征在于：还包括对齿装置，所述对齿装置包括测头、导向杆、导向套和气缸；所述导向杆为空心圆柱结构，所述导向杆的外圆周面上开有一接线口，所述接线口与导向杆的内腔相贯通；所述导向套为空心圆柱结构；所述测头固接在导向杆的一端，导向杆的另一端固接的气缸的活塞杆上，所述导向杆套装在导向套内，所述气缸和导向套固接在刀轴箱上。

5.根据权利要求4所述的数控磨齿机，其特征在于：所述导向杆的外圆周面上设有第一键槽，所述第一键槽内匹配一平键；所述导向套的内孔上设有一与所述平键相匹配的第二键槽；所述导向套的外端面上固接一隔套，所述隔套上固接一支架，支架固接一弹簧合页，所述弹簧合页固接一防油盖，所述防油盖为一有底桶状结构，所述防油盖内底部相对于其中心轴线对称地设有两个筋板，所述防油盖与隔套共轴线，且弹簧合页转轴中线垂直于筋板；所述导向杆接线口处固接一垫块。

6.根据权利要求1所述的数控磨齿机，其特征在于：还包括砂轮修整机构，所述砂轮修整机构固接在工件箱上。