CN103862333A - 锥柄插齿刀磨削装置 - Google Patents

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王银山
赵宏
何猛
冯士林
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Abstract

本发明为一种锥柄插齿刀磨销装置，由数控系统控制，X轴进给工作台包括设有光栅尺的X轴导轨以及底座，底座上装有回转机构，回转机构中力矩电机动力轴一端连接旋转及角度编码器，另一端连接锥柄安装主轴，锥柄插齿刀的工作锥柄可插入主轴并随之同步旋转；Y轴进给工作台包括立柱以及砂轮；锥柄插齿刀的齿面轮廓截形为渐开线线形，砂轮的截形为与之对应的齿条线形；Z轴进给工作台包括支撑立柱的Z轴导轨，立柱可在Z轴导轨上移动。本发明对锥柄插齿刀一次装卡且同时完成两个对称齿形面精密磨削。在加工时仅使用工作锥柄为装卡定位基准，所以在对磨损刀具的修磨时也能够通过该工作锥柄得到精确的装卡定位，修磨不再困难。

Description

锥柄插齿刀磨削装置
技术领域
本发明属于数控加工装置，具体涉及一种刀具的数控磨削成型装置，特别是一种锥柄插齿刀磨削装置。
背景技术
目前，“Y7125齿轮磨床”算是一种磨削锥柄插齿刀的最好磨床，现有较高精度的锥柄插齿刀大都是在这种磨床上加工完成的。但是，该磨床存在以下三个缺陷：
第一，它是用大平面砂轮对齿形面进行单侧面磨削的磨床。加工一个成型的锥柄插齿刀，需将刀坯掉头装卡，对两侧齿形面分别磨削。不仅如此，刀坯上还要增设一个用于掉头装卡的工艺锥柄2，工艺锥柄2位于齿刀1工作面的另一侧，与工作锥柄3同轴线对称，尺寸相同，工艺锥柄2的外圆锥面上还设有与工作锥柄3同样的装卡定位基准，以及用于精度检测的基准点a，如图1所示。而当锥柄插齿刀的齿形面都磨削加工完成后，工艺锥柄2须切除，去掉工艺锥柄2后，缺少了一个精度检测用基准点a和装卡定位基准面，这就使得锥柄插齿刀的修磨和检测无法进行，对锥柄插齿刀的生产及使用都带来很多不便。
第二，它的渐开线齿廓形成机构是由凸轮靠模板构成的，对不同规格锥柄插齿刀的磨削需要更换相对应的凸轮靠模板，而凸轮靠模板的误差直接影响到锥柄插齿刀齿形面的磨削质量，且该误差很难修正。
第三，它的分齿运动通过交换齿轮传动，驱动机械由等分板定位，精度由等分板保证，不同规格插齿刀的磨削需要更换相对应的交换齿轮及等分板。
因此，这种磨床配备有多种规格的凸轮靠模板、交换齿轮和等分板，以满足不同规格锥柄插齿刀齿形面的磨削。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种锥柄插齿刀磨削装置，该装置能够克服现有技术和设备所存在上述缺陷，既不需要在锥柄插齿刀的刀坯上增设工艺锥柄，只要将工作锥柄一次装卡到位，便可对两个对称面同时磨削，也不需要配备多种规格的凸轮靠模板、交换齿轮和等分板，且能够高精度、高工效率地进行磨削。
本发明的技术方案是：一种锥柄插齿刀磨削装置，包括由数控系统控制的进给工作台，其特征在于：所述进给工作台包括X轴进给工作台、Y轴进给工作台和Z轴进给工作台，三个进给工作台均可往复移动；
所述X轴进给工作台包括一个设有光栅尺的X轴导轨、可在X轴导轨上滑动的X轴底座以及驱动X轴底座移动的X轴电机，所述X轴底座上装有由数控系统控制的回转机构，该回转机构包括力矩电机，力矩电机动力轴的输入端连接有旋转及角度编码器，力矩电机动力轴的输出端连接有锥柄安装主轴，该锥柄安装主轴的轴心位置设有型腔，锥柄插齿刀的工作锥柄可插入该型腔中，锥柄插齿刀可随主轴同步旋转；
所述Y轴进给工作台包括设有Y轴导轨的立柱、可在Y轴导轨上移动的Y轴底座以及固定在Y轴底座上可旋转的砂轮，该砂轮的旋转面与锥柄插齿刀的旋转面垂直；所述锥柄插齿刀的齿面轮廓截形为渐开线线形，所述砂轮的截形设置为齿条线形，所述齿条线形与渐开线线形对应；
所述Z轴进给工作台包括支撑所述立柱的Z轴导轨，立柱的下底面可在Z轴导轨上移动。
进一步，所述X轴底座上设有正弦夹具，所述回转机构固定在正弦夹具上。
进一步，所述X轴电机为直线电机。
进一步，所述数控系统为840D数控系统。
进一步，所述X轴底座上设有由数控系统控制的砂轮修形装置，包括由电动机带动旋转的金刚石修形滚轮，该金刚石修形滚轮的旋转面与砂轮的旋转面平行。
本发明的有益效果：砂轮通过X轴、Y轴以及Z轴进给工作台进给定位，并在X轴以及Z轴的精确往复移动的带动下按照齿轮齿条啮合原理实现对锥柄插齿刀一次装卡，且能同时完成两个对称齿形面的精密磨削。在刀具成型加工时，由于仅使用刀坯的工作锥柄作为装卡定位基准，所以在对磨损刀具的修磨时也能够通过该工作锥柄得到精确的装卡定位，使得刀具修磨不再困难。
由数控系统控制设有光栅尺的X轴进给工作台可带动回转机构整体进行精确的往复移动，同样由数控系统控制设有旋转及角度编码器的回转机构可带动锥柄插齿刀进行精确的往复旋转，砂轮在Y轴进给工作台的带动下可对锥柄插齿刀齿深方向进行磨削，砂轮在Z轴进给工作台的带动下可对锥柄插齿刀齿长方向磨削。上述设置可去掉原齿轮磨床中的凸轮板、交换齿轮以及等分板，能够直接通过数控系统进行相应的操作，使锥柄插齿刀齿形面的精密磨削加工精度和工作效率得以提高。
在本发明的附加技术特征中，将回转机构通过正弦夹具固定在X轴底座上，可适应锥柄插齿刀不同后角的调整。
在本发明的附加技术特征中，X轴电机采用直线电机，目的在于取消滚珠丝杠、联轴器等机械传动件，使得整个闭环系统动态响应性能大大提高，反应灵敏快捷，定位精度高。
在本发明的附加技术特征中，由于设置了由数控系统控制的砂轮修形装置，可对砂轮被磨损的齿条线性进行及时修复，以此保证锥柄插齿刀的加工精度。
附图说明
图1为现有技术加工过程中的锥柄插齿刀刀坯的结构示意图；
图2为本发明的整体结构示意图；
图3为砂轮磨削锥柄插齿刀的工作状态示意图；
图4为砂轮修磨装置的示意图。
图中：1.中心孔，2.工艺锥柄，3.工作锥柄，4.X轴进给工作台，5.X轴电机，6.光栅尺，7.X轴底座，8.正弦夹具，9.力矩电机，10.旋转及角度编码器，11.回转机构，12.锥柄安装主轴，13.砂轮，14.Y轴底座，15.Y轴导轨，16.Y轴进给工作台，17.立柱，18.Z轴进给工作台，19.Z轴导轨，20.锥柄插齿刀，21.金刚石修形滚轮。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图2所示，一种锥柄插齿刀20磨削装置，包括由数控系统控制的进给工作台，进给工作台包括X轴进给工作台4、Y轴进给工作台16和Z轴进给工作台19，三个进给工作台均可往复移动。X轴、Y轴与Z轴两两垂直，X轴与Z轴均位于水平面内。
X轴进给工作台4
X轴进给工作台4受数控系统的控制可带动锥柄插齿刀20进行水平方向“+”“-”往复移动，如图3所示。移动的幅度由锥柄插齿刀20齿形参数决定。
X轴进给工作台4包括一个设有光栅尺6的X轴导轨、可在X轴导轨上滑动的X轴底座7以及驱动X轴底座7移动的X轴电机5。X轴进给工作台4的移动的幅度由光栅尺6进行测量和反馈。
在X轴底座7上装有由数控系统控制的回转机构11，该回转机构11包括力矩电机9、旋转及角度编码器10以及锥柄安装主轴12。其中，旋转及角度编码器10连接在力矩电机9动力轴的输入端，锥柄安装主轴12连接在力矩电机9动力轴的输出端。锥柄安装主轴12的轴心位置设有型腔，锥柄插齿刀20的工作锥柄可插入该型腔中作为加工时的基准，锥柄可随主轴同步旋转。受数控系统的控制可由扭矩电动机带动锥柄插齿刀20进行“+”“-”方向的旋转，如图3所示。每次的旋转幅度由锥柄插齿刀20齿形参数决定。力矩电机9的转动幅度由旋转及角度编码器10进行测量和反馈。
在回转机构11中采用力矩电机9的动力轴与锥柄安装主轴12直接连接，这样的设置没有中间的传动环节，即取消了齿轮箱、蜗轮蜗杆、同步带等机械传动装置，没有反向间隙，没有磨损，实现了机械负载与电机转子的直接连接。能够提供高动态性能，消除传动的间隙与传动系统滞后现象。
X轴电机5可采用直线电机，能够取消滚珠丝杠、联轴器等机械传动件，使得整个闭环系统动态响应性能大大提高，反应灵敏快捷，定位精度高。
为了适应锥柄插齿刀20不同后角的调整，故在X轴底座7上设有正弦夹具8，将回转机构11固定在正弦夹具8上。
Y轴进给工作台16
Y轴进给工作台16包括设有Y轴导轨15的立柱17、受驱动装置的驱动可在Y轴导轨15上移动的Y轴底座14以及固定在Y轴底座14上可旋转的砂轮13。其中，砂轮13的旋转面与锥柄插齿刀20的旋转面垂直。由于锥柄插齿刀20的齿面轮廓截形为渐开线线形，所以砂轮13的截形设置为与渐开线线形对应的齿条线形。
Y轴进给工作台16可带动砂轮13上下移动，用于控制锥柄插齿刀20齿深方向的磨削量。
Z轴进给工作台19
Z轴进给工作台19包括支撑立柱17的Z轴导轨，立柱17的下底面受驱动装置的驱动，可在Z轴导轨上移动，用于控制锥柄插齿刀20齿长方向的磨削量。
本发明的工作过程：通过数控系统运算和控制获得锥柄插齿刀20的齿廓渐开线运动轨迹，针对该齿廓的渐开线将砂轮13的截形修整成与之对应的齿条线形。受控制系统控制的X轴、Y轴以及Z轴进给工作台19带动砂轮13和锥柄插齿刀20移动。待砂轮13和锥柄插齿刀20到达工作位置后，控制系统对X轴进给工作台4、回转机构11以及Z轴进给工作台19实施控制。其中，X轴进给工作台4使回转机构11开始进行水平方向的往复移动；回转机构11使锥柄插齿刀20开始进行往复旋转；Z轴进给工作台19则使立柱17在Z轴轨道上往复移动，使得齿轮规律的靠近和原谅了锥柄插齿刀20。这样的工作过程可使锥柄插齿刀20一次装卡，便能够得到砂轮13同时将两对称齿形面进行精密磨削，去掉了原有锥柄插齿刀20在加工时必备的工艺锥柄。
在本发明中，数控系统选用德国西门子840D数控系统，系统内存有标准加工及砂轮13修整程序软件，通过操作界面输入刀具特征参数即可自动生成不同规格刀具的磨削加工程序。
为了对砂轮13被磨损的齿条线性进行及时修复，以此保证锥柄插齿刀20的加工精度。本发明设有砂轮13修形装置，如图3和图4所示。砂轮13修形装置设置在X轴底座7上，包括由电动机主轴带动旋转的金刚石修形滚轮21，该金刚石修形滚轮21的旋转面与砂轮13的旋转面平行。砂轮13修形可利用X轴进给工作台4、Y轴进给工作台16以及Z轴进给工作台19的带动，把砂轮13移动到金刚石滚轮位置，X轴进给工作台4与Y轴进给工作台16联动完成所需砂轮13形面的修整。按照齿轮齿条啮合原理做的砂轮13修整程序存储于数控系统中，结合实际磨削位置，在系统操作界面做相应参数的改动，即可自动生成砂轮13修整程序。

Claims (5)

1.一种锥柄插齿刀磨销装置，包括由数控系统控制的进给工作台，其特征在于：所述进给工作台包括X轴进给工作台、Y轴进给工作台和Z轴进给工作台，三个进给工作台均可往复移动；
所述X轴进给工作台包括一个设有光栅尺的X轴导轨、可在X轴导轨上滑动的X轴底座以及驱动X轴底座移动的X轴电机，所述X轴底座上装有由数控系统控制的回转机构，该回转机构包括力矩电机，力矩电机动力轴的输入端连接有旋转及角度编码器，力矩电机动力轴的输出端连接有锥柄安装主轴，该锥柄安装主轴的轴心位置设有型腔，锥柄插齿刀的工作锥柄可插入该型腔中，锥柄插齿刀可随主轴同步旋转；
所述Y轴进给工作台包括设有Y轴导轨的立柱、可在Y轴导轨上移动的Y轴底座以及固定在Y轴底座上可旋转的砂轮，该砂轮的旋转面与锥柄插齿刀的旋转面垂直；所述锥柄插齿刀的齿面轮廓截形为渐开线线形，所述砂轮的截形设置为齿条线形，所述齿条线形与渐开线线形对应；
所述Z轴进给工作台包括支撑所述立柱的Z轴导轨，立柱的下底面可在Z轴导轨上移动。
2.如权利要求1所述的锥柄插齿刀磨销装置，其特征在于：所述X轴底座上设有正弦夹具，所述回转机构固定在正弦夹具上。
3.如权利要求1所述的锥柄插齿刀磨销装置，其特征在于：所述X轴电机为直线电机。
4.如权利要求1所述的锥柄插齿刀磨销装置，其特征在于：所述数控系统为840D数控系统。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的锥柄插齿刀磨销装置，其特征在于：所述X轴底座上设有由数控系统控制的砂轮修形装置，包括由电动机带动旋转的金刚石修形滚轮，该金刚石修形滚轮的旋转面与砂轮的旋转面平行。
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