CN103920936A - 大型齿轮砂带磨齿机 - Google Patents

Abstract

本发明所述的大型齿轮砂带磨齿机，涉及一种大型齿轮加工设备。包括机座、立柱、旋转工作台、伺服电机、滚珠丝杠Ⅰ及动力头；其特征在于所述的旋转工作台装于机座的上部一端；机座上部另一端装有立柱；动力头通过燕尾形导轨Ⅰ装于立柱上；伺服电机装于立柱上；伺服电机与装于动力头上的滚珠丝杠Ⅰ相连接，带动动力头沿燕尾形导轨Ⅰ的方向上下运动；旋转工作台通过导轨装于机座上，旋转工作台与装于机座上的快速油缸相连接，并在快速油缸的带动下沿导轨左右运动。本发明具有结构新颖、加工简便、使用方便、磨削效率高、适应性强、加工产品质量好、辅助时间少等特点，故属于一种集经济性与实用性为一体的新型大型齿轮砂带磨齿机。

Description

大型齿轮砂带磨齿机

技术领域

本发明所述的大型齿轮砂带磨齿机，涉及一种大型齿轮加工设备。

背景技术

大型齿轮主要应用在矿山,冶金,核电,风电等领域,目前我国没有加工大型齿轮轴齿轮的设备,依赖进口,目前有许多进口设备的齿轮轴需要国产化。

19世纪末，为了磨削插齿刀，在美国创制了大平面砂轮磨齿机。20世纪初，随着汽车工业的发展，德国研制出锥面砂轮磨齿机，美国采用成形砂轮磨削汽车齿轮。1914年，为了提高齿轮精度，瑞士制造出碟形砂轮磨齿机，采取了补偿砂轮磨损等措施。29年代后期，瑞士又研制出蜗杆砂轮磨齿机，提高了效率。齿轮磨床经过80余年的发展，已从单一产品演变到多系列、多规格，从传统的机械式到采用数控技术,从氧化铝砂轮到采用CBN砂轮，使机床精度、性能和加工效率不断提高，而操作日趋简捷方便。现已形成7个系列200余种规格的齿轮磨床,按标准化分为碟形双砂轮系列（Y70）、锥形砂轮系列(Y71)、蜗杆砂轮系列(Y72)、成型砂轮系列(Y73)、大平面砂轮系列（Y74）、内齿轮砂轮系列（Y75）、摆线齿轮系列（Y76）。中国的齿轮磨床研究制造已有40余年历史。从上世纪80年代初至今的20多年间发展较快，制造出7个系列60余种规格的齿轮磨床。其中，由秦川机床集团有限公司于1997年研制成功的YK7250蜗杆砂轮磨齿机（数控八轴五联动）在国际机床博览会上被有关专家誉为“具国际水平的机床”，标志着中国齿轮磨床制造技术水平跨入世界先进行列。以蜗杆砂轮磨齿机为例：蜗杆砂轮磨齿机磨削修缘齿形时必须配备专用金刚石滚轮，生产成本较高。此外用同一修缘滚轮，当砂轮直径不同时，砂轮的实际修缘量是变化的，被磨齿轮的齿形修缘量也会跟着变化。模数越大，这个问题越明显。

理论上蜗杆砂轮磨齿机砂轮应该修成一个渐开线蜗杆。而目前采用的修整方法，只能得到“K”型蜗杆，当螺旋升角很小时，这两者之间的差别不大；但是，当螺旋升角加大时，两者之间的误差会明显增大。所以AZA和RZ301S等蜗杆砂轮磨齿机最大模数只能到6mm。RZ801型磨齿机的最大模数为7mm或8mm，但是只能机下修形，必须另配修整器，很不经济。

采用大颗粒金刚石车修砂轮，可以获得正确的渐开线蜗杆，但这种大颗粒金刚石价格十分昂贵，因此这种修整方法已经不再采用。将一个平面金刚滚轮置于砂轮假想蜗杆基由圆柱的切平面内，理论上可以修出渐开线蜗杆，但由于砂轮直径是不断变化的，金刚滚轮的位置必须跟着不断地调整，所以实际上也很难实现。

另外，现在的砂轮磨削时，由于磨削区域的瞬时高温（一般为900－1500℃）形成零件层组织发生局部变化，并在表面的某些部分出现氧化变色，这种现象称为磨削烧伤。磨削烧伤会降低工件的使用寿命，对工件质量性能影响很大，在实际加工过程中应尽量避免。

磨粒切削、刻划磨削表面后，在磨削速度方向，使工件表面上存在着残余拉应力；在垂直于磨削速度方向，由于磨粒挤压金属所引起的变形受两侧材料的约束，工件表面上存在着残余压应力。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的大型齿轮砂带磨齿机，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容

鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的大型齿轮砂带磨齿机。

齿轮加工常用机床有滚齿机、插齿机，剃齿机、珩齿机和磨齿机等。磨齿机是目前实现高速，高性能齿轮制造最主要的手段和工艺方法；其主要的特点是可以全面纠正齿轮磨前的各种误差，最终获得高的加工精度。根据齿面渐开线形成的原理不同，所有的磨齿机也都可以归结为成形磨齿法和展成磨齿法两大类。

展成法，又称滚切法，是加工时切削工具与工件作相对展成运动，刀具和工件的瞬心线相互作纯滚动，两者之间保持确定的速比关系，所获得加工表面就是刀刃在这种运动中的包络面，齿轮加工中的滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等均属展成法加工。有些切削加工兼有刀尖轨迹法和成形刀具法的特点，如螺纹车削。又称滚切法，是加工时切削工具与工件作相对展成运动，刀具和工件的瞬心线相互作纯滚动，两者之间保持确定的速比关系，所获得加工表面就是刀刃在这种运动中的包络面，齿轮加工中的滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等均属展成法加工。有些切削加工兼有刀尖轨迹法和成形刀具法的特点，如螺纹车削。

展成法磨齿机与成形法磨齿机相比具有一下优点：

（1）展成法切齿，刀具结构简单，采用直刃，成形法的刀具是渐开线刃。

（2）在受力分析方面，直刃展成加工，切削宽度窄，不容易颤振，切削用量大，效率高；成形法渐开线刃，整个刀刃都在切削，切削宽度宽，容易产生颤振，切削用量小，效率降低。

（3）展成法与成形法相比精度高。

（4）展成法的刀具通用性强，一个模数通用一把刀；成形法加工根据工件的齿数不同，刀具的刃形不同，因此必须拥有很多刀具来加工不同的齿轮。

本发明采用展成法原理，采用沿着公法线磨削的磨削方式,是用砂带作为刀具对齿轮进行加工。砂带安装在动力头上，通过皮带与电机直接相连，实现齿形的展成运动。砂带磨削是根据工件形状,用相应的接触方式及高速运动的砂带对工件表面进行磨削和抛光的一种新工艺。在现代工业中,砂带磨削技术以其独具的加工特点被视为是一种很重要的加工方法。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

本发明所述的大型齿轮砂带磨齿机，包括机座、立柱、旋转工作台、伺服电机、滚珠丝杠Ⅰ及动力头；其特征在于所述的旋转工作台装于机座的上部一端；机座上部另一端装有立柱；动力头通过燕尾形导轨Ⅰ装于立柱上；伺服电机装于立柱上；伺服电机与装于动力头上的滚珠丝杠Ⅰ相连接，带动动力头沿燕尾形导轨Ⅰ的方向上下运动；旋转工作台通过导轨装于机座上，旋转工作台与装于机座上的快速油缸相连接，并在快速油缸的带动下沿导轨左右运动。

本发明所述的动力头包括联接块Ⅰ、联接块Ⅱ、步进电机、滚珠丝杠Ⅱ、联接块Ⅲ、丝杆、手轮、及磨齿机构；联接块Ⅱ与联接块Ⅰ通过燕尾形导轨Ⅱ相连接，联接块Ⅱ上装有滚珠丝杠Ⅱ，滚珠丝杠Ⅱ与装于联接块Ⅰ上的步进电机相连接，在步进电机的带动下带动联接块Ⅱ沿燕尾形导轨Ⅱ做前后运动；在联接块Ⅱ前部的一侧装有磨齿机构，另一侧通过燕尾形导轨Ⅲ装有联接块Ⅲ；联接块Ⅲ上装有丝杆，丝杆上装有手轮，转动手轮带动联接块Ⅲ沿燕尾形导轨Ⅲ前后移动；联接块Ⅲ的前部装有磨齿机构。

本发明所述的磨齿机构包括两个相同结构的磨齿机构Ⅰ与磨齿机构Ⅱ；磨齿机构Ⅰ与磨齿机构Ⅱ均包括异步电机、带轮、传动带轮、驱动轮、张紧轮、砂带、接触轮、异步电机；传动带轮通过键装于异步电机的输出轴上；传动带轮通过传动带与带轮组成传动副；带轮装于轴承座Ⅰ上；驱动轮轴的一端装在带轮上，另一端装有驱动轮；张紧轮轴的一端装于轴承座Ⅱ上另一端装有张紧轮；接触轮轴的一端装有接触轮；驱动轮、张紧轮及接触轮上装有砂带形成打磨副；

本发明所述的磨齿机构Ⅰ装于联接块Ⅱ上；磨齿机构Ⅰ上的异步电机装于联接块Ⅱ上；磨齿机构Ⅰ上的轴承座Ⅰ与轴承座Ⅱ装于联接块Ⅱ上。

本发明所述的磨齿机构Ⅱ装于联接块Ⅲ上；磨齿机构Ⅱ上的异步电机装于联接块Ⅲ上；磨齿机构Ⅱ上的轴承座Ⅰ与轴承座Ⅱ装于联接块Ⅲ上。

本发明在使用时将齿轮固定在旋转工作台上，启动伺服电机带动动力头上下移动使得磨齿机构的高度对正待磨齿轮高度，启动步进电机带动联接块Ⅱ横向移动，同时带动磨齿机构横向对齐待磨齿轮；再通过快速油缸带动旋转工作台沿导轨前后移动，使得齿轮移动到合适的加工位置；通过旋转手柄调整两个磨齿机构的间距以适合待磨齿轮齿间距；启动异步电机带动通过传动带轮带动带轮旋转，带轮带动驱动轮旋转，带动砂带转动，对待磨齿轮进行磨削。

具体为在砂带齿槽处增加一个小轴顶住砂带，相当于砂轮的直线边缘，砂带沿齿宽方向磨削，在齿轮外侧卷曲，磨完一齿后，砂带离开被加工齿轮，工件分度，砂带机构进给磨削下一个齿。工件装夹部分有数控精密分度机构，可完成齿轮的精密分度。

本发明在磨削斜齿轮时，本发明上增加螺旋进给机构，类似于车床的车螺纹进给机构，以此实现斜齿轮的磨削。

本发明采用砂带作为磨削工具，其优点是显而易见的，主要表现在：

（1）砂带磨削是一种磨削、研磨、抛光多种作用的复合加工工艺。它是一种弹性磨削。砂带上磨粒除了起砂轮磨削中的滑擦、犁耕和切削作用外，还具有挤压是工件表面产生塑性变形、加工硬化的作用机制，同时磨料与工件接触点的温升将导致工件表层材料的热塑性流动。

（2）砂带磨削效率高。由于磨粒的形状和分布特点，磨削过程中，砂带上有效磨粒数多，切削能力强。因此，砂带磨削的切除率、磨削比和机床功率利用率都很高，磨削钢材的切除率已经达到700mm^3/mm.s，甚至超过了车削或者铣削等，磨削比高达290：1，甚至400：1，大大超过砂轮29：1的磨削比。

（3）砂带磨削温度低。尤其是静电植砂的砂带，由于磨粒的锐端朝外，沙袋粒度均匀、等高性好，切削刃锋利，容屑空间大。因此，产生的磨削热少，且沙袋散热面积大，故可获得“冷态”切削。

（4）砂带磨削表面质量好。由于砂带磨削具有磨削、研磨和抛光的多重复和作用，而且磨削温度底，磨削速度稳定，磨削系统振动小且稳定性好，同时砂带的柔性对系统有较高的抗震性。因此，工件加工表面粗糙度小，残余应力状态好（呈压应力状态），表面无烧伤、裂纹或金相组织变化等磨削缺陷。

（5）适应性强、操作简单，安全可靠。砂带磨削可以方便的用于平面、外圆、内源磨削、复杂的异形面加工、切削余量20mm以下的粗加工磨削、去毛刺和为镀层零件的预加工、抛光表面，清楚板坯表面缺陷、刃磨和研磨切削工具、清除焊接出的凸瘤、代替钳工作业的手工劳动。

（6）辅助时间少。工件装夹一次定位后，可多次更换砂带完成全部加工，无需像砂轮那样进行平衡及修整工作。

本发明具有结构新颖、加工简便、使用方便、磨削效率高、适应性强、加工产品质量好、辅助时间少等优点，其大批量投入市场必将产生积极的社会效益和显著的经济效益。

附图说明

本发明共有2幅附图,其中：

附图1本发明结构示意图；

附图2动力头俯视图。

在图中：1、机座2、立柱3、联接块Ⅱ4、滚珠丝杠Ⅰ5、燕尾形导轨Ⅱ6、燕尾形导轨Ⅲ7、联接块Ⅰ8、滚珠丝杠Ⅱ9、丝杆10、燕尾形导轨Ⅰ11、伺服电机12、联接块Ⅲ13、轴承座Ⅱ14、张紧轮轴15、张紧轮16、接触轮轴17、砂带18、接触轮19、驱动轮轴20、驱动轮21、轴承座Ⅰ22、带轮23、传动带轮24、异步电机25、导轨26、旋转工作台27、快速油缸28、步进电机29、手轮。

具体实施方式

本发明的具体实施例如附图所示，包括机座1、立柱2、旋转工作台26、伺服电机11、滚珠丝杠Ⅰ4及动力头；其特征在于所述的旋转工作台26装于机座1的上部一端；机座1上部另一端装有立柱2；动力头通过燕尾形导轨Ⅰ10装于立柱2上；伺服电机11装于立柱2上；伺服电机11与装于动力头上的滚珠丝杠Ⅰ4相连接，带动动力头沿燕尾形导轨Ⅰ10的方向上下运动；旋转工作台26通过导轨25装于机座1上，旋转工作台26与装于机座1上的快速油缸27相连接，并在快速油缸27的带动下沿导轨25左右运动。

动力头包括联接块Ⅰ7、联接块Ⅱ3、步进电机11、滚珠丝杠Ⅱ8、联接块Ⅲ12、丝杆9、手轮29、及磨齿机构；联接块Ⅱ3与联接块Ⅰ7通过燕尾形导轨Ⅱ5相连接，联接块Ⅱ3上装有滚珠丝杠Ⅱ8，滚珠丝杠Ⅱ8与装于联接块Ⅰ7上的步进电机28相连接，在步进电机28的带动下带动联接块Ⅱ3沿燕尾形导轨Ⅱ5做前后运动；在联接块Ⅱ3前部的一侧装有磨齿机构，另一侧通过燕尾形导轨Ⅲ6装有联接块Ⅲ12；联接块Ⅲ12上装有丝杆9，丝杆9上装有手轮29，转动手轮29带动联接块Ⅲ12沿燕尾形导轨Ⅲ6前后移动；联接块Ⅲ12的前部装有磨齿机构。

磨齿机构包括两个相同结构的磨齿机构Ⅰ与磨齿机构Ⅱ；磨齿机构Ⅰ与磨齿机构Ⅱ均包括异步电机24、带轮22、传动带轮23、驱动轮20、张紧轮15、砂带17、接触轮18、异步电机24；传动带轮23通过键装于异步电机24的输出轴上；传动带轮23通过传动带与带轮22组成传动副；带轮22装于轴承座Ⅰ21上；驱动轮轴19的一端装在带轮22上，另一端装有驱动轮20；张紧轮轴14的一端装于轴承座Ⅱ13上另一端装有张紧轮15；接触轮轴16的一端装有接触轮18；驱动轮20、张紧轮15及接触轮18上装有砂带17形成打磨副；

磨齿机构Ⅰ装于联接块Ⅱ3上；磨齿机构Ⅰ上的异步电机24装于联接块Ⅱ3上；磨齿机构Ⅰ上的轴承座Ⅰ21与轴承座Ⅱ13装于联接块Ⅱ3上。

磨齿机构Ⅱ装于联接块Ⅲ12上；磨齿机构Ⅱ上的异步电机24装于联接块Ⅲ12上；磨齿机构Ⅱ上的轴承座Ⅰ21与轴承座Ⅱ13装于联接块Ⅲ12上。

以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，根据本发明的技术方案及其本发明的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种大型齿轮砂带磨齿机，包括机座（1）、立柱（2）、旋转工作台（26）、伺服电机（11）、滚珠丝杠Ⅰ（4）及动力头；其特征在于所述的旋转工作台（26）装于机座（1）的上部一端；机座（1）上部另一端装有立柱（2）；动力头通过燕尾形导轨Ⅰ（10）装于立柱（2）上；伺服电机（11）装于立柱（2）上；伺服电机（11）与装于动力头上的滚珠丝杠Ⅰ（4）相连接，带动动力头沿燕尾形导轨Ⅰ（10）的方向上下运动；旋转工作台（26）通过导轨（25）装于机座（1）上，旋转工作台（26）与装于机座（1）上的快速油缸（27）相连接，并在快速油缸（27）的带动下沿导轨（25）左右运动。

2.根据权利要求1所述的大型齿轮砂带磨齿机，其特征在于所述的动力头包括联接块Ⅰ（7）、联接块Ⅱ（3）、步进电机（11）、滚珠丝杠Ⅱ（8）、联接块Ⅲ（12）、丝杆（9）、手轮（29）、及磨齿机构；联接块Ⅱ（3）与联接块Ⅰ（7）通过燕尾形导轨Ⅱ（5）相连接，联接块Ⅱ（3）上装有滚珠丝杠Ⅱ（8），滚珠丝杠Ⅱ（8）与装于联接块Ⅰ（7）上的步进电机（28）相连接，在步进电机（28）的带动下带动联接块Ⅱ（3）沿燕尾形导轨Ⅱ（5）做前后运动；在联接块Ⅱ（3）前部的一侧装有磨齿机构，另一侧通过燕尾形导轨Ⅲ（6）装有联接块Ⅲ（12）；联接块Ⅲ（12）上装有丝杆（9），丝杆（9）上装有手轮（29），转动手轮（29）带动联接块Ⅲ（12）沿燕尾形导轨Ⅲ（6）前后移动；联接块Ⅲ（12）的前部装有磨齿机构。

3.根据权利要求2所述的大型齿轮砂带磨齿机，其特征在于所述的磨齿机构包括两个相同结构的磨齿机构Ⅰ与磨齿机构Ⅱ；磨齿机构Ⅰ与磨齿机构Ⅱ均包括异步电机（24）、带轮（22）、传动带轮（23）、驱动轮（20）、张紧轮（15）、砂带（17）、接触轮（18）、异步电机（24）；传动带轮（23）通过键装于异步电机（24）的输出轴上；传动带轮（23）通过传动带与带轮（22）组成传动副；带轮（22）装于轴承座Ⅰ（21）上；驱动轮轴（19）的一端装在带轮（22）上，另一端装有驱动轮（20）；张紧轮轴（14）的一端装于轴承座Ⅱ（13）上另一端装有张紧轮（15）；接触轮轴（16）的一端装有接触轮（18）；驱动轮（20）、张紧轮（15）及接触轮（18）上装有砂带（17）形成打磨副。

4.根据权利要求3所述的大型齿轮砂带磨齿机，其特征在于所述的磨齿机构Ⅰ装于联接块Ⅱ（3）上；磨齿机构Ⅰ上的异步电机（24）装于联接块Ⅱ（3）上；磨齿机构Ⅰ上的轴承座Ⅰ（21）与轴承座Ⅱ（13）装于联接块Ⅱ（3）上。

5.根据权利要求3所述的大型齿轮砂带磨齿机，其特征在于所述的磨齿机构Ⅱ装于联接块Ⅲ（12）上；磨齿机构Ⅱ上的异步电机（24）装于联接块Ⅲ（12）上；磨齿机构Ⅱ上的轴承座Ⅰ（21）与轴承座Ⅱ（13）装于联接块Ⅲ（12）上。