CN104096921B - 数控立式弧齿端齿盘磨齿机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了数控立式弧齿端齿盘磨齿机，包括床身、转台、立壁、滑座、第一砂轮轴组件、第二砂轮轴组件和金刚滚轮；所述床身上设置立壁，所述滑座固定在立壁上，该滑座在立壁上可沿X轴向左右移动；所述滑座上设置第一砂轮轴组件和第二砂轮轴组件，所述第一砂轮轴组件和第二砂轮轴组件在滑座上可沿Z轴作独立的上下移动；床身上设置转台，该转台与第一砂轮轴组件和第二砂轮轴组件位置匹配；床身上设置金刚滚轮，该金刚滚轮与第一砂轮轴组件和第二砂轮轴组件位置匹配。该磨齿机布局采用立式结构，布局合理、结构简单，可取代格里森磨齿机加工弧齿端齿盘；本发明磨削时的传动链短，修整砂轮时的传动链更短，生产效率高，改善了冷却效果且成本降低。

Description

数控立式弧齿端齿盘磨齿机

技术领域

本发明涉及一种磨齿机，尤其是涉及一种数控立式弧齿端齿盘磨齿机。

背景技术

弧齿端齿盘付(参见图1所示)，是由一个凸齿端齿盘和一个凹齿端齿盘组成。可以作为联轴节使用，也可以作为精密分度元件使用。汽轮机转子、大型曲轴、航空发动机等都是采用弧齿端齿盘作联轴节。弧齿端齿盘还作为精密分度元件用于卧式加工中心、坐标镗床的回转工作台，能达到很高的分度精度。

弧齿端齿盘是弧齿圆锥齿轮的一种特形和发展，其齿形是圆弧形的(参见见图1所示)。一个端齿盘有凸圆弧齿形，相配的另一个端齿盘有凹圆弧齿形，凸凹圆弧紧密贴合后被可靠锁紧。弧齿端齿盘付作为联轴节，有许多重要的、不可替代的优点：

1)它比平键、花键或端面键连接传递的转矩要大几倍到几十倍，这是因为在整个圆周上布满了圆弧齿，而且圆弧齿所在的直径也很大；

2)通常是使用多条螺栓将弧齿端齿盘与其所联结的零件紧固在一起，所以其连接的可靠性高；

3)与直齿端齿盘(俗称鼠牙盘)比较，弧齿端齿能达到更高的加工精度，这是因为其加工原理和所用的机床的精度决定的；

4)与直齿端齿盘比较，弧齿端齿盘对加工误差的敏感性低，因为两个圆弧的直径或位置误差对其接触应力的分布影响很小，而直齿的角度或位置偏差会引起严重的应力集中；

5)弧齿端齿盘付的凸齿与凹齿的咬合实质上是凸齿外锥面与凹齿内锥面的配合，因此每个弧齿都具有周向和径向的定位作用，再加上可靠的轴向锁紧，就能使弧齿端齿盘达到更高的咬合精度和刚性。

弧齿端齿盘的齿牙形状决定了其只能在格里森磨齿机上加工制造。格里森磨齿机是一种精密的高档多轴数控磨齿机，价格很是昂贵。参见图7所示，格里森磨齿机通常包括6个数控轴，A、B、C、X、Y和Z轴。A轴为砂轮旋转轴；B轴为工件定心旋转轴；C轴为摆转轴；X轴为插入进给和齿深调整轴；Y轴为滚转运动、工件定位轴；Z轴为滚转运动，实现轴偏移。格里森磨齿机机床上工件是悬臂安装在卧式主轴(B轴)轴端，刚性不足。格里森磨齿机是一种精密的高档多轴数控磨齿机，价格很是昂贵。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种数控立式弧齿端齿盘磨齿机；该磨齿机布局采用立式结构，布局合理、结构简单，不但可取代格里森磨齿机加工弧齿端齿盘，而且能达到更高的精度。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种数控立式弧齿端齿盘磨齿机，包括床身、转台、立壁、滑座、第一砂轮轴组件、第二砂轮轴组件和金刚滚轮；

所述床身上设置立壁，所述滑座固定在立壁上，该滑座在立壁上可沿X轴向左右移动；

所述滑座上设置第一砂轮轴组件和第二砂轮轴组件，所述第一砂轮轴组件和第二砂轮轴组件在滑座上可独立的沿Z轴上下移动；第一砂轮轴组件用于固定磨削凹齿的第一砂轮；第二砂轮轴组件用于固定磨削凸齿的第二砂轮；

所述床身上设置转台，该转台与第一砂轮轴组件和第二砂轮轴组件位置匹配；

所述床身上设置金刚滚轮，该金刚滚轮与第一砂轮轴组件和第二砂轮轴组件位置匹配；金刚滚轮用于打磨和修复磨削砂轮。

优选地，所述第一砂轮轴组件包括第一砂轮主轴和左滑板，所述第一砂轮主轴固定在左滑板上，该左滑板通过第一滑轨在滑座上可沿Z轴上下滑动，从而带动第一砂轮主轴可沿Z轴上下滑动；所述第二砂轮轴组件包括第二砂轮主轴和右滑板，所述第二砂轮主轴固定在右滑板上，该右滑板通过第二滑轨在滑座上可沿Z轴上下滑动，从而带动第二砂轮主轴可沿Z轴上下滑动。

优选地，所述第二砂轮主轴内设有定向内冷系统；该系统包括供液管、供液盘、钢管、喷嘴座和两个喷嘴；所述供液管通过供液盘连通钢管，冷却液经供液盘进入钢管，所述供液盘固定在砂轮主轴外套的上端面上，所述砂轮主轴为中空结构，所述钢管从上往下穿过砂轮主轴中的通孔并伸出砂轮主轴下端；在伸出砂轮主轴下端的钢管上设有喷嘴座，在喷嘴座上经软管装有两个喷嘴；所述喷嘴将全部冷却液直接喷射在被磨削工件的两个弧齿区上；该系统能保证全部的冷却液总是直接喷射到工件的磨削区上，从而能获得最佳的冷却效果，免除了工件的烧伤。

优选地，所述第一砂轮主轴下端固定环状第一砂轮，该第一砂轮的外锥面与待磨的凹齿端齿盘的凹齿相匹配；所述第二砂轮主轴下端固定环状第二砂轮，该第二砂轮的内锥面与待磨的凸齿端齿盘的凸齿相匹配。

优选地，所述第一砂轮的外锥面锥角为30度，所述第二砂轮的内锥面锥角为30度。

优选地，所述转台的中心线与第一砂轮主轴和第二砂轮主轴的中心线可匹配重合。

优选地，所述转台为精密静压转台。

优选地，所述金刚滚轮的中心线与第一砂轮主轴和第二砂轮主轴的中心线可匹配重合。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用立式布局。通常用于磨削端齿盘的格里森磨齿机为卧式砂轮主轴和卧式工件主轴；本发明的立式布局采用立式砂轮主轴和立式工件主轴，机床采用立式布局能为工件轴(转台)和砂轮轴采用高新的精密技术提供足够的空间；采用立式布局，被加工的端齿盘放置在转台的水平面上，磨齿前能方便的找正工件，而且找正精度高，工件的卡紧也非常得力，而且能够作到力量均匀，这是精密加工所必需的条件。

2、本发明配置了精密静压转台，立式布局为精密液体静压转台提供了充足的空间；工件在转台上安装提高了定位精度和刚度，比在格里森机床上将工件悬臂安装在卧式主轴轴端要好得多；精密静压转台可以采用力矩电机直驱，编码器直接监测，因此能达到更高的回转精度和分齿精度。

3、本发明的磨齿机，在磨削时的传动链短。从砂轮到工件只经过Z轴、X轴和C轴三个运动付。而在格里森磨齿机上则要经过A轴、Z轴、X轴、Y轴、C轴和B轴，共6个运动付，每一个运动付都是有误差的，本发明的机床避免了不需要的运动付的误差，从而能达到更高的加工精度。

4、本磨齿机在修整砂轮时的传动链更短，从金刚滚轮到砂轮只经过Z轴和X轴两个运动付。而在格里森磨齿机上则要经过A轴、Z轴、X轴、Y轴和C轴，共5个运动付，本机床无疑能获得更好的修整精度，这是保证弧齿端齿盘获得更高的齿形精度的先决条件。

5、本发明的磨齿机的生产效率高：本发明的磨齿机为双主轴配置，即设有两个砂轮主轴。一个弧齿端齿盘付包含两个端齿盘：一个具有凸形弧齿，一个具有凹形弧齿；为磨削这两种端齿盘需要使用直径不同的两种砂轮；如果机床只有一个砂轮主轴，在磨削一对端齿盘的过程中，就必须更换砂轮；而且在更换之后还必须重新修整砂轮，这当然要费力、耗时、耗费资源；在格里森磨齿机上就只能这样作的；

本发明由于配置了两个砂轮主轴，一个用于磨削凸形弧齿，一个用于磨削凹形弧齿。不用更换砂轮就能成对生产弧齿端齿盘，而且操作者随时都可以将凸齿盘与凹齿盘耦合，来检测产品质量。还能作到有节拍的均衡生产。

6、本发明改善了冷却效果：在磨削凸齿端齿盘时，被磨削齿面被包围在砂轮中，因此冷却液必须从砂轮内供给(即所谓内冷)；但通常的内冷是向砂轮的全方位供液，被磨削的齿面得到的很少，冷却效果不好，容易产生烧伤。本发明机床实现了定向供液，能将全部的磨削液都喷射在工件的磨削区上，所以能获得最好的冷却效果，避免了烧伤，有利于保证产品质量。

7、本发明成本降低：虽然双砂轮主轴增加了机床成本，但由于去除了更多的运动付和数控轴，机床的成本还是降低了很多。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明

图1为弧齿端齿盘付的结构示意图；

图2为本发明的正视图；

图3为本发明的左视图；

图4为本发明的立体结构示意图；

图5为本发明的定向内冷系统结构示意图；

图6为本发明使用的两个磨削砂轮比较结构示意图；

图7为现有格里森磨齿机结构示意图。

具体实施方式

实施例1

参见图1、图2、图3和图4所示，一种数控立式弧齿端齿盘磨齿机，包括床身100、转台600、立壁200、滑座300、第一砂轮轴组件400、第二砂轮轴组件500和金刚滚轮700；

所述床身100上设置立壁200，该立壁200上设有X轴向滑轨201，所述滑座300固定在立壁200的X轴向滑轨201上，滑座300在立壁200上可沿X轴向滑轨201左右移动；

所述滑座300上设置第一砂轮轴组件400和第二砂轮轴组件500，所述第一砂轮轴组件400和第二砂轮轴组件500在滑座300上可沿Z轴上下移动；第一砂轮轴组件400用于固定磨削凹齿的第一砂轮403；第二砂轮轴组件500用于固定磨削凸齿的第二砂轮503；

进一步改进的实施例，所述第一砂轮轴组件400包括第一砂轮主轴401和左滑板402，所述第一砂轮主轴401固定在左滑板402上，该左滑板402通过滑座300上的第一滑轨301可沿Z1轴上下滑动，从而带动第一砂轮主轴401沿Z1轴上下滑动；所述第二砂轮轴组件500包括第二砂轮主轴501和右滑板502，所述第二砂轮主轴501固定在右滑板502上，该右滑板502通过滑座300上第二滑轨302可沿Z2轴上下滑动，从而带动第二砂轮主轴501沿Z2轴上下滑动；

参见图1、图4和图6所示，进一步改进的实施例，所述第一砂轮主轴401下端固定环状第一砂轮403，该第一砂轮403的外锥面与待磨的凹齿端齿盘902的凹齿相匹配；所述第二砂轮主轴501下端固定环状第二砂轮503，该第二砂轮503的内锥面与待磨的凸齿端齿盘的凸齿相匹配。

参见图5所示，进一步改进的实施例，所述第二砂轮主轴501内设有定向内冷系统800；该系统包括供液管801、供液盘802、钢管803、喷嘴座804和两个喷嘴805；所述供液管801通过供液盘802连通钢管803，冷却液经供液盘802进入钢管803，所述供液盘802固定在第二砂轮主轴501外套的上端面上，所述第二砂轮主轴501为中空结构，所述钢管803从上往下穿过第二砂轮主轴501中的通孔806并伸出第二砂轮主轴501下端；在伸出第二砂轮主轴501下端的钢管803上设有喷嘴座804，在喷嘴座804上经软管装有两个喷嘴805；所述喷嘴805将全部冷却液直接喷射在被磨削工件的两个弧齿区上；该系统能保证全部的冷却液总是直接喷射到工件的磨削区上，从而能获得最佳的冷却效果，免除了工件的烧伤。

参见图2、图3和图4所示，所述床身上设置精密静压转台600，该转台600与第一砂轮轴组件400和第二砂轮轴组件500位置匹配；具体地，所述转台600的中心线与第一砂轮主轴401和第二砂轮主轴501的中心线在同一X轴线上；也就是，第一砂轮主轴401和第二砂轮主轴501可以移动到转台600的正上方位置。所述精密静压转台可以采用例如中国专利号为“200710175377.0”，专利名称为“三面静压闭式导轨自驱式圆转台”的精密静压转台。

参见图2、图3和图4所示，所述床身100上设置金刚滚轮700，该金刚滚轮700与第一砂轮轴组件和第二砂轮轴组件位置匹配，具体地，所述金刚滚轮700的中心线与第一砂轮主轴401和第二砂轮主轴501的中心线在同一X轴线上；也就是，第一砂轮主轴401和第二砂轮主轴501可以移动到金刚滚轮700的正上方位置；金刚滚轮700用于打磨和修复磨削砂轮403、503。

本发明的工作原理如下：

1)将弧齿端齿盘中的凸齿端齿盘901放置在精密静压转台600上；

2)X轴向移动滑座300，使第二砂轮主轴501的回转中心与精密静压转台600的回转中心之间的距离为一设计数值；

3)Z2轴向移动右滑板502，使用第二砂轮503的内锥面5031对凸齿端齿盘901的凸齿进行打磨；打磨完后移开凸齿端齿盘901；

4)将弧齿端齿盘中的凹齿端齿盘902放置在精密静压转台600上；

5)X轴向移动滑座300，使第一砂轮主轴401的回转中心与精密静压转台600的回转中心之间的距离为一设计数值；

6)Z1轴向移动左滑板402，使用第一砂轮403的外锥面4031对凹齿端齿盘902的凹齿进行打磨；打磨完后移开凹齿端齿盘902；

7)在需要修正第一或第二砂轮时，X轴向移动滑座300，使第一砂轮主轴401或第二砂轮主轴501的待修整部分正对金刚滚轮700；在作X轴向移动的同时，也在Z轴向方向移动左滑板402或右滑板502，由两轴联动使得金刚滚轮700能够打磨到第一砂轮403或第二砂轮503，获得要求的齿形。

本文中所采用的描述方位的词语“上”、“下”、“左”、“右”等均是为了说明的方便基于附图中图面所示的方位而言的，在实际装置中这些方位可能由于装置的摆放方式而有所不同。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.数控立式弧齿端齿盘磨齿机，其特征在于，包括床身、转台、立壁、滑座、第一砂轮轴组件、第二砂轮轴组件和金刚滚轮；

所述床身上设置立壁，所述滑座固定在立壁上，该滑座在立壁上可沿X轴向左右移动；

所述滑座上设置第一砂轮轴组件和第二砂轮轴组件，所述第一砂轮轴组件和第二砂轮轴组件在滑座上可独立沿Z轴上下移动；

所述床身上设置转台，该转台与第一砂轮轴组件和第二砂轮轴组件位置匹配；

所述床身上设置金刚滚轮，该金刚滚轮与第一砂轮轴组件和第二砂轮轴组件位置匹配；

所述第一砂轮轴组件包括第一砂轮主轴和左滑板，所述第一砂轮主轴固定在左滑板上，该左滑板通过第一滑轨在滑座上可沿Z轴上下滑动，从而带动第一砂轮主轴可沿Z轴上下滑动；所述第二砂轮轴组件包括第二砂轮主轴和右滑板，所述第二砂轮主轴固定在右滑板上，该右滑板通过第二滑轨在滑座上可沿Z轴上下滑动，从而带动第二砂轮主轴可沿Z轴上下滑动；

所述第二砂轮主轴内设有定向内冷系统；该系统包括供液管、供液盘、钢管、喷嘴座和两个喷嘴；所述供液管通过供液盘连通钢管，冷却液经供液盘进入钢管，所述供液盘固定在砂轮主轴外套的上端面上，所述砂轮主轴为中空结构，所述钢管从上往下穿过砂轮主轴中的通孔并伸出砂轮主轴下端；在伸出砂轮主轴下端的钢管上设有喷嘴座，在喷嘴座上经软管装有两个喷嘴；所述喷嘴将全部冷却液直接喷射在被磨削工件的两个弧齿区上；该系统能保证全部的冷却液总是直接喷射到工件的磨削区上，从而能获得最佳的冷却效果，免除了工件的烧伤。

2.根据权利要求1所述的数控立式弧齿端齿盘磨齿机，其特征在于：所述第一砂轮主轴下端固定环状第一砂轮，该第一砂轮的外锥面与待磨的凹齿端齿盘的凹齿相匹配；所述第二砂轮主轴下端固定环状第二砂轮，该第二砂轮的内锥面与待磨的凸齿端齿盘的凸齿相匹配。

3.根据权利要求2所述的数控立式弧齿端齿盘磨齿机，其特征在于：所述第一砂轮的外锥面锥角为30度，所述第二砂轮的内锥面锥角为30度。

4.根据权利要求1所述的数控立式弧齿端齿盘磨齿机，其特征在于：所述转台的中心线与第一砂轮主轴和第二砂轮主轴的中心线可匹配重合。

5.根据权利要求4所述的数控立式弧齿端齿盘磨齿机，其特征在于：所述转台为精密静压转台。

6.根据权利要求1所述的数控立式弧齿端齿盘磨齿机，其特征在于：所述金刚滚轮的中心线与第一砂轮主轴和第二砂轮主轴的中心线可匹配重合。