CN1095418C - 变直径变螺距变牙型角螺旋的四轴联动导轮数控磨床 - Google Patents
变直径变螺距变牙型角螺旋的四轴联动导轮数控磨床 Download PDFInfo
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Abstract
变直径变螺距变牙型角螺旋的四轴联动导轮数控磨床为磨床类，其特征为：它含有工件轴和直线轴联动加工导轮螺旋线的部件，砂轮进给轴和直线轴联动完成导轮轴剖面工作母线所需的插补运动部件，砂轮架旋转轴和直线轴联动使磨削刃与轴剖面工作母线各点切线重合的变牙型角部件，用砂轮架内的手动丝杠螺母幅在加工前调整螺旋角的部件及砂轮，砂轮架可在±15度内摆动，螺旋角在0～10度内调整，效率高，精度高，产品互换性好，适用于各类导轮加工。
Description
技术领域
一种变直径变螺距变牙型角螺旋的四轴联动导轮数控磨床属于磨床制造技术领域。
背景技术
目前，轴承工业使用的螺旋导轮，按其工作母线的特征可以分成两类：定直径定螺距定牙型角螺旋导轮和变直径变螺距变牙型角螺旋导轮。前者的轴剖面工作母线为直线而后者的轴剖面工作母线为曲线，如圆弧、双曲线等。轴剖面工作母线为直线的螺旋导轮只能制造出直母线的轴承滚子，只有轴剖面的工作母线为曲线的螺旋导轮才能制造出带凸度的滚子轴承，它在运动性能、工作寿命等多方面均优于直母线滚子轴承。因而用带凸度的滚子轴承代替直母线滚子轴承是滚子轴承产品的发展趋势。现在，轴承厂家只能用机械靠模法来近似地进行变直径螺旋导轮的加工。其原理是：把一根一定直径的圆柱体斜置，作为磨头进给运动的靠模。用不断调整靠模倾角的方法来改变螺旋导轮轴剖面工作母线的凸度。然后再把加工好的螺旋导轮装于无心磨床上，检查用它加工出来的圆锥或圆柱滚子的凸度是否合适；若不合适，则需再把螺旋导轮从无心磨床上卸下，调整靠模的倾角，进行重磨，然后再重复以上进程。这种加工方法的缺点是：工序长，对操作工的要求高；效率低；只能获得工作母线的近似值，精度低；由于靠模倾角的重复调整精度差，从而导致滚子工作母线精度的一致性差，影响了滚子的互换性。如果使用固定式靠模板来加工螺旋导轮，由于滚子种类繁多，长度和直径系列变化很大，加工不同的滚子需要使用不同的仿形靠模，既不经济而且加工要求也高，何况每次需更换靠模，也不方便。以上两种靠模仿形加工方法，其共同缺点是无法摆动砂轮架，从而砂轮磨削刃与导轮轴剖面工作母线各点的切线也就无法处处重合，不能获得理想的轴剖面工作母线，其单个产品的加工精度和批量产品的互换性问题电就无法解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种效率高、精度高、互换性好且可适用于不同直径、螺距、牙型角螺旋导轮加工的变直径变螺距变牙型角螺旋的四轴联动导轮数控磨床。其磨削工作原理示意图如图1所示：C轴是工件轴，Z轴是工作台直线运动轴，X轴是砂轮插补直线进给轴，B轴是砂轮架旋转轴。C轴和Z轴联动可以完成螺旋导轮加工所必需的螺旋运动；Z轴与X轴联动可以完成螺旋导轮轴剖面工作母线所必需的砂轮进给插补运动；B轴和Z轴联动可以使砂轮架转动以完成变牙型角所需的运动，从而使砂轮磨削刃在磨削时与螺旋导轮轴剖面工作母线各点的切线处处重合。其中，A0为砂轮磨削刃中点，磨削时，砂轮磨削刃从A0点运动到A1点，这两点的法线分别为NN和N′N′，切线分别为MM和M′M′，两法线的夹角α即为B轴的转角，也就是砂轮架的转动角，在±15度范围以内变动。R为螺旋导轮轴剖面内工作母线的曲率半径，A2是A0点到A1点的任一过渡点。图2是上述四轴联动的变直径变螺距变牙型角螺旋导轮数控磨床的结构原理示意图。23Z是Z轴伺服电机，32Z是Z轴滚珠丝杠，40Z是Z轴减速器，48Z是Z轴直线运动导轨，在它们上面有：C轴伺服电机23C，C轴减速器40C，工件主轴41，左、右夹具42和43，螺旋导轮工件44。46是床身，23X是X轴伺服电机，32X是X轴滚珠丝杠，48X是X轴导轨，1是X轴溜板。23b是B轴伺服电机，40b是B轴减速器，32b是B轴滚珠丝杠，29是B轴转台驱动架，以它们为主组成了转角在±15度内的无间隙的圆周运动微位移驱动机构。6是B轴转台，23M是砂轮主轴电机，19是砂轮架，22是砂轮主轴，7是砂轮，以它们为主组成了砂轮架转动机构，在B轴转台驱动架29驱动下，砂轮架19可在±15度范围内转动，以实现牙型角变化所需的运动。在磨削加工前，装在砂轮架19内的手动丝杠螺母幅可以使驱动杆11通过同步驱动主轴箱体8、砂轮主轴电机支架20在两块导向板14的截面为梯形的圆弧形槽内运动使砂轮主轴22相对于在磨削时静止的砂轮中心作0～10度的转动来调节螺旋角的值以适应加工不同螺距、不同直径的螺旋导轮时的需要。
本发明是一种具有作为工件轴的C轴、作为工作台移动轴的Z轴、作为砂轮架进给轴的X轴和作为砂轮架旋转轴的B轴，用于磨削轴剖面工作母线为曲线的变直径变螺距变牙型角螺旋的四轴联动导轮数控磨床，其特征在于：它含有C轴和Z轴联动构成的完成导轮加工必须的螺旋运动的部件，X轴和Z轴联动构成的完成导轮轴剖面工作母线必须的砂轮进给插补运动部件，B轴和Z轴联动构成的以便使砂轮切削刃在磨削过程中与导轮轴剖面工作母线各点的切线处处重合所必须的变牙型角运动部件，装在砂轮架19内用于加工不同直径及不同螺距的螺旋导轮时所必须的螺旋角调整部件以及砂轮7，其中螺旋运动部件含有依次连接的C轴伺服电机23C、减速器40C、工件主轴41、左、右卡具42、43和卡在其中的螺旋导轮工件44，经过夹具51和螺旋导轮工件44相连的工作台45，固定在床身46上从底部驱动工作台45的Z轴丝杠螺母幅以及供工作台45在其Z轴直线滚动导轨48上滚动的床身46；插补运动部件含有依次连接的X轴伺服电机23X、减速器40X、X轴丝杠螺母幅以及经过螺母座30和X轴丝杠螺母幅相连的X轴溜板1；变牙型角运动部件含有转角在-15～+15度之间的无间隙的圆周运动微位移驱动机构、和该驱动机构中的B轴转台驱动架29用螺钉12相连而同时又和X轴溜板1用交叉滚珠轴承3连接的B轴转台6以及和B轴转台6用T型槽螺栓5连接的砂轮架19，上述无间隙的圆周运动微位移驱动机构含有B轴螺母座转动部件、B轴电机座转动部件及经过B轴联轴节37和B轴伺服电机23b的主轴相连的B轴滚珠丝杠32b，所述的B轴螺母座转动部件由和B轴滚珠丝杠32b的螺母50、转轴31分别刚性连接的B轴螺母座30、先后经过两个角接触球轴承33、两个转轴31和B轴螺母座30相连且又和需作圆周运动的B轴转台6相连的B轴转台驱动架29及相应附件构成，所述的B轴电机座转动部件由用螺钉12固定在B轴转台6的支撑体X轴溜板1上的固定架36、先后经过另外两个转轴31、两个角接触球轴承33和固定架36连接且经过轴承35和B轴滚珠丝杠32b的另一端紧配合的B轴伺服电机座34及相应附件构成；螺旋角调整部件含有砂轮主轴22、和砂轮主轴22同轴相连且当调整螺旋角时其轴线能相对于静止的砂轮中心旋转0～10度的主轴箱体8、输出轴上的皮带轮21经过皮带10和砂轮主轴22上的皮带轮21相连的砂轮主轴电机23M及和它固定连接的电机支架20、沿着主轴箱体8的轴向分别用螺钉12固定在主轴箱体8右侧前、后端以供调整螺旋导轮工件44的螺旋角用的圆弧形导向键13，沿着砂轮主轴电机23M的轴向分别用螺钉12固定在电机支架20前、后端以供调整上述螺旋角用的圆弧形导向键13，在调整螺旋角时可使主轴箱体8上的导向键13分别在开在导向板14上且和磨削时静止的砂轮中心同心的两个截面为梯形且带T型槽螺栓5的圆弧形槽内滑动的导向板14，在调整螺旋角时可使电机支架20上的导向键13分别在开在导向板14上且和磨削时静止的砂轮中心同心的两个截面为梯形且带T型螺栓5的圆弧形槽内滑动的另一块导向板14，用螺钉12把上述两块导向板14分别固定在自己两外侧的砂轮架19，从纵向贯穿砂轮架19和上述两块导向板14的中部且其一端进入主轴箱体8中而另一端穿过电机支架20后被螺母9锁住的驱动杆11，从砂轮架19顶部穿入能使与驱动螺母15径向贯穿的驱动杆11在和砂轮静止中心同心且开在砂轮架19和左、右导向板14中部的圆弧形槽内滑动以便在调整上述螺旋角时可同步带动主轴箱体8和电机支架20相对于砂轮静止中心作0～10度转动的手动丝杠螺母幅：经过砂轮夹具47和砂轮主轴22紧密连接的砂轮7及其附件。
调试证明：它完全达到了预期目的。
附图说明
为了在下面结合实施例对本发明作详细描述，现把本申请文件所使用的附图编号及名称简介如下：
图1：四轴联动的变直径变螺距变牙型角的螺旋导轮数控磨床的磨削加工原理示意图；
图2：四轴联动的变直径变螺距变牙型角的螺旋导轮数控磨床的结构原理示意图；
图3：四轴联动的变直径变螺距变牙型角的螺旋导轮数控磨床的正视图；
图4：图3的A-A剖视图；
图5：砂轮架转动机构的正视图；
图6：图5的左侧视图；
图7：无间隙的圆周运动微位移驱动机构正剖视图；
图8：图7的A-A剖视图；
图9：图7的B-B剖视图。
具体实施方式
请见图3-6。在图3中，1是X轴溜板，在它的上部是砂轮架转动机构。B轴转台6经过交叉滚子轴承3和X轴溜板1相连，2是和B轴转台6相连的轴承下压板，4是和X轴溜板1相连的轴承上压板。再请同时参见图5～6。砂轮架19用T型槽螺栓5和B轴转台6相连。砂轮架19的左右两外侧分别用螺钉12固定着两块导向板14。8是用螺钉12和砂轮主轴22相连的主轴箱体。沿着主轴箱体8轴向的前、后端分别在左导向板14上开有和磨削时静止的砂轮中心同心的截面为梯形的圆弧形槽。有一个用螺钉12固定在主轴箱体8上的圆弧形导向键13滑动地嵌在这个截面为梯形的圆弧形槽中。主轴箱体8的前、后端分别用两个嵌在这个截面为梯形的圆弧形槽中的T型槽螺栓5和左导向板14相连。23M是固定在电机支架20上的砂轮主轴电机，沿着砂轮主轴电机23M的轴向前、后端分别在右导向板14上也开有和磨削时静止的砂轮中心同心的截面为梯形的圆弧形槽，也有一个用螺栓12固定在电机支架20上的圆弧形导向键13滑动地嵌在这个截面为梯形的圆弧形槽中。电机支架20的前、后端分别用两个嵌在这个截面为梯形的圆弧形槽中的T型槽螺栓5和右导向板14相连。砂轮主轴电机23M经过主轴电机皮带轮21、皮带10和砂轮主轴22上的砂轮主轴皮带轮21相连。手动丝杠17从砂轮架19的顶部穿入，和手动丝杠17螺纹连接的螺母9、螺母套24、连接螺钉12构成的驱动螺母15与手动丝杠17共同组成手动丝杠螺母幅。可以在开在砂轮架19和导向板14上的和静止的砂轮中心同心的圆弧形槽内转动的驱动杆11从砂轮主轴22的径向依次穿过主轴箱体8、左导向板14、驱动螺母15、右导向板14和电机支架20，从径向被驱动螺母15中的螺钉12固定，伸出电机支架20的一端被螺母9锁定。一个两端可在砂轮架19和右导向板14的孔内转动而径向被手动丝杠17滑动穿过的横梁轴18和轴向止推轴承16即对手动丝杠17起到轴向定位的作用。在磨削加工前，可以用手动丝杠螺母幅去驱动驱动杆11，使它在砂轮架19和两块导向板14的圆弧形槽内滑动时，能同步地驱动主轴箱体8、电机支架20借助于圆弧形导向键13在左、右导向板14的截面为梯形的圆弧形槽内滑动，由于这三个圆弧形槽都是和磨削时静止的砂轮中心同心的，因而砂轮主轴22便可相对于静止的砂轮中心转动，其转动幅度在0～10度之间，于是砂轮7也随着在0～10度范围内转动去调整螺旋角以适应不同直径和螺距的螺旋导轮的磨削加工需要；调整完毕，就可用左、右导向板14两侧四个T型槽螺栓5把主轴箱体8、电机支架20分别固定在左、右导向板14上。在图6中，25是固定在导向板14上的螺旋角刻度指示盘，26是固定地套在砂轮主轴22上的动平衡头，27是半月键，28是安装用的工艺孔，47是砂轮夹具，49是连接法兰。
请见图7-9。29是B轴转台驱动架，它被螺钉12固定在B轴转台6的侧面。30是螺母座，它和转轴31、B轴滚珠丝杠32b的螺母50分别用螺钉12刚性连接。B轴转台驱动架29经过两个角接触球轴承33、两个转轴31与螺母座30连接。电机座34经轴承35和B轴滚珠丝杠32b的另一端紧密配合。36是固定架，它被螺钉12固定在B轴转台6的支撑体X轴溜板1上。固定B轴伺服电机23b的电机座34经另外两个转轴31、两个角接触球轴承33与固定架36连接。B轴滚珠丝杠32b经联轴节37和B轴伺服电机23b的主轴相连。电机座34和松套在B轴滚珠丝杠35的光轴上的摆动盘38用螺钉12刚性连接。在B轴滚珠丝杠32b的两端，各有一个轴套39经螺钉12和B轴转台驱动架29、固定架36相连。当B轴伺服电机23b启动时，带动B轴滚珠丝杠32b转动，B轴滚珠丝杠32b的螺母50相对B轴滚珠丝杠32b作直线运动，与此同时，螺母座30绕转轴31相对于B轴转台驱动架29转动起来，同时也迫使B轴转台驱动架29带动B轴转台6作小角度的圆周运动；与此相应，整个B轴滚珠丝杠32b也会绕和电机座34刚性连接的转轴31转动，这是因为电机座34既与B轴滚珠丝杠32b相连而又是可以相对于固定架36转动的，以免B轴滚珠丝杠受损。于是，它便可以无间隙地通过B轴滚珠丝杠幅驱动B轴转台驱动架29在±15度的范围内作微位移圆周运动，从而使B轴转台6去带动砂轮架19在±15度的范围内转动以完成变牙型角所必需的运动，以保证砂轮磨削刃在磨削过程中和螺旋导轮轴剖面工作母线各点的切线处处重合，保证能加工出理想的螺旋导轮轴剖面工作母线。同时，这种无间隙的圆周运动微位移驱动机构还可以传递大的传动力矩。
再请见图3的左部、下部和图4。在左部、C轴伺服电机23C、减速器40C、工件主轴41、左、右卡具42、43依次连接，螺旋导轮工件44夹在卡具42、43中。夹具51和螺旋导轮工件44相连、工作台45上部和夹具51相连、下部由用Z轴滚珠丝杠32Z和螺母座30组成的Z轴丝杠螺母幅驱动，工作台45可经过Z轴直线滚动导轨48Z在床身46上滚动，Z轴伺服电机23Z、减速器40Z用Z轴滚动丝杠32Z、螺母9经螺母座30和X轴溜板1相连，于是，C轴和Z轴联动可完成螺旋导轮加工所需螺旋运动。
调试证明：它完全达到了预期目的。
Claims (4)
1、一种变直径变螺距变牙型角螺旋的四轴联动导轮数控磨床，具有作为工件轴的C轴、作为工作台移动轴的Z轴、作为砂轮架进给轴的X轴和作为砂轮架旋转轴的B轴，其特征在于：它含有C轴和Z轴联动构成的完成导轮加工必须的螺旋运动的部件，X轴和Z轴联动构成的完成导轮轴剖面工作母线必须的砂轮进给插补运动部件，B轴和Z轴联动构成的以便使砂轮切削刃在磨削过程中与导轮轴剖面工作母线各点的切线处处重合所必须的变牙型角运动部件，装在砂轮架(19)内用于加工不同直径及不同螺距的螺旋导轮时所必须的螺旋角调整部件以及砂轮(7)，其中螺旋运动部件含有依次连接的C轴伺服电机(23C)、减速器(40C)、工件主轴(41)、左、右卡具(42、43)和卡在其中的螺旋导轮工件(44)，经过夹具(51)和螺旋导轮工件(44)相连的工作台(45)，固定在床身(46)上从底部驱动工作台(45)的Z轴丝杠螺母幅以及供工作台(45)在其Z轴直线滚动导轨(48)上滚动的床身(46)；插补运动部件含有依次连接的X轴伺服电机(23X)、减速器(40X)、X轴丝杠螺母幅以及经过螺母座(30)和X轴丝杠螺母幅相连的X轴溜板(1)；变牙型角运动部件含有转角在-15～+15度之间的无间隙的圆周运动微位移驱动机构、和该驱动机构中的B轴转台驱动架(29)用螺钉(12)相连而同时又和X轴溜板(1)用交叉滚珠轴承(3)连接的B轴转台(6)以及和B轴转台(6)用T型槽螺栓(5)连接的砂轮架(19)，上述无间隙的圆周运动微位移驱动机构含有B轴螺母座转动部件、B轴电机座转动部件及经过B轴联轴节(37)和B轴伺服电机(23b)的主轴相连的B轴滚珠丝杠(32b)，所述的B轴螺母座转动部件由和B轴滚珠丝杠(32b)的螺母(50)、转轴(31)分别刚性连接的B轴螺母座(30)、先后经过两个角接触球轴承(33)、两个转轴(31)和B轴螺母座(30)相连且又和需作圆周运动的B轴转台(6)相连的B轴转台驱动架(29)及相应附件构成，所述的B轴电机座转动部件由用螺钉(12)固定在B轴转台(6)的支撑体X轴溜板(1)上的固定架(36)、先后经过另外两个转轴(31)、两个角接触球轴承(33)和固定架(36)连接且经过轴承(35)和B轴滚珠丝杠(32b)的另一端紧配合的B轴伺服电机座(34)及相应附件构成；螺旋角调整部件含有砂轮主轴(22)、和砂轮主轴(22)同轴相连且当调整螺旋角时其轴线能相对于静止的砂轮中心旋转0～10度的主轴箱体(8)、输出轴上的皮带轮(21)经过皮带(10)和砂轮主轴(22)上的皮带轮(21)相连的砂轮主轴电机(23M)及和它固定连接的电机支架(20)、沿着主轴箱体(8)的轴向分别用螺钉(12)固定在主轴箱体(8)右侧前、后端以供调整螺旋导轮工件(44)的螺旋角用的圆弧形导向键(13)，沿着砂轮主轴电机(23M)的轴向分别用螺钉(12)固定在电机支架(20)前、后端以供调整上述螺旋角用的圆弧形导向键(13)，在调整螺旋角时可使主轴箱体(8)上的导向键(13)分别在开在其上的圆弧形槽内滑动的且和磨削时静止的砂轮中心同心的两个截面为梯形且带T型槽螺栓(5)的导向板(14)，在调整螺旋角时可使电机支架(20)上的导向键(13)分别在开在其上的圆弧形槽内滑动的且和磨削时静止的砂轮中心同心的两个截面为梯形且带T型螺栓(5)的另一块导向板(14)，用螺钉(12)把上述两块导向板(14)分别固定在其两外侧的砂轮架(19)，从垂直于主轴箱体(8)的轴线方向贯穿砂轮架(19)和上述两块导向板(14)且其一端进入主轴箱体(8)中而另一端穿过电机支架(20)后被螺母(9)锁住的驱动杆(11)，从砂轮架(19)顶部穿入能使与驱动螺母(15)径向贯穿的驱动杆(11)在和砂轮静止中心同心且开在砂轮架(19)和左、右导向板(14)中部的圆弧形槽内滑动以便在调整上述螺旋角时可同步带动主轴箱体(8)和电机支架(20)相对于砂轮静止中心作0～10度转动的手动丝杠螺母幅：经过砂轮夹具(47)和砂轮主轴(22)紧密连接的砂轮(7)及其附件。
2、根据权利要求1所述的一种变直径变螺距变牙型角螺旋的四轴联动导轮数控磨床，其特征在于：所述的手动丝杠螺母幅中的驱动螺母(15)含有和手动丝杠(17)同轴且均被驱动杆(11)穿过的螺母(9)、螺母套(24)和连接并固定用螺钉(12)。
3、根据权利要求1所述的一种变直径变螺距变牙型角螺旋的四轴联动导轮数控磨床，其特征在于：所述的自砂轮架(19)顶部穿入的手动丝杠(17)还可经过轴向止推轴承(16)后从径向滑动穿过一个两端可随着驱动杆(11)以砂轮静止中心为中心作圆周运动时而在砂轮架(19)和右导向板(14)内的圆形孔内转动的横梁轴(18)。
4、根据权利要求1所述的一种变直径变螺距变牙型角螺旋的四轴联动导轮数控磨床，其特征在于：在砂轮主轴(22)上可连接一个动平衡头(26)。
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