CN112091333B - 数控蜗杆砂轮磨齿机喷嘴及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控蜗杆砂轮磨齿机喷嘴及其转动控制方法，数控蜗杆砂轮磨齿机喷嘴包括管身段和管头段，管头段出口的长度为l_n，宽度为b_n，喷嘴偏角为α_n，管身段长度为L_n1，喷嘴的控制方法包括步骤：1)当数控蜗杆砂轮磨齿机未工作时，控制喷嘴旋夹角为θ的位置；2)当开始修整蜗杆砂轮或者加工齿轮时，控制喷嘴绕顺时针旋转至θ₂；3)当要停止修整蜗杆砂轮或者加工齿轮时，控制喷嘴逆时针旋转至θ。本发明数控蜗杆砂轮磨齿机喷嘴及其控制方法，喷嘴的结构参数根据已知的数控蜗杆砂轮磨齿机和蜗杆砂轮参确定，且喷嘴结构及喷嘴的控制方法能保证喷嘴不碰撞蜗杆砂轮且磨削液能够准确喷射入磨削区域，能够提升冷却效果，大大提高磨削液的使用效率。

Description

数控蜗杆砂轮磨齿机喷嘴及其控制方法

技术领域

本发明涉及齿轮加工技术领域，特别涉及一种数控蜗杆砂轮磨齿机喷嘴及其控制方法。

背景技术

对比于齿轮成形磨削，齿轮蜗杆砂轮磨削加工效率高，是常用的齿轮精加工方式。在齿轮加工过程中，过高的磨削温度会造成工件烧伤，降低工件疲劳寿命，因此作为冷却介质的磨削液对于磨削加工十分重要。

如专利“一种磨齿机用旋转喷嘴机构”(CN201921492321.2)所述，为了降低磨削温度，数控蜗杆砂轮磨齿机配有可旋转的喷嘴，磨削液以喷嘴浇注的方法作用于齿轮与蜗杆砂轮之间。现采用的喷嘴由钢管压弯制成，压弯的角度和位置由工人的经验确定，喷嘴质量差，磨削液使用效率低。

齿轮蜗杆砂轮加工齿轮不同于一般的磨削加工，蜗杆砂轮与齿轮的接触为点接触，接触点处于螺旋面上，磨削液容易被齿轮和砂轮阻挡，磨削液难以发挥作用。随着砂轮的修整，砂轮尺寸变小，喷嘴需要受到精确控制，才能将磨削液准确作用于磨削区域。喷嘴的结构和控制方法决定了磨削液的浇注角度，影响着磨削液的浇注压力和使用效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种数控蜗杆砂轮磨齿机喷嘴及其控制方法，以解决现有齿轮蜗杆砂轮磨削加工齿轮过程中，磨削液使用效率低，不易保证工件冷却效果的技术问题。

本发明数控蜗杆砂轮磨齿机喷嘴，包括管身段和管头段，管身段和管头段之间弧形弯曲过渡，管头段的出口为扁平口；

喷嘴在xoy直角坐标系内的安装位置中心O_n的坐标为(-D ₀，H₀)，所述的xoy直角坐标系以与蜗杆砂轮的轴心线垂直的水平轴为x轴，以与蜗杆砂轮的轴心线垂直的竖向轴为y轴，以x轴和y轴的交点为坐标原点o；

管头段出口的长度l_n＝Np_w，其中N是对蜗杆砂轮参与加工齿数向上取整的得数，p_w为蜗杆砂轮的齿距；管头段出口的宽度b_n＝h_w-C+2e_n，其中h_w为蜗杆砂轮的齿高，C为蜗杆砂轮的顶隙，e_n为喷嘴的壁厚；在xoy直角坐标系中，喷嘴的竖向对称面相对于xoy平面的偏角α_n＝γ_w，γ_w为蜗杆砂轮的升角；喷嘴的管身段长度

管身段中心线和管头段中心线的夹角

其中γ₁为磨削液浇注角度，

r_w1为蜗杆砂轮的最大使用半径，θ₁为喷嘴的管身段中心线相对于y轴的角度，

本发明数控蜗杆砂轮磨齿机喷嘴的控制方法，其包括步骤：

1)当数控蜗杆砂轮磨齿机未工作时，控制喷嘴旋转至其管身段的中心线与y轴的夹角为θ的位置，所述角度θ＝180°；

2)当开始修整蜗杆砂轮或者加工齿轮时，控制喷嘴绕其安装位置中心O_n(-D₀,H₀)顺时针旋转至θ₂，磨削液开始供给；喷嘴旋转角度

其中：r_w为蜗杆砂轮的半径，

3)当要停止修整蜗杆砂轮或者加工齿轮时，首先使蜗杆砂轮停止转动，再停止磨削液供给，最后控制喷嘴绕其安装位置中心O_n(-D₀,H₀)逆时针旋转至θ＝180°。

本发明的有益效果：

本发明数控蜗杆砂轮磨齿机喷嘴及其控制方法，喷嘴的结构参数根据已知的数控蜗杆砂轮磨齿机和蜗杆砂轮参确定，且喷嘴结构及喷嘴的控制方法能保证喷嘴不碰撞蜗杆砂轮且磨削液能够准确喷射入磨削区域，能够提升冷却效果，大大提高磨削液的使用效率。

附图说明

图1为喷嘴、蜗杆砂轮和齿轮的相对位置示意图。

图2为喷嘴正视图。

图3为喷嘴侧视图。

图4为喷嘴的数学模型示意图。该图在xoy直角坐标系中，建立半径为r_w1、r_w1-h_w、r_w1-h_w+C、r_w1+r_n的半圆，各半圆与x轴的正半轴分别交于a点、b点、d点和e点，c点为ad的中点。蜗杆砂轮3和齿轮4的几点接触点在ad之间，ad之间为磨削加工区域，需要被磨削液2浇注冷却。

图5为喷嘴控制方法的数学模型示意图。

图中，1-喷嘴；2-磨削液；3-蜗杆砂轮；4-齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

本实施例中数控蜗杆砂轮磨齿机喷嘴包括管身段和管头段，管身段和管头段之间弧形弯曲过渡，管头段的出口为扁平口。

喷嘴在xoy直角坐标系内的安装位置中心O_n的坐标为(-D ₀，H₀)，所述的xoy直角坐标系以与蜗杆砂轮的轴心线垂直的水平轴为x轴，以与蜗杆砂轮的轴心线垂直的竖向轴为y轴，以x轴和y轴的交点为坐标原点o。

管头段出口的长度l_n＝Np_w，其中N是对蜗杆砂轮参与加工齿数向上取整的得数，p_w为蜗杆砂轮的齿距；管头段出口的宽度b_n＝h_w-C+2e_n，其中h_w为蜗杆砂轮的齿高，C为蜗杆砂轮的顶隙，e_n为喷嘴的壁厚；在xoy直角坐标系中，喷嘴的竖向对称面相对于xoy平面的偏角α_n＝γ_w，γ_w为蜗杆砂轮的升角；喷嘴的管身段长度

管身段中心线和管头段中心线的夹角

其中γ₁为磨削液浇注角度，θ₁为喷嘴的管身段中心线相对于y轴的角度。

如图4所示，蜗杆砂轮3和齿轮4的几点接触点在ad之间，ad之间为磨削加工区域，需要被磨削液2浇注冷却。

令喷嘴的管头段中心线经过点

喷嘴的管头段中心线Ⅰ方程为

磨削液2浇注角度γ₁越小，管身段中心线和管头段中心线的夹角β_n越小，磨削液2的压力损失越大。由于蜗杆砂轮3和齿轮4之间存在齿隙C，磨削液2能够以大于90°的浇注角度作用于整个磨削加工区域。为减小磨削液2的压力损失，根据几何关系得到磨削液2浇注角度

r_w1为蜗杆砂轮的最大使用半径。

为保证喷嘴1不碰撞蜗杆砂轮3，令此时喷旋转角度

即可得到喷嘴长度

至于碰嘴的管头段长度L_n2，管身段和管头段之间弧形弯曲过渡的曲率半径ρ_n，厚度t_n和喷嘴材料的选择以确保磨削液的浇注压力和喷嘴强度与寿命为准，在具体实施中可根据经验选择，或者通过试制实验获得。

本实施例中，所述数控蜗杆砂轮磨齿机喷嘴的控制方法，包括以下步骤：

1)当数控蜗杆砂轮磨齿机未工作时，控制喷嘴旋转至其管身段的中心线与y轴的夹角为θ的位置，所述角度θ＝180°；

2)当开始修整蜗杆砂轮3或者加工齿轮4时，控制喷嘴绕其安装位置中心O_n(-D₀,H₀)顺时针旋转至θ₂，磨削液开始供给；根据几何关系，喷嘴旋转角度

其中：r_w为蜗杆砂轮的半径，

r_w蜗杆砂轮半径由机床数控系统计算得到，计算原理是：蜗杆砂轮刚使用时有最大半径值r_w1，操作者输入蜗杆砂轮修整量，修整后蜗杆砂轮半径减小drwi，某一时刻的蜗杆砂轮半径r_w＝r_w1-(drw1+drw2+…+drwn)。

在喷嘴向磨削加工区域浇注磨削液状态，喷嘴出口切线II:

y＝tanγ(x-(r_w-(h_w-C)/2))经过点c(r_w-(h_w-C)/2,0)。

3)当要停止修整蜗杆砂轮或者加工齿轮时，首先使蜗杆砂轮停止转动，再停止磨削液供给，最后控制喷嘴绕其安装位置中心O_n(-D₀,H₀)逆时针旋转至θ＝180°。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.数控蜗杆砂轮磨齿机喷嘴，包括管身段和管头段，管身段和管头段之间弧形弯曲过渡，管头段的出口为扁平口；其特征在于：

喷嘴在xoy直角坐标系内的安装位置中心O_n的坐标为(-D₀，H₀)，所述的xoy直角坐标系以与蜗杆砂轮的轴心线垂直的水平轴为x轴，以与蜗杆砂轮的轴心线垂直的竖向轴为y轴，以x轴和y轴的交点为坐标原点o；

管头段出口的长度l_n＝Np_w，其中N是对蜗杆砂轮参与加工齿数向上取整的得数，p_w为蜗杆砂轮的齿距；管头段出口的宽度b_n＝h_w-C+2e_n，其中h_w为蜗杆砂轮的齿高，C为蜗杆砂轮的顶隙，e_n为喷嘴的壁厚；在xoy直角坐标系中，喷嘴的竖向对称面相对于xoy平面的偏角α_n＝γ_w，γ_w为蜗杆砂轮的升角；喷嘴的管身段长度

管身段中心线和管头段中心线的夹角

其中γ₁为磨削液浇注角度，

r_w1为蜗杆砂轮的最大使用半径，θ₁为喷嘴的管身段中心线相对于y轴的角度，

2.一种权利要求1中所述数控蜗杆砂轮磨齿机喷嘴的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)当数控蜗杆砂轮磨齿机未工作时，控制喷嘴旋转至其管身段的中心线与y轴的夹角为θ的位置，所述角度θ＝180°；

2)当开始修整蜗杆砂轮或者加工齿轮时，控制喷嘴绕其安装位置中心O_n(-D₀,H₀)顺时针旋转至θ₂，磨削液开始供给；根据几何关系，喷嘴旋转角度

其中：r_w为蜗杆砂轮的半径，

3)当要停止修整蜗杆砂轮或者加工齿轮时，首先使蜗杆砂轮停止转动，再停止磨削液供给，最后控制喷嘴绕其安装位置中心O_n(-D₀,H₀)逆时针旋转至θ＝180°。

Images