CN1739900A - 曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工机床和加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工机床，包括床身、工作台、横滑座、磨盘和床鞍部件等，横滑座在龙门框架的水平导轨上沿Y方向移动；所述横滑座上设置有沿Z方向上下移动的滑枕，所述滑枕上设置有磨盘，所述磨盘上设置有一至两个磨头，所述磨头与所述磨盘之间设置有磨盘滑板用来调整砂轮的中心轴线与磨盘中心轴线的距离；所述磨头的一侧设置有弹簧和限位螺钉；所述磨头上设置有砂轮，借助所述磨头的重力保持砂轮与工件的接触；所述床身的导轨上设置有工作台，所述工作台在导轨上沿X方向移动，工作台上设置有床鞍部件。本发明中还同时公开了采用上述加工机床进行曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工方法。

Description

曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工机床和加工方法

技术领域

本发明涉及一种进行曲线齿锥齿轮倒角加工的机床和加工方法。

背景技术

在各种汽车中广泛地应用曲线齿锥齿轮和准双曲面锥齿轮(以下统称曲线齿锥齿轮)传动，在曲线齿锥齿轮外锥面上的齿顶线处，即齿廓面和外锥面的交线处需要进行倒角加工工序。目前，还没有进行这一工序的专用设备，一般是靠人工手工操作砂轮来完成该倒角工序，劳动强度大，生产效率低。设计一种能进行曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的专用机床是汽车工业急待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构合理、生产效率高的曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工机床和加工方法。

为了解决上述技术问题，本发明曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工机床的技术方案是，包括位于床身上部的一个龙门框架，所述龙门框架上设置有水平导轨，所述水平导轨上设置有横滑座，所述横滑座在水平导轨上沿Y方向移动；所述横滑座上设置有沿Z方向上下移动的滑枕，所述滑枕的内部设置有磨盘主轴，所述磨盘主轴与所述滑枕之间设置有滚动轴承，所述磨盘主轴的下方设置有磨盘，所述磨盘上设置有一至两个磨头，所述磨头与所述磨盘之间设置有磨盘滑板，所述磨盘滑板在所述磨盘上移动，依靠所述磨盘滑板的移动来调整砂轮的中心轴线与磨盘中心轴线的距离；所述磨头与所述磨盘滑板之间用活动销连接，所述磨头绕活动销的中心转动，所述磨头的一侧设置有弹簧和限位螺钉；所述磨头上设置有由电动机驱动的砂轮，借助所述磨头的重力保持砂轮与工件的接触；所述床身的导轨上设置有工作台，所述工作台在所述导轨上沿X方向移动，所述工作台上设置有床鞍部件，所述床鞍部件包括工件箱和设置在工作箱上的工件主轴A及工件，所述工件主轴A带动工件转动，同时所述工件箱绕床鞍部件上的B轴作90°范围的摆动。

采用上述加工机床进行曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工方法包括：启动上述加工机床后，确定倒角加工时所需的安装角；根据所述工作台的X方向坐标和横滑座的Y方向坐标确定磨盘主轴中心O_c相对于机床中心O的位置；根据磨削的深度确定所述磨盘在Z轴方向的位置；进行倒角加工时，半径为r的磨盘以角速度ω_C转动，处于半径为r的磨盘的圆周上砂轮的磨削点M便在平面Q上形成圆的延长外摆线轨迹；工件以角速度ω_A转动，所述砂轮的切削点M就磨去了工件外锥面上齿顶线的尖角；所述磨盘转过一周，工件转过一个牙齿，所述磨盘上的砂轮对齿的凹面或凸面的齿顶线倒角；若磨盘上装有两个磨头，则对齿的凹面和凸面的齿顶线同时倒角；以此类推，当工件转过一周，即可完成工件上的全部齿的倒角加工。

在本发明曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工方法中，其中所述磨盘和工件处于连续磨削和连续分度的状态。所述工件轴和磨盘轴是两个需联动的数控轴，以确保转速ω_A、ω_C之间的比例关系，即： ${\mathrm{\ω}}_A=\frac{Z_W\·{\mathrm{\ω}}_C}{Z}.$ 所述Z轴是数控轴，用以控制倒角深度，同时在加工一个工件的开始及结束时进退一次。

本发明曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工机床和加工方法与现有技术相比，其有益效果是：

(1)本发明曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工机床，由于其结构合理、自动化程度高，所加工出的工件质量稳定，并且减轻了劳动强度。

(2)由于本发明曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工机床，采用龙门立式布局不仅有利于磨头的自动切入磨削，而且切削力向下，刚性高，排屑性能好。

(3)采用本发明曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工方法，其工作效率高，减少污染，利于环保，并且实现了对曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角加工的现代化，自动化和数控化，特别适用于我国快速发展的汽车工业。

附图说明

图1是本发明曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工机床的主视图；

图2是本发明曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工机床的侧视图；

图3是图1中N-N标记所示位置的局部放大示意图；

图4是图1中M-M标记所示位置的局部放大示意图；

图5是图2中P-P标记所示位置的局部放大示意图；

图6是图5中Q-Q标记所示位置的局部放大示意图。

如下是本发明曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工机床和加工方法说明书附图中主要附图标记的说明：

1——床身           2——工作台             3——横滑座

4——磨盘           5——床鞍               6——龙门框架

7——水平导轨       8——滑枕               9——磨头

10——活动销        11——限位螺钉          12——弹簧

13——电动机        14——砂轮              15——工件箱

16——工件          17——磨盘滑板          18——磨盘主轴

19——铲形齿轮

另外，图4中，E_x——磨床中心O_C到机床中心O的距离；

             βm——齿轮齿宽中点M处螺旋角；

             ω_Q——假想铲形齿轮转速，此时ω_Q＝0。

具体实施方式

下面结合附图对本发明曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工机床和加工方法做进一步详细描述。

如图1和图2所示，本发明曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工机床的结构是，包括位于床身1上部的一个龙门框架6，所述龙门框架6上设置有水平导轨7，所述水平导轨7上设置有横滑座3，所述横滑座3在水平导轨7上沿Y方向移动；所述横滑座3上设置有沿Z方向上下移动的滑枕8，所述滑枕8的内部设置有磨盘主轴18，所述磨盘主轴18与所述滑枕8之间设置有滚动轴承，所述磨盘主轴18的下方设置有磨盘4，如图5和图6所示，所述磨盘4上设置有一至两个磨头9，所述磨头9与所述磨盘4之间设置有磨盘滑板17，所述磨盘滑板17在所述磨盘4上移动，依靠所述磨盘滑板17的移动来调整砂轮14的中心轴线与磨盘4中心轴线的距离r；所述磨头9与所述磨盘滑板17之间用活动销10连接，从而使磨头9绕活动销10的中心转动，所述磨头9的一侧设置有弹簧12和限位螺钉11，所述弹簧12和限位螺钉11则对磨头9的转动范围有所限制，所述磨头9上安装着由电动机13驱动的砂轮14，借助所述磨头9的重力保持砂轮14与工件16的接触。

如图1、图2、图3和图6所示，床身1的导轨上设置有工作台2，所述工作台2在所述床身1的导轨上沿X方向移动，所述工作台2上设置有床鞍部件5，所述床鞍部件5包括工件箱15和设置在工作箱15上的工件主轴A及锥齿轮工件16，所述工件主轴A绕其轴线按ω_A转动，从而带动锥齿轮工件16转动，同时所述工件箱15绕床鞍部件15上的B轴作90°范围的摆动。

采用上述曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工机床进行曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工方法如下：

启动上述加工机床后，如图3、图4和图5所示，锥齿轮工件16随工件主轴A转动，工件箱15绕床鞍部件5上的B轴在0°～90°的范围内摆动，并按锥齿轮工件16的齿顶圆锥角经调整形成倒角加工所需的安装角；床鞍部件5是垂直地安装在机床工作台2上，工作台2可以作X方向的移动，磨头9安装在磨盘4上，而磨盘4可绕Z轴即C回转轴按ω_c转动，磨盘主轴18装在滑枕8内，而滑枕8装在横滑座3上，并可沿龙门上的水平导轨7作Y向移动，根据所述工作台2的X方向坐标H和横滑座3的Y方向坐标V便决定了磨盘主轴18的中心O_c相对于机床中心O的位置；而磨盘4在Z轴方向的位置决定了磨削的深度。在进行倒角时，半径为r的磨盘4以角速度ω_c转动，相当于固定在磨盘4中心且半径等于E_b的滚圆在以机床中心O为中心、半径为E_y的基圆上作纯滚动。于是，处于半径为r的磨盘4圆周上砂轮14的磨削点M便在平面Q上形成圆的延长外摆线轨迹。见图4。平面Q上的这个延长外摆线轨迹可视为一个假想的铲形齿轮19的齿线；被倒角的工件16以角速度ω_A转动，并与磨盘4的角速度ω_c保持一定的比例关系，像是与铲形齿轮19啮合一样，于是代表铲形齿轮19齿线的砂轮14的切削点M就磨去了工件16外锥面上齿顶线的尖角。

另外，砂轮14磨削点M走出的轨迹，即，延长外摆线与工件16外锥面上的齿顶线不可能精确地符合，可用优化方法求出磨盘4的半径r及X方向坐标H和Y方向坐标V，使两曲线的误差尽可能小，达到允许误差范围内。

所述磨盘4转过一周，工件16转过一个牙齿，磨盘4上的砂轮14便可对齿的凹面或凸面的齿顶线倒角。若磨盘4上装有两个磨头9，即带有两个砂轮14，便可对齿的凹面和凸面的齿顶线同时倒角。当工件16转过一周时，即可完成锥齿轮工件16上的全部齿的倒角加工。

本发明曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工方法按照上述加工原理，在磨削过程中，磨盘4和工件16都处于连续磨削和连续分度的状态，因此生产率高。倒角加工时，工件轴和磨盘轴是两个需联动的数控轴，以确保转速ω_A、ω_c之间的比例关系。由摆线形成原理可知， ${\mathrm{\ω}}_A=\frac{Z_W\·{\mathrm{\ω}}_C}{Z}$

上式中，Z——工件齿轮齿数；

        Z_W——磨盘装有磨头组数。如图4装有两个磨头，一个磨牙齿凹面齿顶线，

                  另一个磨牙齿凸面齿顶线，组成一组，此时Z_W＝1。

另外，Z轴也是数控轴，用以控制倒角深度，同时在磨一个工件的开始及结束时进退一次。其他各轴都是调整轴。

如图5和图6所示，借助磨盘4上的磨盘滑板17可调整砂轮轴的中心到磨盘4的中心O_c的距离r，加工不同尺寸的工件需要不同的半径r。磨头9悬挂在活动销10上，在磨削过程中，磨削力与磨头自重和弹簧12的弹簧力，其三个力保持平衡，限位螺钉11起限位调节作用。

本发明曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工机床采用龙门立式布局不仅有利于磨头的自动切入磨削，而且切削力向下，刚性高，排屑性能好。

根据生产的需要，可开发适应于不同尺寸工件，如加工齿轮最大直径φ300、φ600、φ1000等的系列机床产品。由于一对配偶齿轮中的大轮和小轮的齿廓铣削方法不同，可分别设计适用于大轮的倒角机和适用于小轮的倒角机，或大、小轮都能适应的万能倒角机。而无论何种形式的倒角机，磨头的数量及数控联动轴的数目可能不同，但机床的结构特征和加工原理是相同的。

尽管上面结合附图对本发明曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工机床和加工方法进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工机床，其特征在于，

包括位于床身(1)上部的一个龙门框架(6)，所述龙门框架(6)上设置有水平导轨(7)，所述水平导轨(7)上设置有横滑座(3)，所述横滑座(3)在水平导轨(7)上沿Y方向移动；

所述横滑座(3)上设置有沿Z方向上下移动的滑枕(8)，所述滑枕(8)的内部设置有磨盘主轴，所述磨盘主轴与所述滑枕(8)之间设置有滚动轴承，所述磨盘主轴的下方设置有磨盘(4)，所述磨盘(4)上设置有一至两个磨头(9)，所述磨头(9)与所述磨盘(4)之间设置有磨盘滑板，所述磨盘滑板在所述磨盘(4)上移动，依靠所述磨盘滑板的移动来调整砂轮(14)的中心轴线与磨盘(4)中心轴线的距离；所述磨头(9)与所述磨盘滑板之间用活动销(10)连接，所述磨头(9)绕活动销(10)的中心转动，所述磨头(9)的一侧设置有弹簧(12)和限位螺钉(11)；所述磨头(9)上设置有由电动机(13)驱动的砂轮(14)，借助所述磨头(9)的重力保持砂轮(14)与工件(16)的接触；

所述床身(1)的导轨上设置有工作台(2)，所述工作台(2)在所述导轨上沿X方向移动，所述工作台(2)上设置有床鞍部件(5)，所述床鞍部件(5)包括工件箱(15)和设置在工作箱(15)上的工件主轴A及工件(16)，所述工件主轴A带动工件(16)转动，同时所述工件箱(15)绕床鞍部件(5)上的B轴作90°范围的摆动。

2.一种曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工方法，其特征在于，所采用的加工机床包括位于床身(1)上部的一个龙门框架(6)，所述龙门框架(6)上设置有水平导轨(7)，所述水平导轨(7)上设置有横滑座(3)，所述横滑座(3)在水平导轨(7)上沿Y方向移动；所述横滑座(3)上设置有沿Z方向上下移动的滑枕(8)，所述滑枕(8)的内部设置有磨盘主轴，所述磨盘主轴与所述滑枕(8)之间设置有滚动轴承，所述磨盘主轴的下方设置有磨盘(4)，所述磨盘(4)上设置有一至两个磨头(9)，所述磨头(9)与所述磨盘(4)之间设置有磨盘滑板，所述磨盘滑板在所述磨盘(4)上移动，依靠所述磨盘滑板的移动来调整砂轮(14)的中心轴线与磨盘(4)中心轴线的距离；所述磨头(9)与所述磨盘滑板之间用活动销(10)连接，所述磨头(9)绕活动销(10)的中心转动，所述磨头(9)的一侧设置有弹簧(12)和限位螺钉(11)；所述磨头(9)上设置有由电动机(13)驱动的砂轮(14)，借助所述磨头(9)的重力保持砂轮(14)与工件(16)的接触；所述床身(1)的导轨上设置有工作台(2)，所述工作台(2)在所述导轨上沿X方向移动，所述工作台(2)上设置有床鞍部件(5)，所述床鞍部件(5)包括工件箱(15)和设置在工作箱(15)上的工件主轴A及工件(16)，所述工件主轴A带动工件(16)转动，同时所述工件箱(15)绕床鞍部件(5)上的B轴作90°范围的摆动；

采用上述加工机床进行曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工方法包括：

启动上述加工机床后，确定倒角加工时所需的安装角；根据所述工作台(2)的X方向坐标和横滑座(3)的Y方向坐标确定磨盘主轴中心O_c相对于机床中心O的位置；根据磨削的深度确定所述磨盘(4)在Z轴方向的位置；

进行倒角加工时，半径为r的磨盘(4)以角速度ω_C转动，处于半径为r的磨盘(4)的圆周上砂轮(14)的磨削点M便在平面Q上形成圆的延长外摆线轨迹；工件(16)以角速度ω_A转动，所述砂轮(14)的切削点M就磨去了工件(16)外锥面上齿顶线的尖角；

所述磨盘(4)转过一周，工件(16)转过一个牙齿，所述磨盘(4)上的砂轮(14)对齿的凹面或凸面的齿顶线倒角；若磨盘(4)上装有两个磨头(9)，则对齿的凹面和凸面的齿顶线同时倒角；以此类推，当工件(16)转过一周，即可完成工件(16)上的全部齿的倒角加工。

3.根据权利要求2所述曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工方法，其中，所述磨盘(4)和工件(16)处于连续磨削和连续分度的状态。

4.根据权利要求2或3所述曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工方法，其中，所述工件轴和磨盘轴是两个需联动的数控轴，以确保转速ω_A、ω_C之间的比例关系，即： ${\mathrm{\ω}}_A=\frac{Z_W{\·\mathrm{\ω}}_C}{Z}$

5.根据权利要求2或3所述曲线齿锥齿轮外锥面齿顶线倒角的加工方法，其中，所述Z轴是数控轴，用以控制倒角深度，同时在加工一个工件的开始及结束时进退一次。

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