基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床的制作方法

文档序号:10561386阅读:301来源:国知局
基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床的制作方法
【专利摘要】本发明涉及环面蜗杆加工领域,公开了一种基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床,C轴建在卡盘中心线上,X1轴建在车削横向溜板上,Z1轴建在车削纵向溜板上,X1轴、Z1轴和C轴联动,车削出环面蜗杆的螺旋槽,X2轴建在磨削横向溜板上,Z2轴建在磨削纵向溜板上,B轴建在回转台上,B轴和C轴联动,磨削出环面蜗杆的齿面,实现了一次装夹就完成环面蜗杆车削和磨削两道工序,避免了重复定位,提高了加工精度。
【专利说明】
基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床
技术领域
[0001]本发明涉及一种基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床,属于环面蜗杆的加工技术领域。
【背景技术】
[0002]与圆柱蜗杆传动比较,环面蜗杆传动承载能力强、体积小、传动效率高、使用寿命长,广泛用于矿冶、石化、起重运输、船舶、动力和轻工机械的传动装置,尤其是平面、双锥面等的二次包络环面蜗杆传动,比直廓环面蜗杆传动,具有更优越的性能,因此,研究环面蜗杆螺旋面的加工具有重要意义。目前包络环面蜗杆螺旋面的加工方法通常分两步:第一步在带有C轴的数控车床上,按直廓环面蜗杆螺旋面的车削方法车削出环面蜗杆螺旋槽,第二步在由数控车床改装而成的带有C轴的磨床上,用相应形状的砂轮磨削出各种环面蜗杆螺旋面。两道工序在不同的机床上加工,两次装夹造成重复定位误差增大并且加工效率较低。
[0003]申请号为200910244092.7的中华人民共和国专利“环面蜗杆螺旋面的车削方法”中,公开了一种环面蜗杆螺旋面的车削方法,该方法需要在具备C功能的车床上进行,解决了螺旋面毛坯的粗加工问题,为了精确成型还需要用到专用磨床。申请号为201010609380.0的中华人民共和国专利“一种四联动环面蜗杆数控车磨复合机床及其加工方法”中,阐述了在带有C轴的数控车床上进行车削和磨削环面蜗杆螺旋面的方法,但是此方法中,两道工序在同一台车床上进行,车削加工完成后,需要取下数控刀架及底板,安装磨头才能进行磨削加工,效率较低。

【发明内容】

[0004]本发明的目的是要提供一种基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床,实现一次装夹就能完成环面蜗杆车削和磨削两道工序,避免重复定位,提高加工精度。
[0005]为了达到本发明的目的所采取的技术方案如下:基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床,包括床身(I )、车削中心的车削纵向溜板(2 )和车削横向溜板(3 )、刀架(4 )、车刀
(5)、卡盘(6)、环面蜗杆(7)、蜗杆轴线(8)、磨削纵向溜板(9)和磨削横向溜板(10)、回转台(I I)、磨头(12)、平面砂轮(13)、磨头回转轴线(14)、平面砂轮自转轴线(15)以及液压尾座(16)。
[0006]车削中心由C轴、Xl轴和Zl轴组成,C轴建在卡盘(6)的中心线上,Xl轴建在车削中心的车削横向溜板(3)上,Zl轴建在车削中心的车削纵向溜板(2)上,环面蜗杆(7)通过卡盘
(6)安装在C轴上,蜗杆轴线(8)与C轴重合,环面蜗杆(7)随C轴转动,车刀(5)安装在车削中心的刀架(4)上,刀架(4)随车削中心的车削纵向溜板(2)和车削横向溜板(3)分别做Zl轴和Xl轴方向的移动,通过Xl轴、Zl轴和C轴的联动,根据申请号为200910244092.7的发明专利“环面蜗杆螺旋面的车削方法”粗加工出环面蜗杆(7)的螺旋槽。
[0007]X2轴建在磨削横向溜板(10)上并与Xl轴平行,Z2轴建在磨削纵向溜板(9)上并与Zl轴平行,回转台(11)随磨削纵向溜板(9)和磨削横向溜板(10)分别做Z2轴和X2轴方向的移动,B轴建在回转台(11)上并与蜗杆轴线(8)垂直交错,磨头回转轴线(14)与B轴重合,平面砂轮(13)安装在磨头(12)上并随回转台(11)绕B轴转动,B轴和C轴联动。
[0008] 设定:与环面蜗杆(7)相啮合的蜗轮主基圆半径η,啮合中心距a,传动比i,过蜗杆轴线(8)并且与磨头回转轴线(14)垂直的平面为S,过磨头回转轴线(14)并且与蜗杆轴线
[8]垂直的平面为环面蜗杆(7)的喉部中间平面,喉部中间平面与蜗杆轴线(8)的交点为0,S平面与磨头回转轴线(14)的交点为O1, OO1为环面蜗杆副的啮合中心距a。
[0009]平面砂轮(13)磨削环面蜗杆(7)左右螺旋面时,保持上述粗加工出的环面蜗杆(7)在C轴的安装位置不变,平面砂轮自转轴线(15)与S平面夹角为刀倾角β,沿X2轴移动平面砂轮(13)使磨头回转轴线(14)到蜗杆轴线(8)的距离与环面蜗杆副的啮合中心距a相等,沿Ζ2轴移动平面砂轮(13)使平面砂轮(13)的加工面与蜗轮主基圆相切,B轴和C轴按给定的传动比i运动,平面砂轮(13)绕其自转轴线转动,加工出平面包络环面蜗杆的齿面,这样一次装夹环面蜗杆(7),顺序完成环面蜗杆(7)螺旋槽的粗加工和磨削。
[0010]上述的基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床,平面砂轮(13)由双锥砂轮(17)代替,磨削环面蜗杆(7)左右螺旋面时,保持上述粗加工出的环面蜗杆(7)在C轴的安装位置不变,双锥砂轮自转轴线(18)与S平面夹角为刀倾角β,沿X2轴移动双锥砂轮(17)使磨头回转轴线(14)到蜗杆轴线(8)的距离与环面蜗杆副的啮合中心距a相等,沿Ζ2轴移动双锥砂轮(17)使双锥砂轮(17)的母线与蜗轮主基圆相切,B轴和C轴按给定的传动比i运动,双锥砂轮
(17)绕其自转轴线转动,这样一次装夹环面蜗杆(7),顺序完成环面蜗杆(7)螺旋槽的粗加工和磨削。
[0011]上述的基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床,将X2轴、Z2轴、B轴和C轴联动,加工出啮合中心距和环面蜗杆轴向综合修形的环面蜗杆齿面,进一步改变环面蜗杆齿面结构,优化接触区,提高其宏观啮合质量。
[0012]上述的基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床,车削中心由带C轴、Z轴和X轴的数控车床代替,同样可以加工出上述的平面包络环面蜗杆和双锥面包络环面蜗杆,进一步节约成本、降低造价、便于推广应用。
[0013]本发明的有益效果在于,通过上述的基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床,实现了一次装夹就完成环面蜗杆车削和磨削两道工序,避免了重复定位,保证了加工精度,并且提高了加工效率,特别适用于小模数蜗杆的加工。
【附图说明】
[0014]图1为基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床的原理图;
图2为基于车削中心的双锥面包络环面蜗杆车磨复合机床的原理图;
图3为基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床的结构图。
[0015]图中:I—床身,2—车削纵向溜板,3—车削横向溜板,4—刀架,5—车刀,6—卡盘,7—环面蜗杆,8—蜗杆轴线,9—磨削纵向溜板,10—磨削横向溜板,11 —回转台,12—磨头,13—平面砂轮,14—磨头回转轴线,15—平面砂轮自转轴线,16—液压尾座,17—双锥砂轮,18—双锥砂轮自转轴线。
【具体实施方式】
[0016]下面根据附图对本发明的实施例进行描述。
[0017]以修形的环面蜗杆副为例,相关参数为:右旋环面蜗杆头数Z1=1、蜗轮齿数z2=40,嗤合中心距a=250mm、传动比i=40,蜗轮端面模数mt=10.45mm、主基圆直径db=158mm,蜗杆工作长度Lw=130mm、回转台转角Φ d的取值范围O?0.8rad。
[0018]图3为基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床的结构图,基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床,包括:床身(I)、车削中心的车削纵向溜板(2)和车削横向溜板(3)、刀架
(4)、车刀(5)、卡盘(6)、环面蜗杆(7)、蜗杆轴线(8)、磨削纵向溜板(9)和磨削横向溜板
(10)、回转台(I I)、磨头(12)、平面砂轮(13)、磨头回转轴线(14)、平面砂轮自转轴线(15)以及液压尾座(16)。由床身(1)、车削中心的车削纵向溜板(2)和车削横向溜板(3)、刀架(4)、车刀(5)、卡盘(6)、环面蜗杆(7)以及液压尾座(16)完成环面蜗杆的车削加工,由卡盘(6)、环面蜗杆(7)、蜗杆轴线(8)、磨削纵向溜板(9)和磨削横向溜板(10)、回转台(11)、磨头
(12)、平面砂轮(13)、磨头回转轴线(14)、平面砂轮自转轴线(15)以及液压尾座(16)完成环面蜗杆的磨削加工。
[0019]图1为基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床的原理图,车削中心由C轴、Xl轴和Zl轴组成,C轴建在卡盘(6 )的中心线上,Xl轴建在车削中心的车削横向溜板(3 )上,ZI轴建在车削中心的车削纵向溜板(2)上,环面蜗杆(7)通过卡盘(6)安装在C轴上,蜗杆轴线(8)与C轴重合,环面蜗杆(7)随C轴转动,车刀(5)安装在车削中心的刀架(4)上,刀架(4)随车削中心的车削纵向溜板(2 )和车削横向溜板(3 )分别做ZI轴和Xl轴方向的移动,通过Xl轴、ZI轴和C轴的联动,根据申请号为200910244092.7的发明专利“环面蜗杆螺旋面的车削方法”粗加工出环面蜗杆(7)的螺旋槽,具体方法为:从环面蜗杆(7)的齿顶环面到齿根环面沿环面径向分层和从环面蜗杆(7)螺旋槽的一侧螺旋面上点到另一侧螺旋面上点沿该环面切向分层车削,车削出环面蜗杆(7)的螺旋槽及其螺旋面。
[0020]其中:X2轴建在磨削横向溜板(10)上并与Xl轴平行,Z2轴建在磨削纵向溜板(9)上并与Zl轴平行,回转台(11)随磨削纵向溜板(9)和磨削横向溜板(10)分别做Z2轴和X2轴方向的移动,B轴建在回转台(11)上并与蜗杆轴线(8)垂直交错,磨头回转轴线(14)与B轴重合,平面砂轮(13)安装在磨头(12)上并随回转台(11)绕B轴转动,B轴和C轴联动。
[0021 ] 与环面蜗杆(7)相嗤合的蜗轮主基圆半径rb=79.5mm,嗤合中心距a=250mm,传动比i=40。设定:过蜗杆轴线(8)并且与磨头回转轴线(14)垂直的平面为S,过磨头回转轴线(14)并且与蜗杆轴线(8)垂直的平面为环面蜗杆(7)的喉部中间平面,喉部中间平面与蜗杆轴线
(8)的交点为0,S平面与磨头回转轴线(14)的交点为O1, OO1为环面蜗杆副的啮合中心距a(如图1所示)。
[0022]加工平面包络环面蜗杆(7)时,如图1所示,保持上述粗加工出的环面蜗杆(7)在C轴的安装位置不变,平面砂轮自转轴线(15)与S平面夹角为刀倾角β,沿X2轴移动平面砂轮
(13)使磨头回转轴线(14)到蜗杆轴线(8)的距离与环面蜗杆副的啮合中心距a相等,沿Ζ2轴移动平面砂轮(13)使平面砂轮(13)的加工面与蜗轮主基圆相切,B轴和C轴按给定的传动比i运动,平面砂轮(13)绕其自转轴线转动,加工出平面包络环面蜗杆的齿面,这样一次装夹环面蜗杆(7),顺序完成环面蜗杆(7)螺旋槽的粗加工和磨削。具体方法为:先磨削环面蜗杆(7)齿槽的右侧螺旋面,沿X2轴移动平面砂轮(13)使磨头回转轴线(14)到蜗杆轴线(8)的距离与环面蜗杆副的啮合中心距a相等,沿Z2轴移动平面砂轮(13)使平面砂轮(13)的加工面与蜗轮主基圆相切,完成平面砂轮(13)的对刀,平面砂轮(13)随磨头(12)在回转台(11)上负向旋转进刀,环面蜗杆(7)随C轴正向旋转,每次转动时计算从起刀点到退刀点砂轮走圆弧时转过的角度乘以传动比即环面蜗杆(7)需要同时转过的角度,右侧螺旋面加工完成后,平面砂轮(13)沿X2轴正向退出环面蜗杆(7)齿面,再磨削环面蜗杆(7)齿槽的左侧螺旋面,磨头绕着OOi轴旋转180度,沿X2轴移动平面砂轮(13)使磨头回转轴线(14)到蜗杆轴线(8)的距离与环面蜗杆副的啮合中心距a相等,沿Z2轴移动平面砂轮(13)使平面砂轮(13)的加工面与蜗轮主基圆相切,完成平面砂轮(13)的对刀,平面砂轮(13)随磨头(12)在回转台
(11)上正向旋转进刀,环面蜗杆(7)随C轴反向旋转,每次转动时计算从起刀点到退刀点砂轮走圆弧时转过的角度乘以传动比即为环面蜗杆(7)需要同时转过的角度,左侧螺旋面加工完成后,平面砂轮(13)沿X2轴正向退出环面蜗杆(7)齿面;由此,加工出平面包络环面蜗杆(7)的左右两侧齿面。
[0023]图2为基于车削中心的双锥面包络环面蜗杆车磨复合机床的原理图,加工双锥面包络环面蜗杆(7)时,平面砂轮(13)由双锥砂轮(17)代替,保持上述粗加工出的环面蜗杆(7)在C轴的安装位置不变,双锥砂轮自转轴线(18)与S平面夹角为刀倾角β,沿X2轴移动双锥砂轮(17)使磨头回转轴线(14)到蜗杆轴线(8)的距离与环面蜗杆副的啮合中心距a相等,沿Z2轴移动双锥砂轮(17)使双锥砂轮(17)的母线与蜗轮主基圆相切,B轴和C轴按给定的传动比i运动,双锥砂轮(17)绕其自转轴线转动,加工出双锥面包络环面蜗杆的齿面这样一次装夹环面蜗杆(7),顺序完成环面蜗杆(7)螺旋槽的粗加工和磨削。具体方法为:先磨削环面蜗杆(7)齿槽的右侧螺旋面,沿X2轴移动双锥砂轮(17)使磨头回转轴线(14)到蜗杆轴线(8)的距离与环面蜗杆副的啮合中心距a相等,沿Z2轴移动双锥砂轮(17)使双锥砂轮(17)的母线与蜗轮主基圆相切,完成双锥砂轮(17)的对刀,双锥砂轮(17)随磨头(12)在回转台(11)上负向旋转进刀,环面蜗杆(7)随C轴正向旋转,每次转动时计算从起刀点到退刀点砂轮走圆弧时转过的角度乘以传动比即蜗杆需要同时转过的角度,右侧加工完成后,双锥砂轮(17)沿Z2轴正方向移动,调整双锥砂轮(17)Z2轴方向的安装位置,以同样的方式磨削出环面蜗杆(7)齿槽的左侧螺旋面;由此,加工出双锥面包络环面蜗杆(7)的左右两侧齿面。
[0024]加工啮合中心距和环面蜗杆轴向综合修形的平面包络环面蜗杆(7)时,如图1所示,保持上述粗加工出的环面蜗杆(7)在C轴的安装位置不变,平面砂轮自转轴线(15)与S平面夹角为刀倾角β,沿X2轴移动平面砂轮(13)使磨头回转轴线(14)到蜗杆轴线(8)的距离与环面蜗杆副的啮合中心距a相等,沿Ζ2轴移动平面砂轮(13)使平面砂轮(13)的加工面与蜗轮主基圆相切,以上初始条件设定完成后,选取啮合中心距修形系数pa=2.5mm/rad、环面蜗杆轴向修形系数pc=5mm/rad,B轴和C轴按给定的传动比i运动,X2轴、Z2轴、B轴和C轴联动,从啮入端到啮出端,回转台转角Φ d=0?0.8rad时,平面砂轮(13)沿X2轴修形量Δ a= | 2.5 X(0.8-2 Φ d) 1、沿Z2轴修形量Δ c=5 X (0.8-2 Φ d),平面砂轮(13)绕其自转轴线转动,加工出啮合中心距和环面蜗杆轴向综合修形的平面包络环面蜗杆(7)左右两侧齿面,其中,Φ<!=
0.4rad时,对应环面蜗杆的喉部中间平面,此时△ a= △ c=0,保持环面蜗杆喉部设计基准参数不变;通过啮合中心距修形改变平面包络环面蜗杆齿面结构、优化接触区,通过环面蜗杆轴向修形改变平面包络环面蜗杆啮入端和啮出端螺旋面的宏观啮合质量、取代啮入端和啮出端的倒坡加工工艺。
[0025]加工啮合中心距和环面蜗杆轴向综合修形的双锥面包络环面蜗杆(7)时,如图2所示,保持上述粗加工出的环面蜗杆(7)在C轴的安装位置不变,双锥砂轮自转轴线(18)与S平面夹角为刀倾角β,沿X2轴移动双锥砂轮(17)使磨头回转轴线(14)到蜗杆轴线(8)的距离与环面蜗杆副的啮合中心距a相等,沿Ζ2轴移动双锥砂轮(17)使双锥砂轮(17)的加工面与蜗轮主基圆相切,以上初始条件设定完成后,选取啮合中心距修形系数pa=2.5mm/rad、环面蜗杆轴向修形系数pc=5mm/rad,B轴和C轴按给定的传动比i运动,X2轴、Z2轴、B轴和C轴联动,从啮入端到啮出端,回转台转角Φ d=0?0.8rad时,双锥砂轮(17)沿X2轴修形量Δ a= | 2.5 X(0.8-2 Φ d) 1、沿Z2轴修形量Δ c=5 X (0.8-2 Φ d),双锥砂轮(17)绕其自转轴线转动,加工出啮合中心距和环面蜗杆轴向综合修形的双锥面包络环面蜗杆(7)左右两侧齿面,其中,Φ<!=
0.4rad时,对应环面蜗杆的喉部中间平面,此时△ a= △ C=O,保持环面蜗杆喉部设计基准参数不变;通过啮合中心距修形改变双锥面包络环面蜗杆齿面结构、优化接触区,通过环面蜗杆轴向修形改变双锥面包络环面蜗杆啮入端和啮出端螺旋面的宏观啮合质量、取代啮入端和啮出端的倒坡加工工艺。
【主权项】
1.基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床,其特征在于,包括:床身(I)、车削中心的车削纵向溜板(2)和车削横向溜板(3)、刀架(4)、车刀(5)、卡盘(6)、环面蜗杆(7)、蜗杆轴线(8)、磨削纵向溜板(9)和磨削横向溜板(10)、回转台(11)、磨头(12)、平面砂轮(13)、磨头回转轴线(14)、平面砂轮自转轴线(15)以及液压尾座(16); 车削中心由C轴、Xl轴和Zl轴组成,C轴建在卡盘(6)中心线上,Xl轴建在车削中心的车削横向溜板(3)上,Zl轴建在车削中心的车削纵向溜板(2)上,环面蜗杆(7)通过卡盘(6)和液压尾座(16)安装在C轴上,蜗杆轴线(8)与C轴重合,环面蜗杆(7)随C轴转动,车刀(5)安装在车削中心的刀架(4 )上,刀架(4 )随车削中心的车削纵向溜板(2 )和车削横向溜板(3 )分别做Zl轴和Xl轴方向的移动,通过Xl轴、Zl轴和C轴的联动,根据申请号为200910244092.7的发明专利“环面蜗杆螺旋面的车削方法”粗加工出环面蜗杆(7)的螺旋槽; X2轴建在磨削横向溜板(10)上并与Xl轴平行,Z2轴建在磨削纵向溜板(9)上并与Zl轴平行,回转台(11)随磨削纵向溜板(9)和磨削横向溜板(10)分别做Z2轴和X2轴方向的移动,B轴建在回转台(11)上并与蜗杆轴线(8)垂直交错,磨头回转轴线(14)与B轴重合,平面砂轮(13)安装在磨头(12)上并随回转台(11)绕B轴转动,B轴和C轴联动; 设定:与环面蜗杆(7)相啮合的蜗轮主基圆半径n,啮合中心距a,传动比i,过蜗杆轴线(8)并且与磨头回转轴线(14)垂直的平面为S,过磨头回转轴线(14)并且与蜗杆轴线(8)垂直的平面为环面蜗杆(7)的喉部中间平面,喉部中间平面与蜗杆轴线(8)的交点为0,S平面与磨头回转轴线(14)的交点为O1, OO1为环面蜗杆副的啮合中心距a; 平面砂轮(13)磨削环面蜗杆(7)左右螺旋面时,保持上述粗加工出的环面蜗杆(7)在C轴的安装位置不变,平面砂轮自转轴线(15)与S平面夹角为刀倾角β,沿X2轴移动平面砂轮(13)使磨头回转轴线(14)到蜗杆轴线(8)的距离与环面蜗杆副的啮合中心距a相等,沿Ζ2轴移动平面砂轮(13)使平面砂轮(13)的砂轮平面与蜗轮主基圆相切,B轴和C轴按给定的传动比i运动,平面砂轮(13)绕其自转轴线转动,加工出平面包络环面蜗杆的齿面,这样一次装夹环面蜗杆(7),顺序完成环面蜗杆(7)螺旋槽的粗加工和磨削。2.根据权利要求1所述的基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床,其特征在于,平面砂轮(13)由双锥砂轮(17)代替,磨削环面蜗杆(7)左右螺旋面时,保持上述粗加工出的环面蜗杆(7)在C轴的安装位置不变,双锥砂轮自转轴线(18)与S平面夹角为刀倾角β,沿X2轴移动双锥砂轮(17)使磨头回转轴线(14)到蜗杆轴线(8)的距离与环面蜗杆副的啮合中心距a相等,沿Z2轴移动双锥砂轮(17)使双锥砂轮(17)的母线与蜗轮主基圆相切,B轴和C轴按给定的传动比i运动,双锥砂轮(17)绕其自转轴线转动,加工出双锥面包络环面蜗杆的齿面,这样一次装夹环面蜗杆(7),顺序完成环面蜗杆(7)螺旋槽的粗加工和磨削。3.根据权利要求1和2所述的基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床,其特征在于,将X2轴、Z2轴、B轴和C轴联动,加工出啮合中心距和环面蜗杆轴向综合修形的环面蜗杆(7)齿面。4.根据权利要求1和2所述的基于车削中心的环面蜗杆车磨复合机床,其特征在于,车削中心由带C轴、Z轴和X轴的数控车床代替,同样可以加工出上述的平面包络和双锥面包络环面蜗杆的齿面。
【文档编号】B23F13/00GK105921826SQ201610389670
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】张丽红, 明伟, 李海涛
【申请人】北京奎恩特科技有限公司
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