数控弧齿锥齿轮研齿机加载制动扭矩装置及其控制方法

专利名称：数控弧齿锥齿轮研齿机加载制动扭矩装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及的是数控研齿机，特别涉及的是在数控弧齿锥齿轮研齿机加 载制动扭矩装置及其控制方法。
背景技术：
为了延长汽车部件中弧齿锥齿轮的使用寿命和降低行驶中的噪音，进一 步改善齿轮的接触区，需要对每一对相互啮合的弧齿锥齿轮的齿面在研齿机 上进行研磨。在研齿机研磨弧齿锥齿轮齿面接触区时应当进行加载研磨，加 载研磨后的齿轮，能有效地提高齿轮接触区的啮合效果。
图1是现有技术中研齿机加载制动扭矩研磨结构平面示意图。 如图1所示，现有技术研齿机加载制动扭矩研磨结构包括主动轴34; 装在主动轴34 —端被研磨的主动弧齿锥齿轮35;装在主动轴34另一端部的 主动轴伺服电机33;与主动轴34呈90度位置的从动轴32;装在从动轴32 一端部被研磨的从动弧齿锥齿轮36;装在从动轴32另一端的是皮带轮11; 皮带轮11通过皮带连接液压马达2的输出轴；上述主动弧齿锥齿轮35与从 动弧齿锥齿轮36啮合。液压比例阀和换向阀控制液压马达的流量和正反旋转 方向。
现有技术研齿机加载制动扭矩研磨结构还包括推动从动弧齿锥齿轮36 沿其轴向移动的装置。
图1中X1-X1、 Y1-Y1 、 Z1-Z1分别代表从动弧齿锥齿轮36沿三个坐 标轴方向的运动，主动轮仅作旋转运动。
上述现有技术研齿机加载研磨过程是从动弧齿锥齿轮与主动弧齿锥齿 轮啮合后，在从动弧齿锥齿轮轴上产生的加载制动扭矩，该制动扭矩是由液 压比例阀和液压马达驱动，液压比例阀控制液体流量，从而控制制动扭矩的 大小，正向与反向两个换向阀控制液压马达制动扭矩的方向。
现有技术研齿机加载研磨存在如下缺陷由于液压比例阀的限制，在驱 动面或倒车面上只有两个加载制动扭矩可选择，当每一齿面研磨点数多于两 个点而需要多个不同的制动扭矩值时，此种方法就不能满足机床多点研磨的 需要；其次，由于液压马达平稳度不高，对研齿机的高速研磨产生了障碍； 再有，电、液组合一起控制研齿机调整非常麻烦，且极易出故障。

发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种研磨弧齿锥齿轮 接触区时，各点所加载的制动扭矩值能任意给定，且个数不限；结构简单； 高速研磨；运行平稳；准确可靠；便于维修和使用的在数控研齿机上设置加 载制动扭矩装置及其控制方法。
解决上述技术问题的技术方案是
一种数控弧齿锥齿轮研齿机加载制动扭矩装置，所述数控弧齿锥齿轮研 齿机加载制动扭矩装置包括主动轴；装在主动轴一端的主动弧齿锥齿轮； 装在主动轴另一端的主动轴伺服电机；与主动轴呈90度的从动轴；装在从动 轴一端的从动弧齿锥齿轮；分别推动从动弧齿锥齿轮和主动弧齿锥齿轮沿其 轴向移动的装置，还包括数控系统主轴驱动单元，所述数控系统主轴驱动单 元分别连接从动轴伺服电机和主动轴伺服电机;所述从动轴伺服电机连接在 从动轴的另一端。
一种数控弧齿锥齿轮研齿机加载制动扭矩装置的控制方法，所述控制方 法包括如下阶段1)设定机床数据，编制逻辑控制梯形图，为机床加载制动 扭矩实现主-从耦合功能准备阶段；2).从动弧齿锥齿轮与主动弧齿锥齿轮啮 合阶段；3).设定从动轴为主动轴的耦合轴，启动主-从耦合功能阶段4). 启动主动轴旋转阶段；5).开始研磨循环阶段；6).主动轴伺服电机133停 止转动，取消主-从耦合功能阶段；7).从动弧齿锥齿轮136与主动弧齿锥 齿轮135分别退回到起始位置阶段；8).研磨结束。
本发明的有益效果是本发明克服现有技术中利用液压和传统机械结构 的研齿机对弧齿锥齿轮齿面研磨带来的缺陷，本发明为研齿机加载研磨提供 了一种更加先进有效的控制方法和装置。首先，研磨一对啮合的齿轮接触区 时，各点所加载的制动扭矩值的大小能任意给定，且个数不限。其次本发明 由于应用了数控系统的主-从耦合特殊功能，改变了现有的研齿机的机械结 构，在机械结构上采用了双主轴传动结构，双主轴皆由主轴伺服电机驱动， 双主轴皆为电主轴，运行更加平稳，在研磨液供给速度达到要求的情况下，可 进行高速研磨，比现有技术的研磨速度提高了 1.5倍，提高了研磨效率。本 发明研磨效果好，研磨出的齿轮有效降低啮合时的噪音分贝值，提高了使用 的寿命。本发明用数控机床上现有的数控系统主轴驱动单元驱动和控制主、 从双主轴的传动，不仅结构简单，使用、维修和控制非常方便。


图1是现有技术中研齿机加载制动扭矩研磨结构平面示意图； 图2是本发明加载制动扭矩装置结构平面示意图； 图3是本发明控制方法流程图。 《附图中序号说明》
1:从动轴伺服电机；2:液压马达；3:电磁换向阀；4:比例阀； 11:皮带轮；
32、132:从动轴；33、133:主动轴伺服电机；34、134:主动轴； 35、135:主动弧齿锥齿轮；36、136:从动弧齿锥齿轮； 137:X-X轴伺服电机；138:X-X轴滚珠丝杠；139: Z-Z轴伺服电机； 140:Z-Z轴滚珠丝杠；141:X-X轴联轴器； 142:主动轴架
143:Z-Z轴联轴器； 144:从动轴架；
X-X:主动轴沿其轴向移动；X1-X1:从动轴沿其轴向移动； Y-Y:主动轴沿垂直于X-X轴和Z-Z轴方向移动；Y1-Y1:从动轴沿垂 直于X1-X1轴和Z1-Z1轴方向移动；Z-Z 、 Z1-Z1:从动轴沿轴向移动； P:啮合位置；O:机床原点；+A，-A:主动弧齿锥齿轮旋转方向； +C，-C:从动弧齿锥齿轮旋转方向。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例进一步详述。
图2是本发明加载制动扭矩装置结构平面示意图；图3是本发明控制方 法流程图。
如图2所示，X-X、 Y-Y、 Z-Z分别代表三个直线坐标轴，Z-Z轴定义为 移动从动弧齿锥齿轮136沿其轴线方向作轴向运动；X-X轴定义为主动弧齿 锥齿轮135沿其轴线作轴向运动；Y-Y轴定义为主动弧齿锥齿轮135沿垂直 于X-X轴和Z-Z轴方向移动，它的值为主动弧齿锥齿轮135中心线相对于从 动弧齿锥齿轮136中心线的高度差值。
本发明提供一种所述数控弧齿锥齿轮研齿机加载制动扭矩装置，所述数 控弧齿锥齿轮研齿机加载制动扭矩装置包括主动轴134;装在主动轴134 一端的主动弧齿锥齿轮135;装在主动轴134另一端的主动轴伺服电机133; 与主动轴134呈90度的从动轴132;装在从动轴132 —端的从动弧齿锥齿轮 136;分别推动从动弧齿锥齿轮136和推动主动弧齿锥齿轮135沿其轴向移动 的装置。
本发明还包括数控系统主轴驱动单元，所述数控系统主轴驱动单元分别连接从动轴伺服电机1和主动轴伺服电机133;所述从动轴伺服电机1连接
在从动轴132的另一端。
所述推动从动弧齿锥齿轮136沿其轴向移动的装置包括Z-Z轴伺服电 机139;连接Z-Z轴伺服电机139的Z-Z轴滚珠丝杠140;配装在Z-Z轴滚 珠丝杠140上的Z-Z轴联轴器143;与Z-Z轴联轴器143连接的从动轴架144， 从动轴架144的中心配装有从动轴132。
所述推动主动弧齿锥齿轮135沿其轴向移动的装置包括X-X轴伺服电 机137;连接X-X轴伺服电机137的X-X轴滚珠丝杠138;配装在X-X轴滚 珠丝杠138上的X-X轴联轴器141;与X-X轴联轴器141连接的主动轴架142, 主动轴架142的中心配装有主动轴134。
本发明提供一种在数控研齿机上加载制动扭矩装置上的控制方法，所述 控制方法包括如下阶段
1) 设定机床数据，编制逻辑控制梯形图，为机床加载制动扭矩实现主-
从耦合功能准备阶段在数控弧齿锥齿轮研齿机设定包括激活主-从耦合功 能、设定主-从耦合功能的精度的数据；编制逻辑控制诸如开启主-从耦合功 能后PLC按程序控制机床动作，以及PLC与NC之间应答信号的处理；为在
加工程序中启动主-从耦合功能作好准备；
2) .从动弧齿锥齿轮与主动弧齿锥齿轮啮合阶段从动弧齿锥齿轮(136) 沿其轴向Z-Z移动；所述主动弧齿锥齿轮(135)沿其轴向X- X移动和沿Y-Y 方向朝着机床原点的方向移动；使从动弧齿锥齿轮(136)与主动弧齿锥齿轮
(135)啮合，此时主动轴与从动轴还是两个独立的主轴；
3) .设定从动轴为主动轴的耦合轴，启动主-从耦合功能阶段在加工程 序中写入指令，指令内容为
a) 设定从动轴(132)为主动轴(134)的耦合轴，确定从动轴(132) 与主动轴(134)的力矩耦合关系；
b) 启动从动轴(132)伺服电机给从动轴加载，确定加载制动扭矩值， 且加载制动扭矩的方向与主动轴(134)旋转方向相反，设定加载所需的制动 扭矩，该制动扭矩涉及大小和方向；
4) .启动主动轴旋转阶段启动主动轴伺服电机133带动主动轴134按 需要的速度和方向旋转；此时由于从动弧齿锥齿轮与主动弧齿锥齿轮的啮合 关系，从动轴也会随着主动轴旋转，此时从动弧齿锥齿轮不只是随着主动弧 齿锥齿轮旋转，而且在从动轴上还有制动扭矩，也就是前面提到的在研磨时加载；
5) .开始研磨循环阶段在上述阶段，已开启的主-从耦合功能给从动轴加制动扭矩同时，从动弧齿锥齿轮136与主动弧齿锥齿轮135进行加载研磨， 此时机床在已选择好的齿面(例如驱动面)和在这一齿面要研磨的各点的位 置进行逐点研磨，而在每一点从动弧齿锥齿轮与主动弧齿锥齿轮都按给定的 X-X、 Y-Y、 Z-Z坐标轴作相对运动，即在每一点上研磨时都进行A循环和B 循环的研磨，A循环和B循环中X-X、 Y-Y、 Z-Z坐标轴都在R参数中提前 给出，每个点的A循环和B循环中X-X、 Y-Y、 Z-Z坐标轴可相同，也可不 同；且每一点的制动扭矩值也可相同，可不同，研磨完驱动面后，再研磨倒 车面，倒车面的研磨与驱动面的研磨类似，对这一对弧齿锥齿轮进行接触区 的加载研磨；
6) .主动轴伺服电机133停止转动，取消主-从耦合功能阶段主动轴 伺服电机133停止转动，此时由于从动弧齿锥齿轮与主动弧齿锥齿轮的啮合 关系，从动轴伺服电机(1)也会随着主动轴伺服电机133停止转动，关闭主 -从耦合功能；
7) .从动弧齿锥齿轮136与主动弧齿锥齿轮135分别退回到起始位置阶 段这时从动轴132与主动轴134已没有了主-从耦合关系，从动弧齿锥齿轮 轴上已没有制动扭矩，又变成了两个独立的主轴，从动弧齿锥齿轮136与主 动弧齿锥齿轮135分别退回到起始位置；
8) .研磨结束。
权利要求
1.一种数控弧齿锥齿轮研齿机加载制动扭矩装置，所述数控弧齿锥齿轮研齿机加载制动扭矩装置包括主动轴(134)；装在主动轴(134)一端的主动弧齿锥齿轮(135)；装在主动轴(134)另一端的主动轴伺服电机(133)；与主动轴(134)呈90度的从动轴(132)；装在从动轴(132)一端的从动弧齿锥齿轮(136)；分别推动从动弧齿锥齿轮(136)和主动弧齿锥齿轮(135)沿其轴向移动的装置，其特征在于，还包括数控系统主轴驱动单元，所述数控系统主轴驱动单元分别连接从动轴伺服电机(1)和主动轴伺服电机(133)；所述从动轴伺服电机(1)连接在从动轴(132)的另一端。
2. 根据权利要求1所述数控弧齿锥齿轮研齿机加载制动扭矩装置，其特 征在于，所述推动从动弧齿锥齿轮(136)沿其轴向移动的装置包括Z-Z轴 伺服电机(139);连接Z-Z轴伺服电机(139)的Z-Z轴滚珠丝杠(140); 配装在Z-Z轴滚珠丝杠(140)上的Z-Z轴联轴器(143);与Z-Z轴联轴器(143)连接的从动轴架(144)，从动轴架(144)的中心配装有从动轴(132)。
3. 根据权利要求1所述数控弧齿锥齿轮研齿机加载制动扭矩装置，其特 征在于，所述推动主动弧齿锥齿轮(135)沿其轴向移动的装置包括X-X轴 伺服电机(137);连接X-X轴伺服电机(137)的X-X轴滚珠丝杠(138); 配装在X-X轴滚珠丝杠(138)上的X-X轴联轴器(141);与X-X轴联轴 器(141 )连接的主动轴架(142)，主动轴架(142)的中心配装有主动轴(134)。
4. 一种按照权利要求1所述数控弧齿锥齿轮研齿机加载制动扭矩装置的 控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下阶段1) .设定机床数据，编制逻辑控制梯形图，为机床加载制动扭矩实现主-从耦合功能准备阶段；2) .从动弧齿锥齿轮与主动弧齿锥齿轮啮合阶段；3) .设定从动轴为主动轴的耦合轴，启动主-从耦合功能阶段-4) .启动主动轴旋转阶段；5) .开始研磨循环阶段；6) .主动轴伺服电机133停止转动，取消主-从耦合功能阶段；7) .从动弧齿锥齿轮136与主动弧齿锥齿轮135分别退回到起始位置阶段；8) .研磨结束。
全文摘要
本发明公开一种数控弧齿锥齿轮研齿机加载制动扭矩装置及其控制方法，所述装置包括主动轴、主动弧齿锥齿轮、主动轴伺服电机；与主动轴呈90度的从动轴、从动弧齿锥齿轮、分别推动从动弧齿锥齿轮和主动弧齿锥齿轮沿其轴向移动的装置；数控系统主轴驱动单元。所述控制方法包括实现主-从耦合功能准备阶段；齿轮啮合阶段；3)启动主-从耦合功能阶段启动主动轴旋转阶段；开始研磨循环阶段；取消主-从耦合功能阶段；退回到起始位置阶段；研磨结束。本发明有益效果是改变机械结构研齿，运行平稳，能高速研磨，比现有技术的研磨速度提高了1.5倍。研磨效果好，降低啮合时的噪音，提高了使用的寿命。
文档编号B23F19/02GK101406976SQ20081015333
公开日2009年4月15日 申请日期2008年11月25日 优先权日2008年11月25日
发明者冯玉英, 刘新瑞 申请人:天津第一机床总厂