专利名称：数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种齿轮加工机床。特别是涉及一种加工准确，精度高，效率高的数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机。
背景技术：
弧齿锥齿轮是汽车的主传动用的齿轮，其是通过行星机构带动车轮转动。制作弧齿锥齿轮，首先是做出毛坯，进行粗加工、精加工后，再进行热处理，热处理后齿轮的棱部位产生变形，如图1所示，齿轮的棱角50、49产生变形。而且在加工弧齿锥齿轮时也存在有加工误差，如果不对其进行处理直接用于汽车组装，在汽车运行时必然因其棱部位的变形，而导致噪音增大。
为了确保齿轮的棱部位不出现误差，在所有的加工工序完成后，还要对棱部位进行倒棱的磨削加工。如图1所示，弧齿锥齿轮的一个齿的两个侧面是不相同的，其中一侧面是凹进面47，另一侧面是凸出面48。通常是采用由人工手持角磨机对倒棱部位进行磨削。但是，即使是人工磨削，也很难保证磨削的一致性和均匀性，在使用手工倒棱加工时对于凹进面47容易出现中间磨的少，两端磨的多，而对于凸出面48是中间磨的多，两端磨的少的情况。很难用机械加工实现对其的磨削，而且，人工磨削生产效率也低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种加工准确，精度高，效率高的数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机。
本发明所采用的技术方案是一种数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机，包括有机身和电控柜，设置在机身上的立柱，设置在机身上的且位于立柱前侧的翻转工作台底座和安装在翻转工作台底座上的翻转工作台，立柱上设置有水平移动机构和垂直移动机构，其垂直移动机构是通过水平移动机构而设置在立柱上，垂直移动机构上设置有用于对弧齿锥齿轮进行倒棱磨削的磨头机构，在翻转工作台上与磨头机构相对应的位置处设置有用于安装被加工齿轮的主轴。所述的水平移动机构包括有伺服电机，与伺服电机相连接的滚珠丝杠，固定在立柱上且位于滚珠丝杠上、下两侧的直线导轨。所述的垂直移动机构包括有滑动的安装在水平移动机构的直线导轨上，且与水平移动机构的滚珠丝杠相连接的立滑板，设置在立滑板上部的伺服电机，与伺服电机相连接的滚珠丝杠，设置在立滑板两侧的直线导轨，用于固定磨头机构的磨头机构支架滑动的安装在直线导轨上，且与滚珠丝杠相连接，在直线导轨上且位于磨头机构支架的上侧还设置有弹簧。
所述的磨头机构支架包括有用于连接在立滑板上的平面支架和位于平面支架前侧并与其一体形成的用于固定磨头机构的弧形支架，其中弧形支架的内周面呈凸形结构。
所述的翻转工作台包括有可进行转动同时进行分齿的蜗轮付和伺服电机安装于翻转工作台上的主轴是通过蜗轮付与设置在翻转工作台底座上的伺服电机相连接。
所述的磨头机构包括有刚性磨头机构、单向柔性磨头机构和双向柔性磨头机构。
所述的刚性磨头机构包括有固定在构成磨头支架的弧形支架内侧的电主轴和通过砂轮芯轴与其连接的砂轮；其中，在电主轴和弧形支架之间的上端依次紧密的设置有上轴承套，法兰，涨紧环及顶部法兰；在电主轴和弧形支架之间的下端依次紧密的设置有下轴承套，法兰，涨紧环及底部法兰。
所述的单向柔性磨头机构包括有固定在构成磨头支架的弧形支架内侧的电主轴和通过砂轮芯轴与其连接的砂轮；其中，在电主轴和弧形支架之间的上端依次设置有上轴承套，法兰，涨紧环及顶部法兰，在法兰和上轴承套的顶端之间还设置有弹簧，法兰的侧边还设置有夹紧油缸，其夹紧油缸固定在构成磨头支架的平面支架上；在电主轴和弧形支架之间的下端依次紧密的设置有下轴承套，法兰，涨紧环及底部法兰。
所述的双向柔性磨头机构包括有固定在构成磨头支架的弧形支架内侧的电主轴和通过砂轮芯轴与其连接的砂轮；其中，在电主轴和弧形支架之间的上端依次设置有上轴承套，法兰，涨紧环及顶部法兰，在法兰和上轴承套的顶端之间还设置有弹簧，其法兰的外侧为球形结构，与上轴承套的内周面为线结合，法兰的侧边还设置有夹紧油缸，其夹紧油缸固定在构成磨头支架的平面支架上；在电主轴和弧形支架之间的下端依次紧密的设置有下轴承套，底部法兰，在底部法兰的径向还嵌入有弹簧。
本发明的数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机，由安装在立柱上两个数控轴的直线运动及安装在工作台上的旋转数控轴的三轴连动来完成对弧齿锥齿轮齿顶的倒棱。解决了弧齿锥齿轮齿顶倒棱只能应用手工的技术难题。本机床设计结构合理、工作可靠，倒棱精度高，效果好，效率高。
图1是弧齿锥齿轮的结构示意图；图2是本发明的数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机的整体结构示意图；图3是本发明数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机刚性磨头机构的内部结构示意图；图4是本发明数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机单向柔性磨头的内部结构示意图；图5是单向柔性磨头的与图4所示相隔45°时的剖面结构示意图；图6是本发明数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机双向柔性磨头在电主轴下部的径向截面的结构示意图；图7是图6的A-A剖面示意图；图8是图6的B-B剖面示意图。
其中1电控柜 2直线导轨3滚珠丝杠4伺服电机5磨头机构6立滑板7伺服电机8立柱9翻转工作台 10机身11翻转工作台底座 12主轴13直线导轨 14滚珠丝杠15磨头机构支架 16弹簧17平面支架 18弧形支架19砂轮 20电主轴21砂轮芯轴 22上轴承套
23法兰2 24涨紧环25顶部法兰 26下轴承套27法兰 28涨紧环29底部法兰 30卡环31齿轮 32上轴承套33法兰 34涨紧环35顶部法兰 36a、36b弹簧37夹紧油缸 38密集滚珠轴承结构39下轴承套 40法兰41涨紧环 42底部法兰43法兰 44下轴承套45底部法兰 46弹簧47凹进面 48凸出面49齿轮的棱角 50齿轮的棱角51线接触点具体实施方式
下面，结合附图和具体实施例详细说明本发明的数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机。
如图2所示，本发明的数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机，包括有机身10和电控柜1，设置在机身10上的立柱8，设置在机身10上的且位于立柱8前侧的翻转工作台底座11和安装在翻转工作台底座11上的翻转工作台9，立柱8上设置有水平移动机构和垂直移动机构，其垂直移动机构是通过水平移动机构而设置在立柱8上，垂直移动机构上设置有用于对弧齿锥齿轮进行倒棱磨削的磨头机构5，在翻转工作台9上与磨头机构5相对应的位置处设置有用于安装被加工齿轮的主轴12。
其中，水平移动机构包括有伺服电机7，与伺服电机7相连接的滚珠丝杠3，固定在立柱8上且位于滚珠丝杠3上、下两侧的直线导轨2。
垂直移动机构包括有滑动的安装在水平移动机构的直线导轨2上，且与水平移动机构的滚珠丝杠3相连接的立滑板6，设置在立滑板6上部的伺服电机4，与伺服电机8相连接的滚珠丝杠14，设置在立滑板6两侧的直线导轨13，用于固定磨头机构5的磨头机构支架15滑动的安装在直线导轨13上，且与滚珠丝杠14相连接，在直线导轨13上且位于磨头机构支架15的上侧还设置有弹簧16。
水平移动机构通过伺服电机7和滚珠丝杠3的运动，使立滑板6在直线导轨2上作水平直线运动，行程可达到450mm。垂直移动机构通过伺服电机4和滚珠丝杠14作垂直直线运动，行程可达到140mm。
磨头机构支架15包括有用于连接在立滑板6上的平面支架17和位于平面支架17前侧并与其一体形成的用于固定磨头机构5的弧形支架18，其中弧形支架18的内周面呈凸形结构。
翻转工作台9包括有可进行转动同时进行分齿的蜗轮付和伺服电机(图中未示)，安装于翻转工作台9上的主轴12是通过蜗轮付与设置在翻转工作台底座11上的伺服电机(图中未示)相连接，并利用油缸对被加工件进行夹紧，从而能够使被加工的弧齿锥齿轮翻转0-30度，可将其面锥调整到处于水平位置。
所述的磨头机构5包括有刚性磨头机构、单向柔性磨头机构和双向柔性磨头机构。
如图3所示，所述的刚性磨头机构包括有固定在构成磨头支架的弧形支架18内侧的电主轴20和通过砂轮芯轴21与其连接的砂轮19；其中，在电主轴20和弧形支架18之间的上端依次紧密的设置有上轴承套22，法兰23，涨紧环24及顶部法兰25，法兰23一侧通过卡环30固定在弧形支架18上，另一侧通过螺栓固定在上轴承套22上，顶部法兰25通过螺栓固定在法兰23上；在电主轴20和弧形支架18之间的下端依次紧密的设置有下轴承套26，法兰27，涨紧环28及底部法兰29，法兰27通过螺栓固定在弧形支架18上并支撑着下轴承套26，底部法兰29通过螺栓固定在法兰27上。
刚性磨头机构通过电主轴20带动砂轮21同时对齿轮的一个齿槽上的两条曲线即凸面棱角49和凹面棱角50(图1所示)进行倒角磨削。此时，通过刚性磨头机构上的水平、垂直、旋转三个方向上的数控轴(即三个伺服电机)的控制，走出两条曲线的中线轨迹，以满足砂轮21两侧面对两条齿顶曲线同时倒棱的要求。
由于被加工齿轮的齿坯及切齿加工时存在误差，当采用刚性磨头机构对齿轮进行加工时与齿轮的实际轨迹有差异，从而造成倒棱宽度不一致，为此还采用了两种柔性机构。即单柔磨头体结构和双柔磨头体结构。
如图4、图5所示，所述的单向柔性磨头机构包括有固定在构成磨头支架的弧形支架18内侧的电主轴20和通过砂轮芯轴21与其连接的砂轮21；其中，在电主轴20和弧形支架18之间的上端依次设置有上轴承套32，法兰33，涨紧环34及顶部法兰35，在法兰33和上轴承套32的顶端之间还对称设置有一对弹簧36a和一对弹簧36b，法兰33和上轴承套32的内周面之间还设置有密集滚珠轴承结构38，法兰33的侧边还设置有可限制法兰33上下移动的夹紧油缸37，其夹紧油缸37固定在构成磨头支架的平面支架17上，并通过与其连为一体的卡件52卡在法兰33上。顶部法兰35通过螺栓固定在法兰33上；在电主轴20和弧形支架18之间的下端依次紧密的设置有下轴承套39，法兰40、43，涨紧环41及底部法兰42，法兰40和下轴承套39的内周面之间还设置有密集滚珠轴承结构38，底部法兰42通过螺栓固定在弧形支架18上。
单向柔性磨头机构是根据被加工的齿轮的情况，采用单向对齿顶曲线倒棱的磨削方式。其磨头机构的运动除受横、竖、转三个方向上的数控轴(即三个伺服电机)控制外，还包括有弹簧36a、36b的调整。即，由电主轴20带动砂轮19对被加工齿轮的齿顶进行倒棱磨削，在磨削中由于齿轮的误差，使磨削力产生变化，当磨削力增大时，由弹簧36a调整砂轮19向上进行轴向位移以减小磨削量；当磨削力减小时，由弹簧36b调整砂轮19向下进行轴向位移以增大磨削量。从面使磨削力与弹簧力始终保持平衡，确保磨削宽度的一致性，密集滚珠轴承结构38及电主轴20上部的可调压力的压力弹簧36a、36b、保证电主轴20的平衡。
如图6、图7、图8所示，双向柔性磨头机构包括有固定在构成磨头支架的弧形支架18内侧的电主轴20和通过砂轮芯轴21与其连接的砂轮21；其中，在电主轴20和弧形支架18之间的上端依次设置有上轴承套32，法兰33，涨紧环34及顶部法兰35，在法兰33和上轴承套32的顶端之间还对称设置有一对弹簧36a和一对弹簧36b(图中未示)，为了使电主轴20能够进行径向的摆动，其法兰33的外侧为球形结构，与上轴承套32的内周面为线结合，并形成线结合点51。法兰33的侧边还设置有可限制法兰33上下移动的夹紧油缸37，其夹紧油缸37固定在构成磨头支架的平面支架17上，并通过与其连为一体的卡件52卡在法兰33上。顶部法兰35通过螺栓固定在法兰33上；在电主轴20和弧形支架18之间的下端依次紧密的设置有下轴承套44，底部法兰45，底部法兰45通过螺栓固定在弧形支架18上，在底部法兰45的径向还嵌入有一对可对径向摆动进行调整的弹簧46。
双向柔性磨头机构，采用双向同时对齿轮一个齿槽的两条齿顶曲线倒棱磨削方式。磨头在三个数控轴(即三个伺服电机)的控制下，由电主轴20带动砂轮19对齿顶进行双向倒棱磨削，这就需要两个方向上的调整。即，轴向调整，当磨削力增大时，由弹簧36a的调整砂轮19可向上进行轴向位移以减小磨削量；当磨削力减小时，由弹簧36b的调整砂轮19可向下进行轴向位移以增大磨削量。这样使磨削力与弹簧力始终保持平衡，确保轴向的一致性；再有是对径向摆动的调整，目的是调整左右两边的磨削力，在双向磨削中当左边的磨削力大时砂轮19向右摆动，当左边的磨削力小时砂轮19向右摆动，从而使左右两边齿顶上的磨削力大小一致，力的大小由弹簧46调整。
在上述三种磨头机构中所使用的电主轴20是采用洛阳轴承研究所生产的电主轴。
权利要求
1.一种数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机，包括有机身(10)和电控柜(1)，设置在机身(10)上的立柱(8)，其特征在于，还包括有设置在机身(10)上的且位于立柱(8)前侧的翻转工作台底座(11)和安装在翻转工作台底座(11)上的翻转工作台(9)，立柱(8)上设置有水平移动机构和垂直移动机构，其垂直移动机构是通过水平移动机构而设置在立柱(8)上，垂直移动机构上设置有用于对弧齿锥齿轮进行倒棱磨削的磨头机构(5)，在翻转工作台(9)上与磨头机构(5)相对应的位置处设置有用于安装被加工齿轮的主轴(12)。
2.根据权利要求1所述的数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机，其特征在于，所述的水平移动机构包括有伺服电机(7)，与伺服电机(7)相连接的滚珠丝杠(3)，固定在立柱(8)上且位于滚珠丝杠(3)上、下两侧的直线导轨(2)。
3.根据权利要求1所述的数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机，其特征在于，所述的垂直移动机构包括有滑动的安装在水平移动机构的直线导轨(2)上，且与水平移动机构的滚珠丝杠(3)相连接的立滑板(6)，设置在立滑板(6)上部的伺服电机(4)，与伺服电机(4)相连接的滚珠丝杠(14)，设置在立滑板(6)两侧的直线导轨(13)，用于固定磨头机构(5)的磨头机构支架(15)滑动的安装在直线导轨(13)上，且与滚珠丝杠(14)相连接，在直线导轨(13)上且位于磨头机构支架(15)的上侧还设置有弹簧(16)。
4.根据权利要求3所述的数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机，其特征在于，所述的磨头机构支架(15)包括有用于连接在立滑板(6)上的平面支架(17)和位于平面支架(17)前侧并与其一体形成的用于固定磨头机构(5)的弧形支架(18)，其中弧形支架(18)的内周面呈凸形结构。
5.根据权利要求1所述的数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机，其特征在于，所述的翻转工作台(9)包括有可进行转动同时进行分齿的蜗轮付和伺服电机，安装于翻转工作台(9)上的主轴(12)是通过蜗轮付与设置在翻转工作台底座(11)上的伺服电机相连接。
6.根据权利要求1所述的数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机，其特征在于，所述的磨头机构(5)包括有刚性磨头机构、单向柔性磨头机构和双向柔性磨头机构。
7.根据权利要求1或6所述的数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机，其特征在于，所述的刚性磨头机构包括有固定在构成磨头支架的弧形支架(18)内侧的电主轴(20)和通过砂轮芯轴(21)与其连接的砂轮(19)；其中，在电主轴(20)和弧形支架(18)之间的上端依次紧密的设置有上轴承套(22)，法兰(23)，涨紧环(24)及顶部法兰(25)；在电主轴(20)和弧形支架(18)之间的下端依次紧密的设置有下轴承套(26)，法兰(27)，涨紧环(28)及底部法兰(29)。
8.根据权利要求1或6所述的数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机，其特征在于，所述的单向柔性磨头机构包括有固定在构成磨头支架的弧形支架(18)内侧的电主轴(20)和通过砂轮芯轴(21)与其连接的砂轮(19)；其中，在电主轴(20)和弧形支架(18)之间的上端依次设置有上轴承套(32)，法兰(33)，涨紧环(34)及顶部法兰(35)，在法兰(33)和上轴承套(32)的顶端之间还设置有弹簧(36a、36b)，法兰(33)的侧边还设置有夹紧油缸(37)，其夹紧油缸(37)固定在构成磨头支架的平面支架(17)上；在电主轴(20)和弧形支架(18)之间的下端依次紧密的设置有下轴承套(39)，法兰(40、43)，涨紧环(41)及底部法兰(42)。
9.根据权利要求1或6所述的数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机，其特征在于，所述的双向柔性磨头机构包括有固定在构成磨头支架的弧形支架(18)内侧的电主轴(20)和通过砂轮芯轴(21)与其连接的砂轮(19)；其中，在电主轴(20)和弧形支架(18)之间的上端依次设置有上轴承套(32)，法兰(33)，涨紧环(34)及顶部法兰(35)，在法兰(33)和上轴承套(32)的顶端之间还设置有弹簧(36a、36b)，其法兰(33)的外侧为球型结构与上轴承套(32)的内周面之为线结合，法兰(33)的侧边还设置有夹紧油缸(37)，其夹紧油缸(37)固定在构成磨头支架的平面支架(17)上；在电主轴(20)和弧形支架(18)之间的下端依次紧密的设置有下轴承套(44)，底部法兰(45)，在底部法兰(45)的径向还嵌入有弹簧(46)。
全文摘要
本发明公开一种数控弧齿锥齿轮齿顶倒棱机，包括有机身和电控柜，设置在机身上的立柱，设置在机身上的且位于立柱前侧的翻转工作台底座和安装在翻转工作台底座上的翻转工作台，立柱上设置有水平移动机构和垂直移动机构，其垂直移动机构是通过水平移动机构而设置在立柱上，垂直移动机构上设置有用于对弧齿锥齿轮进行倒棱磨削的磨头机构，在翻转工作台上与磨头机构相对应的位置处设置有用于安装被加工齿轮的主轴。本发明由安装在立柱上两个数控轴的直线运动及安装在工作台上的数控旋转轴的三轴联动来完成对弧齿锥齿轮齿顶的倒棱。解决了弧齿锥齿轮齿顶倒棱只能应用手工的技术难题。本机床设计结构合理、工作可靠，倒棱精度高，效果好，效率高。
文档编号B24B9/00GK1788901SQ200510122359
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月15日 优先权日2005年12月15日
发明者柴宝莲, 胡光曦, 崔援朝 申请人:天津第一机床总厂