专利名称：极坐标成形砂轮修整器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于齿轮及齿形加工设备与技术领域，特别涉及一种数控成形磨齿机用的极坐标成形砂轮修整器。
背景技术：
随着齿轮传动装备对速度、精度、可靠性和寿命等要求的提高，硬齿面齿轮在机械行业的应用日益广泛，但硬齿面精加工效率低、成本高，特别是大型齿轮的磨削精加工更为困难，一直是限制齿轮装备发展的重要因素之一。随着数控成形磨齿机的发展，大齿轮硬齿面加工精度和效率问题逐步得到缓解。数控成形磨齿机将砂轮截形修整为与齿轮齿槽相适应的截面，利用无瞬心包络法加工齿轮，砂轮形状误差直接复映到齿面截形上，是造成齿轮齿廓类误差的主要因素。因此，设计结构合理的砂轮修整器，修整出正确的砂轮截形是数控成形磨削高精度齿轮的必要条件。传统成形磨削加工一般采用金刚笔修整成形砂轮，修整时需要不断调整金刚笔的倾角使其适应修整表面的法矢，运动控制复杂，修整效率低；另一方面，金刚笔属于单点接触修整方式，笔尖的金刚石容易产生磨损，且磨损后的形状不规则，误差补偿困难，对成形砂轮的修整精度有很大的影响。在传统成形砂轮修整方式中，也可使用成形金刚滚轮直接修整砂轮成形，运动简单，精度取决于金刚滚轮自身的精度，但这种方式柔性差，难以适应齿形经常变化的齿轮成形磨削。在中国专利“成形砂轮磨齿机砂轮修整机构”(专利号200910218435. 2)提到的砂轮修整机构利用双金刚滚轮在直角坐标系中进行修整，是一种效率和精度均较高的砂轮修整方式。这种砂轮修整机构独立于磨齿机的其他运动，需要两个独立的数控轴，成本较高；更为特出的问题是这种修整结构空间尺寸大，不能直接应用于内齿成形磨齿机的砂轮修整。
发明内容针对数控成形磨齿机砂轮修整存在的技术不足，本实用新型提供一种极坐标成形砂轮修整器，该极坐标成形砂轮修整器借用磨齿机的砂轮摆角轴实现两种数控联动，可适应内/外齿成形磨齿机的砂轮修整，具有结构简单，修整精度和效率高，工作可靠性高，制造成本低的特点。为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案—种极坐标成形砂轮修整器，包括由直线轴伺服电机I、直线轴联轴器2和滚珠丝杠3组成的直线进给系统，还包括采用直线导轨4和修整底座8组成的支承系统、由旋转轴伺服电机14、旋转轴联轴器15、精密双导程的蜗杆16和蜗轮17组成的驱动系统；还包括砂轮11、砂轮电主轴13和砂轮旋转轴底座12，砂轮11通过砂轮夹盘装配在砂轮电主轴13上，砂轮电主轴13通过砂轮旋转轴底座12与蜗轮17固定连接，实现了砂轮的摆角极坐标旋转运动。[0008]所述通过修整电主轴5、第一同步带轮6、同步带7和第二同步带轮9驱动金刚滚轮10旋转。所述极坐标成形砂 轮修整器设置在磨头箱体18上。砂轮是回转体，其表面几何形状取决于砂轮的轴截形；修整过程中砂轮绕自身轴线回转，按砂轮轴截形的平面曲线进行修整即可自然形成砂轮的空间表面。因此，修整砂轮运动可以简化成平面运动，通过金刚滚轮笔在平面内的直角坐标系运动或极坐标运动包络出砂轮的轴截形，形成砂轮空间表面。本实用新型利用数控系统控制金刚滚轮在极坐标系中的平面运动包络砂轮轴截形曲线，实现砂轮成形修整。机构具体通过直线数控轴控制金刚滚轮做直线运动，通过回转数控轴控制砂轮绕砂轮摆角轴做旋转运动，利用直线轴和回转轴的两轴联动控制，即可使金刚滚轮在极坐标平面内按与齿轮端截形相适应的砂轮轴截形进行包络运动。砂轮轴截形曲线是由金刚滚轮在极坐标平面运动中包络形成的，即满足砂轮与金刚滚轮在接触点处共法面矢量，且该共法面矢量与两者在该点处的相对速度矢量相互垂直。本实用新型采用轴截形为圆弧形状的金刚滚轮，利用圆弧与砂轮表面接触时的法矢自适应性，大大降低了金刚滚轮运动轨迹规划的复杂程度。修整时只需要将待修整砂轮轴截形曲线按金刚滚轮轴截形圆弧的半径大小向金刚滚轮所在方向进行等距，运动包络过程中保持金刚滚轮轴截形圆弧的圆心运动轨迹按该等距线进行插补，无须考虑金刚滚轮自身的姿态，使得包络运动控制算法大为简化。数控成形磨齿机为适应斜齿轮磨削设置了砂轮摆角轴，使砂轮与工件的螺旋角相适应。本实用新型实现金刚滚轮在极坐标平面的旋转运动时，不再单独设置回转数控轴，而是借用砂轮摆角轴满足砂轮的极坐标摆动。本实用新型单独设置了极坐标平面中的直线运动数控轴，利用伺服电机、直线导轨和精密小导程滚珠丝杠满足修整直线运动的高精度要求。修整过程中，利用变频器进行控制的电主轴驱动砂轮绕自身轴线作旋转运动，保证砂轮空间回转表面的形成。另外，金刚滚轮在修整过程中也需要绕自身轴线做与砂轮相向或同向的运动，利用变频器驱动金刚滚轮电主轴进行变速控制可满足砂轮修整过程中金刚滚轮旋转运动需要。本实用新型与现有技术相比较有以下优点本实用新型的极坐标成形砂轮修整器修整方式先进，利用圆弧截面的金刚滚轮具有法矢自适应性，通过简单的极坐标运动控制形式即可满足砂轮各种复杂截面型线的修整要求。本实用新型的极坐标成形砂轮修整器借助于数控成形磨齿机的砂轮摆角轴，使得修整机构结构简单、合理，成本低，占据空间尺寸小，并可同时适应内/外齿成形磨削结构的需要。本实用新型的极坐标成形砂轮修整器利用伺服电机、精密直线导轨和小导程滚珠丝杠满足极坐标直线运动高精度要求；借用力矩电机直驱的磨齿机砂轮摆角轴，满足极坐标转角运动高精度要求；通过两轴联动实现砂轮的高精度修整。本实用新型的极坐标成形砂轮修整器利用变频器驱动金刚滚轮电主轴和砂轮电主轴，使其在一定的范围内实现级调速，满足修整过程中砂轮和金刚滚轮的旋转方向和速比需要，提高修整效率和砂轮表面光整度。
图I为本实用新型的整体结构示意图。附图标记说明I为直线轴伺服电机；2为直线轴联轴器；3为滚珠丝杠；4为直线导轨；5为修整电主轴；6为第一同步带轮；7为同步带；8为修整底座；9为第二同步带轮；10为金刚滚轮；11为砂轮；12为砂轮旋转轴底座；13为砂轮电主轴；14为旋转轴伺服电机；15为旋转轴联轴器；16为蜗杆；17为蜗轮；18为磨头箱体。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步描述。一种极坐标成形砂轮修整器，包括由直线轴伺服电机I、直线轴联轴器2和滚珠丝·杠3组成的直线进给系统，还包括采用直线导轨4和修整底座8组成的支承系统、由旋转轴伺服电机14、旋转轴联轴器15、精密双导程的蜗杆16和蜗轮17组成的驱动系统；还包括砂轮11、砂轮电主轴13和砂轮旋转轴底座12，砂轮11通过砂轮夹盘装配在砂轮电主轴13上，砂轮电主轴13通过砂轮旋转轴底座12与蜗轮17固定连接，实现了砂轮的摆角极坐标旋转运动。所述通过修整电主轴5、第一同步带轮6、同步带7和第二同步带轮9驱动金刚滚轮10旋转。所述极坐标成形砂轮修整器设置在磨头箱体18上。磨头箱体18上装配数控直线轴Z轴、数控回转轴A轴、砂轮旋转主轴SPl轴、金刚滚轮主轴SP2轴，Z轴和A轴组成修整极坐标系。Z轴实现金刚滚轮直线运动，采用直线轴伺服电机I、直线轴联轴器2、小导程的精密的滚珠丝杠3组成直线进给系统，采用两根直线导轨4和修整底座8组成支承系统。A轴实现砂轮摆角运动，由旋转轴伺服电机14、联轴器15和精密双导程蜗杆16，驱动蜗轮17旋转；砂轮11通过砂轮夹盘装配在砂轮电主轴13上，电主轴通过砂轮旋转轴底座12与蜗轮17固连，实现了砂轮的摆角极坐标旋转运动。SPl轴实现砂轮的主旋转运动，通过变频砂轮电主轴13直接驱动砂轮11旋转。SP2轴实现金刚滚轮的主旋转运动，通过变频修整电主轴5、第一同步带轮6、同步带7、第二同步带轮9,驱动金刚滚轮10旋转。直线运动轴上的直线导轨4、滚珠丝杠3采用稀油定时集中润滑，蜗轮副16、17采用浸油润滑；砂轮电主轴和金刚滚轮电主轴采用水冷却。按图I将各零部件装配完毕后，需要保证a)金钢滚轮主轴轴线与金刚滚轮运动轨迹垂直；b)金刚滚轮对称中心平面通过数控回转轴A轴轴线；c)数控回转轴A轴处于零位时,金刚滚轮主轴轴线与砂轮主轴轴线平行；本实用新型的工作原理机床开机，更换金刚滚轮和砂轮，将A轴和Z轴回参考点，建立修整极坐标系。利用共轭原理求解与齿轮齿形相适应的砂轮截形的等距线作为金刚滚轮的运动轨迹，并将该直角坐标系轨迹转换到极坐标系中，再利用专业软件生成相应的G代码输入到数控系统中。启动G代码，砂轮和金刚滚轮按规定的方向和转速进行旋转，Z轴和A轴按砂轮截形等距线轨迹实现两轴联动，完成砂轮的修整。经过施行实例验证，该结构工作可靠，修整精度高，满足数控成形内/外磨齿机砂轮修整的需要。
权利要求1.一种极坐标成形砂轮修整器，包括由直线轴伺服电机(I)、直线轴联轴器(2)和滚珠丝杠(3)组成的直线进给系统，其特征是还包括采用直线导轨(4)和修整底座(8)组成的支承系统、由旋转轴伺服电机(14)、旋转轴联轴器(15)、精密双导程的蜗杆(16)和蜗轮(17)组成的驱动系统；还包括砂轮(11 )、砂轮电主轴(13)和砂轮旋转轴底座(12)，砂轮(11)通过砂轮夹盘装配在砂轮电主轴(13)上，砂轮电主轴(13)通过砂轮旋转轴底座(12)与蜗轮(17)固定连接。
2.根据权利要求I所述的极坐标成形砂轮修整器，其特征是所述通过修整电主轴(5)、第一同步带轮(6)、同步带(7)和第二同步带轮(9)驱动金刚滚轮(10)旋转。
3.根据权利要求I所述的极坐标成形砂轮修整器，其特征是所述极坐标成形砂轮修整器设置在磨头箱体(18)上。
专利摘要一种极坐标成形砂轮修整器，包括由直线轴伺服电机1)、直线轴联轴器2)和滚珠丝杠3)组成的直线进给系统，其特征是还包括采用直线导轨4)和修整底座8)组成的支承系统、由旋转轴伺服电机14)、旋转轴联轴器15)、精密双导程的蜗杆16)和蜗轮17)组成的驱动系统；还包括砂轮11)、砂轮电主轴13)和砂轮旋转轴底座12)，砂轮11)通过砂轮夹盘装配在砂轮电主轴13)上，砂轮电主轴13)通过砂轮旋转轴底座12)与蜗轮17)固定连接。本实用新型的极坐标成形砂轮修整器修整方式先进，利用圆弧截面的金刚滚轮具有法矢自适应性，通过简单的极坐标运动控制形式即可满足砂轮各种复杂截面型线的修整要求。
文档编号B24B53/07GK202726740SQ20122027803
公开日2013年2月13日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者方成刚, 黄筱调, 洪荣晶, 于春建 申请人:南京工大数控科技有限公司