[发明专利]成形砂轮磨齿机床

说明书

本发明公开一种成形砂轮磨齿机，其Z轴滑台设置在立柱上且可相对于立柱沿Z轴位移，其A轴转台设置在Z轴滑台上且可相对于Z轴滑台绕A轴转动，其Y轴滑台设置在A轴转台上且可相对于A轴转台沿Y轴位移，其W轴滑台设置在A轴转台上且可相对于A轴转台沿W轴位移；砂轮主轴箱设置在Y轴滑台上，且其上可拆卸设置有外齿磨削砂轮；外齿修整主轴箱设置在该W轴滑台上，且外齿修整主轴箱的动力输出端设置有外齿修整砂轮；该Z轴为磨削走刀的方向，该X轴为磨削进刀和退刀的方向，该Y轴为砂轮主轴箱沿自身轴线位移的方向，W轴为外齿修整砂轮沿外齿磨削砂轮的径向接近或远离外齿磨削砂轮的方向。应用本方案，能够有效提高加工精度及磨削效率。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种成形砂轮磨齿机床。

背景技术

随着经济的快速发展，技术的进步，人们的生活水平越来越高，对衣食住行及周围环境提出了更高的要求，各种标准对噪音的限制越来越严格。众所周知，齿轮加工精度直接影响其使用过程中产生的工作噪音，例如但不限于，应用在海洋工程、舰船、机车、风电、军工等行业中的齿轮传动机构。

现有技术采用磨齿工艺提高齿轮加工精度，主要包括展成法磨削和成形法磨削两种方式。传统的展成法磨削对传动效率和精度、噪音的控制，均难以满足较高要求；而成形法磨削是将砂轮的轴向截面形状修整成工件齿面所需形状，再通过磨削将砂轮形状复印到工件齿槽两侧面。

请参见图6，该所示为现有技术中一种典型的成形砂轮磨齿设备的示意图。工作过程中，该磨齿设备可通过砂轮01的进刀、退刀和走刀操作实现工件齿轮02的外齿磨削。该方案中，砂轮箱主轴箱04通过Y轴滑台06设置在A轴转台03上，A轴转台03可相对于Z轴滑台07绕A轴转动，Z轴滑台07通过立柱08设置在床身09上，且修整轮05通过修整组件固定在立柱08顶部。

进行砂轮修整时，首先转动A轴，通过A轴转台03带动砂轮箱主轴箱04转动，直至砂轮主轴B轴线与修整主轴B1轴线平行；再旋转砂轮主轴B与修整主轴B1，并达到一定速度；最后移动Y轴与Z轴使砂轮01，与修整轮05保持接触并按一定的轨迹移动，修整出砂轮01的轴向截面形状。

完成砂轮01修整后，即可进行齿面磨削。首先转动A轴使砂轮01轴线与工件齿轮02轴线相交于正确的角度(对应于待磨削齿轮的螺旋角)，然后移动Y轴至零位，再移动X轴和Z轴、转动C轴，使砂轮01接近工件齿轮02并插入齿轮齿槽中与齿槽两侧面接触完成对刀。对刀完成后，X轴向正方向移动带动砂轮01离开工件齿轮02齿槽，B轴旋转并使得砂轮01达到设定的转速；接下来，X轴向负方向移动进行磨削进刀，Z轴正向方向移动进行磨削走刀，一个齿槽磨完后，砂轮退出当前磨削齿槽，转动C轴分度到下一个齿槽位置，重复磨削进刀和磨削走刀运动，直到所有的齿槽磨削完成。

受自身原理的限制，上述方案存在以下不足：

第一，砂轮修整和齿面磨削过程中，Y轴均移动配合对于实际齿厚磨削余量和径向磨削余量均较大的工件，完成每个齿槽磨削所需走刀运动的Z轴移动量较大，相应的支承导轨和驱动的滚珠丝杠的磨损相应较大，磨损量较大导致Z轴精度降低。一方面，在磨削走刀Z轴用于砂轮修整的过程中，直接影响砂轮修整精度；另外，前期砂轮修形精度尚可，使用一段时间后出现砂轮截面形状误差，导致磨削齿面的齿廓形状精度越来越差，加工精度低，且加工精度不稳定。

第二，当修整砂轮时，需要把移动X轴远离加工区域后转动A轴、移动Z轴把砂轮从磨削位置移动到修整位置，再修整砂轮；砂轮修整完成后，再回到磨削区域需要转动A轴至砂轮轴线与工件齿轮轴线相交成螺旋角度数，然后移动X轴和Z轴到磨削位置，从磨削齿轮到修整砂轮再从修整砂轮到磨削齿轮的转换过程耗费时间较多。整个磨削过程中需要多次执行砂轮修整，而每次修整过程需要耗费从磨削区域到修整区域的转换和从修整区域到磨削区域的转换两次转换过程，导致整个磨削过程中辅助时间占比过高。此外，砂轮修整需要先转动A轴，基于A轴转动惯量较大的特点，A轴的转动速度一般设定是很低的(5rpm-10rpm)，直接影响影响加工效率，整个工件齿轮磨削效率无法得以有效控制。