一种全自动磨齿机装置的制作方法

本发明涉及齿轮机床技术领域，尤其涉及一种全自动磨齿机装置。

背景技术：

弧齿锥齿轮在啮合过程中，重迭系数较大、啮合的齿数多，具有齿面比压较低、传动平稳、冲击和噪音比较小、承载能力高且寿命长等优点。弧齿锥齿轮以其良好的动态性能在机械行业中占有相当重要的地位，尤其在汽车、飞机、机床、石油化工等行业应用广泛。弧齿锥齿轮的加工设备行业也相应不断发展，其加工方法一直都是采用专用机床进行配合加工，但由于弧齿锥齿轮的结构较为复杂，与其相配套的机床在加工中也面临着很多困难。

弧齿锥齿轮磨齿机主要是为修整齿轮热处理的变形，提高齿面精度及光洁度，以达到传动平稳、降低噪音和提高精度的要求。目前，常见设备的生产调试环节非常麻烦，每生产一种规格齿轮都需要不断地试切、修正和修整，若操作失误将要重新调整，整个过程较为繁琐冗长，使得齿轮加工周期增长且成本增高，对人员操作经验的依赖性很大。另外，弧齿锥齿轮磨齿机的工件齿轮多采用逐个弧齿的加工方式来完成工件的加工，加工过程中的分齿精度也即工件主轴的分度精度直接影响工件的加工精度，而装置中工件箱内的传动、装配误差等都会传给工件轴，最终导致工件齿轮转动角度误差，使齿轮精度偏低。综上所述，目前技术发展中主要存在以下缺陷：机床自动化程度低，劳动强度大，效率低，加工精度低，人力和时间成本较高。因此，亟需一种不仅加工效率高还能保证加工精度的弧齿锥齿轮加工机床。

技术实现要素：

为此，本发明为了改善上述情况，提供了一种全自动磨齿机装置，可快速准确地完成对弧齿锥齿轮的加工。

为实现上述目的，本发明主要采用以下技术方案：

一种全自动磨齿机装置，包括：底座；砂轮支撑组件，所述砂轮支撑组件包括第一直线导轨、摇台箱、摇台、导圆盘和砂轮，所述第一直线导轨设于所述底座上，所述摇台箱设于所述第一直线导轨上并可在其上移动，从而在加工中实现所述砂轮的位置调节，所述摇台箱上设有摇台，所述摇台上安装导圆盘，所述导圆盘通过砂轮轴装有砂轮，所述摇台箱设有所述摇台和所述导圆盘转动控制结构；工件支撑组件，所述工件支撑组件包括第二直线导轨、进给工作台、回转托板、工件箱，所述第二直线导轨设于所述底座上，所述进给工作台设于所述第二直线导轨上并可在其上移动，从而在加工中实现工件齿轮的位置调节，所述进给工作台上连接回转托板，所述回转托板可在所述进给工作台上水平转动，所述回转托板上连接工件箱，所述工件箱可装配所述工件齿轮，并且包括带动所述工件齿轮转动的力矩电机和圆光栅，带动所述回转托板转动的主动齿轮和被动齿轮，所述主动齿轮为双片齿轮，同轴旋向错位安装，以分别与所述被动齿轮的两齿面啮合，从而消除啮合间隙后将所述双片齿轮连接固定；控制系统，所述控制系统与所述全自动磨齿机装置相匹配，所述控制系统电性连接控制所述砂轮支撑组件及工件支撑组件，进而全自动完成所述工件齿轮的加工作业。

进一步，所述摇台的转动及所述导圆盘的转动控制结构均采用圆柱斜齿轮自适应消隙结构。

进一步，所述工件箱中使用力矩电机和圆光栅控制所述工件齿轮转动及进行分齿。

进一步，所述双片齿轮为双片圆柱直齿齿轮。

进一步，所述全自动磨齿机装置还包括一独立结构的砂轮修整组件，其安装于所述进给工作台上。

进一步，所述砂轮修整组件包括砂轮修整磨削部件和安装座，所述安装座上部可水平旋转以控制所述砂轮修整磨削部件相对于所述砂轮被修整面的角度状态。

进一步，所述砂轮被修整面的修整参数及修整量由所述控制系统控制并记忆后在加工中自动进行补偿。

进一步，所述砂轮修整磨削部件为金刚轮。

为达到上述目的，本发明还提供了一种用于上述全自动磨齿机装置的控制系统，所述控制系统包括：数控装置，通过控制面板与操作者进行信息交互，在控制所述砂轮修整组件过程中会记忆修整参数和修整量，在后续加工中会进行自动补偿，在控制工件支撑组件过程中可自动调整所述工件齿轮所需的根锥角度；交流伺服驱动器，根据所述数控装置发送的位置信息指令分别驱动与所述交流伺服驱动器相连的交流伺服电机运转，并将所述交流伺服电机的位置信息反馈给所述数控装置；交流伺服电机，驱动所述摇台、进给工作台、回转托板、工件箱及砂轮修整磨削部件，完成弧齿锥齿轮的加工。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在进行弧齿锥齿轮加工时，无需编程仅输入相应参数即可，实现了弧齿锥齿轮的全自动加工，缩短了调试周期，提升工作效率，降低了人员和时间成本。本发明中带动工件齿轮转动的是力矩电机和圆光栅，带动回转托板转动的主动齿轮为同轴旋转错位安装的双片齿轮，以分别与被动齿轮的两齿面啮合，以形成消隙传动结构，提高了装置的加工精度。本发明中控制系统通过全数字伺服驱动电机控制各个运动关系，本发明的工件支撑组件可由控制系统控制，对工件齿轮所需根锥角度进行自动调整，另外，砂轮修整组件也由控制系统控制修整参数及修整量，且控制系统会记忆修整参数及修整量并在后续加工中自动进行补偿，不仅降低了人力成本，提高了装置的自动化程度，还使得调整更加准确快速且方便。

附图说明

图1为本发明实施例的整体装置结构示意图。

图2为本发明实施例的回转托板内部传动消隙结构的示意图。

图3为本发明实施例的控制系统作业流程图。

图中：1、底座；2、第一直线导轨；3、摇台；4、导圆盘；5、砂轮；6、第二直线导轨；7、进给工作台；8、回转托板；9、工件箱；10、砂轮修整组件；11、摇台箱；12、主动齿轮；13、被动齿轮；14、双片圆柱直齿齿轮固定螺钉。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明提供了一种全自动磨齿机装置，如图1所示，包括底座1、砂轮支撑组件、工件支撑组件、砂轮修整组件10及控制系统。装置的整体构成为上下两层的空间结构，所示空间结构的下层部分为a区，所示空间结构的上层部分的左方区域为b区，上层部分的右方区域为c区，上层部分的中间偏后区域为d区。

如图1所示，所述底座1为一长方体并占据了a区，所述砂轮支撑组件位于上层空间左方区域的b区，工件支撑组件位于上层空间右方区域的c区，砂轮修整组件10位于d区。用于磨削加工的砂轮5安装于砂轮支撑组件上，可通过砂轮修整组件10对砂轮5进行修整，工件齿轮可安装于工件支撑组件上，修整后的砂轮5与工件齿轮分别在砂轮支撑组件和工件支撑组件的配合下完成工件的磨削加工。所述控制系统与全自动磨齿机装置相匹配，实现控制砂轮支撑组件、工件支撑组件及砂轮修整组件10，完成工件的全自动磨削加工。

砂轮支撑组件包括第一直线导轨2、摇台箱11、摇台3、导圆盘4和砂轮5，其中第一直线导轨2位于砂轮支撑组件的下方并设置于底座1上，沿底座1前后方向延伸，第一直线导轨2可以包括两条平行导轨，摇台箱11设置于第一直线导轨2上，可在第一直线导轨2上移动，从而在加工中实现砂轮5前后方向的空间位置调节。摇台箱11上设有摇台3，摇台3上设置有偏心孔，偏心孔上安装导圆盘4，导圆盘4上也设置有偏心孔，偏心孔上安装砂轮轴，砂轮轴上安装砂轮5，导圆盘4可以自转，从而可实现砂轮轴中心与摇台中心之间的距离调整，用于调节加工参数中的导圆半径。所述摇台3的转动及导圆盘4的转动均采用设置于摇台箱11中的圆柱斜齿自适应消隙结构控制，此结构方式可实现自适应无间隙传动，提高了加工精度。其圆柱斜齿自适应消隙结构为：一对啮合圆柱斜齿轮中的其中一只齿轮径向剖分为二，在其剖分面加装弹性元件，使其轴向斥离(或聚合)，剖分齿轮的其中一只固定于滚动花键轴上，另一剖分齿轮固定于滚动花键套上。传动啮合时，由于斜齿轮的β角的存在，在弹性元件的作用下，使得剖分齿轮1/2的两齿面分别与整齿轮的两齿面接触，实现自适应无间隙传动。

所述工件支撑组件包括第二直线导轨6、进给工作台7、回转托板8、工件箱9，其第二直线导轨6位于工件支撑组件的下方并设置于底座1上，沿底座1左右方向延伸，第二直线导轨6上方连接进给工作台7，进给工作台7可沿第二直线导轨6移动，在加工中实现工件齿轮左右方向空间位置的调整。进给工作台7的上方通过一连接轴连接回转托板8，回转托板8可围绕连接轴在进给工作台7上进行水平转动，实现加工中根锥角度的自动调整，其水平转动是通过主动齿轮12和被动齿轮13驱动的，具体传动方式为双片圆柱直齿齿轮旋向错位调整和数控螺补进行消隙传动，提高了加工精度，其主动齿轮12为双片圆柱直齿齿轮，同轴旋向错位调整安装，以分别与被动齿轮13的两齿面啮合，从而消除啮合间隙后，通过双片圆柱直齿齿轮固定螺钉14将双片圆柱直齿齿轮联接固定。回转托板8上方布有导轨且通过导轨连接工件箱9，工件箱9包括工件主轴，工件主轴上可安装工件齿轮，工件箱9可相对回转托板沿工件主轴方向移动，工件齿轮的转动采用力矩电机和圆光栅进行分齿和控制(闭环控制)，另外，工件支撑组件上安装的工件齿轮虽然都是弧齿锥齿轮一种类型的齿轮，但各种弧齿锥齿轮中有根锥角度的不同，对于本发明中的工件支撑组件，在控制系统的控制作用下，通过数控装置输入所需根锥角度参数，其可实现根锥角度的自动调整。此控制方式降低了装置对于操作人员经验的依赖性，不仅降低了人力成本也提高了装置的自动化程度。

砂轮5和工件齿轮分别依靠摇台箱11以及工件箱9在相应第一直线导轨2、第二直线导轨6上的移动而运动，实现两者之间的接近或者分离；所述工件主轴的转动与砂轮5绕摇台中心转动的运动构成加工齿轮的齿形。

所述砂轮修整组件10作为一独立结构连接于所述进给工作台7上，用于修整所述砂轮主轴上的砂轮5，其包括砂轮修整磨削部件、安装座，本实施例中所述砂轮修整磨削部件优选金刚石轮。金刚石轮与普通磨砂料轮相比具有较高抗磨性，金刚石轮磨损较小，使用时间更长，更适合同时满足高效和精密加工的工具。安装座的位置状态分为修整位及退出位两个位置，以液压油缸执行位置转换，当砂轮5被修整时，工件箱9远离摇台3，不影响更换工件齿轮，缩短作业中工件箱9的空置时间，提供工作效率。且安装座的上部分可水平旋转，以控制金刚石轮在修整砂轮5时相对于砂轮被修整面的角度状态，以便分别修整砂轮的外锥面/内锥面及端面。砂轮5在磨削加工过程中不可避免地会产生一定程度的磨耗变形，进而会影响工件齿轮的加工精度，为了降低加工过程中的误差，可通过砂轮修整组件10及时对砂轮5进行修整。在每次修整作业完成后，砂轮修整组件10修整完成后的修整量、安装座的位置、金刚石轮的角度及空间位置信息都会反馈给控制系统，进而控制系统对砂轮修整组件10中的这些参数信息进行记忆，在后续的再次修整砂轮5的加工过程中进行自动补偿，也即当砂轮修整组件完成一次磨削加工后，控制系统会根据本次砂轮修整组件作业完成后反馈的空间位置参数进行记忆，当砂轮修整组件再次对砂轮进行磨削加工时，再次输入砂轮所需修整量后砂轮修整组件会在控制系统的作用下自动进给到上次磨削完成后的位置，金刚轮会在上次工作时的角度及位置状态的基础上对砂轮进行再次修整，此运行即为自动补偿过程。

本发明的全自动磨齿机装置及其控制系统，还包括一套控制系统，所述控制系统与全自动磨齿机装置相匹配，电性连接控制砂轮支撑组件及工件支撑组件，全自动完成工件齿轮的加工作业。

所述控制系统包括数控装置、交流伺服驱动器、交流伺服电机。

数控装置包括用于显示程序输入的控制面板，可与操作者进行信息交互，通过选定程序及相应参数输入控制所述交流伺服驱动器，再由交流伺服驱动器控制交流伺服电机的运转完成弧齿锥齿轮的加工工作。交流伺服驱动器根据数控装置发送的位置信息指令分别驱动与交流伺服驱动器相连的交流伺服电机运转，并将交流伺服电机的位置信息反馈给数控装置。交流伺服电机可驱动摇台3、进给工作台7、回转托板8、工件箱9及砂轮修整组件10这五部分，进而完成弧齿锥齿轮的加工。其中数控装置控制砂轮修整组件10会记忆修整参数和修整量，在后续加工中会进行自动补偿，保证加工精度。

图2为本发明实施例的控制系统作业流程图，提供了一种弧齿锥齿轮的加工控制方法，包括以下步骤：

步骤1：选定程序设置齿轮加工参数：齿数、根锥角、修正值、转速；

步骤2：选择合适的砂轮转速，启动旋转；

步骤3：进给工作台到位，砂轮5与工件齿轮靠近接触，然后进给工作台后退一定距离；

步骤4：砂轮修整组件10到位，对砂轮5进行修整，完成后退出；

步骤5：进给工作台7到位，摇台3中心轴、工件主轴按设定切齿速度做范成运动，直到加工完当前齿；

步骤6：进给工作台7退出，工件齿轮和砂轮5分离；

步骤7：摇台3与进给工作台7进行调整，准备加工下一齿

步骤8：工件主轴执行分齿动作；

步骤9：分齿完成后，重复步骤5进行下一齿的加工；

步骤10：加工完成后，停止砂轮轴旋转，摇台3、进给工作台7都相应退出到设定位置；

综上所述，本发明实现了弧齿锥齿轮的全自动加工，调整更加准确快速且方便，不仅提高了加工精度也提升工作效率，降低了人员和时间成本，使整个装置自动化程度更高。

以上所述仅是本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。