一种数控蜗杆砂轮磨齿机的制作方法

1.本实用新型涉及机械加工设备技术领域，尤其涉及一种数控蜗杆砂轮磨齿机。


背景技术：

2.现有技术中中型加工规格的数控蜗杆砂轮磨齿机各数控轴的布局结构多采用如下方式：工件部采用立式主轴固定在基座上，同时基座上固定有支持尾座运动的副立柱部件；基座上还装有主立柱部件，主立柱可沿床身纵向方向水平移动做沿工件径向的进给运动，主立柱上装配有可沿工件轴向移动的垂直进给托板，垂直进给托板上装有砂轮磨削安装角回转托板，安装角回转托板上装有沿工件切向移动的砂轮轴向进给托板，砂轮轴向进给托板上装有砂轮主轴及砂轮；基座上还装有砂轮修整器部，砂轮修整器部为了避让开磨削工位，通常需要再设计一套较复杂的回转装置或其它装置。该结构布局主要缺陷是将5个重要的影响机床加工精度的数控轴(x、y、z、a、b)集成在了主立柱部件上，使得主立柱部件的体积及重量增加，制造难度也随之增加而机床的部件精度保持时间随之减少，影响机床的整体性能。


技术实现要素：

3.针对上述缺陷或不足，本实用新型的目的在于提供一种数控蜗杆砂轮磨齿机；以解决现有技术中主立柱部件集成重要数控轴数量过多、制造难度大、部件精度保持时间减少的问题。
4.为达到以上目的，本实用新型的技术方案为：
5.一种数控蜗杆砂轮磨齿机，包括基座，所述基座上端对位设置有可旋转的工件夹持机构，以及可移动的加工机构；
6.所述工件夹持机构包括，安装于基座上的工件立柱，所述工件立柱的内侧安装有可上下移动的工件架，所述工件架的下端安装有工件旋转工作台，所述工件旋转工作台的上表面设置有安装工件的夹具；所述工件架的上端安装有可上下移动的尾座，所述尾座与夹具相配合对工件夹持稳固；
7.所述加工机构包括，活动安装于基座上的砂轮立柱，所述砂轮立柱的内侧安装有可旋转的砂轮架偏转托架，所述砂轮架偏转托架上安装有用于磨削工件的砂轮装置，以及用于修整砂轮的砂轮修整装置。
8.所述夹具通过装夹与工件相匹配的芯轴对工件进行固定；所述尾座的下端安装有顶针，当工件夹持稳固时，所述顶针顶紧工件；所述夹具的中轴线与尾座下端顶针的中轴线重合。
9.所述尾座的一侧通过尾座托板与安装于工件架上端的第一直线驱动装置相连接；所述工件旋转工作台采用直驱伺服电机驱动；所述工件架通过第二直线驱动装置安装于工件立柱上；所述第二直线驱动装置为伺服油缸，所述伺服油缸的活塞杆与工件架相连接。
10.所述砂轮立柱通过第三直线运动装置安装于基座上；所述砂轮架偏转托架通过滚
针轴承安装于砂轮立柱上，所述砂轮架偏转托架通过齿轮传动驱动。
11.所述砂轮装置包括，安装于砂轮架偏转托架上可沿y轴方向移动的砂轮架，所述砂轮架内沿着y轴方向安装有砂轮主轴，所述砂轮主轴的一端安装有蜗杆砂轮，所述蜗杆砂轮对工件进行磨削加工。
12.所述砂轮架通过第四直线运动装置安装于砂轮架偏转托架的下部，可沿y轴方向水平移动；所述第四直线运动装置包括，砂轮架的伺服电机、安装于砂轮架偏转托架上的滚柱线轨，以及用于驱动砂轮架直线运动的滚珠丝杠副，砂轮架的伺服电机动力输出端与滚珠丝杠副的丝杠轴相连接，所述滚柱丝杠副的螺母与砂轮架相连接，所述砂轮架还与滚柱线轨的滑块相连接。
13.所述砂轮修整装置包括，安装于砂轮架偏转托架上的砂轮修整装置基座，所述砂轮修整装置基座上安装有沿y轴方向移动的第一托板，所述第一托板上安装有沿z轴方向上下移动的第二托板，所述第二托板上安装有修整主轴，并且所述修整主轴的中轴线与砂轮主轴的中轴线相互平行，所述修整主轴上套装有修整滚轮。
14.所述修整主轴采用直驱主轴，所述第一托板通过第五直线运动装置安装于砂轮修整装置基座上；所述第二托板通过第六直线运动装置安装于第一托板上。
15.所述修整主轴通过可调整角度的修整器压力角托板安装于第二托板上，所述修整器压力角托板绕z轴可在正负5
°
范围内左右回转调整，所述修整器压力角托板绕x轴可在正负3
°
范围内上下回转调整；所述修整器压力角托板通过修整器安装支架与修整主轴相连接，所述修整主轴安装于修整器安装支架内。
16.所述加工机构还包括对砂轮进行冷却和润滑的冷却装置，所述冷却装置包括，冷却喷嘴移动机构，所述冷却喷嘴移动机构的移动端安装有冷却喷嘴，所述冷却喷嘴通过管路与冷却液容置腔体相连通；所述冷却喷嘴的出液口位于蜗杆砂轮的磨削位置。
17.与现有技术比较，本实用新型的有益效果为：
18.本实用新型提供一种数控蜗杆砂轮磨齿机，采用安装于基座上的工件夹持机构，工件通过工件夹持机构中的工件旋转工作台夹持固定，并且绕工件轴可旋转，通过工件架可沿工件轴(即数控轴的z轴)方向上下移动；同时采用可沿工件轴方向移动的尾座对工件进行顶紧稳固；采用沿机身横向方向移动的加工机构，通过砂轮立柱使砂轮可沿工件径向(即数控轴的x轴)进给运动，通过砂轮架偏转托架使砂轮可绕机床的x轴做回转运动，通过砂轮架可使砂轮沿机身纵向方向(即数控轴的y轴)移动的砂轮架，从而合理分布了机床各数控轴的布局结构，使得加工工件时加工机构中砂轮立柱部关键活动轴数量减少(a轴固定了，z轴运动分配至工件夹持机构上)，同时减少了砂轮部的体积及重量，提高了砂轮部的动态刚性及响应。采用活动安装于砂轮架偏转托架上的砂轮修整装置，砂轮修整装置中的修整滚轮通过修整主轴的移动，使得修整滚轮能够沿着y轴方向移动，也可沿着z轴方向上下移动，使得修整滚轮抵触于蜗杆砂轮的蜗杆齿槽面上，进一步的，修整滚轮通过修整器压力角托板，可调整两侧蜗杆砂轮齿槽螺旋面的压力角，对蜗杆砂轮进行修整，使得蜗杆砂轮对工件的磨削加工尺寸更加精确；与现有技术相比本实用新型装置修整砂轮时，减少了辅助运动轴回初始位置的数量，提高了砂轮的修整效率；工件夹持机构虽增加了重量及运动轴数，但增强了刚性，工件架采用电磁比例换向阀伺服控制的液压油缸驱动工件的轴向运动，增加了该方向运动轴的使用寿命及承载力，同时减轻了尾座系统的重量；而且工件旋转工
作台采用了直驱主轴结构，提高了各轴的响应速度及控制精度。因此，本实用新型减轻了机床的总体重量而不削弱机床的整体刚性，还提高了机床的加工效率，稳定了机床的加工精度。
附图说明
19.图1是本实用新型装置结构示意图；
20.图2是本实用新型装置中修整器压力角调整托板与第二托板以及修整主轴的安装结构示意图。
21.图中，1—基座；2—工件立柱；3—工件架；4—工件旋转工作台；5—夹具；6—工件；7—顶针；8—尾座托板；9—尾座；10—尾座移动伺服电机；11—砂轮架；12—蜗杆砂轮；13—砂轮主轴；14—砂轮立柱；15—滚珠丝杠副；16—砂轮架偏转托架；17—砂轮修整装置基座；18—第一托板；19—第二托板；20—第二托板伺服电机；21—修整器压力角调整托板；22—冷却喷嘴移动机构；23—修整主轴；24—修整滚轮；25—冷却喷嘴；26—修整器安装支架；27
‑
1—上导向滚轮；27
‑
2—下导向滚轮；28
‑
1—第一夹紧螺杆；28
‑
2—第二夹紧螺杆；29
‑
1—第一调整螺杆；29
‑
2—第二调整螺杆；30—销轴；31
‑
1—上弧形导槽；31
‑
2—下弧形导槽；32—第一托板液压油缸。
具体实施方式
22.下面将结合附图对本实用新型做详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
23.如图1所示，一种数控蜗杆砂轮磨齿机，包括基座1，所述基座1上端对位设置有可旋转的工件夹持机构，以及可移动的加工机构；
24.所述工件夹持机构包括，安装于基座1上的工件立柱2，所述工件立柱2的内侧安装有可上下移动的工件架3，所述工件架3的下端安装有工件旋转工作台4，所述工件旋转工作台4的上表面设置有安装工件6的夹具5；所述工件架3的上端安装有可上下移动的尾座9；所述尾座9和夹具5分别位于工件6的上下两侧进行夹持，保证加工的稳定性；具体的，所述夹具5通过装夹与工件6相匹配的芯轴对工件6进行固定，所述尾座9的下端安装有顶针7，使用其顶尖顶紧工件6,进而保证工件6加工的稳定性；进一步的，所述夹具5的中轴线与尾座9下端顶针7的中轴线重合。
25.在本实用新型中，所述尾座9的一侧通过尾座托板8与第一直线驱动装置的移动输出端相连接，对尾座9进行上下位移的控制；所述第一直线驱动装置安装于工件架3的上端。
26.具体的，所述第一直线驱动装置包括，尾座移动伺服电机10、安装于工件架3上的第一导向导轨，以及安装于第一导向导轨内的第一丝杠，所述第一导向导轨通过螺钉或者螺栓安装于工件架3的上端；所述第一丝杠上安装有相匹配的第一滑块(即移动输出端)，所述第一丝杠与尾座移动伺服电机10的动力输出端相连接。
27.进一步的，基于上述实施例，所述第一直线驱动装置还可以是数控直线导轨滑台，数控直线导轨滑台的滑台与尾座托板8相连接，并且尾座托板8与数控直线导轨滑台的导向
导轨相卡合；进一步的，所述第一直线驱动装置还可以是直线电动缸、滚珠丝杆直线滑台(丝杆传动)，以及皮带传动，均能够进行上下位移控制的直线运动装置。
28.优选的，所述工件旋转工作台4采用直驱伺服电机驱动，当工件旋转工作台4旋转工作时，带动夹具5夹持的芯轴转动，由于芯轴穿透工件6并装配为一体，从而带动工件6同步旋转；所述尾座9下端的顶针7抵触于芯轴的上表面，进而顶紧工件6，保证工件6的加工稳定性和加工精度。
29.在本实用新型中，所述工件架3通过第二直线驱动装置安装于工件立柱2上；所述第二直线驱动装置为伺服油缸，所述伺服油缸的活塞杆与工件架3相连接；优选的，所述第二直线驱动装置还包括第二导向导轨，所述第二导向导轨上卡合有滑板，所述滑板与工件架3相连接；所述伺服油缸安装于基座1上，所述伺服油缸的活塞杆与滑板相连接，当伺服油缸工作，伺服油缸控制活塞杆伸缩的行程和移动位置，使得滑板可上下移动，从而推动工件架3上下移动。
30.需要说明的是，伺服油缸的工作原理：伺服油缸由步进电机、电磁比例换向阀、安装于第二导向导轨滑板上的直线位移反馈光栅尺，以及油缸组成。当比例换向阀由数控系统发出模拟量指令驱动油缸工作，直线位移反馈光栅尺用于实时反馈滑板的位置(即工件架3的实时位置)，将位置信号反馈给数控系统，再通过数控系统对比例换向阀驱动油缸的活塞移动预设行程，油缸行进的位移量和速度根据反馈的信号通过数控系统进行调节控制，形成闭环控制回路。
31.在本实用新型中，所述加工机构包括，活动安装于基座1上的砂轮立柱14，所述砂轮立柱14的内侧安装有可旋转的砂轮架偏转托架16，所述砂轮架偏转托架16上安装有用于磨削工件6的砂轮装置，以及用于修整砂轮的砂轮修整装置；所述砂轮立柱14通过第三直线运动装置安装于基座1上，从而带动砂轮架偏转托架16上的砂轮装置进行x轴方向的进给，靠近工件6运动；所述第三直线运动装置为滚珠丝杠，将回转运动转化为直线运动的直线运动装置。
32.优选的，所述砂轮架偏转托架16通过滚针轴承安装于砂轮立柱14上可绕x轴回转(即数控轴的a轴)，并通过手动方式对滚针轴承与砂轮立柱14锁紧；所述砂轮架偏转托架16通过齿轮传动驱动其旋转，需要说明的是，主动齿轮与齿轮传动的伺服电机动力输出端相连接，而且主动齿轮与砂轮架偏转托架16上的从动齿轮相啮合，从而带动砂轮架偏转托架16进行旋转。
33.实例中采用的是手动方式，也可采用伺服电机或液压马达驱动，采用伺服电机驱动时砂轮架偏转托架16的偏转角度由伺服电机编码器反馈，采用手动或液压马达驱动时砂轮架偏转托架16的偏转角度由刻度尺显示。
34.具体的，所述第三直线运动装置包括，滚珠丝杠副15、安装于基座1上的第三导向滑轨，以及与第三导向滑轨相匹配的第三滑板，所述第三滑板安装于砂轮立柱14的下端面，所述滚珠丝杠副15的丝杠轴安装于砂轮立柱14上，滚珠丝杠副15的丝杠轴一端与第三伺服电机的动力输出端相连接，所述滚珠丝杠副15的螺母通过螺母座与基座1相连接，当第三伺服电机工作时，滚珠丝杠副15的丝杠轴与螺母相配合，带动砂轮立柱14在基座1上表面的第三导向滑轨上滑动。
35.需要说明的是，滚珠丝杠副15由丝杠轴、丝杠螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器
组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。
36.进一步的，所述砂轮装置包括，安装于砂轮架偏转托架16上可沿y轴方向移动的砂轮架11，所述砂轮架11内沿着y轴方向安装有砂轮主轴13，所述砂轮主轴13的一端安装有蜗杆砂轮12，蜗杆砂轮12随着砂轮主轴13的转动而回转运动(即数控轴的b轴)，所述蜗杆砂轮12对工件6进行磨削加工。
37.具体的，所述砂轮架11通过第四直线运动装置安装于砂轮架偏转托架16的下部，可沿y轴方向水平移动；所述第四直线运动装置包括，砂轮架11的伺服电机、安装于砂轮架偏转托架16上的滚柱线轨，以及用于驱动砂轮架11直线运动的滚珠丝杠副，所述滚柱线轨用于承载砂轮架11和导向作用，所述滚珠丝杠副用于将圆周运动转化为直线运动，起到动力传动的作用；砂轮架11的伺服电机动力输出端与滚珠丝杠副的丝杠轴相连接，所述滚珠丝杠副的螺母与砂轮架11相连接，所述砂轮架1还与滚柱线轨的滑块相连接；当滚珠丝杠副的丝杠轴转动时，带动砂轮架1在滚柱线轨上直线运动，从而调整y轴方向上蜗杆砂轮12的位置。需要说明的是，所述滚柱线轨、以及滚珠丝杠副均为现有技术，可以直接拿来应运，此处不再赘述。
38.进一步的，所述砂轮修整装置包括，安装于砂轮架偏转托架16上的砂轮修整装置基座17，所述砂轮修整装置基座17上安装有沿y轴方向移动的第一托板18，所述第一托板18上安装有沿z轴方向上下移动的第二托板19，所述第二托板19上安装有可调整压力角的修整主轴23，并且所述修整主轴23的中轴线与砂轮主轴13的中轴线相互平行，所述修整主轴23上套设有修整滚轮24，所述修整滚轮24与蜗杆砂轮12相配合。
39.具体的，所述修整主轴23采用直驱主轴(即无框伺服电机的转子套装在修整主轴23的芯轴中间，与修整主轴23成为一体)，所述第一托板18通过第五直线运动装置安装于砂轮修整装置基座17上；所述第五直线运动装置包括，安装于砂轮修整装置基座17上的第五导向导轨，以及用于驱动第一托板18沿y轴方向移动的第一托板液压油缸32，所述第一托板液压油缸32的伸缩端与第一托板18相连接，所述第一托板18与第五导向导轨相卡合；所述第二托板19通过第六直线运动装置安装于第一托板18上，所述第六直线运动装置包括，安装于第一托板18上的第六导向滑轨、滚珠丝杠，以及第二托板伺服电机20，所述第二托板伺服电机20的动力输出端与滚珠丝杠的丝杠轴相连接，所述滚珠丝杠的螺母与第二托板19相连接，所述第二托板19卡合于第六导向滑轨上。
40.进一步的，如图2所示，所述修整主轴23通过可调整角度的修整器压力角托板21安装于第二托板19上，所述修整器压力角托板21绕z轴可在正负5
°
范围内左右回转调整，所述修整器压力角托板21绕x轴可在正负3
°
范围内上下回转调整；所述修整器压力角托板21通过修整器安装支架26与修整主轴23相连接，所述修整主轴23安装于修整器安装支架26内。
41.具体的，所述第二托板19的安装面上开设有相互平行的上弧形导槽31
‑
1和下弧形导槽31
‑
2，所述修整器压力角托板21上安装有上导向滚轮27
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1、下导向滚轮27
‑
2，以及第一夹紧螺杆28
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1；所述上导向滚轮27
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1位于上弧形导槽31
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1内且间隙配合，所述下导向滚轮27
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2位于下弧形导槽31
‑
2内间隙配合；所述修整器压力角托板21的两侧安装有第一调整螺杆29
‑
1；当修整器压力角托板21绕x轴在正负3
°
范围内上下回转调整时，通过修整器压力角托板21两侧的第一调整螺杆29
‑
1进行调整，修整器压力角调整托板21可由弧形导槽导向在
第二托板19的安装面上绕x轴在正负3
°
内偏转调整，并由第一夹紧螺杆28
‑
1夹紧固定。
42.所述修整器压力角调整托板21的下端底部纵向开设有销孔，所述修整器安装支架26的上端设置有第二夹紧螺杆28
‑
2、第二调整螺杆29
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2，以及销轴30，所述销轴30与销孔相配合，使得修整器压力角调整托板21可绕z轴在正负5度内由第二调整螺杆29
‑
2偏转调整，并由第二夹紧螺杆28
‑
2夹紧固定。
43.优选的，所述修整滚轮24的截面呈v形结构。当修整滚轮24对蜗杆砂轮12进行修整时，修整滚轮24通过第一托板18可沿y轴方向移动，通过第二托板19可沿z轴方向上下移动，对修整滚轮24位置的调整，使得修整滚轮24抵触于蜗杆砂轮12的圆周面上，对蜗杆砂轮12进行修整，；以及通过修整器压力角调整托板21绕x轴的偏转和绕z轴的偏转可调整砂轮加工的压力角，修正滚轮24的轴向截面按照所需的蜗杆砂轮12齿槽轴向截面(或法向截面)形状设计，可同时修整出蜗杆砂轮12齿槽两侧螺旋面，也可分别修整蜗杆砂轮12齿槽的两侧螺旋面，使得修正主轴23可绕x轴偏转调整，以便调整两侧蜗杆砂轮12齿槽螺旋面的压力角，使得蜗杆砂轮12对工件6的磨削加工尺寸更加精确。
44.优选的，所述第二托板19的安装面设置为上薄下厚的倾斜面，便于砂轮修整装置处在最上位当砂轮磨削工件时修整滚轮与工件尾座不相互干涉，获得足够空间以便加工直径最小的工件。
45.进一步的，在本实用新型中，所述加工机构还包括对砂轮进行冷却和润滑的冷却装置，所述冷却装置包括，安装于第一托板18上的冷却喷嘴移动机构22，所述冷却喷嘴移动机构22的移动端安装有冷却喷嘴25，所述冷却喷嘴25通过管路与冷却液容置腔体相连通；所述冷却喷嘴25的出液口位于蜗杆砂轮12的磨削位置。
46.所述冷却喷嘴移动机构22，为沿着x轴方向通过齿轮与齿条传动驱动的直线运动机构。需要说明的是：齿轮与齿条传动工作原理，齿轮作为回转运动，齿条作直线运动，齿轮与伺服电机的动力输出端相连接，当伺服电机工作，其输出轴带动齿轮做回转运动，作为主动的齿轮与从动的齿条相啮合，带动齿条作直线运动；所述冷却喷嘴25与齿条的前端相连接，当齿条运动时，从而带动冷却喷嘴25移动，达到x轴方向调整冷却喷嘴25位置的目的。
47.本实用新型的工作原理：工件6磨削时，将工件6装夹于工件旋转工作台4上，并通过尾座9下端的顶针7，使用其顶尖顶紧工件6,进而保证工件6加工的稳定性；通过砂轮立柱14沿x轴方向将蜗杆砂轮12移动至磨削位，通过砂轮架偏转托架16旋转调整好蜗杆砂轮12轴线的安装角后锁紧，由砂轮立柱14、砂轮架11、工件架3、砂轮主轴13、工件旋转工作台4联动运行对工件6进行磨削；砂轮修整时，第一托板18平移至蜗杆砂轮12的修整位置，砂轮立柱14位置不动，由砂轮主轴13、砂轮架11、第二托板19、修整主轴23联动运行对蜗杆砂轮12进行修整。
48.对于本领域技术人员而言，显然能了解到上述具体事实例只是本实用新型的优选方案，因此本领域的技术人员对本实用新型中的某些部分所可能作出的改进、变动，体现的仍是本实用新型的原理，实现的仍是本实用新型的目的，均属于本实用新型所保护的范围。