[发明专利]一种四联动环面蜗杆数控车磨复合机床及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械技术领域，有关加工环面蜗杆的机床，包含其车削和磨削方法，具体的说是一种四联动环面蜗杆数控车磨复合机床及其加工方法。

背景技术

国内专利公开号：CN1907615A，公开了一种能虚拟中心距的环面蜗杆数控机床，该机床具有如下四个可联动坐标运动：主轴(工件)绕自身轴线的回转运动A(平行于Z)，工具台在水平面内的两相互垂直的平移运动X、Z，工具台绕自身轴线O₀(垂直于XZ平面)的回转运动Y。工具台一方面与主轴A按要求的传动比I＝A/Y自转，一方面通过X、Z联动，绕一虚拟的圆心(即环面蜗杆的成形圆圆心)公转作圆弧运动，因而实现以小中心距的机床加工大中心距凹、凸环面蜗杆。造价降低，结构紧凑，占用空间小。该机床配以不同的附件，可分别用于车削、铣削、磨削加工，功能强。但其主轴为普通伺服轴，无法进行高速旋转，也就无法进行蜗杆毛坯除螺旋面外其它尺寸的车削。

国内专利公开号：CN101774029A，公开了一种环面蜗杆螺旋面的车削方法，技术方案包括环面蜗杆(1)、车刀(2)、蜗杆轴线(3)及其所在平面S，车削环面蜗杆(1)的螺旋槽时，车刀(2)的左刀尖N和右刀尖M始终在平面S内随车刀(2)在平行和垂直于蜗杆轴线(3)的两个方向上运动，根据理论计算，得到环面蜗杆(1)螺旋槽的左、右侧螺旋面，从环面蜗杆(1)的齿顶环面到齿根环面沿环面径向分层和从环面蜗杆(1)螺旋槽的一侧螺旋面上点到另一侧螺旋面上点沿该环面切向分层车削，车削出环面蜗杆(1)的螺旋槽及其螺旋面。解决了在数控车床上车削环面蜗杆螺旋面的问题。但该方法需要在具备C功能的车床上进行，而且仅仅解决了螺旋面毛坯的粗加工问题，为了精确成型还需要用到专用磨床。

发明内容

本发明的目地在于克服现有技术的不足，提供一种结构新颖、能进行高速车削的四联动环面蜗杆数控车磨复合机床及其加工方法。

为实现上述目的，设计一种四联动环面蜗杆数控车磨复合机床，包括机床体和控制系统，其特征在于由1床身、2主轴箱、3主轴电机、4主轴编码器、5主轴、6卡盘、7环面蜗杆、8磨头、9液压尾座、10Z轴伺服电机、11大托板、12X向导轨、13X向滚珠丝杠、14数控转台、15小托板、16Z向导轨、17Z向滚珠丝杠、18Y轴伺服电机、19X轴伺服电机、20磨头电机、21砂轮，以及刀架底板、数控刀架等元件组成；所述的主轴电机3通过同步带驱动主轴5和环面蜗杆7绕C轴转动，Z轴伺服电机10通过同步带驱动滚珠丝杠17带动大托11板沿Z向导轨16移动，X轴伺服电机19通过联轴器驱动滚珠丝杠13带动小托板15沿X向导轨12移动，Y轴伺服电机18驱动数控转台14绕Y轴旋转，数控刀架或磨头固联在数控转台上，磨头电机20带动砂轮21绕自身B轴转动，手轮摇动使砂轮及电机一起绕A轴转动，所述的X、A轴平行，Z、C轴平行，XYZ三轴符合右手笛卡尔坐标系。

环面蜗杆螺旋面的车削方法为在通过蜗杆轴心线且垂直于蜗轮轴心线的中间平面内蜗杆齿根圆弧半径Rf1、蜗杆齿顶圆弧半径Ra1，基圆半径rb，移动车刀使顶刃右端点与M点相接触。根据传动比关系当车刀以Ra1为半径进行圆插补运动时由M点运动到E点时，蜗杆转动角度为角MO2E乘以传动比i，这样就形成了一条螺旋线。根据环面蜗杆成型原理，切削刃要与基圆相切，退刀后再回到M点沿NM方向进刀到P点，然后以R为半径进行圆弧插补，运动到Q点时，为了保证切削刃的连线与基圆相切，蜗杆转动的角度为角PO2Q乘以传动比i，这样就形成了另一条螺旋线。退刀后再回到P点沿MP方向进刀，进行插补运动形成另一条螺旋线，当切削半径达到Rf1时即完成蜗杆右侧齿面的粗车。移动车刀到E点，使车刀左侧顶刃与E点重合，转动环面蜗杆一定角度，使此时基圆左侧垂直于蜗杆轴线的切线与蜗杆轴截面上左侧齿面重合，同右侧齿面一样沿EQ方向进刀，进行左侧齿面的切削。

环面蜗杆的磨削方法为，调整X、Z、Y轴位置使砂轮产形面与基圆相切，然后转动C轴使蜗杆齿面与砂轮产形面相切。数控转台转动角度Q1，同时X、Z两轴进行同转向的插补运动，转动角度Q2，与此同时蜗杆转动角度Q3，完成环面蜗杆的精车或磨削加工。其中Q1＝Q2＝Q3/i。

所述的X、Z两轴联动加主轴高速旋转进行环面蜗杆除螺旋面外的其他表面的加工。

所述的X、Z、C三轴联动进行环面蜗杆螺旋面的直进法粗车，车削螺旋面时刀体始终垂直于蜗杆轴线。

所述的X、Z、C三轴联动进行环面蜗杆螺旋面的直进法粗车，粗车时沿Z向移动的距离不变，蜗杆起始位置不变，转动角度在变。