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大型磨齒機砂輪架回轉裝置及其回轉控制方法.pdf

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大型 磨齒機 砂輪 回轉 裝置 及其 控制 方法
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摘要
申請專利號:

CN201510243991.0

申請日:

2015.05.13

公開號:

CN104889502A

公開日:

2015.09.09

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):B23F 9/02申請日:20150513|||公開
IPC分類號: B23F9/02; B23F23/00; B23F23/12 主分類號: B23F9/02
申請人: 秦川機床工具集團股份公司
發明人: 郭召; 樊利軍
地址: 721009陜西省寶雞市姜譚路22號
優先權:
專利代理機構: 西安通大專利代理有限責任公司61200 代理人: 徐文權
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510243991.0

授權公告號:

104889502B||||||

法律狀態公告日:

2017.07.07|||2015.10.07|||2015.09.09

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種大型磨齒機砂輪架回轉裝置及其回轉控制方法,包括轉筒、回轉座、主軸、雙導程消隙蝸輪副、圓光柵、砂輪架、夾緊機構以及卸荷機構。主軸與回轉座用螺栓牢靠固定,轉筒通過一組滾動軸承支撐在主軸上,砂輪架與轉筒直接相連,通過雙導程消隙蝸輪副驅動,實現回轉,旋轉位置由圓光柵控制,并可通過夾緊機構鎖緊在回轉座上。本發明可以滿足大型磨齒機砂輪架高剛性支撐、平穩靈活運動以及精確定位的要求。

權利要求書

權利要求書
1.  一種大型磨齒機砂輪架回轉裝置,其特征在于:該砂輪架回轉裝置包括轉筒(1)、回轉座(2)、主軸(3)、砂輪架(6)、用于定位砂輪架回轉角度的若干個夾緊機構(8)以及用于在砂輪架回轉中由回轉座的前端面下部向外頂推砂輪架的若干個卸荷機構(9),所述主軸(3)固定在回轉座(2)上,轉筒(1)通過一組高剛性軸承支撐在主軸(3)上,砂輪架(6)的后端面與轉筒(1)相連,回轉座(2)的前端面與砂輪架(6)的后端面相對并構成滑動導軌副。

2.  根據權利要求1所述一種大型磨齒機砂輪架回轉裝置,其特征在于:所述砂輪架回轉裝置還包括雙導程消隙蝸輪副(4),伺服電機通過雙導程消隙蝸輪副驅動轉筒回轉。

3.  根據權利要求2所述一種大型磨齒機砂輪架回轉裝置,其特征在于:所述伺服電機為抱閘電機,所述雙導程消隙蝸輪副(4)安裝在遠離砂輪架(6)重心一側。

4.  根據權利要求1所述一種大型磨齒機砂輪架回轉裝置,其特征在于:所述砂輪架回轉裝置還包括設置在主軸(3)前端的用于控制砂輪架旋轉位置的圓光柵(5)。

5.  根據權利要求4所述一種大型磨齒機砂輪架回轉裝置,其特征在于:所述一組高剛性軸承包括設置于主軸(3)上的圓錐滾子軸承(24)以及雙列圓柱滾子軸承(23),圓錐滾子軸承(24)設置在主軸(3)的后端,雙列圓柱滾子軸承(23)設置在圓錐滾子軸承(24)與所述圓光柵(5)之間,轉筒(1)通過雙列圓柱滾子軸承(23)與圓錐滾子軸承(24)組成的軸承組支撐在主軸(3)上。

6.  根據權利要求1所述一種大型磨齒機砂輪架回轉裝置,其特征在于:所述回轉座(2)為雙層筋板筒狀結構,回轉座(2)的前端面開設有徑向溝槽(20),所述溝槽(20)將回轉座的前端面均勻分割為多份,夾緊機構(8)布置在分割后的回轉座的前端面對應區域內,所述溝槽(20)中設置有壓縮空氣釋放管路。

7.  根據權利要求1所述一種大型磨齒機砂輪架回轉裝置,其特征在于:所述夾緊機構(8)包括設置于回轉座的前端內的夾緊油缸(18)、設置于夾緊油缸內的相互配合的夾緊機構活塞(17)和碟簧(16),以及與夾緊機構活塞相連的夾緊拉桿(7),砂輪架(6)的后端面上開設有環狀T型槽(19),所述夾緊拉桿前端為圓弧狀T型結構(25),夾緊拉桿(7)由回轉座的前端面伸出,夾緊 拉桿(7)的前端插入環狀T型槽(19)中并與環狀T型槽形成間隙配合。

8.  根據權利要求1所述一種大型磨齒機砂輪架回轉裝置,其特征在于:所述卸荷機構(9)包括設置在回轉座前端內底部的體殼(11)、設置在體殼內的卸荷機構活塞(12),以及與卸荷機構活塞相連的頂桿(13),頂桿(13)的前端設置有可以與砂輪架(6)的后端面相對滾動的卸荷滾動軸承(15),卸荷滾動軸承(15)由回轉座的前端面伸出或收回,體殼(11)內的前端設置有活塞限位臺階,體殼(11)內的后端設置有與頂桿后端配合的活塞定位銷(10),經過預緊的碟簧(14)設置于卸荷機構活塞(12)與卸荷滾動軸承(15)之間。

9.  一種如權利要求1所述大型磨齒機砂輪架回轉裝置的回轉控制方法,其特征在于:包括以下步驟:
1)利用所述夾緊機構(8)將砂輪架(6)沿預定角度位置定位并夾緊在回轉座(2)上;
2)當需要重新轉動砂輪架(6)時,所述夾緊機構(8)停止夾緊砂輪架(6),然后在回轉座(2)的前端面釋放壓縮空氣,同時,所述卸荷機構(9)向外頂推砂輪架(6),然后驅動轉筒(1)帶動砂輪架(6)轉動,當砂輪架(6)轉動至新的預定角度位置后,使卸荷機構(9)停止頂推砂輪架(6),同時,停止在回轉座(2)的前端面釋放壓縮空氣,然后按照步驟1)對砂輪架(6)進行定位并夾緊。

說明書

說明書大型磨齒機砂輪架回轉裝置及其回轉控制方法
技術領域
本發明屬于數控機床領域,具體涉及一種大型磨齒機砂輪架回轉裝置及其回轉控制方法。
背景技術
磨齒機砂輪架上安裝有磨削主軸,修整裝置及其他附件,負載不對稱,處于偏重狀態。磨削斜齒輪時,砂輪架需要回轉一定角度,使砂輪磨削切入方向與齒槽螺旋角相適應,這樣更加劇了負載的不對稱,尤其磨削大型齒輪時,由于齒輪模數大,齒深大,所用成形砂輪直徑達500毫米,厚度130毫米,磨削負載大。要克服偏重引起的負載扭矩及磨削扭矩,需要砂輪架支撐機構具有非常高的剛性,才能保證磨削精度穩定性。另外,在大型齒輪精密磨削過程中,需要砂輪磨削切入角度作微量精確調整,這需要砂輪架回轉機構具有高靈敏度及精確的位置控制精度。
現有磨齒機砂輪架回轉裝置,要么采用第一種方案:伺服電機直聯減速器驅動主軸帶動砂輪架回轉;要么采用第二種方案:力矩電機直接驅動。
第一種方案中,伺服電機需要承受非常大的負載慣量,并且由于結構限制,驅動砂輪架回轉的主軸直徑較小,砂輪架回轉直徑是主軸直徑的數倍,在拖動砂輪架回轉過程中,主軸承受非常大的扭轉負載,在生產實踐中常出現砂輪架在回轉過程中抖動的現象。
第二種方案中,采用力矩電機直接驅動,轉臺軸承支撐。力矩電機在靜止狀態,輸出扭矩急速下降,在磨削過程中,砂輪架靜止,力矩電機對砂輪架的支撐性能降低。另外,回轉座懸伸較長,臺面軸承安裝在回轉座前端,砂輪架上的負載直接通過臺面軸承作用在回轉座前端,而回轉座支撐位于后端,這樣使得回轉座承受較大的彎曲扭矩,影響磨削精度。
對于大型磨齒機,砂輪架負載大,依靠一個轉臺軸承支撐回轉,難以滿足高剛性要求。圓光柵通過一根中間軸安裝在回轉座后端,距離控制目標遠,由于安裝誤差,以及中間軸的偏擺,精度較差,難以實現高精度、高靈敏度控制。
發明內容
本發明的目的在于提供一種大型磨齒機砂輪架回轉裝置及其回轉控制方法。
為達到上述目的,本發明采用了以下技術方案:
一種大型磨齒機砂輪架回轉裝置,該砂輪架回轉裝置包括轉筒、回轉座、主軸、砂輪架、用于定位砂輪架回轉角度的若干個夾緊機構以及用于在砂輪架回轉中由回轉座的前端面下部向外頂推砂輪架的若干個卸荷機構,所述主軸固定在回轉座上,轉筒通過一組高剛性軸承支撐在主軸上,砂輪架的后端面與轉筒相連,回轉座的前端面與砂輪架的后端面相對并構成滑動導軌副。
所述砂輪架回轉裝置還包括雙導程消隙蝸輪副,伺服電機通過雙導程消隙蝸輪副驅動轉筒回轉。
所述伺服電機為抱閘電機,所述雙導程消隙蝸輪副安裝在遠離砂輪架重心一側。
所述砂輪架回轉裝置還包括設置在主軸前端的用于控制砂輪架旋轉位置的圓光柵。
所述一組高剛性軸承包括設置于主軸上的圓錐滾子軸承以及雙列圓柱滾子軸承,圓錐滾子軸承設置在主軸的后端,雙列圓柱滾子軸承設置在圓錐滾子軸承與所述圓光柵之間,轉筒通過雙列圓柱滾子軸承與圓錐滾子軸承組成的軸承組支撐在主軸上。
所述回轉座為雙層筋板筒狀結構,回轉座的前端面開設有徑向溝槽,所述溝槽將回轉座的前端面均勻分割為多份,夾緊機構布置在分割后的回轉座的前端面對應區域內,所述溝槽中設置有壓縮空氣釋放管路。
所述夾緊機構包括設置于回轉座的前端內的夾緊油缸、設置于夾緊油缸內的相互配合的夾緊機構活塞和碟簧,以及與夾緊機構活塞相連的夾緊拉桿,砂輪架的后端面上開設有環狀T型槽,所述夾緊拉桿前端為圓弧狀T型結構,夾緊拉桿由回轉座的前端面伸出,夾緊拉桿的前端插入環狀T型槽中并與環狀T型槽形成間隙配合。
所述卸荷機構包括設置在回轉座前端內底部的體殼、設置在體殼內的卸荷機構活塞,以及與卸荷機構活塞相連的頂桿,頂桿的前端設置有可以與砂輪架的后端面相對滾動的卸荷滾動軸承,卸荷滾動軸承由回轉座的前端面伸出或收回,體殼內的前端設置有活塞限位臺階,體殼內的后端設置有與頂桿后端配合的活塞定 位銷,經過預緊的碟簧設置于卸荷機構活塞與卸荷滾動軸承之間。
上述大型磨齒機砂輪架回轉裝置的回轉控制方法,包括以下步驟:
1)利用所述夾緊機構將砂輪架沿預定角度位置定位并夾緊在回轉座上;
2)當需要重新轉動砂輪架時,所述夾緊機構停止夾緊砂輪架,然后在回轉座的前端面釋放壓縮空氣,同時,所述卸荷機構向外頂推砂輪架,然后驅動轉筒帶動砂輪架轉動,當砂輪架轉動至新的預定角度位置后,使卸荷機構停止頂推砂輪架,同時,停止在回轉座的前端面釋放壓縮空氣,然后按照步驟1)對砂輪架進行定位并夾緊。
本發明的有益效果體現在:
本發明中的砂輪架直接由主軸支撐,可以提高砂輪架支撐剛性,提升回轉速度及回轉精度,本發明中主軸和回轉座剛性連接,砂輪架負載可以剛性傳遞到回轉座后端,靠近回轉座支持部位,實現力的剛性傳遞,避免了回轉座的扭曲變形,本發明中主軸固定,轉筒轉動,在有限的空間內可以實現最大的驅動力臂,本發明中卸荷機構將砂輪架后端面導軌底部微微頂出,使砂輪架后端導軌面壓力分布均勻,同時結合壓縮空氣氣動卸荷,使砂輪架回轉平穩、流暢,因而,本發明可以滿足大型磨齒機砂輪架高剛性支撐,平穩靈活運動,以及精確定位的要求。
進一步的,本發明中圓光柵安裝在主軸前端,位于砂輪架導軌面,阿貝誤差小,可以獲得更高的控制精度。
進一步的,本發明中,回轉座端面導軌分割成若干份,所述夾緊機構布置在分割后的回轉座的前端面對應區域內,在夾緊時夾緊拉桿與環狀T型槽四周結合面可以獲得更高的接觸強度,提高了夾緊效果,避免了采用整體導軌面夾緊時,夾緊力不均及零件加工誤差造成的回轉精度丟失問題。
進一步的,本發明中夾緊拉桿端部采用圓弧狀T型結構,拉緊狀態時,接觸面積比普通T型結構大一倍,可提高夾緊力。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖;
圖2為本發明所述夾緊機構與卸荷機構分布示意圖;
圖3為本發明所述卸荷機構的結構示意圖;
圖4為本發明所述夾緊機構的結構示意圖;
圖5為本發明所述夾緊拉桿的圓弧狀T型結構的結構示意圖;
圖6為本發明所述回轉座的結構示意圖;
圖7為本發明所述砂輪架的結構示意圖;
圖中:轉筒1、回轉座2、主軸3、雙導程消隙蝸輪副4、圓光柵5、砂輪架6、夾緊拉桿7、夾緊機構8、卸荷機構9、活塞定位銷10、體殼11、卸荷機構活塞12、頂桿13、碟簧14、卸荷滾動軸承15、碟簧16、夾緊機構活塞17、夾緊油缸18、環狀T型槽19、溝槽20、卸荷機構伸縮孔21、夾緊機構伸縮孔22、雙列圓柱滾子軸承23、圓錐滾子軸承24、圓弧狀T型結構25。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作詳細說明。
參見圖1~圖7,本發明所述大型磨齒機砂輪架回轉裝置包括轉筒1、回轉座2、主軸3、砂輪架6、圓光柵5、雙導程消隙蝸輪副4、用于定位砂輪架回轉角度的若干個夾緊機構8以及用于在砂輪架回轉中由回轉座的前端面下部向外頂推砂輪架的若干個卸荷機構9,所述主軸3固定在回轉座2上,所述圓光柵5設置在主軸3前端,砂輪架旋轉位置由圓光柵控制,圓光柵5靠近砂輪架6,減小了阿貝誤差,真實可靠的反饋砂輪架實際位置,提高了控制精度。主軸3上設置有圓錐滾子軸承24以及雙列圓柱滾子軸承23,圓錐滾子軸承24設置在主軸3的后端,雙列圓柱滾子軸承23設置在圓錐滾子軸承24與所述圓光柵5之間,轉筒1通過雙列圓柱滾子軸承23與圓錐滾子軸承24組成的軸承組支撐在主軸3上。砂輪架6的后端面與轉筒1相連,回轉座2的前端面與砂輪架6的后端面相對,構成滑動導軌副。伺服電機通過雙導程消隙蝸輪副驅動轉筒,實現砂輪架回轉。所述伺服電機為抱閘電機,可在砂輪架回轉到目標位置后鎖住蝸桿,進一步提高剛度;根據受力分析,所述雙導程消隙蝸輪副的蝸桿安裝在遠離砂輪架重心一側,使負載扭矩施加在蝸桿上的力為軸向壓力,提高穩定性。
所述回轉座2為雙層筋板圓筒狀結構,回轉座2的前端面沿徑向方向開設有溝槽20,溝槽20將回轉座的前端面均勻分割為多份,分割份數與所述夾緊機構數量相等,即所述夾緊機構8布置在分割后的回轉座的前端面對應區域內,所述溝槽20中設置有壓縮空氣釋放管路。所述夾緊機構8為液壓夾緊、碟簧放松,包括設置于回轉座2的前端內的夾緊油缸18、設置于夾緊油缸內的相互配合的 夾緊機構活塞17和碟簧16,以及與夾緊機構活塞相連的夾緊拉桿7,砂輪架6的后端面上開設有環狀T型槽19,所述夾緊拉桿7前端為圓弧狀T型結構25,夾緊拉桿7由回轉座6的前端面伸出,夾緊拉桿7的前端插入所述環狀T型槽19中并與環狀T型槽形成間隙配合,砂輪架可通過夾緊機構鎖緊在回轉座上。所述卸荷機構9包括設置在回轉座前端內底部的體殼11、設置在體殼內的卸荷機構活塞12,以及與卸荷機構活塞相連的頂桿13,頂桿13的前端設置有可以與砂輪架6的后端面相對滾動的卸荷滾動軸承15,卸荷滾動軸承15由回轉座2的前端面伸出或收回,體殼11內的前端設置有活塞限位臺階,體殼11內的后端設置有與頂桿后端配合的活塞定位銷10,經過預緊的碟簧14設置于卸荷機構活塞12與卸荷滾動軸承15之間。
上述大型磨齒機砂輪架回轉裝置的回轉控制方法,包括以下步驟:
1)利用所述夾緊機構8將砂輪架6沿預定角度位置定位并夾緊在回轉座2上;
2)當需要重新轉動砂輪架6時,所述夾緊機構8停止夾緊砂輪架6,然后在回轉座2的前端面釋放壓縮空氣,同時,所述卸荷機構9向外頂推砂輪架6,然后驅動轉筒1帶動砂輪架6轉動,當砂輪架6轉動至新的預定角度位置后,使卸荷機構9停止頂推砂輪架6,同時,停止在回轉座2的前端面釋放壓縮空氣,然后按照步驟1)對砂輪架6進行定位并夾緊。
具體而言,砂輪架6需要轉動時,所述夾緊機構8的夾緊油缸18中油壓卸去,夾緊拉桿7隨夾緊機構活塞17運動而向外伸出,使夾緊拉桿7前端放松,卸荷機構9中卸荷機構活塞12在油壓作用下運動并帶動頂桿13頂出,克服由于砂輪架重心靠前,在砂輪架回轉導軌面下半部形成的壓力,使砂輪架回轉導軌面壓力分布均勻,壓縮空氣從溝槽20中噴出,在砂輪架回轉導軌面與回轉座導軌面(即回轉座前端面)之間形成氣墊,準備工作完成后,伺服電機驅動雙導程消隙蝸輪副4帶動砂輪架6平穩回轉,頂桿13端部的卸荷滾動軸承15貼著砂輪架后端導軌面滾動,在砂輪架回轉過程中保證整個砂輪架回轉導軌面壓力分布均勻,砂輪架6轉動到達目標位置后,壓縮空氣卸去,卸荷機構9壓力油卸去,夾緊機構8內通入壓力油,夾緊拉桿7動作,將砂輪架6鎖緊在回轉座2上,頂桿13收回。
實施例
如圖1所示,一種大型磨齒機用砂輪架回轉裝置,包括轉筒1、回轉座2、主軸3、雙導程消隙蝸輪副4、圓光柵5、砂輪架6、夾緊機構8以及卸荷機構9。主軸3與回轉座2用螺栓緊固相連(剛性連接)。轉筒1通過雙列圓柱滾子軸承23和圓錐滾子軸承24支撐在主軸3上,砂輪架6與轉筒1直接相連,轉筒1通過雙導程消隙蝸輪副4驅動,實現砂輪架回轉,旋轉位置由圓光柵5控制,并可通過夾緊機構8牢靠鎖緊在回轉座2上。砂輪架6直接用主軸3支撐,剛性高;主軸固定,軸承外圈轉動,在有限的空間內可以實現最大的驅動力臂;圓光柵安裝在主軸前端,靠近砂輪架導軌面,阿貝誤差小,可以獲得更高的控制精度。
如圖1所示,主軸3和回轉座2通過螺釘剛性連接。這樣砂輪架6負載可以剛性傳遞到回轉座后端,靠近回轉座支持部位,實現力的剛性傳遞,避免了回轉座的扭曲變形。
砂輪架需要轉動時,夾緊機構8中油壓卸去,夾緊拉桿7放松,卸荷機構9中頂桿13頂出,砂輪架回轉導軌面壓力分布均勻,壓縮空氣從回轉座2導軌面的溝槽中噴出,在回轉導軌面之間形成氣墊,準備工作完成后,伺服電機驅動雙導程消隙蝸輪副4帶動砂輪架平穩回轉,到達目標位置后,壓縮空氣卸去,卸荷機構9壓力油卸去,夾緊機構8通入壓力油,夾緊拉桿7動作,將砂輪架鎖緊在回轉座2上。
如圖2、圖3所示,在回轉座2前端底部對稱安裝有砂輪架回轉負載卸荷機構9,卸荷機構9包括活塞定位銷10、體殼11、卸荷機構活塞12、頂桿13、碟簧14以及卸荷滾動軸承15。夾緊機構8放松后,體殼11中通入壓力油,卸荷機構活塞12運動到達體殼內部的限位臺階,此時碟簧14壓縮,頂桿13頂出,頂桿13端部的卸荷滾動軸承15貼著砂輪架后端導軌面滾動,將砂輪架下端貼合導軌面與回轉座導軌面脫開,使整個砂輪架回轉導軌面壓力分布均勻,保證砂輪架回轉平穩流暢。
砂輪架整體成懸伸狀態,導致回轉座與砂輪架之間導軌貼合面下半部負載大,如果夾緊拉桿松開后砂輪架就開始回轉,由于導軌面之間壓力大,分布不均,容易產生抖動,會導致回轉導軌面咬合、拉毛。增加卸荷機構后,當夾緊拉桿放松后,卸荷機構將砂輪架微微頂出,使整個回轉導軌面壓力分布均勻,再通入壓 縮空氣,砂輪架便可靈活運轉。
如圖4所示,夾緊機構8為液壓夾緊,碟簧放松。夾緊時,夾緊油缸18中通入液壓油,夾緊機構活塞17帶動夾緊拉桿7向后運動實現夾緊,同時壓縮碟簧16,為放松運動儲備能量。采用液壓夾緊,夾緊力恒定無波動,力度可調,克服了碟簧夾緊力在磨削激振下的彈性變形。
如圖5所示,夾緊拉桿7端部為圓弧狀T型結構,比普通矩形T型槽結構的拉桿夾緊面積增大一倍,夾緊更可靠。
如圖6所示,所述回轉座2為雙層筋板圓筒狀結構,其端面沿徑向方向開有溝槽,將導軌面均勻分割為多份,分割數量與夾緊機構8數量相等,并且溝槽中有壓縮空氣管路。
雙層筋板圓筒狀結構抗扭轉剛度高,在大負載磨削情況下,可以有效支撐砂輪架,提高系統剛性;端面分割成多份,使夾緊時拉桿四周結合面可以獲得更高的接觸強度,提高了夾緊效果,避免了整體加緊時,夾緊力不均及零件加工誤差造成的回轉精度丟失問題。溝槽中加工壓縮空氣管路,砂輪架回轉時通入壓縮空氣,形成氣墊,保證砂輪架平穩回轉無爬行,提高了回轉靈敏度,并且可以防止異物進入導軌面。
如圖7所示,砂輪架6后端面開有環狀T型槽,夾緊拉桿7端部的圓弧狀T型結構插入環狀T型槽中形成間隙配合。
夾緊機構8在回轉座上為圓形分布。

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