大型高精度齒輪復合磨削中心的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于數控機床技術領域，具體涉及一種大型、高精度數控齒輪復合磨削機床。
【背景技術】
[0002]對于目前正在大力發展的海洋資源開發裝備、大型艦艇、高速機車、風電、核電、航空航天等新興產業，大型、高精度硬齒面齒輪是這些重型機械傳動行業中關鍵的動力傳動元件。大型、高精度硬齒面齒輪加工工藝路線多為通過滾齒、銑齒、插齒等方法加工出輪齒后，進行熱處理，提高硬度后進行齒面、內孔、端面、內齒磨削加工，最后在大型齒輪量儀上進行精度檢測。這些工序需要多臺大型機床及大型齒輪量儀共同完成，工序間輔助時間長，設備投資高，利用率低。加工成本高，生產效率低，精度難保證。大型齒輪重量大，多達數十噸，吊運、裝夾、校正、檢測困難；大型齒輪多為齒圈結構，多次拆裝吊運，易發生扭曲變形，造成精度喪失。另外，傳統加工方法依靠預留在齒輪外圈上的校正帶校正齒輪安裝位置，由于工件自重大，難以精確校正，而齒輪最終多以內孔及端面作為安裝基準。大型齒輪由于工藝基準與設計基準不統一造成的誤差不可忽視。現有的齒輪磨削機床只能對中等規格齒輪進行單一的齒面磨削，加工精度低，無法滿足海洋資源開發裝備、大型艦艇、高速機車、風電、核電、航空航天重型機械傳動行業發展需求。大型齒輪模數大，磨削余量大，磨削熱量大，傳統加工方法單純采用澆注冷卻液的方法帶走磨削熱，吸收了磨削熱的冷卻液四處噴淋，造成磨削工藝系統熱變形，使磨削精度難以提高。采用復合加工，是大型精密齒輪加工的發展趨勢。不僅可以提高設備利用率，縮短輔助時間，降低加工成本。還可以提高齒輪加工精度，實現大型齒輪高精度加工。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種大型高精度齒輪復合磨削中心，以解決目前大規格精密齒輪需要在多臺大型機床上進行加工，工序間輔助時間長，設備利用率低，作業面積大，工件吊運、裝夾、校正、檢測困難，加工成本高，生產效率低，精度難保證的問題。
[0004]為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案:
[0005]一種大型高精度齒輪復合磨削中心，該復合磨削中心包括回轉工作臺、外齒磨削功能模塊和內齒、內孔及端面磨削功能模塊，所述外齒磨削功能模塊布置在回轉工作臺的一側，內齒、內孔及端面磨削功能模塊布置在回轉工作臺的另一側，外齒磨削功能模塊包括第一床身、第一立柱、砂輪修整裝置、外齒磨削裝置以及在機測量裝置；內齒、內孔及端面磨削功能模塊包括第二床身、第二立柱、內齒磨削裝置以及內孔及端面磨削裝置；所述第一床身以及第二床身分別設置在回轉工作臺兩側，所述第一立柱以及第二立柱對應設置于第一床身以及第二床身上，第一立柱以及第二立柱與回轉工作臺的距離可調；所述第一立柱上設置有可回轉且沿第一立柱可升降的砂輪架，砂輪修整裝置、外齒磨削裝置以及在機測量裝置設置在砂輪架上，所述第二立柱上設置有可升降的支架，內齒磨削裝置或內孔及端面磨削裝置與設置在支架上的精密端齒盤副相連。
[0006]所述回轉工作臺包括圓臺面、液冷式無槽力矩電機以及底座，圓臺面通過設置在底座上的流體靜壓軸承支撐，圓臺面的下端面與所述力矩電機的轉子相連，所述力矩電機的定子固定在底座的上端面，圓臺面中心的內孔內設置有圓光柵尺。
[0007]所述外齒磨削裝置包括第一伺服電機、主軸1、體殼以及設置在體殼內的內裝式主軸電機，主軸I通過設置在體殼內的滾動軸承支撐，主軸I與所述內裝式主軸電機的轉子相連，砂輪I與主軸I的一端相連，主軸I內部設置有動平衡裝置及AE裝置，所述體殼通過設置在砂輪架上的精密滾動導軌支撐，第一伺服電機設置于砂輪架上，第一伺服電機通過設置在砂輪架上的精密滾珠絲桿副帶動體殼沿砂輪I的軸向往復運動。
[0008]所述主軸電機采用獨立水冷系統，所述滾動軸承采用油氣潤滑。
[0009]所述砂輪修整裝置包括修整器1、修整器I1、設置在砂輪架上的修整底座以及設置在修整底座上的第二伺服電機，修整器I和修整器II通過Μ/v直線滾針導軌支撐在修整底座上，第二伺服電機通過設置在修整底座上的精密滾珠絲桿副帶動修整器I和修整器II沿砂輪I的徑向往復移動。
[0010]所述內齒磨削裝置包括磨削臂、力矩電機、主軸I1、砂輪II以及修整器III，砂輪II
由電主軸直接驅動，電主軸固定在托盤上，力矩電機定子固定在磨削臂底部座孔中，力矩電機轉子與主軸II連接，主軸II通過精密轉臺軸承支撐在磨削臂中，主軸II前端與托盤相連，主軸II后端安裝圓光柵，磨削臂上設置有第三伺服電機以及精密滾珠絲桿副，第三伺服電機通過該精密滾珠絲桿副帶動修整器III沿砂輪II的徑向往復移動，磨削臂通過精密端齒盤副與支架相連。
[0011]所述復合磨削中心還包括轉筒、回轉座、主軸II1、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，所述回轉座設置在第一立柱上，主軸III固定在回轉座上，轉筒通過軸承支撐在主軸III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。
[0012]所述第一床身以及第二床身采用剛性框架式結構，第一以及第二床身熱關鍵點處預埋溫度傳感器并安裝冷卻系統，所述復合磨削中心外罩有全封閉式防護罩殼。
[0013]所述第一以及第二立柱采用設置在對應床身上的流體靜壓導軌支撐，對應床身上設置有直線光柵尺以及用于驅動對應立柱移動的剛性精密復合絲桿軸承和預壓滾珠絲桿，預壓滾珠絲桿支撐在剛性精密復合絲桿軸承上。
[0014]所述復合磨削中心還包括靜電吸霧系統、磨削油冷卻過濾系統以及機床安全系統。
[0015]本發明所取得的有益技術效果是:
[0016]本發明實現了大型齒輪一次裝夾，完成內齒輪、外齒輪齒面、內孔和端面的磨削及精度檢測，解決了了大型齒輪吊運、裝夾、校正、檢測困難，以及加工成本高，生產效率低，精度難保證的問題，大大縮減了工序間的輔助時間，減少機床和夾具數量，縮短加工周期，節約作業面積，顯著提高經濟效益，完全改變了用多臺大型機床和齒輪量儀生產大型齒輪的傳統加工方式。
[0017]本發明通過在機測量裝置可對待磨齒輪廓形進行數據采集，獲取齒輪磨削余量分布情況，優化磨削工藝，減少空磨時間，提高大型齒輪加工效率。齒輪磨削完成后，直接在機床上進行精度檢測，避免反復拆裝，節省輔助時間。
[0018]本發明實現大型齒輪加工時設計基準、安裝基準、加工基準的統一，不用借助預留的校正帶校正齒輪，直接用磨削的內孔作為基準磨削齒面，顯著提高大型齒輪的加工精度，磨削精度達到DIN3級。
[0019]本發明進一步取得的有益技術效果為:
[0020]本發明通過熱結構主動設計，在床身熱關鍵點處預埋溫度傳感器，實時采集床身熱關鍵點溫度變化情況，根據溫度變化自動調控床身冷卻沖洗油溫，保證床身溫度梯度分布均勻。解決了大型齒輪加工過程中磨削熱量大，長時間磨削，精度難保證的問題。
[0021]本發明中磨削主軸采用大功率內裝式電主軸直驅，實現大規格齒輪恒功率磨削；主軸支撐軸承采用油氣潤滑，有效控制主軸溫升，主軸電機采用獨立水冷系統，及時帶走電機熱量，實現恒溫磨削，保證高精度磨削；主軸采用中空結構，內置動平衡及聲發射裝置，可對磨削狀態實施監控，優化齒面磨削質量。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明結構示意圖；
[0023]圖2是本發明磨削外齒的軸側視圖；
[0024]圖3是本發明更換內齒磨削裝置磨削內齒的示意圖；
[0025]圖4是本發明對大型齒輪進行在機精度檢測的示意圖；
[0026]圖5是本發明俯視圖；
[0027]圖6是圖1中回轉工作臺的結構示意圖；
[0028]圖7是圖1中砂輪修整裝置的結構示意圖；
[0029]圖8是圖1中外齒磨削裝置的結構示意圖；
[0030]圖9a是砂輪架回轉裝置結構示意圖；
[0031]圖9b為本發明所述夾緊機構與卸荷機構分布示意圖；
[0032]圖9c為本發明所述卸荷機構的結構示意圖；
[0033]圖9d為本發明所述夾緊機構的結構示意圖；
[0034]圖9e為本發明所述夾緊拉桿的圓弧狀T型結構的結構示意圖；
[0035]圖9f為本發明所述回轉座的結構示意圖；
[0036]圖9g為本發明所述砂輪架的結構示意圖；
[0037]圖10是內齒磨削裝置的結構示意圖(b)和剖視圖(a)。
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