大型高精度齿轮复合磨削中心 |
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| 申请号 | CN201510243754.4 | 申请日 | 2015-05-13 | 公开(公告)号 | CN104889863A | 公开(公告)日 | 2015-09-09 |
| 申请人 | 秦川机床工具集团股份公司; | 发明人 | 郭召; 樊利军; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种大型高 精度 齿轮 复合磨削中心， 外齿 磨削功能模 块 布置在回转 工作台 右侧，包括床身、立柱、 砂轮 架、砂轮修整装置、外齿磨削装置、在机测量装置；内齿、内孔及端面磨削功能模块布置在回转工作台左侧，包括床身、立柱、内孔及端面磨削装置、内齿磨削装置。本发明实现大型齿轮一次装夹，完成 齿面 、内孔和端面的磨削及精度检测，解决了大型齿轮吊运、装夹、校正、检测困难，以及加工成本高，生产效率低，精度难保证的问题，大大缩减了工序间的辅助时间，减少机床和夹具数量，缩短加工周期，节约作业面积，显著提高经济效益，完全改变了用多台大型机床和齿轮量仪生产大型齿轮的传统加工方式。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种大型高精度齿轮复合磨削中心，其特征在于：该复合磨削中心包括回转工作台(1)、外齿磨削功能模块和内齿、内孔及端面磨削功能模块，所述外齿磨削功能模块布置在回转工作台(1)的一侧，内齿、内孔及端面磨削功能模块布置在回转工作台(1)的另一侧，外齿磨削功能模块包括第一床身、第一立柱、砂轮修整装置(5)、外齿磨削装置(6)以及在机测量装置(7)；内齿、内孔及端面磨削功能模块包括第二床身、第二立柱、内齿磨削装置(11)以及内孔及端面磨削装置(8)；所述第一床身以及第二床身分别设置在回转工作台(1)两侧，所述第一立柱以及第二立柱对应设置于第一床身以及第二床身上，第一立柱以及第二立柱与回转工作台的距离可调；所述第一立柱上设置有可回转且沿第一立柱可升降的砂轮架(4)，砂轮修整装置(5)、外齿磨削装置(6)以及在机测量装置(7)设置在砂轮架(4)上，所述第二立柱上设置有可升降的支架(9)，内齿磨削装置(11)或内孔及端面磨削装置(8)与设置在支架(9)上的精密端齿盘副相连。 |
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| 说明书全文 | 大型高精度齿轮复合磨削中心技术领域[0001] 本发明属于数控机床技术领域，具体涉及一种大型、高精度数控齿轮复合磨削机床。 背景技术[0002] 对于目前正在大力发展的海洋资源开发装备、大型舰艇、高速机车、风电、核电、航空航天等新兴产业，大型、高精度硬齿面齿轮是这些重型机械传动行业中关键的动力传动元件。大型、高精度硬齿面齿轮加工工艺路线多为通过滚齿、铣齿、插齿等方法加工出轮齿后，进行热处理，提高硬度后进行齿面、内孔、端面、内齿磨削加工，最后在大型齿轮量仪上进行精度检测。这些工序需要多台大型机床及大型齿轮量仪共同完成，工序间辅助时间长，设备投资高，利用率低。加工成本高，生产效率低，精度难保证。大型齿轮重量大，多达数十吨，吊运、装夹、校正、检测困难；大型齿轮多为齿圈结构，多次拆装吊运，易发生扭曲变形，造成精度丧失。另外，传统加工方法依靠预留在齿轮外圈上的校正带校正齿轮安装位置，由于工件自重大，难以精确校正，而齿轮最终多以内孔及端面作为安装基准。大型齿轮由于工艺基准与设计基准不统一造成的误差不可忽视。现有的齿轮磨削机床只能对中等规格齿轮进行单一的齿面磨削，加工精度低，无法满足海洋资源开发装备、大型舰艇、高速机车、风电、核电、航空航天重型机械传动行业发展需求。大型齿轮模数大，磨削余量大，磨削热量大，传统加工方法单纯采用浇注冷却液的方法带走磨削热，吸收了磨削热的冷却液四处喷淋，造成磨削工艺系统热变形，使磨削精度难以提高。采用复合加工，是大型精密齿轮加工的发展趋势。不仅可以提高设备利用率，缩短辅助时间，降低加工成本。还可以提高齿轮加工精度，实现大型齿轮高精度加工。 发明内容[0003] 本发明的目的是提供一种大型高精度齿轮复合磨削中心，以解决目前大规格精密齿轮需要在多台大型机床上进行加工，工序间辅助时间长，设备利用率低，作业面积大，工件吊运、装夹、校正、检测困难，加工成本高，生产效率低，精度难保证的问题。 [0004] 为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案： [0005] 一种大型高精度齿轮复合磨削中心，该复合磨削中心包括回转工作台、外齿磨削功能模块和内齿、内孔及端面磨削功能模块，所述外齿磨削功能模块布置在回转工作台的一侧，内齿、内孔及端面磨削功能模块布置在回转工作台的另一侧，外齿磨削功能模块包括第一床身、第一立柱、砂轮修整装置、外齿磨削装置以及在机测量装置；内齿、内孔及端面磨削功能模块包括第二床身、第二立柱、内齿磨削装置以及内孔及端面磨削装置；所述第一床身以及第二床身分别设置在回转工作台两侧，所述第一立柱以及第二立柱对应设置于第一床身以及第二床身上，第一立柱以及第二立柱与回转工作台的距离可调；所述第一立柱上设置有可回转且沿第一立柱可升降的砂轮架，砂轮修整装置、外齿磨削装置以及在机测量装置设置在砂轮架上，所述第二立柱上设置有可升降的支架，内齿磨削装置或内孔及端面磨削装置与设置在支架上的精密端齿盘副相连。 [0006] 所述回转工作台包括圆台面、液冷式无槽力矩电机以及底座，圆台面通过设置在底座上的流体静压轴承支撑，圆台面的下端面与所述力矩电机的转子相连，所述力矩电机的定子固定在底座的上端面，圆台面中心的内孔内设置有圆光栅尺。 [0007] 所述外齿磨削装置包括第一伺服电机、主轴Ⅰ、体壳以及设置在体壳内的内装式主轴电机，主轴Ⅰ通过设置在体壳内的滚动轴承支撑，主轴Ⅰ与所述内装式主轴电机的转子相连，砂轮Ⅰ与主轴Ⅰ的一端相连，主轴Ⅰ内部设置有动平衡装置及AE装置，所述体壳通过设置在砂轮架上的精密滚动导轨支撑，第一伺服电机设置于砂轮架上，第一伺服电机通过设置在砂轮架上的精密滚珠丝杆副带动体壳沿砂轮Ⅰ的轴向往复运动。 [0008] 所述主轴电机采用独立水冷系统，所述滚动轴承采用油气润滑。 [0009] 所述砂轮修整装置包括修整器Ⅰ、修整器Ⅱ、设置在砂轮架上的修整底座以及设置在修整底座上的第二伺服电机，修整器Ⅰ和修整器Ⅱ通过M/V直线滚针导轨支撑在修整底座上，第二伺服电机通过设置在修整底座上的精密滚珠丝杆副带动修整器Ⅰ和修整器Ⅱ沿砂轮Ⅰ的径向往复移动。 [0010] 所述内齿磨削装置包括磨削臂、力矩电机、主轴Ⅱ、砂轮Ⅱ以及修整器Ⅲ，砂轮Ⅱ由电主轴直接驱动，电主轴固定在托盘上，力矩电机定子固定在磨削臂底部座孔中，力矩电机转子与主轴Ⅱ连接，主轴Ⅱ通过精密转台轴承支撑在磨削臂中，主轴Ⅱ前端与托盘相连，主轴Ⅱ后端安装圆光栅，磨削臂上设置有第三伺服电机以及精密滚珠丝杆副，第三伺服电机通过该精密滚珠丝杆副带动修整器Ⅲ沿砂轮Ⅱ的径向往复移动，磨削臂通过精密端齿盘副与支架相连。 [0011] 所述复合磨削中心还包括转筒、回转座、主轴Ⅲ、用于定位砂轮架回转角度的若干个夹紧机构以及用于在砂轮架回转中由回转座的前端面下部向外顶推砂轮架的若干个卸荷机构，所述回转座设置在第一立柱上，主轴Ⅲ固定在回转座上，转筒通过轴承支撑在主轴Ⅲ上，砂轮架的后端面与转筒相连，回转座的前端面与砂轮架的后端面相对并构成滑动导轨副。 [0013] 所述第一以及第二立柱采用设置在对应床身上的流体静压导轨支撑，对应床身上设置有直线光栅尺以及用于驱动对应立柱移动的刚性精密复合丝杆轴承和预压滚珠丝杆，预压滚珠丝杆支撑在刚性精密复合丝杆轴承上。 [0014] 所述复合磨削中心还包括静电吸雾系统、磨削油冷却过滤系统以及机床安全系统。 [0015] 本发明所取得的有益技术效果是： [0016] 本发明实现了大型齿轮一次装夹，完成内齿轮、外齿轮齿面、内孔和端面的磨削及精度检测，解决了了大型齿轮吊运、装夹、校正、检测困难，以及加工成本高，生产效率低，精度难保证的问题，大大缩减了工序间的辅助时间，减少机床和夹具数量，缩短加工周期，节约作业面积，显著提高经济效益，完全改变了用多台大型机床和齿轮量仪生产大型齿轮的传统加工方式。 [0017] 本发明通过在机测量装置可对待磨齿轮廓形进行数据采集，获取齿轮磨削余量分布情况，优化磨削工艺，减少空磨时间，提高大型齿轮加工效率。齿轮磨削完成后，直接在机床上进行精度检测，避免反复拆装，节省辅助时间。 [0018] 本发明实现大型齿轮加工时设计基准、安装基准、加工基准的统一，不用借助预留的校正带校正齿轮，直接用磨削的内孔作为基准磨削齿面，显著提高大型齿轮的加工精度，磨削精度达到DIN3级。 [0019] 本发明进一步取得的有益技术效果为： [0020] 本发明通过热结构主动设计，在床身热关键点处预埋温度传感器，实时采集床身热关键点温度变化情况，根据温度变化自动调控床身冷却冲洗油温，保证床身温度梯度分布均匀。解决了大型齿轮加工过程中磨削热量大，长时间磨削，精度难保证的问题。 [0021] 本发明中磨削主轴采用大功率内装式电主轴直驱，实现大规格齿轮恒功率磨削；主轴支撑轴承采用油气润滑，有效控制主轴温升，主轴电机采用独立水冷系统，及时带走电机热量，实现恒温磨削，保证高精度磨削；主轴采用中空结构，内置动平衡及声发射装置，可对磨削状态实施监控，优化齿面磨削质量。 附图说明 [0022] 图1是本发明结构示意图； [0023] 图2是本发明磨削外齿的轴侧视图； [0024] 图3是本发明更换内齿磨削装置磨削内齿的示意图； [0025] 图4是本发明对大型齿轮进行在机精度检测的示意图； [0026] 图5是本发明俯视图； [0027] 图6是图1中回转工作台的结构示意图； [0028] 图7是图1中砂轮修整装置的结构示意图； [0029] 图8是图1中外齿磨削装置的结构示意图； [0030] 图9a是砂轮架回转装置结构示意图； [0031] 图9b为本发明所述夹紧机构与卸荷机构分布示意图； [0032] 图9c为本发明所述卸荷机构的结构示意图； [0033] 图9d为本发明所述夹紧机构的结构示意图； [0034] 图9e为本发明所述夹紧拉杆的圆弧状T型结构的结构示意图； [0035] 图9f为本发明所述回转座的结构示意图； [0036] 图9g为本发明所述砂轮架的结构示意图； [0037] 图10是内齿磨削装置的结构示意图(b)和剖视图(a)。 [0038] 图中：回转工作台1、床身2、立柱3、砂轮架4、转筒4-1、回转座4-2、主轴Ⅲ4-3、双导程消隙蜗轮副4-4、圆光栅4-5、夹紧拉杆4-7、夹紧机构4-8、卸荷机构4-9、活塞定位销4-10、体壳4-11、卸荷机构活塞4-12、顶杆4-13、碟簧4-14、卸荷滚动轴承4-15、碟簧4-16、夹紧机构活塞4-17、夹紧油缸4-18、环状T型槽4-19、沟槽4-20、卸荷机构伸缩孔4-21、夹紧机构伸缩孔4-22、双列圆柱滚子轴承4-23、圆锥滚子轴承4-24、圆弧状T型结构4-25、砂轮修整装置5、外齿磨削装置6、在机测量装置7、内孔及端面磨削装置8、支架9、罩壳10、内齿磨削装置11、流体静压导轨12、预压滚珠丝杆13、直线光栅尺14、静电吸雾系统15、磨削油冷却过滤系统16、机床安全系统17、圆台面18、液冷式无槽力矩电机转子19、液冷式无槽力矩电机定子20、底座21、流体静压轴承22、圆光栅尺23、砂轮Ⅰ24、修整器Ⅰ25、修整器Ⅱ26、第二伺服电机27、修整底座28、第一伺服电机29、内装式主轴电机的定子30、体壳 31、内装式主轴电机的转子32、主轴Ⅰ33、砂轮组件34、AE装置35、磨削臂36、第三伺服电机37、修整器Ⅲ38、砂轮Ⅱ39、电主轴40、托盘41、精密转台轴承42、主轴Ⅱ43、力矩电机转子44、力矩电机定子45、圆光栅46。 具体实施方式[0039] 下面结合附图和实施例对本发明做详细的说明。 [0040] 参见图1～图8，本发明所述大型高精度齿轮复合磨削中心，包括回转工作台1、外齿磨削功能模块和内齿、内孔及端面磨削功能模块，所述外齿磨削功能模块布置在回转工作台1的一侧，内齿、内孔及端面磨削功能模块布置在回转工作台1的另一侧，外齿磨削功能模块包括第一床身、第一立柱、砂轮修整装置5、外齿磨削装置6以及在机测量装置7；内齿、内孔及端面磨削功能模块包括第二床身、第二立柱、内齿磨削装置11以及内孔及端面磨削装置8；所述第一床身以及第二床身分别设置在回转工作台1两侧，所述第一立柱以及第二立柱对应设置于第一床身以及第二床身上，第一立柱以及第二立柱与回转工作台的距离可调；所述第一立柱上设置有可回转且沿第一立柱可升降的砂轮架4，砂轮修整装置5、外齿磨削装置6以及在机测量装置7设置在砂轮架4上，所述第二立柱上设置有可升降的支架9，内齿磨削装置11以及内孔及端面磨削装置8通过设置在支架9上的精密端齿盘副与支架相连，使内齿磨削装置和内孔以及端面磨削装置可以进行快速更换，满足不同的加工需求。 [0041] 所述回转工作台包括圆台面18、液冷式无槽力矩电机以及底座21，圆台面18通过设置在底座上的流体静压轴承22支撑，圆台面18的下端面与所述力矩电机的转子相连，所述力矩电机的定子固定在底座21的上端面，圆台面18中心的内孔内设置有圆光栅尺23。 [0042] 所述外齿磨削装置6包括第一伺服电机29、主轴Ⅰ33、体壳31以及设置在体壳内的内装式主轴电机，主轴Ⅰ33通过设置在体壳内的滚动轴承支撑，主轴Ⅰ33与所述内装式主轴电机的转子32相连，砂轮Ⅰ24与主轴Ⅰ33的一端相连，主轴Ⅰ内部设置有动平衡装置及AE(声发射)装置35，所述体壳31通过设置在砂轮架4上的精密滚动导轨支撑，第一伺服电机设置在砂轮架上，第一伺服电机通过设置在砂轮架上的精密滚珠丝杆副带动体壳31沿砂轮Ⅰ的轴向往复运动。所述主轴电机采用独立水冷系统，所述滚动轴承采用油气润滑。 [0043] 所述砂轮修整装置5包括修整器Ⅰ25、修整器Ⅱ26、设置在砂轮架4上的修整底座28以及设置在修整底座28上的第二伺服电机27，修整器Ⅰ25和修整器Ⅱ26通过M/V直线滚针导轨支撑在修整底座28上，第二伺服电机通过设置在修整底座上的精密滚珠丝杆副带动修整器Ⅰ25和修整器Ⅱ26沿砂轮Ⅰ24的径向往复移动。 [0044] 所述第一床身以及第二床身采用高刚性框架式结构，第一以及第二床身热关键点处预埋温度传感器并安装冷却系统，所述复合磨削中心外罩有全封闭式防护罩壳10。 [0045] 所述第一以及第二立柱采用设置在对应床身上的流体静压导轨12支撑，对应床身上设置有高分辨率直线光栅尺14以及用于驱动对应立柱移动的高刚性精密复合丝杆轴承和预压滚珠丝杆13，预压滚珠丝杆支撑在高刚性精密复合丝杆轴承上。 [0046] 所述复合磨削中心还包括静电吸雾系统15、磨削油冷却过滤系统16以及机床安全系统17。 [0047] 参见图9a～图9g，砂轮架回转装置包括转筒4-1、回转座4-2、主轴Ⅲ4-3、砂轮架4、圆光栅4-5、双导程消隙蜗轮副4-4、用于定位砂轮架回转角度的若干个夹紧机构4-8以及用于在砂轮架回转中由回转座的前端面下部向外顶推砂轮架的若干个卸荷机构4-9，所述主轴Ⅲ4-3固定在回转座4-2上，所述圆光栅4-5设置在主轴Ⅲ4-3前端，砂轮架旋转位置由圆光栅4-5控制，圆光栅4-5靠近砂轮架4，减小了阿贝误差，真实可靠的反馈砂轮架实际位置，提高了控制精度。主轴Ⅲ4-3上设置有圆锥滚子轴承4-24以及双列圆柱滚子轴承4-23，圆锥滚子轴承4-24设置在主轴Ⅲ4-3的后端，双列圆柱滚子轴承4-23设置在圆锥滚子轴承4-24与所述圆光栅4-5之间，转筒4-1通过双列圆柱滚子轴承4-23与圆锥滚子轴承4-24组成的轴承组支撑在主轴Ⅲ4-3上。砂轮架4的后端面与转筒4-1相连，回转座 4-2的前端面与砂轮架4的后端面相对，构成滑动导轨副。砂轮架回转伺服电机通过双导程消隙蜗轮副驱动转筒，实现砂轮架回转。所述砂轮架回转伺服电机为抱闸电机，可在砂轮架回转到目标位置后锁住蜗杆，进一步提高刚度；根据受力分析，所述双导程消隙蜗轮副的蜗杆安装在远离砂轮架重心一侧，使负载扭矩施加在蜗杆上的力为轴向压力，提高稳定性。 [0048] 所述回转座4-2为双层筋板圆筒状结构，回转座4-2的前端面沿径向方向开设有沟槽4-20，沟槽4-20将回转座的前端面均匀分割为多份，分割份数与所述夹紧机构数量相等，即所述夹紧机构4-8布置在分割后的回转座的前端面对应区域内，所述沟槽4-20中设置有压缩空气释放管路。所述夹紧机构4-8为液压夹紧、碟簧放松，包括设置于回转座4-2的前端内的夹紧油缸4-18、设置于夹紧油缸内的相互配合的夹紧机构活塞4-17和碟簧4-16，以及与夹紧机构活塞相连的夹紧拉杆4-7，砂轮架4的后端面上开设有环状T型槽 4-19，所述夹紧拉杆4-7前端为圆弧状T型结构4-25，夹紧拉杆4-7由回转座4-2的前端面伸出，夹紧拉杆4-7的前端插入所述环状T型槽4-19中并与环状T型槽形成间隙配合，砂轮架可通过夹紧机构锁紧在回转座上。所述卸荷机构4-9包括设置在回转座前端内底部的体壳4-11、设置在该体壳4-11内的卸荷机构活塞4-12，以及与卸荷机构活塞相连的顶杆 4-13，顶杆4-13的前端设置有可以与砂轮架4的后端面相对滚动的卸荷滚动轴承4-15，卸荷滚动轴承4-15由回转座4-2的前端面伸出或收回，该体壳4-11内的前端设置有活塞限位台阶，该体壳4-11内的后端设置有与顶杆后端配合的活塞定位销4-10，经过预紧的碟簧 4-14设置于卸荷机构活塞4-12与卸荷滚动轴承4-15之间。 [0049] 砂轮架回转装置的回转控制方法为： [0050] 1)利用所述夹紧机构4-8将砂轮架4沿预定角度位置定位并夹紧在回转座4-2上； [0051] 2)当需要重新转动砂轮架4时，所述夹紧机构4-8停止夹紧砂轮架4，然后在回转座4-2的前端面释放压缩空气，同时，所述卸荷机构4-9向外顶推砂轮架4，然后驱动转筒4-1带动砂轮架4转动，当砂轮架4转动至新的预定角度位置后，使卸荷机构4-9停止顶推砂轮架4，同时，停止在回转座4-2的前端面释放压缩空气，然后按照步骤1)对砂轮架4进行定位并夹紧。 [0052] 具体而言，砂轮架4需要转动时，所述夹紧机构4-8的夹紧油缸4-18中油压卸去，夹紧拉杆4-7随夹紧机构活塞4-17运动而向外伸出，使夹紧拉杆4-7前端放松，卸荷机构4-9中卸荷机构活塞4-12在油压作用下运动并带动顶杆4-13顶出，克服由于砂轮架重心靠前，在砂轮架回转导轨面下半部形成的压力，使砂轮架回转导轨面压力分布均匀，压缩空气从沟槽4-20中喷出，在砂轮架回转导轨面与回转座导轨面(即回转座前端面)之间形成气垫，准备工作完成后，伺服电机驱动双导程消隙蜗轮副4-4带动砂轮架4平稳回转，顶杆 4-13端部的卸荷滚动轴承4-15贴着砂轮架后端导轨面滚动，在砂轮架回转过程中保证整个砂轮架回转导轨面压力分布均匀，砂轮架4转动到达目标位置后，压缩空气卸去，卸荷机构4-9压力油卸去，夹紧机构4-8内通入压力油，夹紧拉杆4-7动作，将砂轮架4锁紧在回转座4-2上，顶杆4-13收回。 [0053] 在回转座2前端底部对称安装有砂轮架回转负载卸荷机构4-9，卸荷机构4-9包括活塞定位销4-10、体壳4-11、卸荷机构活塞4-12、顶杆4-13、碟簧4-14以及卸荷滚动轴承4-15。夹紧机构4-8放松后，体壳4-11中通入压力油，卸荷机构活塞4-12运动到达体壳4-11内部的限位台阶，此时碟簧4-14压缩，顶杆4-13顶出，顶杆4-13端部的卸荷滚动轴承4-15贴着砂轮架后端导轨面滚动，将砂轮架下端贴合导轨面与回转座导轨面脱开，使整个砂轮架回转导轨面压力分布均匀，保证砂轮架回转平稳流畅。 [0054] 主轴Ⅲ4-3和回转座4-2通过螺钉刚性连接。这样砂轮架4负载可以刚性传递到回转座后端，靠近回转座支持部位，实现力的刚性传递，避免了回转座的扭曲变形。 [0055] 砂轮架整体成悬伸状态，导致回转座与砂轮架之间导轨贴合面下半部负载大，如果夹紧拉杆松开后砂轮架就开始回转，由于导轨面之间压力大，分布不均，容易产生抖动，会导致回转导轨面咬合、拉毛。增加卸荷机构后，当夹紧拉杆放松后，卸荷机构将砂轮架微微顶出，使整个回转导轨面压力分布均匀，再通入压缩空气，砂轮架便可灵活运转。 [0056] 夹紧机构4-8为液压夹紧，碟簧放松。夹紧时，夹紧油缸4-18中通入液压油，夹紧机构活塞4-17带动夹紧拉杆4-7向后运动实现夹紧，同时压缩碟簧4-16，为放松运动储备能量。采用液压夹紧，夹紧力恒定无波动，力度可调，克服了碟簧夹紧力在磨削激振下的弹性变形。 [0057] 夹紧拉杆4-7端部为圆弧状T型结构，比普通矩形T型槽结构的拉杆夹紧面积增大一倍，夹紧更可靠。 [0058] 所述回转座4-2为双层筋板圆筒状结构，其端面沿径向方向开有沟槽，将导轨面均匀分割为多份，分割数量与夹紧机构4-8数量相等，并且沟槽中有压缩空气管路。 [0059] 双层筋板圆筒状结构抗扭转刚度高，在大负载磨削情况下，可以有效支撑砂轮架，提高系统刚性；端面分割成多份，使夹紧时拉杆四周结合面可以获得更高的接触强度，提高了夹紧效果，避免了整体加紧时，夹紧力不均及零件加工误差造成的回转精度丢失问题。沟槽中加工压缩空气管路，砂轮架回转时通入压缩空气，形成气垫，保证砂轮架平稳回转无爬行，提高了回转灵敏度，并且可以防止异物进入导轨面。 [0060] 砂轮架4后端面开有环状T型槽，夹紧拉杆4-7端部的圆弧状T型结构插入环状T型槽中形成间隙配合。 [0061] 夹紧机构4-8在回转座上为圆形分布。 [0062] 参见图10a以及图10b，所述内齿磨削装置11包括磨削臂36、力矩电机、主轴Ⅱ43、砂轮Ⅱ39以及修整器Ⅲ38，砂轮Ⅱ39由电主轴40直接驱动，电主轴40固定在托盘41上，力矩电机定子45固定在磨削臂36底部座孔中，力矩电机转子44与主轴Ⅱ43连接，主轴Ⅱ43通过精密转台轴承42支撑在磨削臂36中，主轴Ⅱ43前端与托盘41相连，主轴Ⅱ43后端安装圆光栅46，磨削臂36上设置有第三伺服电机37以及精密滚珠丝杆副，第三伺服电机通过该精密滚珠丝杆副带动修整器Ⅲ38沿砂轮Ⅱ39的径向往复移动，磨削臂36通过精密端齿盘副与支架9相连。 [0063] 本发明的技术特点分析如下： [0064] 所述回转工作台圆台面运行在高刚性、高精度、耐磨损的流体静压轴承上，由液冷式无槽力矩电机直接驱动。解决了传统蜗轮副回转工作台中，大型精密蜗轮副加工困难，蜗轮副制造误差周期性复映在工件上的问题。既可以保证磨削齿面时精确的分度及插补要求，又可以满足内孔端面磨削时所需的较高转速，提高了加工效率。 [0065] 所述在机测量装置可对待磨齿轮廓形进行数据采集，获取齿轮磨削余量分布情况，优化磨削工艺，减少空磨时间，提高大型齿轮加工效率。齿轮磨削完成后，直接在机床上进行精度检测，避免反复拆装，节省辅助时间。 [0066] 外齿磨削功能模块中，立柱由三相交流伺服电动机带动一根高精度预压滚珠丝杆驱动，沿床身静压导轨运动，床身上安装高精度直线光栅尺提供精确的定位精度。这种结构实现了大型负载的微量进给，使大型重载齿轮精确修形磨削成为可能。 [0067] 砂轮修整装置的底座安装在砂轮架上，伺服电机通过小导程精密滚珠丝杆副带动修整器Ⅰ和修整器Ⅱ沿砂轮Ⅰ径向往复移动，修整器Ⅰ和修整器Ⅱ通过M/V直线滚针导轨支撑在修整底座上；伺服电机通过小导程精密滚珠丝杆副带动外齿磨削装置沿砂轮Ⅰ轴向往复运动，外齿磨削装置通过精密滚动导轨支撑在砂轮架上。采用双滚轮修整，一个滚轮修整成形砂轮一个侧面，修整效率高，修整深度不受限制，实现大型齿轮大模数，大齿深的磨削要求；采用小导程丝杆驱动，微量进给下可以获得非常高的精度，实现砂轮廓形精确修整，提高齿轮磨削精度。 [0068] 机床配置内孔端面磨削装置和内齿磨削装置，可通过精密端齿盘副与支架连接定位，实现快速更换，并能保证精度与刚性。 [0069] 回转工作台圆台面采用流体静压轴承支撑，承载大、刚性高、无磨损，还可起到吸振的作用，工作台由无槽力矩电机直接驱动，低速平稳，无力矩波动，响应快，转速范围宽，即可满足齿面磨削时低速大扭矩要求，又可满足内孔端面磨削时较高的转速要求。 [0070] 磨削主轴采用大功率内装式电主轴直驱，实现大规格齿轮恒功率磨削；主轴支撑轴承采用油气润滑，有效控制主轴温升，主轴电机采用独立水冷系统，及时带走电机热量，实现恒温磨削，保证高精度磨削；主轴采用中空结构，内置动平衡及声发射装置，可对磨削状态实施监控，优化齿面磨削质量。 [0071] 在机床热关键点预埋传感器，实时监测温升变化。通过室温同调，调控磨削油温度，实现等温磨削，保证加工质量。 [0072] 回转工作台、立柱等机床负载轴采用高刚性流体静压支撑结构，低速平稳，无爬行，负载轴可当测量轴使用，使大型齿轮在机精度检测成为可能。 [0073] 本发明采用大风量油雾回收系统，及时排出磨削过程中产生的油雾，循环利用，绿色环保。 [0074] 本发明配置机床安全系统，对潜在的火灾安全隐患自动检测。 [0075] 实施例 [0076] 如图1至图8所示，一种大型、高精度齿轮复合磨削中心，采用立式结构，对称式布局。回转工作台1安装在调整垫铁上，通过地脚螺栓与地基相连。外齿磨削功能模块布置在回转工作台右侧，包括床身2、立柱3、砂轮架4、砂轮修整装置5、外齿磨削装置6、在机测量装置7；内齿、内孔及端面磨削功能模块布置在回转工作台左侧，包括床身2、立柱3、内齿磨削装置11、内孔及端面磨削装置8。大型、高精度齿轮复合磨削中心还包括静电吸雾系统15、磨削油冷却过滤系统16、机床安全系统17。这种布局方式结构紧凑，工艺系统稳定性好。回转工作台与床身分离，精度调整方便，整体刚性高，保证了大型齿轮的稳定支撑。台面与床身之间的空隙，可以使冷却液迅速导出，提高了热稳定性。通过模块化设计，可以根据用户需求，进行个性化配置，适应不同用户作业面积。 [0077] 所述回转工作台1的圆台面18下端面与大型液冷式无槽力矩电机转子19相连，大型液冷式无槽力矩电机定子20固定在回转工作台的底座21上端面。圆台面18采用流体静压轴承22支撑。底座21采用两圈地脚螺栓与地基相连。回转工作台1内部安装有圆光栅尺23。圆台面18运行在高刚性、高精度、耐磨损的流体静压轴承22上，由液冷式无槽力矩电机直接驱动，传动链短，响应快；静压支撑，承载高，满足大吨位工件加工需求。解决了传统蜗轮副回转工作台大型精密蜗轮副加工困难，蜗轮副制造误差周期性复映在工件上的问题。既可以保证磨削齿面时精确的分度及插补要求，又可以满足内孔端面磨削时所需的较高转速，提高了加工效率。力矩电机为分体式无槽力矩电机，无力矩波动，分体式结构安装、调整方便，克服了传统大型力矩电机吸合力大，安装校正困难的问题，保证回转工作台回转精度。 [0078] 立柱3由三相交流伺服电动机带动一根高精度预压滚珠丝杆13驱动，沿床身流体静压导轨12运动，床身上安装高精度直线光栅尺14，提供精确的定位精度；砂轮修整装置5的修整底座28安装在砂轮架4上，伺服电机27通过小导程精密滚珠丝杆副带动修整器Ⅰ25和修整器Ⅱ26沿砂轮Ⅰ径向往复移动，修整器Ⅰ25和修整器Ⅱ26通过M/V直线滚针导轨支撑在修整底座28上；伺服电机通过精密滚珠丝杆副带动外齿磨削装置6沿砂轮Ⅰ轴向往复运动，外齿磨削装置通过精密滚动导轨支撑在砂轮架上，两根直线轴插补实现砂轮修整。两根修整伺服轴采用配组的小导程滚珠丝杆，相同的伺服驱动，保证了插补精度，提高了砂轮修整质量，为大型齿轮高精度磨削创造条件。 [0079] 所述床身2进行了高刚性设计，保证力的刚性传递，防止变形，床身表面呈斜坡状，并在高点处安装冷却冲洗装置，可以将加工过程中飞溅在床身表面的热冷却液迅速导出，及时清理磨削垃圾。在床身热关键点处预埋温度传感器，实时采集床身热关键点温度变化情况，根据温度变化自动调控床身冷却冲洗油温，保证床身温度梯度分布均匀。热特性主动设计，有力保证磨削工艺系统热稳定性，为大型工件长时间磨削质量稳定提供保障。 [0080] 所述外齿磨削装置6中的内装式主轴电机的定子30固定在体壳31上，内装式主轴电机的转子32与主轴Ⅰ33连接，主轴Ⅰ33通过一组精密滚动轴承支撑在体壳31上，砂轮组件34通过螺钉固连在主轴Ⅰ前端。主轴Ⅰ为中空结构，内部集成了内置动平衡及AE装置35。磨削主轴采用大功率内装式电主轴直驱，实现大规格齿轮恒功率磨削；主轴支撑轴承采用油气润滑，有效控制主轴温升，主轴电机采用独立水冷系统，及时带走电机热量，实现恒温磨削，保证高精度磨削；主轴采用中空结构，内置动平衡及声发射装置，可对磨削状态实施监控，优化齿面磨削质量。 [0081] 所述内孔及端面磨削装置8和内齿磨削装置11通过精密端齿盘副与支架9连接定位，可以实现快速更换，并能保证精度与刚性。 [0082] 机床外罩采用全封闭罩壳10，罩壳内部用防护挡板将加工区域与维护区域加以区分。罩壳侧面靠近磨削区域开有静电吸雾口，连接大风量静电吸雾系统15，及时排出机床内部的冷却油雾，循环利用，避免向车间排放，造成污染。罩壳内部加工区域和机床维护区域分离，避免油雾扩散。大风量的静电吸雾装置可以及时将雾化的冷却液抽出，吸收散布在油雾中的磨削热量，有效控制罩壳内部温升，保证磨削工艺系统热稳定性，为大型齿轮精密磨削提供保障。 [0083] 图1显示了复合磨削大型齿轮齿面及内孔端面的状态。图3显示了复合磨削大型齿轮内外齿面的状态。上述两种加工状态可通过精密端齿盘副实现快速切换。 |
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