[发明专利]一种利用环状可拆分工具加工工件内表面的方法和装置

摘要

一种利用环状可拆分工具加工工件内表面的装置，该装置由机床立柱（1）、机床底座（0）组成机床床身，机床床身上连接有垂直进给运动单元（2），环状工具驱动动力头（3）,工件旋转运动单元（4）,工件水平进给运动单元（5）,动力头开合单元（6）和动力头摆动运动单元（7）；一种利用环状可拆分工具加工工件内表面的方法，该方法包括5个步骤。本发明利用环状结构的相互贯穿结构和复杂的相对数控运动可采用大直径砂轮加工小直径的封闭或半封闭的内曲面，这样可以大幅度提高砂轮磨削速度和延长砂轮工作寿命，不仅可显著提高加工效率，还可降低加工成本。

主权项

一种利用环状可拆分工具加工工件内表面的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤一：依据待加工的盘形工件内表面的形状，按照成形法或展成法设计环状工具或砂轮的工作面的母线形状；当采用成形法加工时，该形状与被加工内曲线一致，当采用展成法加工时，其母线是任意的和被加工表面构成共轭运动关系的曲线；步骤二：将环状工具设计成对开式结构、扇形结构，或C形开口结构之一；其中对开结构是将环状工具分成基本对称但在结合面处具有斜面或其它结构表面的两半部分，二者能分开和合并，容许工件与工具形成相互穿越的双环结构；其中的扇形结构是将工具分解成具有搭接部位可通过螺钉销钉连接成一个整体的方式；其中的C形结构是将工具开一个缺口，容许工件从缺口中进入的相互贯穿结构；前两种在轴承的约束下都具有完整的封闭构形，因此能采用单点驱动，第三种方式即C型方式中工具不完整，因此需要采用两点以上的驱动点来保证运动的连续性；步骤三：设计一种能实现环状工具和工件相互穿越的环状工具驱动动力头；环状工具上部（306）通过左、右轴承（319）、（320）支撑于由件（305）、（307）、（315）、（317）组成的动力头上部壳体中，环状工具下部（303）通过左、右轴承（319）、（320）的下部滚动体支撑于由件（301）、（302）、（325）、（326）组成的动力头下部壳体中,上下两部分壳体通过一对定位销（311）来确定其连接状态的相对位置关系，动力头上下部分各自壳体通过壳体连接螺钉（328）连接在一起，左、右导向板（324）、（327）通过滑板螺钉（323）连接于动力头开合单元（6）的工作台面上，用于控制动力头下部开合时能具有确定的运动位置和轨迹；环状工具主轴电机（314）通过齿形带传动系统（313）、（334）、（333）、（332）、（331）和齿轮传动系统（330）、（329）、（321）、（322）驱动环状工具的内齿轮使其做连续的速度可控的旋转运动；步骤四：设计一种驱动被加工内齿轮做位置和速度可控运动的工件旋转运动单元；其壳体底座（401）和壳体盖板（402）形成的密闭空间内安装有一对主动齿轮（406）和工件托盘齿轮（408），其中主动齿轮（406）安装于伺服电机（407）的端部，工件托盘齿轮（408）支撑于轴承（403）之上，工件托盘齿轮（408）的内部正好与被加工齿轮的外直径相同或与用于将工件齿轮安装在工件托盘齿轮（408）内的夹具的外径相同，被加工工件齿轮（404）用 工件压板组（405）固定在工件托盘齿轮（408）之上并确保该位置的稳定性；步骤五：设计一种具有4个自由度的内表面加工机床；该机床包含一个垂直进给运动单元（2）、环状工具驱动动力头（3）、工件旋转运动单元（4）、工件水平进给运动单元（5）、动力头开合单元（6）、动力头摆动运动单元（7）和一个用于支撑和连接以上各部分的机床底座（0）和机床立柱（1）；其中环状工具驱动动力头（3）用于驱动工具旋转，工件旋转运动单元（4）用于驱动工件按照给定运动规律做旋转运动或分度运动，动力头摆动运动单元（7）用于控制工具和工件之间的夹角，垂直进给运动单元（2）用于在加工直齿内表面时使工具一边旋转一边做沿工件轴线方向的进给运动，工件水平进给运动单元（5）用实现径向进给以控制内曲线的径向位置和形状；上述4个运动通过程序控制进行适当调整，因此该方法能用于加工直齿内齿轮、斜齿内齿轮、齿形修形加工和其它内曲线加工；其要点在于动力头开合单元（6）用于控制环状工具动力头（3）的上下两部分适时开合，即在安装和拆卸工件时蜗杆工具保持分开状态，在加工齿轮时环状工具保持闭合状态。