新型高效数控磨齿机权利要求

1.一种新型高效数控磨齿机，其特征在于：其包括机架、左右工作台、前后工作台、Z轴滑动机构、C轴工件夹持机构、X轴滑动机构、B轴旋转机构、V轴修整机构、U轴修整机构和磨头机构，所述左右工作台通过所述Z轴滑动机构横向设置在所述机架的前部位置，并受该Z轴滑动机构的驱动沿Z轴方向作往返滑动动作，所述C轴工件夹持机构设置在所述左右工作台上，所述前后工作台通过X轴滑动机构纵向设置在所述机架的尾部位置，并受该X轴滑动机构的驱动沿X轴方向相对所述C轴工件夹持机构作靠近或分离动作，所述磨头机构设置在前后工作台上，所述V轴修整机构通过B轴旋转机构竖直设置在所述前后工作台上，所述U轴修整机构对应所述磨头机构的上方位置横向设置在所述V轴修整机构上。

2.根据权利要求1所述的新型高效数控磨齿机，其特征在于，所述机架包括前床身和后床身，该后床身的一端垂直连接在所述前床身的一侧壁中间位置，该机架的整体截面外形轮廓呈T字形。

3.根据权利要求2所述的新型高效数控磨齿机，其特征在于，所述Z轴滑动机构包括Z轴伺服电机、Z轴导轨、Z轴丝杆及与该Z轴丝杆相适配的Z轴丝杆螺母座，所述Z轴导轨沿Z轴方向设置在所述前床身的端面，所述左右工作台活动设置在该Z轴导轨上，所述Z轴丝杆对应左右工作台的下方位置设置在所述前床身上，所述Z轴丝杆螺母座设置在所述左右工作台的底部，且与所述Z轴丝杆相适配，所述Z轴伺服电机设置在前床身的一侧壁，且与所述Z轴丝杆一端相连接。

4.根据权利要求3所述的新型高效数控磨齿机，其特征在于，所述C轴工件夹持机构包括调整座、C轴伺服电机、C轴主轴、头架、头架顶尖、尾架、尾架顶尖，所述调整座设置在所述左右工作台上，所述头架设置在所述调整座的一端，并在调整座底部设有能将该调整座定位固定在所述左右工作台上的锁定固定块，对应调整座的两侧位置于所述左右工作台上设有调整螺栓，所述头架顶尖设置在所述头架的内侧壁上，所述C轴伺服电机设置在所述头架的外侧壁上，并通过所述C轴主轴与所述头架顶尖相连接，所述调整座的中心位置设有一沿Z轴方向延伸的导架导轨，所述尾架顶尖通过所述尾架设置在所述调整座的另一端，并朝向所述头架顶尖，所述尾架的底部设有与所述导架导轨相对应的锁定位。

5.根据权利要求1所述的新型高效数控磨齿机，其特征在于，所述X轴滑动机构包括X轴伺服电机、X轴前后工作台、X轴导轨、X轴丝杆及与该X轴丝杆相适配的X轴丝杆螺母座，所述X轴导轨沿X轴方向设置在所述后床身的顶面，所述前后工作台活动设置在该X轴导轨上，所述X轴丝杆对应前后工作台的下方位置设置在所述后床身上，所述X轴丝杆螺母座设置在所述前后工作台的底部，且与所述X轴丝杆相适配，所述X轴伺服电机设置在后床身的一侧壁，且与所述X轴丝杆一端相连接，所述X轴前后工作台设置在所述前后工作台上。

6.根据权利要求5所述的新型高效数控磨齿机，其特征在于，所述磨头机构包括磨头和能驱动该磨头转动的磨头驱动电机，该磨头驱动电机设置在所述X轴前后工作台的前部位置，所述磨头设置在该磨头驱动电机的驱动轴上，且该磨头的轴线与所述头架顶尖的轴线在同一水平高度上。

7.根据权利要求6所述的新型高效数控磨齿机，其特征在于，所述B轴旋转机构包括B轴伺服电机和B轴旋转台面，该B轴旋转台面设置在所述X轴前后工作台靠近所述磨头一侧的侧壁上，所述B轴伺服电机设置在所述X轴前后工作台的另一侧壁上，并能驱动所述B轴旋转台面转动。

8.根据权利要求7所述的新型高效数控磨齿机，其特征在于，所述B轴伺服电机为带有刹车装置的高扭矩大惯量电机，所述磨头驱动电机为伺服主轴电机。

9.根据权利要求7所述的新型高效数控磨齿机，其特征在于，所述V轴修整机构包括V轴支架、V轴修整电机、V轴导轨、V轴滑块、V轴丝杆及与该V轴丝杆相适配的V轴丝杆螺母座，所述V轴支架的下端设置在所述B轴旋转台面的侧面上，所述V轴导轨沿V轴方向设置在V轴支架的一侧面，所述V轴滑块活动设置在该V轴导轨上，所述V轴丝杆对应V轴滑块的位置设置在所述V轴支架上，所述V轴丝杆螺母座设置在所述V轴滑块上，且与所述V轴丝杆相适配，所述V轴伺服电机设置在所述V轴支架的上端，且与所述V轴丝杆一端相连接。

10.根据权利要求9所述的新型高效数控磨齿机，其特征在于，所述U轴修整机构包括磨头修整架、左侧金刚笔、外圆修整金刚笔、右侧金刚笔、U轴修整电机、U轴导轨、U轴滑块、U轴丝杆及与该U轴丝杆相适配的U轴丝杆螺母座，所述U轴导轨沿U轴方向设置在所述V轴滑块上，所述U轴滑块活动设置在该U轴导轨上，所述U轴丝杆对应U轴滑块的位置设置在所述V轴滑块上，所述U轴丝杆螺母座设置在所述U轴滑块上，且与所述U轴丝杆相适配，所述U轴伺服电机设置在所述V轴滑块一侧，且与所述U轴丝杆一端相连接，所述磨头修整架的上端固定在所述U轴滑块上，下端形成一与所述磨头外形轮廓相适配的n形部，所述左侧金刚笔设置在该n形部的左自由端，且朝向所述磨头的左侧面，所述右侧金刚笔设置在该n形部的右自由端，且朝向所述磨头的右侧面，所述外圆修整金刚笔设置在该n形部的中间位置，且朝向所述磨头的外圆周面。

《新型高效数控磨齿机》涉及蜗杆磨齿技术领域，具体涉及一种新型高效数控磨齿机。

图1是《新型高效数控磨齿机》的立体结构示意图一。

图2是《新型高效数控磨齿机》的立体结构示意图二。

图3是《新型高效数控磨齿机》的立体结构示意图三。

新型高效数控磨齿机专利目的

《新型高效数控磨齿机》的目的在于，提供一种结构设计巧妙、合理，体积小，操作简单，效率高，加工精度高，适用范围广，并且具有磨头修整功能，有效保证产品质量的新型高效数控磨齿机。

新型高效数控磨齿机技术方案

《新型高效数控磨齿机》所提供的技术方案是：一种新型高效数控磨齿机，其包括机架、左右工作台、前后工作台、Z轴滑动机构、C轴工件夹持机构、X轴滑动机构、B轴旋转机构、V轴修整机构、U轴修整机构和磨头机构，所述左右工作台通过所述Z轴滑动机构横向设置在所述机架的前部位置，并受该Z轴滑动机构的驱动沿Z轴方向作往返滑动动作，所述C轴工件夹持机构设置在所述左右工作台上，所述前后工作台通过X轴滑动机构纵向设置在所述机架的尾部位置，并受该X轴滑动机构的驱动沿X轴方向相对所述C轴工件夹持机构作靠近或分离动作，所述磨头机构设置在前后工作台上，所述V轴修整机构通过B轴旋转机构竖直设置在所述前后工作台上，所述U轴修整机构对应所述磨头机构的上方位置横向设置在所述V轴修整机构上。

作为《新型高效数控磨齿机》的一种改进，所述机架包括前床身和后床身，该后床身的一端垂直连接在所述前床身的一侧壁中间位置，该机架的整体截面外形轮廓呈T字形。

作为《新型高效数控磨齿机》的一种改进，所述Z轴滑动机构包括Z轴伺服电机、Z轴导轨、Z轴丝杆及与该Z轴丝杆相适配的Z轴丝杆螺母座，所述Z轴导轨沿Z轴方向设置在所述前床身的端面，所述左右工作台活动设置在该Z轴导轨上，所述Z轴丝杆对应左右工作台的下方位置设置在所述前床身上，所述Z轴丝杆螺母座设置在所述左右工作台的底部，且与所述Z轴丝杆相适配，所述Z轴伺服电机设置在前床身的一侧壁，且与所述Z轴丝杆一端相连接。

作为《新型高效数控磨齿机》的一种改进，所述C轴工件夹持机构包括调整座、C轴伺服电机、C轴主轴、头架、头架顶尖、尾架、尾架顶尖，所述调整座设置在所述左右工作台上，所述头架设置在所述调整座的一端，并在调整座底部设有能将该调整座定位固定在所述左右工作台上的锁定固定块，对应调整座的两侧位置于所述左右工作台上设有调整螺栓，所述头架顶尖设置在所述头架的内侧壁上，所述C轴伺服电机设置在所述头架的外侧壁上，并通过所述C轴主轴与所述头架顶尖相连接，所述调整座的中心位置设有一沿Z轴方向延伸的导架导轨，所述尾架顶尖通过所述尾架设置在所述调整座的另一端，并朝向所述头架顶尖，所述尾架的底部设有与所述导架导轨相对应的锁定位。

作为《新型高效数控磨齿机》的一种改进，所述X轴滑动机构包括X轴伺服电机、X轴前后工作台、X轴导轨、X轴丝杆及与该X轴丝杆相适配的X轴丝杆螺母座，所述X轴导轨沿X轴方向设置在所述后床身的顶面，所述前后工作台活动设置在该X轴导轨上，所述X轴丝杆对应前后工作台的下方位置设置在所述后床身上，所述X轴丝杆螺母座设置在所述前后工作台的底部，且与所述X轴丝杆相适配，所述X轴伺服电机设置在后床身的一侧壁，且与所述X轴丝杆一端相连接，所述X轴前后工作台设置在所述前后工作台上。

作为《新型高效数控磨齿机》的一种改进，所述磨头机构包括磨头和能驱动该磨头转动的磨头驱动电机，该磨头驱动电机设置在所述X轴前后工作台的前部位置，所述磨头设置在该磨头驱动电机的驱动轴上，且该磨头的轴线与所述头架顶尖的轴线在同一水平高度上。

作为《新型高效数控磨齿机》的一种改进，所述B轴旋转机构包括B轴伺服电机和B轴旋转台面，该B轴旋转台面设置在所述X轴前后工作台靠近所述磨头一侧的侧壁上，所述B轴伺服电机设置在所述X轴前后工作台的另一侧壁上，并能驱动所述B轴旋转台面转动。

作为《新型高效数控磨齿机》的一种改进，所述B轴伺服电机为带有刹车装置的高扭矩大惯量电机，所述磨头驱动电机为伺服主轴电机。

作为《新型高效数控磨齿机》的一种改进，所述V轴修整机构包括V轴支架、V轴修整电机、V轴导轨、V轴滑块、V轴丝杆及与该V轴丝杆相适配的V轴丝杆螺母座，所述V轴支架的下端设置在所述B轴旋转台面的侧面上，所述V轴导轨沿V轴方向设置在V轴支架的一侧面，所述V轴滑块活动设置在该V轴导轨上，所述V轴丝杆对应V轴滑块的位置设置在所述V轴支架上，所述V轴丝杆螺母座设置在所述V轴滑块上，且与所述V轴丝杆相适配，所述V轴伺服电机设置在所述V轴支架的上端，且与所述V轴丝杆一端相连接。

作为《新型高效数控磨齿机》的一种改进，所述U轴修整机构包括磨头修整架、左侧金刚笔、外圆修整金刚笔、右侧金刚笔、U轴修整电机、U轴导轨、U轴滑块、U轴丝杆及与该U轴丝杆相适配的U轴丝杆螺母座，所述U轴导轨沿U轴方向设置在所述V轴滑块上，所述U轴滑块活动设置在该U轴导轨上，所述U轴丝杆对应U轴滑块的位置设置在所述V轴滑块上，所述U轴丝杆螺母座设置在所述U轴滑块上，且与所述U轴丝杆相适配，所述U轴伺服电机设置在所述V轴滑块一侧，且与所述U轴丝杆一端相连接，所述磨头修整架的上端固定在所述U轴滑块上，下端形成一与所述磨头外形轮廓相适配的n形部，该n形部类似n形结构，所述左侧金刚笔设置在该n形部的左自由端，且朝向所述磨头的左侧面，所述右侧金刚笔设置在该n形部的右自由端，且朝向所述磨头的右侧面，所述外圆修整金刚笔设置在该n形部的中间位置，且朝向所述磨头的外圆周面。

新型高效数控磨齿机改善效果

《新型高效数控磨齿机》的有益效果为：该发明设计巧妙、合理，体积小，操作简易，通过C轴工件夹持机构、B轴旋转机构、Z轴滑动机构、X轴滑动机构和磨头机构的相互配合工作，能快速实现二次包络环面蜗杆、锥面包络环面蜗杆和普通圆柱蜗杆等多种蜗杆的磨削，由于左右工作台可以作类似外圆磨床的调整，还可以对直齿轮、斜齿轮及螺杆进行磨削加工，实现一机多用，有效解决了一般蜗杆磨床只能磨削一种蜗杆的缺陷，功能多，适用范围广。另外具有磨头修整功能，可以实现高效对任意轮廓的磨头进行修整，大大提升了磨头的刚性，有效提高加工精度，而且整体结构简洁，易于制造生产，利于广泛推广应用。

《新型高效数控磨齿机》磨头机构中的磨头与所述C轴工件夹持机构中的头架顶尖结构设计巧妙，工作高度均在同一水平高度上，不论磨头工作角度如何调整，磨头工作面始终与磨头倾斜角调整轴重合，取消了磨头高度调整机构，减少了调整环节，使得磨头刚性更好，精度更高。

《新型高效数控磨齿机》的U轴修整机构与V轴修整机构联动相互垂直设置，而且U轴修整机构、V轴修整机构与磨头机构在机械设计上是相对独立，均安装在同一前后工作台上，坐标系相对独立，修整时磨头时，只需旋转，无须沿轴向或径向移动，仅通过修整U、V轴修整机构联动，就可实现磨头任意截面的精确修整，解决了多种蜗杆需不同截面磨头磨削的问题。克服了其它方案仅有一个修整轴，另一轴通过磨头移动来实现，这样在修整时，磨头轴既要转动又要移动，容易引起共振，同时，在磨削加工时，磨头轴的刚性不够，容易引起磨头轴向串动或抖动，影响加工精度。

《新型高效数控磨齿机》采用四轴联动原理，克服了一般环面蜗杆磨床磨削小中心距工件需要大直径前后工作台的缺陷，使得机床体积更小，工件装夹更合理，机床精度更高。由于U轴修整机构与V轴修整机构采用“分离式”设计，在磨削完成更换工件的间隔，也可以执行磨头修整动作；同时，磨头修整后，其磨头磨削轨迹控制更有利于数控系统补偿，因为，修整机构的设计更有利于控制模型的建立和控制方案的实施，在实际使用中已得到充分验证。

《新型高效数控磨齿机》磨头驱动电机的选型及安装位置设计巧妙、独特，既解决了普通环面蜗杆磨床由于电机和皮带的位置与磨头角度调整的干涉难题，又解决了锥包蜗杆磨削时电机与工件的干涉难题。实现了磨头工作角度方便、任意调整，提高了机床工作效率。磨头驱动电机优选为伺服主轴电机，用其来驱动磨头，可实现恒线速度磨削，解决了磨头磨损直径变小后由于线速度减小磨削质量降低的问题。也可根据磨头直径或型式选择不同速度磨削，显著提高磨削效率。

《新型高效数控磨齿机》磨头工作角度调整轴可以采用伺服轴数字控制，大大提高了蜗杆磨削时磨头工作角度的调整精度，取消了机床手动调整环节，实现机床自动调整、自动加工，有效提高了机床的自动化水平和加工精度、效率。

《新型高效数控磨齿机》可以配合六轴四联动全数字控制系统来使用，使得机床可实现全封闭防护设计，机床工作时防护门关闭，实现机床全过程自动加工，不需操作者手动操作机床，机床更安全、环保，保护了操作者的身体健康，保护了环境，降低了机床对操作者的水平要求，能为用户创造更高的效益，具有显著经价值。

蜗杆传动是机械装备中常用的传动类型，具有传动比范围宽（通常一级传动比可达5～100）、结构紧凑、体积小、运动平稳、噪声低等特点。具有高的承载能力，传动效率高，寿命长，平均分度误差小等特点，因此得到比较广泛的应用。

蜗杆传动按结构特点和加工原理分为普通圆柱蜗杆传动和环面蜗杆传动两大类。其中普通圆柱蜗杆传动包括阿基米德圆柱蜗杆（ZA型）、渐开线圆柱蜗杆（ZI型）、法向直廓蜗杆（ZN）型、锥面包络圆柱蜗杆（ZK型）和圆弧圆柱蜗杆（ZC型）五小类。环面蜗杆传动包括直廓环面蜗杆（TSL型）、平面二次包络环面蜗杆（TOP 型）和锥面包络环面蜗杆等三小类。上述八类蜗杆除直廓环面蜗杆（TSL型）不能磨削外，其余均可以通过磨削提高传动精度和齿面光洁度，进而提高传动效率。

2013年之前的一些蜗杆磨床虽然能大致满足普通的磨齿要求，但设计都不算巧妙，传动结构简单，加工过程比较慢，加工精度不高，加工范围单一，并且电耗大，加工成本高；尤其是，配置了数控系统的磨齿机，如果没有自动修齿装置，其磨削加工效率将大打折扣，传统的蜗杆磨床已不能适应和满足当前市场的需求。

因此，需要研发一种体积小，操作简单，效率高，加工精度高，适用范围广，并且具有磨头修整功能，进一步提升加工精度，保证产品质量的新型高效数控磨齿机为当世之所需。

参见图1、图2和图3，该实施例提供的一种新型高效数控磨齿机，其包括机架1、左右工作台2、前后工作台10、Z轴滑动机构3、C轴工件夹持机构4、X轴滑动机构5、B轴旋转机构6、V轴修整机构7、U轴修整机构8和磨头机构9，所述左右工作台2通过所述Z轴滑动机构3横向设置在所述机架1的前部位置，并受该Z轴滑动机构3的驱动沿Z轴方向作往返滑动动作，所述C轴工件夹持机构4设置在所述左右工作台2上，所述前后工作台10通过X轴滑动机构5纵向设置在所述机架1的尾部位置，并受该X轴滑动机构5的驱动沿X轴方向相对所述C轴工件夹持机构4作靠近或分离动作，所述磨头机构9设置在前后工作台10上，所述V轴修整机构7通过B轴旋转机构6竖直设置在所述前后工作台10上，所述U轴修整机构8对应所述磨头机构9的上方位置横向设置在所述V轴修整机构7上。该发明的U轴修整机构8与V轴修整机构7联动相互垂直设置，而且U轴修整机构8、V轴修整机构7与磨头机构9在机械设计上是相对独立，均安装在同一前后工作台10上，坐标系相对独立，修整时磨头时，只需旋转，无须沿轴向或径向移动，仅通过修整U、V轴修整机构7联动，就可实现磨头任意截面的精确修整，解决了多种蜗杆需不同截面磨头磨削的问题。

所述机架1包括前床身11和后床身12，该后床身12的一端垂直连接在所述前床身11的一侧壁中间位置，该机架1的整体截面外形轮廓呈T字形。结构更为紧凑、合理，有效缩小体积。

所述Z轴滑动机构3包括Z轴伺服电机31、Z轴导轨32、Z轴丝杆33及与该Z轴丝杆33相适配的Z轴丝杆螺母座，所述Z轴导轨32沿Z轴方向设置在所述前床身11的端面，所述左右工作台2活动设置在该Z轴导轨32上，所述Z轴丝杆33对应左右工作台2的下方位置设置在所述前床身11上，所述Z轴丝杆螺母座设置在所述左右工作台2的底部，且与所述Z轴丝杆33相适配，所述Z轴伺服电机31设置在前床身11的一侧壁，且与所述Z轴丝杆33一端相连接。

所述C轴工件夹持机构4包括调整座41、C轴伺服电机42、C轴主轴43、头架44、头架顶尖45、尾架46、尾架顶尖47，所述调整座41设置在所述左右工作台2上，所述头架44设置在所述调整座41的一端，并在调整座41底部设有能将该调整座41定位固定在所述左右工作台2上的锁定固定块48，对应调整座41的两侧位置于所述左右工作台2上设有调整螺栓49，所述头架顶尖45设置在所述头架44的内侧壁上，所述C轴伺服电机42设置在所述头架44的外侧壁上，并通过所述C轴主轴43与所述头架顶尖45相连接，所述调整座41的中心位置设有一沿Z轴方向延伸的导架导轨50，所述尾架顶尖47通过所述尾架46设置在所述调整座41的另一端，并朝向所述头架顶尖45，所述尾架46的底部设有与所述导架导轨50相对应的锁定位。通过调整螺栓49对调整座41进行调整，以保证工件与磨头轴线严格平行，极大地消除了工件粗加工时不同心问题。调整完毕，锁定所述锁定固定块48，使调整座41牢牢地固定在所述左右工作台2上。

所述X轴滑动机构5包括X轴伺服电机51、X轴前后工作台52、X轴导轨53、X轴丝杆及与该X轴丝杆相适配的X轴丝杆螺母座，所述X轴导轨53沿X轴方向设置在所述后床身12的顶面，所述前后工作台10活动设置在该X轴导轨53上，所述X轴丝杆对应前后工作台10的下方位置设置在所述后床身12上，所述X轴丝杆螺母座设置在所述前后工作台10的底部，且与所述X轴丝杆相适配，所述X轴伺服电机51设置在后床身12的一侧壁，且与所述X轴丝杆一端相连接，所述X轴前后工作台52设置在所述前后工作台10上。

所述磨头机构9包括磨头91和能驱动该磨头91转动的磨头驱动电机92，该磨头驱动电机92设置在所述X轴前后工作台52的前部位置，所述磨头91设置在该磨头驱动电机92的驱动轴上，且该磨头91的轴线与所述头架顶尖45的轴线在同一水平高度上。工作高度均在同一水平高度上，不论磨头91工作角度如何调整，磨头91工作面始终与磨头倾斜角调整轴重合，取消了磨头高度调整机构，减少了调整环节，使得磨头91刚性更好，精度更高。

所述B轴旋转机构6包括B轴伺服电机61和B轴旋转台面62，该B轴旋转台面62设置在所述X轴前后工作台52靠近所述磨头91一侧的侧壁上，所述B轴伺服电机61设置在所述X轴前后工作台52的另一侧壁上，并能驱动所述B轴旋转台面62转动。所述B轴伺服电机61与B轴旋转台面62之间优选设有一高精度轴径向轴承，以充分保证支持双向的径向负载和轴向负载以及倾斜位移。

所述B轴伺服电机61为带有刹车装置的高扭矩大惯量电机。在调整好磨头91所要的角度后，启动刹车装置，严格保证磨头91的高刚性。

所述磨头驱动电机92为伺服主轴电机。磨头驱动电机92优选为伺服主轴电机，用其来驱动磨头91，可实现恒线速度磨削，解决了磨头91磨损直径变小后由于线速度减小磨削质量降低的问题。也可根据磨头直径或型式选择不同速度磨削，显著提高磨削效率。该发明磨头驱动电机92的选型及安装位置设计巧妙、独特，既解决了普通环面蜗杆磨床由于电机和皮带的位置与磨头角度调整的干涉难题，又解决了锥包蜗杆磨削时电机与工件的干涉难题。实现了磨头91工作角度方便、任意调整，提高了机床工作效率。该发明磨头工作角度调整轴可以采用数字伺服控制，大大提高了蜗杆磨削时磨头91工作角度的调整精度，取消了机床手动调整环节，实现机床自动调整、自动加工，有效提高了机床的自动化水平和加工精度、效率。

所述V轴修整机构7包括V轴支架71、V轴修整电机72、V轴导轨73、V轴滑块74、V轴丝杆及与该V轴丝杆相适配的V轴丝杆螺母座，所述V轴支架71的下端设置在所述B轴旋转台面62的侧面上，所述V轴导轨73沿V轴方向设置在V轴支架71的一侧面，所述V轴滑块74活动设置在该V轴导轨73上，所述V轴丝杆对应V轴滑块74的位置设置在所述V轴支架71上，所述V轴丝杆螺母座设置在所述V轴滑块74上，且与所述V轴丝杆相适配，所述V轴伺服电机设置在所述V轴支架71的上端，且与所述V轴丝杆一端相连接。

所述U轴修整机构8包括磨头修整架81、左侧金刚笔82、外圆修整金刚笔83、右侧金刚笔84、U轴修整电机85、U轴导轨86、U轴滑块87、U轴丝杆及与该U轴丝杆相适配的U轴丝杆螺母座，所述U轴导轨86沿U轴方向设置在所述V轴滑块74上，所述U轴滑块87活动设置在该U轴导轨86上，所述U轴丝杆对应U轴滑块87的位置设置在所述V轴滑块74上，所述U轴丝杆螺母座设置在所述U轴滑块87上，且与所述U轴丝杆相适配，所述U轴伺服电机设置在所述V轴滑块74一侧，且与所述U轴丝杆一端相连接，所述磨头修整架81的上端固定在所述U轴滑块87上，下端形成一与所述磨头91外形轮廓相适配的n形部，该n形部类似n形结构，所述左侧金刚笔82设置在该n形部的左自由端，且朝向所述磨头91的左侧面，所述右侧金刚笔84设置在该n形部的右自由端，且朝向所述磨头91的右侧面，所述外圆修整金刚笔83设置在该n形部的中间位置，且朝向所述磨头91的外圆周面。

工作原理：工作时，工件顶在头架顶尖45和尾架顶尖47之间，C轴伺服电机427通过C轴主轴43带动工件上的工件夹头与工件一起旋转，实现C轴旋转运动。

Z轴伺服电机31通过Z轴丝杆33与Z轴丝杆螺母座相配合带动前后工作台移动，实现工件相对磨头91在Z轴方向上的直线运动。X轴伺服电机51通过X轴丝杆与X轴丝杆螺母座相配合从而带动前后工作台10以及前后工作台10上面的B轴旋转机构6、V轴修整机构7、U轴修整机构8和磨头机构9一起前后直线移动，实现磨头91的在X轴方向上的直线运动。B轴伺服电机61带动B轴旋转台面62以及B轴旋转台面62上的磨头91和V轴修整机构7、U轴修整机构8旋转，实现磨头91的B轴旋转运动。通过Z、X、C、B四轴联动可实现磨削蜗杆、直齿轮、斜齿轮、螺杆等所需要的运动轨迹；U、V轴两轴联动，可实现磨头左侧面修整左侧金刚笔82、磨头右侧面修整右侧金刚笔84及砂轮外圆面修整外圆金刚笔，实现高效对任意轮廓的磨头进行修整。

Z轴相对于X轴的轴向运动及B轴与C轴的旋转运动可实现普通圆柱蜗杆的磨削；Z轴相对于X轴的曲线（任意半径圆弧）运动及B轴与C轴的旋转运动可实现环面蜗杆的磨削。磨头91直接安装在磨头驱动电机92的驱动轴上，不需要任何传动机构，直接带动磨头91旋转，实现磨头91无偏心的旋转运动（主轴径向跳动小于1μm，轴向跳动小于2μm），完成磨头91的高精度磨削运动。同时，此结构的紧凑型设计，大大减小了B轴旋转机构6的体积，提升了旋转的角度范围，保证了B轴旋转机构6的高刚性。

V轴修整电机72通过V轴丝杆与V轴螺母座相配合从而驱动V轴滑块74沿磨头91径向上下移动，实现V轴修整机构7的修整，磨头修整架81通过U轴滑块87设置在U轴导轨86上，并位于磨头91的上方，磨头修整架81通过U轴修整电机85的驱动，沿U轴导轨86方向作直线移动；

U轴修整机构8安装在V轴滑块74上，通过U、V轴两轴联动，实现带动左侧金刚笔82、外圆修整金刚笔83和右侧金刚笔84，以高效对磨头91的轮廓进行修整。

通过调整B轴旋转机构6，以对磨头91作相应的工作角度调整，实现普通圆柱蜗杆导程角或环面蜗杆母平面倾斜角的调整。所述B轴旋转机构6可以在正负90度范围内进行调整，此设计的好处还在于可以对直齿轮和斜齿轮进行磨削加工。在磨削完成更换工件的间隔，也可以执行磨头修整动作；同时，磨头91修整后，其磨头磨削轨迹控制更有利于数控系统补偿，因为，修整机构的设计更有利于控制模型的建立和控制方案的实施，在实际使用中已得到充分验证。

2020年7月14日，《新型高效数控磨齿机》获得第二十一届中国专利奖优秀奖。

成形法磨齿精度主要由两方面决定: 砂轮轮廓的修整精度和工件周向分齿精度。因此，成形法磨齿的关键在于砂轮轮廓修整及工件任意齿数的精密分度。

1、数控砂轮修整器

成形砂轮磨齿机快速发展，离不开数控砂轮修整技术的发展与运用； 数控砂轮修整器的运用使砂轮齿廓修整精度大为提高，使成形磨齿法精密磨齿得以实现，进而促进了成形磨齿机的发展。数控砂轮修整器一般采用金刚笔或者金刚石滚轮作为修整工具。采用金刚笔修整时需要不断调整金刚笔的倾角使其适应修整表面的法矢，运动控制复杂，修整效率低； 另外，金刚笔的点接触修整使笔尖金刚石易磨损，且磨损量不规则、补偿困难，对砂轮的修整精度影响较大。因金刚笔修整成形砂轮存在诸多弊端，现代数控砂轮修整器大多采用金刚石滚轮作为修整工具。金刚石滚轮在进行非线性复杂型面修整时，不仅能修整出精度很高的砂轮型面，而且工作效率高、寿命长、操作便利。

近年来我国在成形砂轮数控修整器研究方面取得了如下一些代表性成果。一是发明了新型成形砂轮修整器。如: 重庆机床有限公司发明的磨齿机砂轮修整装置，实现了对砂轮的压力角精确、连续修整。南京山能精密机床有限公司发明了“一种数控成形磨齿机三轴法向砂轮修整装置”； 修整装置可实现砂轮在线高效修整，可实现任意形状、任意规格齿形的精确修整、结构紧凑、工作可靠性高。南京工大数控科技有限公司发明了“坐标成形砂轮修整器”； 修整器利用圆弧截面金刚滚轮法矢自适应性，通过简单的极坐标运动控制形式即可满足砂轮各种复杂截面型线的修整。二是砂轮修整误差分析方面取得一些成果。如南京工业大学黄筱调等提出了“数控成形磨齿金刚滚轮非线性磨损补偿系统及方法”，该技术的实现是通过测量磨削的齿轮齿廓误差，反求对应的金刚滚轮磨损信息，然后在砂轮修整阶段实现磨损补偿。运用该技术能有效延长金刚滚轮的使用寿命，降低加工成本，而且该技术容易与数控成形磨齿机的操作系统集成，自动化程度高。南京工业大学张四弟等分析了数控插补修整砂轮中金刚石工具自身形状误差对砂轮修整精度的影响，并提出了相应的解决措施，设计出修整装置。张虎等建立了数控砂轮修整器的实际运动坐标系，并以此构建了砂轮修整误差与齿廓偏差之间的数学模型，运用模型研究了各个砂轮修整误差对齿廓偏差的影响。

2、周向精密分齿

齿轮的齿距偏差主要来源于机床主轴的回转误差、磨齿过程中工艺方法的误差及分度系统的误差，其中分度系统误差影响最大。欲提高成形砂轮磨齿机的磨齿精度，就必须使磨齿机实现周向精密分度。随着高精度、硬齿面、消隙蜗轮蜗杆副技术的逐渐成熟，数控技术在磨齿机回转运动中应用普遍化，力矩伺服电机的实用化以及高精度旋转编码器技术与回转运动检测反馈控制技术的提高，磨齿机周向精密分齿技术有了更广的提升空间。

目前周向分齿已能实现± 2″的控制精度，满足了高精度磨齿对分齿精度的要求。近年来国内在成形磨齿机周向精密分齿技术方面取得了如下成果。一是大连理工大学将多齿分度盘技术运用到磨齿机分度系统中，取得了良好的试验效果，实现周向分齿精度±1″～±3″可满足高精度齿轮成形磨齿机需求。该技术已申请发明专利“磨齿机用高精度端齿自动分度装置”。二是陈立新发明了“磨齿机自动消隙驱动分度工作台”。该发明的创新点在于采用了双蜗杆蜗轮分度，实现了从动蜗杆与蜗轮的接触间隙始终为零，有效的提高了分齿精度。三是为减小成形磨齿中分度误差，江苏大学与河南科技大学提出了齿轮成形磨削分度误差补偿技术。该技术指出，在不改变机床结构和制造精度的条件下，通过位置检测装置，实时地检测加工过程中的空间位置误差，将该误差量反馈到机床的控制系统中，通过对理想数控指令进行修改，从而提高机床加工定位精度，实现误差的有效补偿。

数控成形砂轮磨齿机，是一种适用于高精度齿轮批量磨削加工的精密数控机床。

其加工原理为成形法磨削，即将砂轮轴截面截形修整为与齿轮齿槽相对应的截面，进行成形磨削加工。

齿轮的成形磨削与传统磨削方式相比较，具有：磨削效率高，齿形精度高、可磨削齿数不限（无根切现象）、机床操作简单、运行可靠等优点，特别适用于对齿形有修形要求、齿向有鼓形要求及齿根、齿顶过渡部分有特殊要求的高精度、硬齿面直齿及螺旋齿圆柱齿轮的磨削加工。2100433B

磨削最大齿轮直径（mm） φ650 磨削齿轮最大模数（mm） 35 磨削最大齿宽（mm） 630 工作台上磨削范围（mm） 350～1000 加工齿轮精度 AGMA 14－13级 (相当于DIN 3962标准3－4级)。