CN102029549A - 用于对工件进行硬质面精加工的硬质面精加工机床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对工件进行硬质面精加工的硬质面精加工机床，其包括至少两个不同的设置在一刀具主轴上的硬质面精加工刀具，该刀具主轴在其轴线方向上可动地设置在一相对床身能平移运动的刀架上，该硬质面精加工机床还具有用于将冷却润滑剂导入至工件与硬质面精加工刀具之间的加工部位的冷却润滑剂输入装置。为能在使用所有可想到的刀具和方法组合时以优化的冷却润滑剂供给条件工作，本发明规定，冷却润滑剂输入装置包括至少一个具有至少一个用于冷却润滑剂的射束流出开口的第一冷却润滑剂喷嘴和至少一个具有至少一个用于冷却润滑剂的射束流出开口的第二冷却润滑剂喷嘴，第一和第二冷却润滑剂喷嘴在刀具主轴轴线方向上相对彼此能移动地设置。

Description

用于对工件进行硬质面精加工的硬质面精加工机床 

技术领域

本发明涉及一种用于对工件进行硬质面精加工的硬质面精加工机床(Hartfeinbearbeitungsmaschine)，其具有至少两个不同的、设置在一个刀具主轴上的硬质面精加工刀具，该刀具主轴在其轴线方向上能移动地设置在一个刀架上，该刀架相对于床身是能平移运动的，并且所述硬质面精加工机床还具有用于将冷却润滑剂导入至工件与硬质面精加工刀具之间的加工部位的冷却润滑剂输入装置。 

背景技术

这样的硬质面精加工机床在现有技术中早已公知，它例如在齿轮制造中用作磨齿机床。在这里，通常规定分配要磨去的加工余量，使得首先对齿轮进行粗加工，接着对齿轮进行精整加工。蜗杆砂轮可以用于粗加工，其中便采用连续的分度滚磨；精整加工可以利用成型磨削轮以成型磨削方法进行。 

为了能够无瑕疵地实施磨削过程和尤其是避免齿面的热过载，须保证可靠地供给磨削刀具与工件之间的接触部位，这通过设置冷却润滑剂输入装置实现。 

对于所述的两种方法，在可靠地避免工件热损伤方面对冷却剂输入存在明显不同的要求： 

在连续的分度滚磨时，由于切削速度与加工时间之间的相互关系通常以约60m/s或者更高的切削速度、即蜗杆砂轮的圆周速度进行加工。为了可靠地避免工件边缘区的热损伤，须力求使蜗杆砂轮的圆周速度与冷却剂射束的流出速度之差尽可能小，也就是说，来自冷却润滑剂喷嘴的冷却润滑剂的相对高的流出速度是必需的。该高的速度通过小的喷嘴流出横截面积和高的供给压力产生。在这些条件下产生相 对小的体积流量，但该体积流量不对磨削过程或制造的工件质量产生消极作用。 

而在成型磨削时，通常以在25至35m/s之间的较低的切削速度进行加工。该方法要求通过冷却剂射束可靠地覆盖整个磨削轮轮廓。根据相应的轮廓宽度和高度，由此得出需要相对大的喷嘴流出横截面积，其中，产生流出速度低且压力低、但体积流量相对高的冷却剂射束。 

除了所述对齿部进行硬质面精加工的特定应用情况外，还可想到其它通常的情况，其中先后使用对冷却剂输入具有显著不同的要求的多个刀具。 

根据常见的制造方法，在多个刀具的情况下，这些刀具在轴线方向上对齐地设置在一个刀具芯轴上，该刀具芯轴夹紧在主轴马达与对应轴承之间。包括主轴马达、对应轴承、刀具芯轴和刀具的整个单元设置在一个在刀具的轴线方向上能运动的滑座(刀架)上(大多称为Y轴)，各刀具通过该滑座被置于对于加工必需的相对于工件的轴向位置。 

用于分度滚磨的蜗杆形的刀具通常明显宽于通过刀具与工件的作用得到的纯作用宽度。这具有这样的目的，即能够使用各种各样的移位方法(Shiftmethoden)，以便以特定的方式磨削齿轮：首先在刀具轴线方向(Y轴)上在粗加工和精整加工之间或在加工各个工件之间采用不连续的移位，以便使新的、未损耗的蜗杆区域进入作用。对于在磨削加工工件期间在刀具轴线方向(Y轴)上的连续移位(也称为对角线磨削)，可以有针对性地影响齿面形貌和/或齿面表面结构。 

这里所使用的冷却剂喷嘴可以构造成刚性的，即对于确定的、不可改变的工件直径是优化的，这尤其是适合于直径不变的、不可修整的CBN磨削刀具。在具有可变直径的刀具的情况下，即特别是对于可修整的磨削刀具而言，冷却剂喷嘴可以这样安装，即这些冷却剂喷嘴能运动地设置在垂直于刀具主轴轴线的平面中，从而能够使冷却剂喷嘴相应地跟踪减小的刀具直径。喷嘴位置匹配于实际的刀具直径可以通过旋转运动或通过平移运动实现。 

在已知的加工情况中，要么仅用一个唯一的刀具加工工件(例如用一个可修整的蜗杆砂轮；粗加工和精整加工用同一刀具的不同的宽度区域进行)，要么使用类型相同且尺寸相同的两个刀具(例如利用CBN粗加工轮和CBN精整加工轮的无修整的成型磨削)。在这些情况下，可以毫无问题地使用一个唯一的喷嘴，其具有对于相应使用的刀具或加工方法优化的特性。 

在一个张紧装置中加工同一工件的多个齿部(例如变速器轴)时或者在对于粗加工和精整加工以不同方法加工齿部(例如以可修整的分度滚磨进行粗加工，以无修整的成型磨削进行精整加工，如开头所述)时，通常使用不同类型的多个刀具或加工方法的组合。 

在这些情况中已知冷却剂输入的以下变型方案： 

将同一喷嘴(带有或没有上述的直径跟踪)用于不同的刀具是已知的。其缺点是，冷却剂输入的条件不能对于每一个所使用的刀具都是优化的。因此对于所使用的刀具中的至少一个仅能以减小的进给速度进行加工，由此导致较长的加工时间并因而导致经济性损失。 

还已知，在Y轴的滑座上设有多个随着滑座一起行进的喷嘴，其中，这些喷嘴不改变其相对于相应刀具的位置。在这种情况中得到以下缺点：为了能够在用蜗杆形的刀具进行分度滚磨的情况下使用上述的移位方法，一个在Y轴的滑座上一起行进的喷嘴必须与整个刀具一样宽，即明显宽于由于刀具与工件之间的有效作用宽度所必需的宽度。但在喷嘴开口的流出高度恒定的情况下，通过加宽喷嘴也使喷嘴横截面积变大，这与对于分度滚磨视为优化的条件相冲突。在这种情况中，由于非优化的冷却剂输入条件也仅能以减小的进给速度并且由此以更长的加工时间以及因此以减小的经济性进行加工。 

发明内容

因此本发明的目的在于，在冷却润滑剂输入装置方面这样地构造开头所述类型的硬质面精加工机床，从而避免上述缺点并且所有可想到的刀具组合和方法组合的应用都能够在优化的冷却润滑剂供给条件 下进行。对于每一种刀具类型以及对于每一种加工方法，分别应当能够调节冷却剂输入的被视为优化的条件。此外应当可以在一个加工循环内在没有操作者干预的情况下使冷却剂输入的条件与相应使用的刀具或加工方法自动地匹配，即通过机器控制装置触发所述匹配。 

上述目的通过本发明的解决方案特征在于：冷却润滑剂输入装置包括至少一个第一冷却润滑剂喷嘴和至少一个第二冷却润滑剂喷嘴，所述第一冷却润滑剂喷嘴具有至少一个用于冷却润滑剂的射束流出开口，所述第二冷却润滑剂喷嘴具有至少一个用于冷却润滑剂的射束流出开口，第一和第二冷却润滑剂喷嘴在刀具主轴的轴线方向上相对彼此能移动地设置。 

在这里优选规定，所述至少一个第一冷却润滑剂喷嘴和所述至少一个第二冷却润滑剂喷嘴在刀具主轴的轴线方向上能以无碰撞的方式从彼此旁经过运动地设置，使得尤其是这些冷却润滑剂喷嘴中的每一个都能占据在刀具主轴的轴线的方向上相同的位置。 

所述至少一个第一冷却润滑剂喷嘴优选在刀具主轴的轴线方向上位置固定地设置在刀架侧旁或刀架之上。 

替代于此，但也可能的是，所述至少一个第一冷却润滑剂喷嘴在刀具主轴的轴线方向上相对于刀架能移动地设置在直线导向装置上。 

第二冷却润滑剂喷嘴优选在刀具主轴的轴线方向上固定地设置在床身侧旁或床身之上。 

但是在这里替代地也可以规定，第二冷却润滑剂喷嘴在刀具主轴的轴线方向上相对于床身能移动地设置在直线导向装置上。 

为了调节到相对于刀具的优化距离，这些冷却润滑剂喷嘴中的至少一个可以能运动地设置在与刀具主轴轴线垂直的平面中。该冷却润滑剂喷嘴可以为此绕平行于刀具主轴轴线设置的轴线能摆动地设置。但是也可能的是，冷却润滑剂喷嘴平移地或直线地在与刀具主轴轴线垂直的平面中能运动地设置。 

每一个冷却润滑剂喷嘴可以单独受控制地被加载冷却润滑剂；但是也可能的是，所有冷却润滑剂喷嘴可被同时加载冷却润滑剂。 

硬质面精加工刀具优选构造为齿轮加工刀具。一个齿轮加工刀具在这里可以是磨削轮，另一个齿轮加工刀具是蜗杆砂轮。一个特别优选的实施方式在这种情况下规定，第一冷却润滑剂喷嘴配设于磨削轮并且固定地设置在刀架侧旁。第二冷却润滑剂喷嘴在这里可以配设于蜗杆砂轮并且在刀架轴线的方向上固定地设置在床身侧旁。 

沿刀具主轴轴线的方向观察，第二冷却润滑剂喷嘴可以比第一冷却润滑剂喷嘴更远离于刀具主轴的轴线。这便利于或能实现冷却润滑剂喷嘴在Y方向上无碰撞地从彼此旁边经过。 

也提出多个喷嘴的组合，其中优选至少一个喷嘴在刀具轴线方向上是能运动的并且至少一个喷嘴在刀具轴线方向上是位置固定的。两个喷嘴可以在垂直于刀具主轴轴线的平面中具有调节可能性。在这里规定，喷嘴形状的设计选择成，使得在每个工作位置中都可以实现两个喷嘴的同时的、无碰撞的定位，这尤其是在所使用的刀具的直径差大时可容易实现。这样，多个喷嘴可以执行在刀具轴线方向上的运动(例如随着Y轴一起行进)，从而可以同时将各喷嘴置于相对于刀具轴线的相同的正交平面中。 

对于喷嘴能在垂直于刀具主轴轴线的平面中(旋转或平移)运动的情况，尤其是可以使用用于跟踪改变的磨削轮直径的机构。如果使用这样的能运动的(可调节的)喷嘴，则还存在以下可能性：将能运动的喷嘴在这些喷嘴从彼此旁边经过(在Y方向上)之前借助其调节机构从喷嘴区域中移出，使得它们能够毫无问题地从彼此旁边经过，也就是说在沿刀具轴线方向能运动的喷嘴连同相应的刀具一起在Y轴的方向上运动到工作位置中之前。 

冷却润滑剂喷嘴可以具有多于一个用于冷却润滑剂的喷嘴通道，即多于一个流出开口。可能的是，在一个喷嘴体中存在多个这样的喷嘴通道，这些喷嘴通道可以被有针对性地加载冷却润滑剂。同样也可能的是，冷却润滑剂喷嘴构造为双重或多重喷嘴，其中，多个喷嘴体便刚性地相互连接，它们可被分别有针对性地加载冷却润滑剂。在所有这些情况下，各喷嘴可以被同时或者相互分开地加载冷却剂。 

通过所提出的解决方案能够以有利的方式完全地解决以上提出的目的。据此实现：即便在使用极为不同的硬质面精加工刀具、尤其是磨削刀具时，冷却润滑剂供给条件也可以被优化。冷却润滑剂输入装置的匹配可以以简单方式自动地通过机器控制装置实现。 

为各加工方法提供出了冷却剂输入的解决方案，在这些加工方法中多个刀具先后在相对于要加工的工件相同的位置中被使用，并且对冷却剂输入(尤其涉及流出横截面积、流出速度、体积流量和压力)的要求根据所使用的刀具和加工方法显著不同。 

附图说明

在附图中示出本发明的实施例。附图示出： 

图1以透视图示出构造为磨齿机床的硬质面精加工机床，该硬质面精加工机床具有磨削轮和蜗杆砂轮作为磨削刀具，这些磨削刀具由各自的冷却润滑剂输入装置供给冷却剂，其中，示出用蜗杆砂轮进行的磨削，以及 

图2示出根据图1的磨齿机床，其中示出用磨削轮进行的磨削。 

具体实施方式

在各图中可看到磨齿机床形式的硬质面精加工机床1，该硬质面精加工机床具有床身(机床基架)8。此外，在该床身上能直线移动地设有一刀架(滑座)7，该刀架支承一刀具主轴5。刀具主轴5可构造为单件式主轴或者也可由两个或更多个必要时也被单独驱动的部分主轴组成，在该刀具主轴5上设有至少两个硬质面精加工刀具3、4，更具体地说，成型磨削轮3和仅示意性示出的蜗杆砂轮4。要用刀具3、4加工的工件2夹紧在工件主轴11上；当前，工件轴线垂直地定向。 

刀具主轴5具有轴线6。刀具主轴5可以在该轴线的方向上在刀架7上沿标出的Y方向移动，以便使刀具3、4按选择与工件2进入作用。就此而言，磨齿机床相应于已知的结构形式。其它必需的机器轴线(其自然对于加工而言是必需的)在这里不再进一步示意描述， 因为它们对于本发明来说是不相关的。 

现在重要的是冷却润滑剂输入装置，该冷却润滑剂输入装置在本实施例中包括两个冷却润滑剂喷嘴9’和9”。 

第一冷却润滑剂喷嘴9’在这里牢固地固定在刀架7上并且设置成，使得它能够优化地给磨削轮3供给冷却润滑剂。参阅在成型磨削方法的情况下对于喷嘴构造的以上说明和在这里力求的运行参数。 

然而，第二冷却润滑剂喷嘴9”(直接地或间接地)固定地设置在床身8上，即第二冷却润滑剂喷嘴在空间上是绝对地位置固定的。第二冷却润滑剂喷嘴构造为宽缝喷嘴，使得它能够优化地给蜗杆砂轮4供给冷却润滑剂。至于在用蜗杆砂轮进行磨齿的情况下喷嘴的优化构造和工作方式，在这里也参阅以上说明。 

在图1中可看到，如何借助蜗杆砂轮4对工件2进行粗加工。刀具主轴5在轴线方向Y上移动到相应的位置中。第二冷却润滑剂喷嘴9”是激活的，第一冷却润滑剂喷嘴9’被关闭。 

还要指出的是，当前使用一可修整的蜗杆砂轮4，该蜗杆砂轮周期性地由一未示出的修整装置进行修整。据此，蜗杆砂轮直径逐渐变化，使得第二冷却润滑剂喷嘴9”必须跟踪，以便始终保证优化的冷却条件。为此，第二冷却润滑剂喷嘴9”绕轴线10能摆动地设置，其中，该轴线10平行于轴线6。因此，通过冷却润滑剂喷嘴9”的摆动可以使喷嘴出口到蜗杆砂轮表面的距离保持恒定。 

在图2中可看到，刀具主轴5如何在Y方向上移动，以便为了精整加工工件2而使磨削轮3进入作用。据此，现在冷却润滑剂喷嘴9’被激活，而冷却润滑剂喷嘴9”被关闭。 

如可看到的那样，磨削轮3当前具有比蜗杆砂轮4小的外径。据此，冷却润滑剂喷嘴9’也比冷却润滑剂喷嘴9”更靠近于刀具主轴5的轴线6。这有利于，两个冷却润滑剂喷嘴9’、9”在刀具主轴5沿Y方向移动时能够相互无碰撞地从彼此旁边经过。为此，必要时改变绕轴线10的摆动，以便保证这两个冷却润滑剂喷嘴9’、9”的无碰撞的通过。这可以自动地通过机器控制装置实现。 

只要以上谈到喷嘴在床身侧旁或在床身之上的(在空间中绝对地)位置固定的布置，为此就应注意以下内容：在真正的床身上大多(能运动地)设有一机床立柱，其中，在该立柱上又(能运动地)设有一摆动件。然后在该摆动件上例如一滑座能运动地设置在(用于Y轴的)直线导向装置上。 

喷嘴在床身侧旁或床身之上的位置固定的布置这一表述可理解为：喷嘴在按规定使用时在磨削过程期间不运动。也就是说，这根据定义也便是这种情况：喷嘴如大多数情况那样固定在摆动件上并且由此不是直接地、而是通过摆动件和机床立柱间接地与床身连接，然而使得喷嘴在按规定使用时相对床身位置固定地设置，尽管喷嘴能够通过摆动件和立柱相对于真正的床身运动(调节)。 

附图标记列表 

1    硬质面精加工机床 

2    工件 

3    硬质面精加工刀具(磨削轮) 

4    硬质面精加工刀具(蜗杆砂轮) 

5    刀具主轴 

6    轴线 

7    刀架 

8    床身(机床基架) 

9    冷却润滑剂输入装置 

9’  第一冷却润滑剂喷嘴 

9”  第二冷却润滑剂喷嘴 

10   轴线 

11   工件主轴 

Y    刀具主轴的轴线方向。 

Claims (15)

1.用于对工件(2)进行硬质面精加工的硬质面精加工机床(1)，该硬质面精加工机床包括至少两个不同的、设置在一个刀具主轴(5)上的硬质面精加工刀具(3，4)，该刀具主轴(5)在其轴线(6)方向(Y)上能移动地设置在一个刀架(7)上，该刀架相对于床身(8)是能平移运动的，并且所述硬质面精加工机床(1)还具有用于将冷却润滑剂导入至工件(2)与硬质面精加工刀具(3，4)之间的加工部位的冷却润滑剂输入装置(9)，其特征在于，所述冷却润滑剂输入装置(9)包括至少一个第一冷却润滑剂喷嘴(9’)和至少一个第二冷却润滑剂喷嘴(9”)，所述第一冷却润滑剂喷嘴具有至少一个用于冷却润滑剂的射束流出开口，所述第二冷却润滑剂喷嘴具有至少一个用于冷却润滑剂的射束流出开口，第一和第二冷却润滑剂喷嘴(9’，9”)在刀具主轴(5)的轴线(6)方向(Y)上相对彼此能移动地设置。

2.根据权利要求1所述的硬质面精加工机床，其特征在于，所述至少一个第一冷却润滑剂喷嘴(9’)和所述至少一个第二冷却润滑剂喷嘴(9”)在刀具主轴(5)的轴线(6)方向(Y)上能以无碰撞的方式从彼此旁边经过运动地设置，使得尤其是这些冷却润滑剂喷嘴(9’，9”)中的每一个都能占据在刀具主轴(5)的轴线(6)方向(Y)上相同的位置。

3.根据权利要求1或2所述的硬质面精加工机床，其特征在于，所述至少一个第一冷却润滑剂喷嘴(9’)在刀具主轴(5)的轴线(6)方向(Y)上位置固定地设置在刀架(7)侧旁或在刀架(7)之上。

4.根据权利要求1或2所述的硬质面精加工机床，其特征在于，所述至少一个第一冷却润滑剂喷嘴(9’)在刀具主轴(5)的轴线(6)方向(Y)上相对于刀架(7)能移动地设置在直线导向装置上。

5.根据权利要求1至4之一所述的硬质面精加工机床，其特征在于，所述第二冷却润滑剂喷嘴(9”)在刀具主轴(5)的轴线(6)方向(Y)上固定地设置在床身(8)侧旁或在床身(8)之上。

6.根据权利要求1至4之一所述的硬质面精加工机床，其特征在于，所述第二冷却润滑剂喷嘴(9”)在刀具主轴(5)的轴线(6)方向(Y)上相对于床身(8)能移动地设置在直线导向装置上。

7.根据权利要求1至6之一所述的硬质面精加工机床，其特征在于，各所述冷却润滑剂喷嘴(9’，9”)中的至少一个能运动地设置在与刀具主轴(5)的轴线(6)垂直的平面中。

8.根据权利要求7所述的硬质面精加工机床，其特征在于，各所述冷却润滑剂喷嘴(9’，9”)绕平行于刀具主轴(5)的轴线(6)设置的轴线(10)能摆动地设置。

9.根据权利要求7所述的硬质面精加工机床，其特征在于，各所述冷却润滑剂喷嘴(9’，9”)在与刀具主轴(5)的轴线(6)垂直的平面中能平移运动地设置。

10.根据权利要求1至9之一所述的硬质面精加工机床，其特征在于，各所述冷却润滑剂喷嘴(9’，9”)中的每一个能单独受控制地被加载冷却润滑剂。

11.根据权利要求1至9之一所述的硬质面精加工机床，其特征在于，所有冷却润滑剂喷嘴(9’，9”)能被同时加载冷却润滑剂。

12.根据权利要求1至11之一所述的硬质面精加工机床，其特征在于，所述硬质面精加工刀具(3，4)是齿轮加工刀具，尤其其中一个齿轮加工刀具(3)是磨削轮，一个齿轮加工刀具(4)是蜗杆砂轮。

13.根据权利要求12所述的硬质面精加工机床，其特征在于，所述第一冷却润滑剂喷嘴(9’)配设于磨削轮(3)并且固定地设置在刀架(7)侧旁。

14.根据权利要求12或13所述的硬质面精加工机床，其特征在于，所述第二冷却润滑剂喷嘴(9”)配设于蜗杆砂轮(4)并且在刀架(7)的轴线(6)方向(Y)上固定地设置在床身(8)侧旁。

15.根据权利要求12至14之一所述的硬质面精加工机床，其特征在于，沿刀具主轴(5)的轴线(6)方向(Y)观察，第二冷却润滑剂喷嘴(9”)比第一冷却润滑剂喷嘴(9’)更远离于轴线(6)。

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