一种螺旋锥齿轮加工机床的制作方法
【专利摘要】一种螺旋锥齿轮加工机床，其包括带有排屑槽的床身（1），该床身上的右边设置一立柱（2），该立柱的前面设置有供Y轴滑台（4）上下运动的Y轴导轨（3），Y轴滑台上设有供工件箱（6）左右运动的X轴导轨（5），工件箱内安装有能作回转运动的工件主轴（A），该工件主轴用于安装被加工的工件（7）；在该床身上的左边设置有供Z轴滑台（11）前后运动的Z轴导轨（12），Z轴滑台上设置与Z轴平行并能旋转的B轴；刀具箱（10）安置在Ｂ轴回转台（9）上并能随着B轴（15）回转，刀具箱内安装有与B轴垂直并能作回转运动的刀具主轴（C），刀具主轴上安装有加工齿轮的刀具（8）。该机床具有刚性好、行程短、防护容易和装卸方便的特性。
【专利说明】一种螺旋锥齿轮加工机床
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种螺旋锥齿轮加工机床。
【背景技术】
[0002]螺旋锥齿轮有两种齿制:圆弧收缩齿和延伸外摆线等高齿。相应的有两种加工方法，即端面统齿法(Face Milling)和端面滚齿法(Face Hobbing)。端面统齿法每次只加工一个齿槽，加工完后工件退出分度再加工下一个齿槽，故又称为单分度法。端面滚齿法采用多头滚刀与工件连续滚铣，故又称为连续分度法。
[0003]不管采用端面铣齿还是端面滚齿，当齿轮副的传动比较小时，大轮和小轮都要用展成法加工。当齿轮副的传动比较大时，大轮可以采用成形法加工，但小轮都要用展成法加工。
[0004]机械型铣齿机的结构非常复杂，而且不能在一台机床上既能用端面铣齿法加工圆弧收缩齿，又能用端面滚齿法加工延伸外摆线等高齿。1989年美国Gleason公司实用新型的数控铣齿机(图1)是用X、Y、Z三根直线轴和A、B、C三根回转轴组成的自由型(FreeForm)机床，用计算机控制它们作六轴五联动就既能加工圆弧收缩齿，也能加工外摆线等高齿，这是螺旋锥齿轮机床的一次重大革命。很显然，锥齿轮加工机床设计的关键是B轴如何设置，它与工件轴(A轴)还是与刀具轴(C轴)联合运动。综合起来,只有“垂直B轴+A轴”、“垂直B轴+C轴”、“水平B轴+A轴”和“水平B轴+C轴”四种模式。图1所示的机床是采用的“垂直B轴+A轴”的模式，B轴回转中心与工件轴的端面有一定的距离，这样可以保证大轮和小轮的加工区被限制在一个比较小的区域(图2)。这种机床结构的最大缺点是不能干切。
[0005]1997年,德国Klingelnberg-Oerlikon公司利用所罗门原理实用新型了螺旋锥齿轮干切技术并研制了世界上第一台能干切削的数控铣齿机(图3)，干切技术采用硬质合金加涂层的刀具并以超过250m/min的切削速度加工螺旋锥齿轮，不仅可以把齿轮加工效率提高4~6倍，而且可以把精度和粗糙度提高两级以上，刀具每刃磨并涂层一次，可加工几百甚至上千个零件。这是螺旋锥齿轮加工工艺的一次重大革命，但它对机床和刀具也提出了新的要求。因为干切加工时的热量都被切屑带走，故用于干切的机床要保证切屑不能落在床身上，以免影响机床的精度。显然，图1所示的机床不能干切，而图3这种机床就是世界上专门为干切而设计的第一款机床。它采用的也是“垂直B轴+A轴”模式，但它们之间的相对位置(如图4所示)与图1不同。这种配置方式能保证切屑不落在床身上，但大轮和小轮的加工位置就不像图1那么靠近，这就需要加大X轴和Z轴的行程。另外这种结构还有两个缺点，一是切削力对B轴回转中心的力臂太长，增大了切削力矩；另一个就是内防护的设计和制造比较困难。
[0006]2002年美国Gleason公司提出了另一种用于干切削的统齿机(图5),它第一次米用了 “垂直B轴+C轴”的模式，而且把刀盘主轴和工件主轴分别悬挂在一个立柱的两侧并在中国申请了专利(CN1457279)，这种机床具有很好的刚性。但缺点如图6所示，两个主轴分置在立柱的两侧，加工齿轮时刀具与工件经常无法接触，需要把刀盘和工件上加装过渡套才能加工。这样不仅麻烦，而且会影响机床的刚度和齿轮的加工精度。该机床的另一个缺点是B轴的回转是靠连杆来推动的，B轴的回转角度与连杆的直线距离之间是非线性的关系，需要特殊的数控程序来对它进行控制。
[0007]2005年德国Klingelnberg-Oerlikon又推出了第三种能干切的立式统齿机(图7、图8)，它第一次采用了“水平B轴+A轴”的模式，B轴的行程是-90°?+90°，它虽然缩短了 Y轴的行程但加大了 X轴的行程。立式铣齿机的缺点是重心高，运输困难，另一个缺点是刀盘安装需要专门的工具，比较麻烦。
实用新型内容
[0008]本实用新型的目的在于提供一种螺旋锥齿轮数控机床，它不仅具有现有机床的各种功能，而且第一次采用了“水平B轴+C轴”的模式，且因为其刀具轴的长度只有工件轴的一半左右，因而具有结构简单、行程短、防护容易、装卸方便等特点。
[0009]首先需要说明的是，本文中提到的“左边”、“右边”是指附图所在平面的左边或右边，“前面”是指靠近工件加工位置的一面。“后面”是指远离工件加工位置的一面。
[0010]为达到上述目的，本实用新型提供了一种螺旋锥齿轮数控机床，其包括带有排屑槽的床身1，该床身上的右边设置一立柱2，该立柱2的前面设置有可供Y轴滑台4上下运动的Y轴导轨3，Y轴滑台4上设有可供工件箱6左右运动的X轴导轨5，工件箱6内安装有能作回转运动的工件主轴A，该工件主轴A上的工作端安装有被加工的工件7。在该床身上的左边设置有可供Z轴滑台11前后运动的Z轴导轨12，Z轴滑台11上设置有与Z轴平行且可以旋转的B轴15，刀具箱10安置在该B轴回转台9上并能随着B轴15回转。刀具箱10内安装有能作回转运动的刀具主轴C。刀具主轴上安装有加工齿轮的刀具8。
[0011]X轴导轨5、Y轴导轨3和Z轴导轨12相互垂直。工件主轴A与X轴导轨5平行，B轴15与Z轴导轨12平行，刀具主轴C与B轴15垂直。因为刀具箱比较短，它的运动容易控制，而且大轮和小轮的加工区域比现有铣齿机更集中。
[0012]Z轴导轨12有三根,其中两根导轨位于机床床身I上，一根导轨位于立柱2的左侦牝它把Z轴滑台11与立柱2连接起来以增加机床的刚性。
[0013]要加工的螺旋锥齿轮工件7安装在工件主轴A上并在动力的驱动下绕工件主轴A回转，工件主轴安装在工件箱6内。工件箱6可以在动力的作用下沿X轴方向和Y轴方向运动。
[0014]加工螺旋锥齿轮的刀具8安装在刀具主轴C上并在动力的驱动下绕刀具主轴C回转，刀具主轴C安装在刀具箱10里，刀具箱10固定在B轴回转台9上，B轴回转台9通过回转台轴承13固定在Z轴滑台11的前面并通过端面弧齿联轴节14与B轴15连接，在动力的驱动下随B轴回转。
[0015]为达到上述目的，本实用新型提供了另一种螺旋锥齿轮数控机床，其包括带有排屑槽的床身I，该床身上设置一立柱2 ’，该立柱前面的右侧设置有供Y轴滑台4上下运动的Y轴导轨3，该Y轴滑台4滑动连接于该Y轴导轨3，Y轴滑台4上设有供工件箱6左右运动的X轴导轨5，该工件箱6滑动连接于该X轴导轨5，工件箱6内安装有能作回转运动的工件主轴Α，该工件主轴A用于安装被加工的工件7，这样使得工件箱可以在动力的作用下沿X轴导轨和Y轴导轨运动；该立柱2’的左侧开设有前后贯通的圆孔，该圆孔里通过轴承设有与Z轴平行的筒形B轴17，且该筒形B轴17的内壁上设置Z轴滑块20，Z轴滑台11’嵌设于筒形B轴17中，该Z轴滑台11’上设有Z轴导轨12’，Z轴导轨12’卡设于Z轴滑块20中，在动力的作用下，Z轴滑台借助Z轴导轨12’和Z轴滑块20的配合在筒形B轴中前后移动；刀具箱10与Z轴滑台11’构成一个整体部件18并能随着筒形B轴17回转，随着Z轴滑台11’前后移动，刀具箱10内安装有与筒形B轴17垂直并能作回转运动的刀具主轴C，刀具主轴C上安装有加工齿轮的刀具8。该方案比前一种方案具有更好的刚性。
[0016]为达到上述目的，本实用新型提供了又一种螺旋锥齿轮数控机床，其在上述另一种螺旋锥齿轮数控机床基础上，将立柱(2’ )与去掉排屑槽后的床身(I)构成一个整体立柱(2”)，排屑槽用钢板制作后用螺钉固定在整体立柱(2”)上。
[0017]该机床结构可以作成干切铣齿机，也可作成湿切铣齿机，这时刀具是指端面铣刀盘或是端面滚刀盘。它还可以作成磨齿机，这时需增加修砂轮机构，刀具是指砂轮。如果要磨成形法大轮，砂轮主轴要增加偏心回转机构。
[0018]与现有机床相比，它有如下优点:
[0019]1.结构简单、零件少、工艺性好；
[0020]2.大轮和小轮的加工位置集中，X轴、Y轴和Z轴的行程很短；
[0021]3.加工区的背后是立柱和Z轴滑台，前面是排屑槽，防护容易，排屑方便；
[0022]4.工件和刀具的装卸位置与操作者很近，装卸方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为美国Gleason公司1989年提出的世界上第一台数控铣齿机结构示意图，其不能干切。
[0024]图2为图1的工作原理示意图。
[0025]图3为德国Klingelnberg-Oerlikon公司1997年提出的世界上第一台能干切的铣齿机结构示意图。
[0026]图4为图3的工作原理示意图。
[0027]图5为美国Gleason公司2002年提出的能干切的铣齿机结构示意图。
[0028]图6为图5的工作原理示意图。
[0029]图7为德国Klingelnberg-Oerlikon公司2005年提出的世界上第一台立式铣齿机结构示意图。
[0030]图8为图7的工作原理示意图。
[0031]图9为本实用新型结构示意图。
[0032]图10为本实用新型加工大轮和左、右旋小轮的刀具箱位置示意图，其中大轮加工位置f、左旋小轮加工位置e、右旋小轮加工位置d。
[0033]图11为实施例1的B轴结构示意图。
[0034]图12为本实用新型另一实施例的结构示意图。
[0035]图13为图12的立柱B轴位置剖视结构示意图。
[0036]图14为本实用新型再一实施例的结构示意图。。
[0037]图中:1，带排屑槽的床身；2、2’、2”，立柱；3，Y轴导轨；4，Υ轴滑台；5，Χ轴导轨；6，工件箱；7，工件；8，刀具；9，B轴回转台；10，刀具箱；11、11’，Z轴滑台；12、12’，Z轴导轨；13，回转台轴承；14，端面弧齿联轴节；15，Β轴；16、16’，B轴驱动电机；17，筒形B轴；20，Z轴滑块；Α，工件主轴；C，刀具主轴。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0039]实施例1
[0040]参见图9~图11，为便于观察组成机床各个构件之间的关系，图中表示的机床未画出防护和电机、丝杆。
[0041]本实用新型螺旋锥齿轮机床包含一个带排屑槽101的床身1，床身采用铸件，排屑槽101的左边有一个方形开口 102，以便插入排屑器。
[0042]立柱2也采用铸件并用螺钉固定在床身I的右侧，立柱2的前面安装有两根Y轴导轨3和驱动Y轴滑台4的电机和丝杆。Y轴滑台4上安装有与Y轴导轨3垂直的两根X轴导轨5和驱动工件箱6的电机和丝杆。工件箱6内安装有用力矩电机驱动的工件主轴Α，工件主轴A与X轴导轨5平行设置。力矩电机要进行液体冷却。工件主轴A上安装有被加工的工件7 (螺旋锥齿轮)。
[0043]床身I的左边和立柱2的左侧安装有三根Z轴导轨12，其中两根在机床床身I上，中间还安装有驱动Z轴滑台11的电机和丝杆。另一根Z轴导轨12安装在立柱2的左侧上部，它把Z轴滑台11与立柱2连接在一起，可以增强它们的刚性。Z轴滑台11也采用铸件。Y轴滑台4上安装有与Z轴平行的B轴15，Β轴15可以采用双电机驱动以便消除齿轮间隙。B轴15前面的B轴回转台9上安装有刀具箱10，刀具箱10内安装有用力矩电机驱动的刀具主轴C，刀具主轴C上安装有加工工件的刀具8 (刀盘或砂轮)。力矩电机也要用液体冷却。B轴回转台9用转台轴承13固定在Z轴滑台11上，为了安装方便，B轴回转台9与B轴15之间用端面弧齿联轴节14连接。刀具主轴C与B轴15垂直并在B轴15的作用下在±90°内旋转。
[0044]在加工螺旋锥齿轮时，根据所加工的要求，计算机控制它们先进入加工位置，然后作单进给加工成形法圆弧收缩齿大轮、三轴联动加工成形法外摆线等高齿大轮、四轴联动加工无刀倾展成的圆弧收缩齿锥齿轮、四轴半联动加工无刀倾展成的外摆线等高齿锥齿轮、五轴联动加工刀倾法圆弧收缩齿锥齿轮和五轴半联动加工刀倾法外摆线等高齿锥齿轮。
[0045]实施例2
[0046]参见图12~图13，其与实施例1不同之处仅在于，它在立柱2’的左侧开设一圆孔，筒形B轴17通过轴承嵌设于该圆孔中，且该筒形B轴17的内壁上设置Z轴滑块20，Z轴滑台11’嵌设于筒形B轴17中，该Z轴滑台11’上设有Z轴导轨12’，Ζ轴导轨12’卡设于Z轴滑块20中，并将刀具箱10与Z轴滑台11’构成一个整体部件18。Z轴滑台11’在动力的作用下可以借助Z轴导轨12’和Z轴滑块20前后移动。该方案比前一种方案具有更好的刚性。
[0047]参见图14，实施例2也可以将立柱2’与去掉排屑槽后的床身I构成一个整体立柱2”，排屑槽用钢板制作后用螺钉固定在立柱2”上。
【权利要求】
1.一种螺旋锥齿轮加工机床，其特征在于包括带有排屑槽的床身(1)，该床身上的右边设置一立柱(2)，该立柱的前面设置有供Y轴滑台(4)上下运动的Y轴导轨(3)，该Y轴滑台(4)滑动连接于该Y轴导轨(3)，Y轴滑台上设有供工件箱(6)左右运动的X轴导轨(5)，该工件箱(6)滑动连接于该X轴导轨(5)，工件箱(6)内安装有能作回转运动的工件主轴(A)，该工件主轴(A)用于安装被加工的工件(7)，这样使得工件箱(6)可以在动力的作用下沿X轴导轨和Y轴导轨运动；在该床身上的左边设置有供Z轴滑台(11)前后运动的Z轴导轨(12)，该Z轴滑台(11)滑动连接于该Z轴导轨(12)，Z轴滑台(11)上设置与Z轴平行并能旋转的B轴(15);刀具箱(10)安置在B轴回转台(9)上并能随着B轴(15)回转，刀具箱(10)内安装有与B轴(15)垂直并能作回转运动的刀具主轴(C)，刀具主轴(C)上安装有加工齿轮的刀具(8)。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋锥齿轮加工机床，其特征在于，X轴导轨(5)、Y轴导轨(3)和Z轴导轨(12)相互垂直。
3.根据权利要求1所述的一种螺旋锥齿轮加工机床，其特征在于，该工件主轴(A)与X轴导轨(5)平行，B轴(15)与Z轴导轨(12)平行，刀具主轴(C)与B轴(15)垂直。
4.根据权利要求1所述的一种螺旋锥齿轮加工机床，其特征在于，该Z轴导轨(12)有三根，其中两根位于床身上，一根位于立柱(2)的左侧,位于立柱(2)上的Z轴导轨把Z轴滑台(11)和立柱(2)连接起来。
5.根据权利要求1所述一种螺旋锥齿轮加工机床，其特征在于，该B轴回转台(9)通过轴承固定在Z轴滑台(11)的前面并在动力的驱动下随B轴回转。
6.—种螺旋锥齿轮加工机床，其特征在于包括带有排屑槽的床身(1)，该床身上设置一立柱(2’)，该立柱前面的右侧设置有供Y轴滑台(4)上下运动的Y轴导轨(3)，该Y轴滑台(4)滑动连接于该Y轴导轨(3)，Y轴滑台(4)上设有供工件箱(6)左右运动的X轴导轨(5),该工件箱(6)滑动连接于该X轴导轨(5)，工件箱(6)内安装有能作回转运动的工件主轴(Α)，该工件主轴(A)用于安装被加工的工件(7)，这样使得工件箱(6)可以在动力的作用下沿X轴导轨(5)和Y轴导轨(3)运动；该立柱(2’)的左侧开设有前后贯通的圆孔，该圆孔里通过轴承设有与Z轴平行的筒形B轴(17)，且该筒形B轴(17)的内壁上设置Z轴滑块(20)，Z轴滑台(11’)嵌设于筒形B轴中，该Z轴滑台(11’)上设有Z轴导轨(12’)，Z轴导轨(12’)卡设于Z轴滑块(20)中，在动力的作用下，Z轴滑台(11’)借助Z轴导轨(12’)和Z轴滑块(20)的配合在筒形B轴(17)中前后移动；刀具箱(10)与Z轴滑台(11’)构成一个整体部件(18)并能随着筒形B轴(17)回转，随着Z轴滑台(12’ )前后移动；刀具箱内安装有与筒形B轴垂直(17)并能作回转运动的刀具主轴(C)，刀具主轴(C)上安装有加工齿轮的刀具(8)。
7.根据权利要求6所述的一种螺旋锥齿轮加工机床，其特征在于，X轴导轨(5)、Υ轴导轨(3)和Z轴导轨(12’)相互垂直。
8.根据权利要求6所述的一种螺旋锥齿轮加工机床，其特征在于，该工件主轴(A)与X轴导轨(5 )平行，筒形B轴(17 )与Z轴导轨(12 )平行，刀具主轴(C)与筒形B轴(17 )垂直。
9.一种如权利要求6所述的螺旋锥齿轮加工机床，其特征在于，该立柱(2’)与去掉排屑槽后的床身(I)构成一个整体立柱(2”)，排屑槽用钢板制作后用螺钉固定在整体立柱(2，，)上。
【文档编号】B23F9/02GK204262504SQ201420696277
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】曾韬, 廖建刚, 贾立冬, 戴金平 申请人:长沙哈量凯帅精密机械有限公司