一种直驱零传动全数控卧式滚齿机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种滚齿机制造技术设备领域，特别涉及一种直驱零传动全数控卧式滚齿机。
【背景技术】
[0002]在齿轮机制造加工技术领域中，齿轮是广泛用于各种传动轴动力传递的通用零部件，传统制造加工工艺大多使用滚齿机进行粗加工，然后进行精细磨削加工，由于滚齿机精度与效率均不能满足齿轮工艺水平的需要，造成齿轮生产加工效率低、成本高。
[0003]现有的数控卧式滚齿机床一般是在普通的机械式滚齿机床上进行改装，将机械式滚齿机床上的普通电机更换成伺服电机或步进电机，各轴传动链还是通过齿轮、涡轮等机械部件传动，所以其加工精度上没有提高，只是降低劳动强度，提升生产效率；现有的数控卧式滚齿机床，有部分轴是通过伺服电机传动的，虽然各轴传动链中多级齿轮等机械部件传动有所简化，但还是采用机械式传动较多，仍然无法彻底消除累积误差与分度误差的影响；采用机械式传动，传动误差大、传动精度低、加工速度慢、设备故障率高、维修复杂。齿轮加工精度决定了齿轮应用中所发挥的作用，在整体加工过程中，只要有一个轴的传动存在非直驱模式，就会影响到整体机床的加工精度的提高，而齿轮本身也会存在磨损，从而进一步增加传动齿轮轴的加工精度，也会影响到整个机床的使用寿命。
[0004]发明专利CN102825340A，公开了一种数控滚齿机，是通过普通数滚流齿机进行改造，将普通数控滚齿机中的展成运动部件的传动机构进行优化，实现电机主轴与滚刀主轴、电机与工作台的之间的零传动；借此来提高普通数控滚齿机的加工精度；缺点是对普通数控滚齿机的改进存在先天不足，仅仅实现了电机与滚刀轴、工作台的零传动，对于其它主轴的控制与传动仍然存在加工误差，是较早期的技术改造，难以实现高精度加工。
[0005]发明专利CN101298106A，公开了一种零传动数控滚齿机，其驱动滚刀旋转的第二主轴与伺服电机直接连接，滚刀丝杠螺母中的丝杠与相应的伺服电机直接连接，但是驱动工件主轴C的方式仍然为是通过一齿轮组驱动其转动，只能是有限减小传动误差。
[0006]实用新型专利CN202726203U，公开了一种全自动七轴双直驱数控干切滚齿机，机床的所有移动轴均为数控轴，刀具主轴B和工件主轴C双直驱技术；但缺点是:刀架体上的伺服电机连接减速机，减速机通过联轴器连接滚珠丝杠，滚珠丝杠上装有左支架和右支架，直驱的刀架体仍然有滚珠丝杠传动，也就是说控制刀具主轴B位移的进刀轴X与走刀轴Z均没有实现直驱方式，所以无法避免累积误差的分度误差的产生，加工精度无法提高。虽然是全数控，但是并非是全直驱。
[0007]综上所述，现有技术中，卧式滚齿机床的工件主轴与刀具主轴以及相关的三座标轴控制上，还或多或少的保留着齿轮传动方式，也正是因为在关键的工件主轴与刀具主轴方向上，没有根本性的改革，致使目前制造加齿轮工工艺的精度不够好，生产的效率不高，卧式滚齿机床的运行稳定性不良，难以实施齿轮的二次加工；缺乏一种高效率高精度全数控的卧式滚齿机床，来满足实际制造与生产的需要。
【发明内容】
[0008]为解决上述技术问题，本发明提供了一种直驱零传动全数控卧式滚齿机床，针对齿轮制造加工中所存在的缺陷问题，彻底去除数控卧式滚齿机床刀具主轴的二个中间传动环节齿轮和工件主轴的二个中间传动环节齿轮，在关系到被加工工件的精度轴上，全部采用直驱式零传动模式，从根本上避免由于齿轮传动造成的累积误差和分度误差，提高工件的加工精度；采用全数控方式提高整体卧式滚齿机床的批量生产效率；分齿与差动实行全闭环控制，确保整台卧式滚齿机床的稳定性运行；优化整机的结构设计和对刀功能，实现高精度高效率的齿轮制造加工和二次滚齿加工。
[0009]为达到上述目的，本发明的技术方案如下:一种直驱零传动全数控卧式滚齿机，包括滚齿机构成①、滚齿机组件②、位置与连接③、驱动系统④、传动系统⑤、数控系统⑥和配套装置⑦，以及性能和功能特征⑧，其特征在于:
[0010]所述直驱零传动全数控卧式滚齿机的整体加工精度和效率，与滚齿机的各项要素紧密相关，从整体的硬件、结构、位置、连接、驱动方式、传动模式、数控措施，到整体所体现出来的性能和功能都会直接影响到滚齿机的加工精度与效率；在这方面符合木桶原理，只要其中有一块短板，则整桶水平就无法升高；只要有一个轴向在结构、驱动、传动、控制等要素中存在缺陷，整体滚齿机的加工精度和效率以及相关的功能也就无法得到提升。为此本发明在上述的各项要素中均提出了相对应的优化设计方案，从而才能在整体滚齿机的加工精度和效率上，真正实现显著的、质的提升。
[0011]①所述滚齿机的构成，包括机床体、工件控制部、刀具部、位移控制部、防护罩、尾座箱、排屑装置、冷却装置、液压装置和电气柜。
[0012]所述滚齿机是按照范成法亦称展成法进行齿轮加工的；所述范成法是根据一对齿轮啮合传动时，两轮的齿廓互为共轭曲线的原理来加工的。齿轮滚刀切齿时，滚刀的形状像一个螺旋，其在轮坯端面上的投影是一齿条，当滚刀连续转动时，相当于一根无限长的投影齿条向前移动。加工直齿圆柱齿轮时，由于滚刀的螺旋线必须与直齿轮的齿向一致，因此需要把滚刀轴线倾斜一个螺旋升角；滚刀与轮坯的相对运动有两个，一个是范成运动，为切制出所需齿数，另一个是进给运动，滚刀沿轮坯轴线方向移动。
[0013]所述机床体上设有驱动工件旋转的直驱式工件主轴箱，所述工件主轴箱中设置有工件主轴C，即C轴；所述机床体上设置有驱动滚刀旋转的直驱式刀具主轴箱，所述的刀具主轴箱设置有刀具主轴B，即B轴；所述机床体上设置有驱动刀具主轴箱按加工要求沿着X、Y、Z方向平移的平移装置，驱动刀具主轴箱按加工要求沿着YZ平面内旋转的刀具角度调整装置，即A轴；所述的Χ、Υ、Ζ在空间内两两垂直，进刀轴X沿前后方向设置，窜刀轴Y沿上、下方向设置，走刀轴Z沿左右方向设置。在机床体前方还设置有激光对刀装置，便于工件重新装夹后的二次加工。
[0014]所述机床体的另一端设有可移动尾座箱，尾座箱通过滑动面可在机床体上移动。尾座箱上设有尾座顶尖，尾座顶尖与直驱式工件主轴C同轴相对设置，通过尾座套筒由油缸组件驱动可沿其轴向伸缩移动，顶紧或松开待加工工件的回转中心。在尾座箱体左端与尾座套筒之间，设置有4个刹紧油缸，消除尾座套筒与尾座箱体之间的间隙。
[0015]所述的机床体上方设置有防护罩，可开启与关闭，用于整机的防护；所述所述机床体中间设置有排屑口，所述排屑口与自动排屑装置连通，并自动将加工铁屑排出机床体之外；在所述的机床体之外，还配套设置有冷却装置、液压装置和电气柜，为本发明滚齿机提供配套装备。
[0016]②所述滚齿机组件，包括:六个主轴，主轴箱，进给箱，拖板机构,连轴结,托架托板坐寸ο
[0017]所述机床体上，设置有工件主轴C ;刀具主轴B轴；刀角调节主轴A ;所述工件主轴C设置于工作台上并与工作台面平行，所述刀具主轴B设置于刀具主轴箱上并与工作台面垂直，所述刀角调节轴A设置于进刀轴X进给箱上并与工作台面平行，用于调整控制刀具角度；所述刀具主轴箱设置于三维控制台上，所述三维控制台设置于机床体中部；所述三维工作台上设置有X、Y、Z三个移动轴，所述走刀轴Z为沿工作台平行方向移动的轴，所述进刀轴X设置于X进给箱中，控制前后方向的进给移动；所述窜刀轴Y设置于所述刀具主轴B的后方，与所述刀具主轴B平行设置，控制刀具主轴箱的上下移动。所述走刀轴Z设置有走刀轴Z托板机构；所述窜刀轴Y设置有窜刀轴Y板机构。所述工件主轴C设置有工件主轴箱；所述进刀轴X设置有进刀轴X主轴箱；所述刀具主轴B设置有刀具主轴箱。各种主轴与驱动、传动部分通过连轴结或者板托架连接。
[0018]③所述滚齿机的位置与连接，
[0019]所述的刀具平移装置和刀角调节装置包括可沿走刀轴Z方向平移的走刀轴Z托板机构、可沿进刀轴X方向平移的进刀轴X进给箱、可沿窜刀轴Y平移的窜刀轴Y拖板机构。以及驱动刀具主轴箱在YZ平面内转动的刀具角度调整装置。走刀轴Z托板机构通过直线滚动导轨副设置在机床体上，进刀轴X进给箱通过滑动导轨副设置在走刀轴Z托板机构上，窜刀轴Y拖板机构设置在进刀轴X进给箱前端，刀角调节轴A通过涡轮副设置在进刀轴X进给箱左上部。
[0020]所述的直驱式工件主轴箱设置在机床体的一端，工件主轴C (旋转轴)，由空心伺服电机通过连接件直接同轴驱动。工件主轴C为空心轴，其右端设有伸缩夹紧式工件夹头组件。
[0021]直驱式工件主轴C的转速由上位控制系统依据直驱式刀具主轴B的转速根据展成法加工原理自动跟随。工件主轴C的实际圆周位置由同轴安装的高精度编码器确定。
[0022]直驱式刀具主轴箱包括刀具主轴箱体、刀具主轴B、刀杆、空心伺服电机、连接器、刀杆拉杆、高精度编码器和托架；刀具主轴B设置为B轴(旋转轴)，由空心伺服电机通过连接器直接驱动。刀具主轴B的实际圆周位置由同轴高精度编码器确定。刀杆通过拉杆拉紧，在刀杆上可安装不同规格的滚刀，在刀杆尾端设有刀杆托架。
[0023]走刀轴Z拖板机构包括走刀轴Z托板座、走刀轴Z伺服电机、走刀轴Z滚珠丝杠副。走刀轴Z伺服电机通过连轴结直接驱动走刀轴Z滚珠丝杠副，通过滚珠丝杠副上的丝母连接座驱动刀具纵向走刀。走刀轴Z拖板机构通过直线滚动导轨副设置于机床体上。
[0024]进刀轴X进给机构通过贴塑导轨设置在走刀轴Z拖板机构上。包括进刀轴X进给箱、进刀轴X伺服电机、进刀轴X滚珠丝杠副。进刀轴X伺服电机通过连轴结直接驱动进刀轴X滚珠丝杠副，进刀轴X丝母连接座固定在走刀轴Z托板座上，进刀轴X滚珠丝杠设置于进刀轴X进给箱上；通过滚珠丝杠的旋转驱