六軸五聯動螺旋錐齒輪加工工具機的製作方法
2023-10-23 22:48:02 5
專利名稱：六軸五聯動螺旋錐齒輪加工工具機的製作方法
技術領域：
本發明涉及數控加工設備，進一步是指加工螺旋錐齒輪的銑齒機和磨齒機。
背景技術：
現有技術中，螺旋錐齒輪加工設備有機械型螺旋錐齒輪加工工具機和數控螺旋錐齒 輪加工工具機。機械型螺旋錐齒輪加工工具機的結構和調整環節是齒輪工具機中最複雜的。參見 附圖1，現有數控螺旋錐齒輪加工工具機利用計算機直接控制三個直線軸(即χ、γ、ζ軸)和三 個轉動軸(即Α、B、C軸)，以模擬機械型螺旋錐齒輪的加工運動，從而加工出螺旋錐齒輪。 數控螺旋錐齒輪加工工具機將複雜的機械結構轉換為軟體控制，實現了螺旋錐齒輪加工的信 息化和智能化。上述結構是用刀具箱沿Y軸，工件箱沿X軸的聯動來模擬刀具繞搖臺軸線 的迴轉，將刀傾機構的功能改為B軸的擺動來實現。這種結構沒有充分發揮數控技術的作 用，存在以下主要缺陷1、該結構由於立柱不動，刀具箱(13)通過層層疊加的滑板(10)安裝在立柱⑶ 上，為了能讓刀具06)加工到工件，不得已將刀具主軸0 伸得很長，從而加大了刀具 (26)受力點與主軸軸承支撐距離的懸伸比，導致刀具主軸05)剛性不太好。2、該工具機結構設計在加工左、右旋螺旋錐齒輪時，工具機的加工點分別在工件(XT) 的上下位置，從而導致工具機的加工點位置變化很大，刀具箱(1 在Y方向行程很長，加工點 的位置也很高，這些對工具機整體加工剛性不是很好。3、該結構X、Y、Z三個直線運動軸設計得比較分散，導致工具機佔地面積大，不好防 護。4、該結構X軸滑板08)在加工過程中由於要沿X向滑動，X嚮導軌(16、17)需要 安裝在床身上，導致排屑槽09)不能開通到整個加工區域，這種結構雖然能在X軸上安裝 盔甲式的鋼防護，但是鐵屑掉在防護上面還是不好清理，這種情況特別是銑齒的時候，大量 的鐵屑特別容易堆積在工具機上。5、為了環保和節約，螺旋錐齒輪銑齒的發展方向是幹切削，即在加工時不加冷卻 液，切削速度很快，熱量被切削帶走，這就要求灼熱的切削不能落在床身上，以免影響工具機 的熱變形，圖1的裝置很難做到這一點。6、工具機零件多，佔地面積大，工件裝卸不方便。公開號為CN1457279的專利申請公開說明書記載了一種生產錐齒輪的機器，該機 器將刀具主軸和工件主軸全設計在一個立柱上，其結構不僅導致製造成本高，而且裝配的 工藝性不好。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術存在的上述缺陷，提出一種結構簡單，穩定性及 可靠性好、效率高、佔地面積小、防護與排屑容易，工件和刀具的裝卸方便的六軸五聯動螺 旋錐齒輪加工工具機。
4
本發明是採用下述技術方案實現的，一種六軸五聯動螺旋錐齒輪加工工具機，包括 床身，工件箱，立柱，水平滑臺，刀具箱，所述床身為開口朝上的U形槽結構，所述U形槽的寬 度、深度、厚度方向依次定義為空間笛卡爾直角坐標系的Y軸、Z軸、X軸方向；在所述U形 槽中設置有一根軸線與所述Y軸方向平行並可繞自身軸線迴轉的第一迴轉軸，所述第一回 轉軸兩端支撐在所述U形槽的兩個側壁上；所述工件箱安裝在所述第一迴轉軸上並與所述 第一迴轉軸同步迴轉；在所述U形槽兩個側壁的上端面設有至少一根軸線與所述X軸方向平行並可繞自 身軸線迴轉的第一直線驅動軸；所述立柱安裝在所述第一直線驅動軸上並可沿所述第一直 線驅動軸的軸線作直線運動；在所述立柱上設有至少一根軸線與所述Y軸方向平行並可繞自身軸線迴轉的第 二直線驅動軸；所述水平滑臺安裝在所述第二直線驅動軸上並可沿所述第二直線驅動軸的 軸線作直線運動；在所述水平滑臺上設有一根軸線與所述Z軸方向平行並可繞自身軸線迴轉的第 三直線驅動軸；所述刀具箱安裝在所述第三直線驅動軸上並可沿所述第三直線驅動軸的軸 線作直線運動。本發明中，所述第一迴轉軸的一端設置有一驅動所述第一迴轉軸轉動的迴轉臺， 所述迴轉臺內設有驅動裝置；所述驅動裝置選自力矩電機或由外設驅動動力驅動的齒輪傳 動機構、曲柄連杆傳動機構、蝸輪蝸杆傳動機構中的一種。本發明中，所述工件箱上設有一根軸線與所述第一迴轉軸的軸線垂直的工件主 軸，所述工件主軸的一端設有安裝被加工工件的工件承載臺，工件主軸的另一端或中間位 置與設於工件箱中的工件主軸的驅動裝置連接。本發明中，所述第一直線驅動軸為雙絲杆，所述立柱通過設置在其上的第一絲孔 與所述雙絲杆匹配安裝驅動，所述立柱沿所述雙絲杆的軸線作直線運動。本發明中，在所述U形槽兩個側壁的上端面設有兩根軸線方向與X軸方向平行的 所述第一導嚮導軌，所述立柱通過其底面設置的第一導向槽與所述第一導嚮導軌匹配接觸 實現沿Z軸方向的支撐及Y軸方向的定位並提供所述立柱沿所述第一絲杆的軸線作直線運 動的導向。本發明中，所述第二直線驅動軸為第二絲杆，所述水平滑臺通過設置在其上的絲 孔與所述第二絲杆匹配安裝驅動所述水平滑臺沿所述第二絲杆的軸線作直線運動。本發明中，在所述立柱上設有三根軸線方向與所述Y軸方向平行的第二導嚮導 軌，所述水平滑臺通過其一個側面設置的導向槽與所述第二導嚮導軌匹配接觸實現沿Z軸 方向的支撐定位並提供所述水平滑臺沿所述第二絲杆的軸線作直線運動的導向。本發明中，所述第三直線驅動軸為第三絲杆，所述刀具箱通過設置在其上的第三 絲孔與所述第三絲杆匹配安裝驅動所述刀具箱沿所述第三絲杆的軸線作直線運動。本發明中，在所述水平滑臺上設有兩根軸線方向與所述Z軸方向平行的所述第三 導嚮導軌，所述刀具箱通過其一個側面設置的導向槽與所述第三導嚮導軌匹配接觸實現沿 Y軸方向的定位並提供所述刀具箱沿所述第三絲杆的軸線作直線運動的導向。本發明中，所述刀具箱上設有一根軸線與所述第三驅動軸的軸線平行的刀具主 軸，所述刀具主軸的一端設有安裝刀具的刀具座，另一端或中間位置與設於刀具箱中的刀具主軸的驅動裝置連接。本發明中，在所述U形槽的兩個側壁內內側設置有用於修磨刀具的砂輪修整器。本發明的技術原理是，螺旋錐齒輪在加工過程中，其齒面的形成取決於刀具和工 件的相對運動，而刀具與工件的相對位置完成由三個直線驅動軸，即第一直線驅動軸、第二 直線驅動軸、第三直線驅動軸和三個轉動軸，即第一迴轉軸、刀具主軸、工具主軸來確定，六 軸的設定只要保證刀具和工件能處於任何需要的相對位置即可。本發明在研究了三個直線 驅動軸和三個迴轉軸的各種可能的設定方式並分析其優缺點後確定。本發明加工螺旋錐齒 輪的過程是1、在刀具箱(1 的刀具主軸上安裝好刀具，在工件箱( 的工件主軸上安裝好螺 旋錐齒輪，啟動程序後計算機首先控制第一迴轉軸轉動，帶動工件箱( 繞第一迴轉軸回 轉一個角度，迴轉角度的大小就是螺旋錐齒輪剛開始加工時的輪坯安裝角。2、計算機控制立柱(8)沿X軸運動、水平滑臺(10)沿Y軸運動，刀具箱(1 沿Z 軸運動，將刀具快速移動到齒輪加工的啟始位置，刀具按給定的速度迴轉並開啟冷卻液。3、在程序控制下，第一直線驅動軸、第二直線驅動軸、第三直線驅動軸、刀具主軸、 工件主軸五軸聯動使刀具和被加工工件做嚙合的展成運動以加工出齒面。4、一個齒槽加工好之後，刀具箱沿Z軸方向上升使被加工工件與刀具脫離接觸， 工件主軸旋轉使齒輪分度到第二個輪齒加工的起始位置，然後X、Y、Z各軸在不發生幹涉的 原則下快速退回到齒輪加工的起始位置。5、加工第二個齒槽，如此循環往復，直到加工完成所有的輪齒。6、各軸都回到原始位置，(工作門打開後)工作人員取下加工好的齒輪並換上待 加工的齒輪。7、如果是數控磨齒機，在預備時間或加工過程中還要利用砂輪修整器(18)來修 整砂輪。本發明的工具機與現有工具機相比，具有如下優點1、第一迴轉軸迴轉臺可採用力矩電機或或由外設驅動動力驅動的齒輪傳動機構、 曲柄連杆傳動機構、蝸輪蝸杆傳動機構等常用精密迴轉臺驅動方式驅動；2、第一迴轉軸兩端都安裝支撐在床身的U形槽的兩個側壁上，大大提高了第一回 轉軸迴轉的精度與剛性；克服了現有技術由一個大工件箱圍繞一點旋轉而產生的精度與剛 性較低的缺陷。3、立柱沿X方向的滑動由雙絲槓驅動，確保了工具機的高剛性。4、在所述立柱上設有三根軸線方向與所述Y軸方向平行的第二導嚮導軌，所述水 平滑臺通過其一個側面設置的導向槽與所述第二導嚮導軌匹配接觸實現沿Z軸方向的支 撐定位並提供所述水平滑臺沿所述第二絲杆的軸線作直線運動的導向，比現有工具機結構增 加了一根，也大大提高了工具機的剛度。5、工具機在加工左、右旋螺旋錐齒輪時，其加工點不再分布在工件的上下位置，而是 分布在工件的左右位置，這樣使得工具機的加工點在高度方向始終保持很低的位置，且此位 置剛性好、易排屑、易觀察，是工具機的最優加工點。6、將X、Y、Z三個方向直線運動全部由立柱本身或設置在立柱上的導向、驅動裝置 完成，使得工具機結構緊湊，裝配方便，具有很好的工藝性能，且工具機的X、Y方向直線運動是不共面的水平運動，而Z軸的垂直方向運動卻只有讓刀和進給功能，這樣的布局雖然工具機 設計為立式結構，但由於垂直方向(Z軸)行程相當短，這也使得工具機高度方向的尺寸較小、 重心較低，剛度明顯提高。7、工具機總體布局採用立式結構，工件和刀具的裝卸很方便，而且工件便於實現機 械手自動裝卸；8、設備造價降低、性能穩定、可靠；加工的切屑落在工具機U型排屑槽內，容易排屑 並且容易於實現幹切削；9、整機零件少，工藝性能好，佔地面積小，防護容易，造型美觀。
附圖1是現有技術的一種工具機結構；
附圖2是本發明工具機的一種實施例結構示意圖。
附圖中
1-床身2-工件箱
3-第一迴轉軸4-床身右壁
5-床身左壁6、7-絲槓
8-立柱9-第二直線驅動軸
10-水平滑臺11-第三直線驅動軸
12-迴轉臺13-刀具箱
14-工件主軸15-工件承載臺
16、17_第一導嚮導軌 18-砂輪修整器
20、21、22_ 第二導嚮導軌 23、24_第三導嚮導軌
25-刀具主軸。
以下結合附圖及實施例對本發明作出進一步說明。
本發明的工具機包括採用端面銑齒或磨齒方法加工弧齒錐齒輪、弧齒準雙曲面齒輪的工具機。
參見附圖2，，本發明所述六軸五聯動螺旋錐齒輪加工工具機，包括床身1，工件箱2，
立柱8，水平滑臺10，刀具箱13，所述床身1為開口朝上的U形槽結構，所述U形槽的寬度、 深度、厚度方向依次定義為空間笛卡爾直角坐標系的Y軸、Z軸、X軸方向；在所述U形槽中 設置有一根軸線與所述Y軸方向平行並可繞自身軸線迴轉的第一迴轉軸3，所述第一迴轉 軸3兩端支撐在所述U形槽的兩個側壁4、5上；所述第一迴轉軸3的一端設置有一驅動所 述第一迴轉軸3轉動的迴轉臺12，所述迴轉臺12內設有驅動的第一迴轉軸3的力矩電機或 由外設驅動動力驅動的齒輪傳動機構、曲柄連杆機構、蝸輪蝸杆傳動機構；工件箱2安裝在 所述第一迴轉軸3上並與所述第一迴轉軸3同步迴轉；所述工件箱2上設有一根軸線與所 述第一迴轉軸3的軸線垂直的工件主軸14，所述工件主軸14的一端設有安裝被加工工件的 工件承載臺15，另一端或其中間位置與設於工件箱2中的第二驅動動力連接；
在所述U形槽兩個側壁4、5的上端面各設有一根軸線方向與所述X軸方向平行並 可繞自身軸線迴轉的第一直線驅動軸，所述第一直線驅動軸由絲杆6、絲杆7組成；所述立 柱8通過設置在其上的絲孔與所述絲杆6、絲杆7匹配安裝驅動所述立柱8沿所述絲杆6、絲杆7的軸線作直線運動；在所述U形槽兩個側壁4、5的上端面各設有一根軸線與X軸方向 平行的第一導嚮導軌16、17，所述立柱8通過其底面設置的導向槽與所述第一導嚮導軌16、 17匹配接觸實現沿Z軸、Y軸方向的支撐定位並提供所述立柱8沿所述絲杆6、絲杆7的軸 線作直線運動的導向；在所述立柱8上設有一根軸線與所述Y軸方向平行並可繞自身軸線迴轉的第二直 線驅動軸9 ；所述水平滑臺10安裝在所述第二驅動軸9上並可沿所述第二驅動軸9的軸線 作直線運動；在所述立柱8上設有三根軸線方向與所述Y軸方向平行的所述第二導嚮導軌 20、21、22，所述水平滑臺10通過其一個側面設置的導向槽與所述第二導嚮導軌20、21、22 匹配接觸實現沿Z軸方向的支撐定位並提供所述水平滑臺10沿所述第二直線驅動軸9的 軸線作直線運動的導向；在所述水平滑臺10上設有一根軸線與所述Z軸方向平行並可繞自身軸線迴轉的 第三直線驅動軸11 ；所述刀具箱13安裝在所述第三直線驅動軸11上並可沿所述第三直線 驅動軸11的軸線作直線運動；在所述水平滑臺10上設有兩根軸線方向與所述Z軸方向平 行的所述第三導嚮導軌23、24，所述刀具箱13通過其一個側面設置的導向槽與所述第三導 嚮導軌23、24匹配接觸實現沿Y軸方向的定位並提供所述刀具箱13沿所述第三直線驅動 軸11的軸線作直線運動的導向；所述刀具箱13上設有一根軸線與所述第三直線驅動軸11 的軸線平行的刀具主軸25，所述刀具主軸25的一端設有安裝刀具的刀具安裝盤，另一端或 其中間位置與設於刀具箱13中的第三驅動動力連接。本實施例中，所述第二驅動軸9為第二絲杆，所述水平滑臺10通過設置在其上的 絲孔與所述第二絲杆匹配安裝驅動所述水平滑臺10沿所述第二絲杆的軸線作直線運動。本實施例中，所述第三直線驅動軸11為第三絲杆，所述刀具箱13通過設置在其上 的絲孔與所述第三絲杆匹配安裝驅動所述刀具箱13沿所述第三絲杆的軸線作直線運動。本實施例中，在所述U形槽的兩個側壁4或5的內側設置有用於修磨刀具的砂輪 修整器18。
權利要求
1.一種六軸五聯動螺旋錐齒輪加工工具機，包括床身，工件箱，立柱，水平滑臺，刀具箱， 其特徵在於所述床身為開口朝上的U形槽結構，所述U形槽的寬度、深度、厚度方向依次定 義為空間笛卡爾直角坐標系的Y軸、Z軸、X軸方向；在所述U形槽中設置有一根軸線與所 述Y軸方向平行並可繞自身軸線迴轉的第一迴轉軸，所述第一迴轉軸兩端支撐在所述U形 槽的兩個側壁上；所述工件箱安裝在所述第一迴轉軸上並與所述第一迴轉軸同步迴轉；在所述U形槽兩個側壁的上端面設有至少一根軸線與所述X軸方向平行並可繞自身軸 線迴轉的第一直線驅動軸；所述立柱安裝在所述第一直線驅動軸上並可沿所述第一直線驅 動軸的軸線作直線運動；在所述立柱上設有至少一根軸線與所述Y軸方向平行並可繞自身軸線迴轉的第二直 線驅動軸；所述水平滑臺安裝在所述第二直線驅動軸上並可沿所述第二直線驅動軸的軸線 作直線運動；在所述水平滑臺上設有一根軸線與所述Z軸方向平行並可繞自身軸線迴轉的第三直 線驅動軸；所述刀具箱安裝在所述第三直線驅動軸上並可沿所述第三直線驅動軸的軸線作 直線運動。
2.根據權利要求1所述的一種六軸五聯動螺旋錐齒輪加工工具機，其特徵在於所述第 一迴轉軸的一端設置有一驅動所述第一迴轉軸轉動的迴轉臺，所述迴轉臺內設有驅動裝 置；所述驅動裝置選自力矩電機或由外設驅動動力驅動的齒輪傳動機構、曲柄連杆傳動機 構、蝸輪蝸杆傳動機構中的一種。
3.根據權利要求2所述的一種六軸五聯動螺旋錐齒輪加工工具機，其特徵在於所述工 件箱上設有一根軸線與所述第一迴轉軸的軸線垂直的工件主軸，所述工件主軸的一端設有 安裝被加工工件的工件承載臺，工件主軸的另一端或中間位置與設於工件箱中的工件主軸 的驅動裝置連接。
4.根據權利要求3所述的一種六軸五聯動螺旋錐齒輪加工工具機，其特徵在於所述第 一直線驅動軸為雙絲杆，所述立柱通過設置在其上的第一絲孔與所述雙絲杆匹配安裝驅 動，所述立柱沿所述雙絲杆的軸線作直線運動。
5.根據權利要求4所述的一種六軸五聯動螺旋錐齒輪加工工具機，其特徵在於在所述U 形槽兩個側壁的上端面設有兩根軸線方向與X軸方向平行的所述第一導嚮導軌，所述立柱 通過其底面設置的第一導向槽與所述第一導嚮導軌匹配接觸實現沿Z軸方向的支撐及Y軸 方向的定位並提供所述立柱沿所述第一絲杆的軸線作直線運動的導向。
6.根據權利要求5所述的一種六軸五聯動螺旋錐齒輪加工工具機，其特徵在於所述第 二直線驅動軸為第二絲杆，所述水平滑臺通過設置在其上的絲孔與所述第二絲杆匹配安裝 驅動所述水平滑臺沿所述第二絲杆的軸線作直線運動。
7.根據權利要求6所述的一種六軸五聯動螺旋錐齒輪加工工具機，其特徵在於在所述 立柱上設有三根軸線方向與所述Y軸方向平行的第二導嚮導軌，所述水平滑臺通過其一個 側面設置的導向槽與所述第二導嚮導軌匹配接觸實現沿Z軸方向的支撐定位並提供所述 水平滑臺沿所述第二絲杆的軸線作直線運動的導向。
8.根據權利要求7所述的一種六軸五聯動螺旋錐齒輪加工工具機，其特徵在於所述第 三直線驅動軸為第三絲杆，所述刀具箱通過設置在其上的第三絲孔與所述第三絲杆匹配安 裝驅動所述刀具箱沿所述第三絲杆的軸線作直線運動。
9.根據權利要求8所述的一種六軸五聯動螺旋錐齒輪加工工具機，其特徵在於在所述 水平滑臺上設有兩根軸線方向與所述Z軸方向平行的第三導嚮導軌，所述刀具箱通過其一 個側面設置的導向槽與所述第三導嚮導軌匹配接觸實現沿Y軸方向的定位並提供所述刀 具箱沿所述第三絲杆的軸線作直線運動的導向。
10.根據權利要求9所述的一種六軸五聯動螺旋錐齒輪加工工具機，其特徵在於所述刀 具箱上設有一根軸線與所述第三驅動軸的軸線平行的刀具主軸，所述刀具主軸的一端設有 安裝刀具的刀具座，另一端或中間位置與設於刀具箱中的刀具主軸的驅動裝置連接。
11.根據權利要求1-10任意一項所述的一種六軸五聯動螺旋錐齒輪加工工具機，其特徵 在於在所述U形槽的兩個側壁內內側設置有用於修磨刀具的砂輪修整器。
全文摘要
一種六軸五聯動螺旋錐齒輪加工工具機，包括床身、立柱、工件箱、第一迴轉軸、刀具箱、水平滑板；所述床身為開口朝上的U形槽結構，所述U形槽的寬度、深度、厚度方向依次定義為空間笛卡爾直角坐標系的Y軸、Z軸、X軸方向；在所述U形槽中設置有一根安裝有工件箱的第一迴轉軸；在所述U形槽兩個側壁的上端面設有驅動立柱作直線運動的第一直線驅動軸；在所述立柱上設有驅動水平滑臺作直線運動的第二直線驅動軸；在所述水平滑臺上設有驅動刀具箱作直線運動的第三直線驅動軸；本發明結構合理、操作使用方便、工件箱迴轉半徑小、迴轉角度大、工具機體積小、運行平穩、刀具定位精度高，排屑容易，防護設計簡單美觀，特別適用於螺旋錐齒輪數控銑削加工。
文檔編號B23Q1/26GK102101203SQ201010614110
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月30日 優先權日2010年12月30日
發明者張春暉, 陽益江 申請人:湖南中大創遠數控裝備有限公司