雙刀盤銑齒加工裝置及其加工方法
2023-04-26 22:26:16 2
專利名稱：雙刀盤銑齒加工裝置及其加工方法
技術領域：
本發明涉及一種銑齒加工領域，更具體地說涉及一種使用雙銑齒刀盤對大模數外
齒輪進行高速銑齒粗加工的雙刀盤銑齒加工裝置及其加工方法，屬先進位造技術領域。
背景技術：
齒輪是典型的迴轉件，按齒廓曲線分為漸開線、擺線、圓弧和拋物線等，其中漸開 線齒廓應用最廣。齒輪加工方法很多，有銑齒、插齒、滾齒、磨齒、剃齒、珩齒等，按加工原理 分為範成法和成形法兩大類。範成法是根據包絡法原理形成共軛齒廓，以滾齒和插齒為主； 成形法是利用與齒輪齒槽形狀相同的刀具加工出齒輪齒廓，以銑齒和磨齒為主。齒輪銑削 主要是指用指形銑刀或盤銑刀進行加工；19世紀初，英國開始利用指形銑刀加工錐齒輪； 20世紀70年代，前蘇聯研製出KY-279型大模數開槽銑外齒工具機，粗銑時採用非模數盤銑 刀，精銑時採用模數盤銑刀或圓錐形"勝利"齒輪滾刀。 近年來，隨著硬質合金刀具技術的發展，高速銑齒工藝得到了廣泛應用。極坐標數 控高速銑齒工具機是大模數大直徑齒輪粗精加工的專用設備，加工效率較傳統的滾齒和插齒 工藝提高了 3-5倍。大模數大直徑齒輪的工藝流程為對於軟齒面齒輪，銑齒粗加工後直接 滾齒精加工；對於硬齒面齒輪，銑齒粗加工、淬火後成形磨削。這種工藝流程將逐步代替傳 統滾齒、插齒及成形銑齒的工藝。對大模數齒輪粗加工一方面要求儘可能提高加工效率； 另一方面要在粗加工結束後，為下道工序提供較好的工藝性，粗加工或半精加工保留的齒 廓餘量均勻。在成形法銑齒粗加工中，盤形銑刀齒廓截面為直線；而且為節省成本，工程上 通常使用一種模數的刀具加工模數相近的幾種模數的齒輪，這就導致加工的漸開線齒廓餘 量不均勻，尤其是齒頂和齒根餘量較大，這對齒廓表面熱處理以及後續成形磨削有很大影 響。雙刀盤錯齒加工工藝正是在這種背景下應運而生，它能在保證加工效率的情況下控制 齒根和齒頂的餘量。
發明內容
本發明的目的在於解決上述現有技術中存在的問題與不足，提供一種雙刀盤銑齒 加工裝置及其加工方法，以改善當前銑齒粗加工齒廓餘量不均勻的問題，減小精加工餘量， 改善精加工刀具不均勻磨損的現狀，提高效率，降低成本。 本發明的雙刀盤銑齒加工裝置及其加工方法屬國內首創。雙刀盤銑齒基於極坐標 定位及雙直廓刀盤錯位加工工藝，能控制齒頂及齒根的齒廓餘量，解決單刀盤銑齒齒廓餘 量不均勻的問題，為後續的精加工節省了時間，加工精度穩定，降低了加工成本。雙刀盤銑 齒粗加工後直接磨齒或滾齒精加工，用粗銑刀盤代替了原有的半精加工，這種工藝流程將 逐步代替傳統得單刀盤成形銑齒加工方法。
本發明採用的技術方案如下 —種雙刀盤銑齒加工裝置，包括主軸變頻電機，所述主軸變頻電機通過主軸箱皮 帶傳動副連接雙刀盤銑外齒主軸箱，雙刀盤銑外齒主軸箱的雙刀盤主軸上設有雙刀盤結構；雙刀盤銑外齒主軸箱設置在垂直進給拖板上，垂直進給拖板連接垂直進給系統，垂直進 給系統上設有有鏈輪鏈條，鏈輪鏈條連接配重塊，垂直進給系統設置在雙刀盤銑齒工具機的 立柱上。 所述雙刀盤銑外齒主軸箱內包括依次嚙合連接的主軸箱一軸、主軸箱二軸、主軸
箱三軸、主軸箱惰輪軸和雙刀盤主軸，主軸箱一軸連接主軸變頻電機。 所述雙刀盤主軸由左主軸和右主軸組成，左主軸和右主軸上設有雙刀盤結構。 所述雙刀盤結構包括左盤銑刀、右盤銑刀、左鍵盤、左定位套、右鍵盤、右定位套、
過渡鍵盤和過渡套；刀盤安裝時，先將雙刀盤結構裝配成整體，再安裝於刀杆上。左主軸和
右主軸內設有刀杆，刀杆末端設有主軸系統鎖緊螺母，刀杆上設有左盤銑刀和右盤銑刀，左
盤銑刀左端設有套設在左主軸上的左鍵盤，左鍵盤內設有左定位套，右盤銑刀右端設有右
鍵盤，右鍵盤內設有右定位套；左盤銑刀和右盤銑刀之間設有過渡鍵盤，過渡鍵盤內設有過
渡套，過渡套套設在刀杆上。 雙刀盤銑齒工具機主要由床身、底座、立柱、水平進給系統、垂直進給系統、迴轉進給 系統，及雙刀盤銑外齒主軸箱等組成。迴轉進給系統置於底座上，迴轉進給系統控制的數控 迴轉臺，數控迴轉臺上設有齒輪固定座，俗稱牛腿，齒輪固定座上通過螺栓固定待加工外齒 輪。水平進給系統包括控制立柱水平進給的水平進給滾珠絲槓副，垂直進給系統包括控制 垂直進給拖板垂直進給的垂直進給滾珠絲槓副。 左盤銑刀和右盤銑刀組成的雙刀盤結構通過刀杆徑向定位，左定位套和右定位套 進行軸向定位，雙側端面鍵周向傳動；定位與驅動分離，保證雙刀盤主軸定位精度。刀杆與 雙刀盤主軸之間採用間隙配合和卸荷裝置，不承受扭矩。 所述的主軸傳動由置於雙刀盤銑外齒主軸箱箱體頂部的主軸變頻電機驅動並經 主軸箱皮帶傳動副的同步齒型帶和多對齒輪副，分兩路傳動到雙刀盤主軸，並採用端面鍵 驅動雙刀盤結構，總減速比為16. 9，主軸額定轉速為87. lrpm，銑刀盤直徑為380-480mm，最 大銑削速度為180m/min。 —種雙刀盤銑齒加工方法，該方法利用雙刀盤銑齒工具機在待加工外齒輪的空間極 坐標系內進行插補，以數控迴轉臺中心為極點，數控迴轉臺轉角為極角，數控迴轉臺半徑與 雙刀盤結構水平位移之和為極徑，雙刀盤結構垂直進給與數控迴轉臺迴轉進給聯動來實現 大模數外齒輪的粗加工；
該方法包括以下步驟 將待加工外齒輪固定在雙刀盤銑齒工具機的數控迴轉臺上，雙刀盤銑齒工具機上安裝 雙刀盤銑齒加工裝置； 針對不同模數和齒數的外齒輪銑齒加工，調整雙刀盤銑齒加工裝置雙刀盤結構的 左盤銑刀和右盤銑刀之間的距離以及刀盤軸心與數控迴轉臺的距離控制齒根及齒頂的齒 廓餘量； 待加工外齒輪的每個齒槽由左盤銑刀和右盤銑刀進行錯位銑齒，控制待加工外齒 輪的齒頂及齒根齒廓餘量，解決單刀盤銑齒齒廓餘量不均勻的問題，後續的精加工時間縮 短為原來的1/3，刀具磨損均勻，加工精度穩定。 所述左盤銑刀和右盤銑刀之間的距離由齒輪模數、跨齒數及刀盤尺寸決定，通過 左定位套以及右定位套的厚度調節，並保證左盤銑刀和右盤銑刀關於數控迴轉臺中心對
4稱。 本發明的有益效果是 與現有技術相比較，本發明採用了極坐標原理及雙直廓刀盤錯位加工工藝，減 小了待加工齒輪的齒根和齒頂餘量，使得齒廓餘量均勻，為後續的精加工創造了有利條 件——精加工時間縮短為原來的l/3，刀具磨損均勻。本發明的雙刀盤銑齒加工裝置採用了 模塊化的設計理念，結構簡單，雙刀盤系統與單刀盤系統之間可以互換，相同模數刀盤的定 位套可以互換。本發明的雙刀盤銑齒加工方法集成了銑齒粗加工和半精加工，雙刀盤銑齒 後直接磨齒或滾齒精加工，提高了加工效率，這種工藝流程將逐步代替傳統得單刀盤成形 銑齒加工方法。
圖1為本發明的整機結構示意圖； 圖2為本發明的銑齒工具機傳動系統圖； 圖3為本發明的雙刀盤銑外齒主軸箱的結構圖； 圖4為本發明的雙刀盤結構與工件的相對位移原理圖； 圖5為本發明的雙刀盤結構加工漸開線齒槽原理圖； 圖6為本發明的雙刀盤主軸裝配示意圖。
圖中部件說明 1、床身，2、水平進給系統，3、立柱，4、配重塊，5、鏈輪鏈條，6、垂直進給拖板，7、垂 直進給系統，8、主軸變頻電機，9、雙刀盤銑外齒主軸箱，10、雙刀盤結構，11、待加工外齒輪， 12、齒輪固定座，13、數控迴轉臺，14、底座，15、迴轉進給系統，16、水平進給滾珠絲槓副，17、 垂直進給滾珠絲槓副，18、主軸箱皮帶傳動副，19、主軸箱一軸，20、主軸箱二軸，21、主軸箱 三軸，22、主軸箱惰輪軸，23、雙刀盤主軸，24、主軸系統鎖緊螺母，25左主軸，26、左鍵盤，27、 左定位套，28、左盤銑刀，29、過渡鍵盤，30、過渡套，31、右盤銑刀，32、右鍵盤，33、右定位套， 34、右主軸，35、刀杆。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明
實施例一。 —種雙刀盤銑齒加工裝置，包括主軸變頻電機8，所述主軸變頻電機8通過主軸箱 皮帶傳動副18連接雙刀盤銑外齒主軸箱9，雙刀盤銑外齒主軸箱9的雙刀盤主軸23上設有 雙刀盤結構10 ;雙刀盤銑外齒主軸箱9設置在垂直進給拖板6上，垂直進給拖板6連接垂 直進給系統7，垂直進給系統7上設有有鏈輪鏈條5，鏈輪鏈條5連接配重塊4，垂直進給系 統7設置在雙刀盤銑齒工具機的立柱3上。 雙刀盤銑外齒主軸箱9內包括依次嚙合連接的主軸箱一軸19、主軸箱二軸20、主 軸箱三軸21、主軸箱惰輪軸22和雙刀盤主軸23，主軸箱一軸19連接主軸變頻電機8。
雙刀盤主軸23由左主軸25和右主軸34組成，左主軸25和右主軸34上設有雙刀 盤結構10。 雙刀盤結構10包括左盤銑刀28、右盤銑刀31、左鍵盤26、左定位套27、右鍵盤32、
5右定位套33、過渡鍵盤29和過渡套30 ;刀盤安裝時，先將雙刀盤結構裝配成整體，再安裝於 刀杆上。左主軸25和右主軸34內設有刀杆35，刀杆35末端設有主軸系統鎖緊螺母24，刀 杆35上設有左盤銑刀28和右盤銑刀31，左盤銑刀28左端設有套設在左主軸25上的左鍵 盤26，左鍵盤26內設有左定位套27，右盤銑刀31右端設有右鍵盤32，右鍵盤32內設有右 定位套33 ;左盤銑刀28和右盤銑刀31之間設有過渡鍵盤29，過渡鍵盤29內設有過渡套 30，過渡套30套設在刀杆35上。 雙刀盤銑齒工具機主要由床身1、底座14、立柱3、水平進給系統2、垂直進給系統7、 迴轉進給系統15，及雙刀盤銑外齒主軸箱9等組成。迴轉進給系統15置於底座14上，迴轉 進給系統15控制的數控迴轉臺13，數控迴轉臺13上設有齒輪固定座12，俗稱牛腿，齒輪固 定座12上通過螺栓固定待加工外齒輪11。水平進給系統2包括控制立柱3水平進給的水 平進給滾珠絲槓副16，垂直進給系統7包括控制垂直進給拖板6垂直進給的垂直進給滾珠 絲槓副17。 左盤銑刀28和右盤銑刀31組成的雙刀盤結構10通過刀杆35徑向定位，左定位 套27和右定位套33進行軸向定位，雙側端面鍵周向傳動；定位與驅動分離，保證雙刀盤主 軸23定位精度。刀杆35與雙刀盤主軸23之間採用間隙配合和卸荷裝置，不承受扭矩。
實施例二。 —種雙刀盤銑齒加工方法，該方法利用雙刀盤銑齒工具機在待加工外齒輪11的空 間極坐標系內進行插補，以數控迴轉臺13中心為極點，數控迴轉臺13轉角為極角，數控回 轉臺13半徑與雙刀盤結構IO水平位移之和為極徑，雙刀盤結構IO垂直進給與數控迴轉臺 13迴轉進給聯動來實現大模數外齒輪的粗加工；
該方法包括以下步驟 將待加工外齒輪11固定在雙刀盤銑齒工具機的數控迴轉臺13上，雙刀盤銑齒工具機 上安裝雙刀盤銑齒加工裝置； 針對不同模數和齒數的外齒輪銑齒加工，調整雙刀盤銑齒加工裝置雙刀盤結構10 的左盤銑刀28和右盤銑刀31之間的距離以及刀盤軸心與數控迴轉臺13的距離控制齒根 及齒頂的齒廓餘量； 待加工外齒輪11的每個齒槽由左盤銑刀28和右盤銑刀31進行錯位銑齒，控制待 加工外齒輪11的齒頂及齒根齒廓餘量，解決單刀盤銑齒齒廓餘量不均勻的問題，後續的精 加工時間縮短為原來的1/3，刀具磨損均勻，加工精度穩定。 左盤銑刀28和右盤銑刀31之間的距離由齒輪模數、跨齒數及刀盤尺寸決定，通過 左定位套27以及右定位套33的厚度調節，並保證左盤銑刀28和右盤銑刀31關於數控回 轉臺13中心對稱。 如圖l，雙刀盤銑齒工具機主要由床身1、底座14、立柱3、水平進給系統2、垂直進給 系統7、迴轉工作檯13及雙刀盤銑外齒主軸箱9等組成，迴轉工作檯13置於底座上，雙刀盤 銑外齒主軸箱9置於垂直進給拖板6上。所有進給由數控系統控制，以迴轉工作檯13中心 為極點，迴轉工作檯13轉角為極角，迴轉工作檯13半徑與水平進給位移之和為極徑，配以 自行開發的平面極坐標數控曲面插補軟體，實現漸開線齒廓成形銑削。 如圖2，傳動系統包括，迴轉進給系統15、水平進給滾珠絲槓副16和垂直進給滾珠 絲槓副17，迴轉進給系統15由行星減速器15、蝸杆蝸輪副Zl和Z2、齒輪副Z3、齒輪副Z4組成。迴轉工作檯13中心安裝有圓光柵，與數控系統構成全閉環。立柱3與床身1導軌採 用四點同步液壓夾緊機構，迴轉工作檯13轉臺臺面與底座1之間採用四點同步液壓阻尼機 構，保證了工具機剛度。 如圖3，雙刀盤銑外齒主軸箱9箱體尺寸與傳動結構經過優化，主軸傳動由置於雙 刀盤銑外齒主軸箱9箱體頂部的主軸變頻電機8驅動並經主軸箱皮帶傳動副18的同步齒 型帶和多對齒輪副，分兩路傳動到雙刀盤主軸23，並採用端面鍵驅動雙刀盤結構10，總減 速比為16. 9，主軸額定轉速為87. lrpm，銑刀盤直徑為380-480mm，最大銑削速度為180m/ min ;齒輪副為主軸箱三級傳動齒輪副Z5、主軸箱惰輪傳動齒輪副Z6、主軸箱四級傳動齒 輪副Z7，轉臺雙導程蝸輪蝸杆副Z8和Z9、轉臺齒輪副Z10、轉臺齒輪副Zll。
如圖4，待加工外齒輪11的跨齒數目可以根據具體情況而定。圖中，Ll為雙刀盤 結構的左盤銑刀28和右盤銑刀31的距離，與齒輪模數、跨齒數有關，L2為刀杆35中心與 待加工外齒輪11中心的距離，與齒廓餘量的大小有關；L2通過工具機的水平進給系統2進行 控制，如圖6， Ll由雙刀盤結構10的調整裝置，即過渡鍵盤29和過渡套30保證。
如圖5， I表示左盤銑刀28的加工位置，II表示右盤銑刀31的加工位置。本發明 的加工方法採用了雙刀盤錯齒加工工藝，每個待加工外齒輪11的齒槽由左盤銑刀28和右 盤銑刀31進行單分齒成形法錯位切削；漸開線齒廓的齒根及齒頂的齒廓餘量得到控制，解 決了單刀盤銑齒出現的齒廓餘量不均勻的問題。 如圖6，雙刀盤主軸23包括左主軸25、右主軸34、刀杆35、鎖緊螺母24和雙刀盤 結構10 ;雙刀盤結構10由左盤銑刀28、右盤銑刀31、左定位套27、右定位套33、過渡套30、 左鍵盤26、右鍵盤32和過渡鍵盤29組成；雙刀盤結構10通過刀杆35進行徑向定位，左定 位套27、右定位套33和過渡套30進行軸向定位，端面鍵進行周向傳動；定位與驅動分離， 保證了雙刀盤主軸23定位精度。左盤銑刀28和右盤銑刀31安裝時，先將雙刀盤結構10 裝配成整體，再安裝於刀杆35上。左盤銑刀28和右盤銑刀31刀盤之間的距離Ll靠改變 過渡套30的厚度調整，同時修配右定位套33的厚度保證雙刀盤關於轉臺中心對稱。
上面所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的構 思和範圍進行限定，在不脫離本發明設計構思前提下，本領域中普通工程技術人員對本發 明的技術方案作出的各種變型和改進，均應落入本發明的保護範圍，本發明請求保護的技 術內容已經全部記載在權利要求書中。
權利要求
一種雙刀盤銑齒加工裝置，包括主軸變頻電機(8)，其特徵在於所述主軸變頻電機(8)通過主軸箱皮帶傳動副(18)連接雙刀盤銑外齒主軸箱(9)，雙刀盤銑外齒主軸箱(9)的雙刀盤主軸(23)上設有雙刀盤結構(10)；雙刀盤銑外齒主軸箱(9)設置在垂直進給拖板(6)上，垂直進給拖板(6)連接垂直進給系統(7)，垂直進給系統(7)上設有有鏈輪鏈條(5)，鏈輪鏈條(5)連接配重塊(4)，垂直進給系統(7)設置在雙刀盤銑齒工具機的立柱(3)上。
2. 根據權利要求1所述的雙刀盤銑齒加工裝置，其特徵在於所述雙刀盤銑外齒主軸箱(9) 內包括依次嚙合連接的主軸箱一軸(19)、主軸箱二軸(20)、主軸箱三軸(21)、主軸箱惰 輪軸(22)和雙刀盤主軸(23)，主軸箱一軸(19)連接主軸變頻電機(8)。
3. 根據權利要求2所述的雙刀盤銑齒加工裝置，其特徵在於所述雙刀盤主軸(23)由左 主軸(25)和右主軸(34)組成，左主軸(25)和右主軸(34)上設有雙刀盤結構(10)。
4. 根據權利要求3所述的雙刀盤銑齒加工裝置，其特徵在於所述雙刀盤結構(10)包括 左盤銑刀(28)、右盤銑刀(31)、左鍵盤(26)、左定位套(27)、右鍵盤(32)、右定位套(33)、 過渡鍵盤(29)和過渡套(30);左主軸(25)和右主軸(34)內設有刀杆(35)，刀杆(35)末 端設有主軸系統鎖緊螺母(24)，刀杆(35)上設有左盤銑刀(28)和右盤銑刀(31)，左盤銑 刀(28)左端設有套設在左主軸(25)上的左鍵盤(26)，左鍵盤(26)內設有左定位套(27)， 右盤銑刀(31)右端設有右鍵盤(32)，右鍵盤(32)內設有右定位套(33);左盤銑刀(28)和 右盤銑刀(31)之間設有過渡鍵盤(29)，過渡鍵盤(29)內設有過渡套(30)，過渡套(30)套 設在刀杆(35)上。
5. —種雙刀盤銑齒加工方法，其特徵在於該方法利用雙刀盤銑齒工具機在待加工外齒輪 (11)的空間極坐標系內進行插補，以數控迴轉臺(13)中心為極點，數控迴轉臺(13)轉角為 極角，數控迴轉臺(13)半徑與雙刀盤結構(10)水平位移之和為極徑，雙刀盤結構(10)垂 直進給與數控迴轉臺(13)迴轉進給聯動來實現大模數外齒輪的粗加工；該方法包括以下步驟將待加工外齒輪(11)固定在雙刀盤銑齒工具機的數控迴轉臺(13)上，雙刀盤銑齒工具機 上安裝雙刀盤銑齒加工裝置；針對不同模數和齒數的外齒輪銑齒加工，調整雙刀盤銑齒加工裝置雙刀盤結構(10) 的左盤銑刀(28)和右盤銑刀(31)之間的距離以及刀盤軸心與數控迴轉臺(13)的距離控 制齒根及齒頂的齒廓餘量；待加工外齒輪(11)的每個齒槽由左盤銑刀(28)和右盤銑刀(31)進行錯位銑齒，控制 待加工外齒輪(11)的齒頂及齒根齒廓餘量。
6. 根據權利要求5所述的雙刀盤銑齒加工方法，其特徵在於所述左盤銑刀(28)和右盤 銑刀(31)之間的距離由齒輪模數、跨齒數及刀盤尺寸決定，通過左定位套(27)以及右定位 套(33)的厚度調節，並保證左盤銑刀(28)和右盤銑刀(31)關於數控迴轉臺(13)中心對 稱。
全文摘要
一種雙刀盤銑齒加工裝置，包括主軸變頻電機(8)，其特徵在於所述主軸變頻電機(8)通過主軸箱皮帶傳動副(18)連接雙刀盤銑外齒主軸箱(9)，雙刀盤銑外齒主軸箱(9)的雙刀盤主軸(23)上設有雙刀盤結構(10)；雙刀盤銑外齒主軸箱(9)設置在垂直進給拖板(6)上，垂直進給拖板(6)連接垂直進給系統(7)，垂直進給系統(7)上設有有鏈輪鏈條(5)，鏈輪鏈條(5)連接配重塊(4)，垂直進給系統(7)設置在雙刀盤銑齒工具機的立柱(3)上。與現有技術相比較，本發明採用了極坐標原理及雙直廓刀盤錯位加工工藝，減小了待加工齒輪的齒根和齒頂餘量，使得齒廓餘量均勻，為後續的精加工創造了有利條件——精加工時間縮短為原來的1/3，刀具磨損均勻。
文檔編號B23B19/00GK101708565SQ20091023262
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月3日 優先權日2009年12月3日
發明者於春建, 方成剛, 洪榮晶, 黃筱調 申請人:南京工大數控科技有限公司