面齒輪數控加工裝置及加工方法

2023-06-09 22:32:01 1

專利名稱：：面齒輪數控加工裝置及加工方法
技術領域：
：本發明涉及一種新型齒輪-面齒輪數控加工方法與裝置，適用於任何軸交角的面齒輪數控插齒加工。
背景技術：
：目前，從國外的技術資料顯示，面齒輪可以採用插齒、滾齒和磨齒的加工方法加工，由於國外對面齒輪加工技術實行嚴格保密，致使其加工技術在國內還未能掌握，而國內對面齒輪的研究還主要集中於對面齒輪設計階段，主要包括面齒輪齒面方程的研究、面齒輪接觸分析的研究、面齒輪傳動應力的研究、面齒輪彈流潤滑的研究以及面齒輪插齒加工仿真的研究。對面齒輪插齒加工的研究也只有南京航空航天大學朱如鵬教授在普通插齒機Y54上實現了面齒輪的粗加工，嚴格真正意義上的面齒輪數控精密加工國內還沒有涉及到。因此，目前尚缺乏一種面齒輪數控精密加工方法來加工出高精度的面齒輪。
發明內容本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種面齒輪數控加工裝置和加工方法，利用其可以實現面齒輪的高效精密加工。本發明的技術方案是面齒輪數控加工裝置包括數控插齒機、數控工作轉臺、過渡傳動機構(7)及面齒輪工件(9)，所述數控插齒機包括床底座(1)、床身(2)、面齒輪插齒刀⑶、數控插齒機迴轉工作轉臺(4)、數控系統(5)和電機⑶；床身⑵連接在床底座(1)上，面齒輪插齒刀(3)與床身(2)相連接，數控插齒機迴轉工作檯(4)與底座(1)相連接，數控工作轉臺(6)固定在插齒機迴轉工作檯(4)上，電機(8)通過過渡傳動機構與數控工作轉臺(6)相連接，面齒輪工件(9)固定在數控工作轉臺(6)上，數控系統(5)分別與床底座(1)和電機(8)相連；工作時，床身(2)在床底座(1)上移動實現面齒輪插齒加工的進給運動，面齒輪插齒刀(3)與面齒輪工件(9)圍繞自身的軸線旋轉，實現面齒輪加工的展成運動，面齒輪插齒刀(3)的擺動實現面齒輪插齒加工的讓刀運動，插齒刀(3)的上下往復運動實現面齒輪插齒加工的主切削運動；所述過渡傳動機構(7)包括連接螺栓(10)、連接法蘭(11)、連軸器(12)、螺栓(13)、軸(14)、齒輪(15)、擋板(16)、彈簧墊圈(17)和固定螺栓(18)和平鍵(19)；通過四個連接螺栓(10)把連接法蘭(11)固定在電機(8)的法蘭上，電機(8)的軸通過連軸器(12)與軸(14)連接；聯軸器(12)可以根據實際需要調整電機(8)的軸與軸(14)的安裝距，並可以調整軸(14)相對於連接法蘭(11)的軸向安裝位置；通過連軸器(12)把動力由電機傳遞給軸(14)，軸(14)通過平鍵(19)與齒輪(15)連接，齒輪(15)—端通過軸(14)的軸肩定位，另一端用固定螺栓(18)通過彈簧墊圈(17)和擋板(16)把齒輪(15)在軸(14)上軸向固定，彈簧墊圈(17)起到防止固定螺栓(18)鬆動的作用，連接法蘭(11)通過四個螺栓(13)與數控工作轉臺(6)連接，動力通過齒輪(15)傳遞給數控工作轉臺(6)，由此帶動數控工作轉臺(6)的連續轉動。所述數控工作轉臺(6)與插齒機迴轉工作檯⑷的連接為通過壓板(21)和四個螺栓(20)將立式迴轉工作轉臺(6)固定在數控插齒機迴轉工作檯(4)上，調整好數控工作轉臺(6)的軸線與面齒輪插齒刀(3)軸線位置，使得兩軸線垂直正交，然後鎖緊壓板(21)和螺栓(20)。面齒輪數控加工方法，實現步驟如下A.根據實際傳動需求，確定面齒輪插齒刀(3)軸線和面齒輪工件(9)軸線的軸交角和偏置距；B.選取滿足面齒輪加工精度要求的數控工作轉臺(6)，數控工作轉臺(6)的參數包括工作轉臺聯動軸數、轉速、扭矩和精度；然後確定出數控工作轉臺(6)與電機(8)接口處的尺寸；C.選取數控插齒機，確定出電機(8)的接口尺寸；D.根據數控工作轉臺(6)與電機⑶接口處的尺寸，並按照所述過渡傳動機構(7)結構進行加工；E.將電機⑶與數控工作轉臺(6)通過過渡傳動機構(7)連接，並將數控系統(5)與電機⑶連接；F.調整數控工作轉臺(6)位置使其滿足面齒輪加工要求所需的軸交角和偏置距，並固定數控工作轉臺(6)；G.根據實際加工要求在數控系統(5)中設定加工參數，所述加工參數包括插齒刀齒數、面齒輪齒數、加工過程周向進給量；然後調整面齒輪插齒刀(3)衝程，完成面齒輪的數控插齒加工。本發明與現有技術相比的有益效果是(1)目前，國內針對面齒輪插齒加工的研究主要集中的插齒加工仿真階段和初步的面齒輪插齒加工，其中南京航空航天大學在改變現有的插齒工具機Y54的傳動鏈基礎上，完成了面齒輪的粗加工，但由於加工精度低，操作不方便，對面齒輪精度要求較高的場合，不能高效精密的加工出合格的面齒輪；本發明利用數控技術，方便控制面齒輪加工過程中各個運動，與傳統插齒工具機比較，節省了加工時間，提高了加工效率和加工精度。(2)本發明能夠在不改變現有數控插齒機的傳動鏈基礎上，通過添加數控工作轉臺和配套的組建即可完成面齒輪的數控插齒加工，把該套裝置去掉即可實現普通插齒機功能，因此結構簡單，操作方便，對原來數控插齒工具機無任何損害。圖1為本發明加工裝置的結構示意圖；圖2為本發明的過渡傳動裝置結構裝配圖；圖3為本發明的數控立式工作檯與插齒機迴轉工作檯連接圖；圖4為本發明的加工方法實現流程圖。具體實施例方式本發明以正交面齒輪數控插齒加工為例。本發明的整體思想如圖1所示。所述面齒輪加工裝置的整體結構是在現有的數控工作轉臺6上，添加過渡傳動裝置7(用來連接數控工作轉臺6與數控插齒機迴轉工作轉臺4所用電機8)將電機8與數控工作轉臺6連接起來，將數控系統5與電機8連接起來，通過數控系統5控制電機的運轉和插齒機的各項運動來實現面齒輪插齒加工所需的運動。加工過程中通過面齒輪插齒刀3的上下往復運動實現了加工面齒輪的主切削運動；面齒輪插齒刀3和面齒輪工件9繞自身的軸線旋轉實現了面齒輪加工的圓周進給運動；插齒刀3前後的微小擺動實現了面齒輪加工的讓刀運動；通過面齒輪插齒刀3與面齒輪工件9的聯動實現了面齒輪加工的分齒運動；通過床身2在床底座1上的前後移動實現了面齒輪插齒加工的軸向進給運動。上述5個運動都是由數控系統5發送指令給各個運動機構來實現的。如圖2所示，過渡傳動機構7包括連接螺栓10、連接法蘭11、連軸器12、螺栓13、軸14、齒輪15、擋板16、彈簧墊圈17和固定螺栓18和平鍵19。通過四個連接螺栓10把連接法蘭11固定在電機8的法蘭上，電機8的軸通過連軸器12與軸14連接；聯軸器12可以根據實際需要調整電機8的軸與軸14的安裝距，並可以調整軸14相對於連接法蘭11的軸向安裝位置；通過連軸器12把動力由電機傳遞給軸14，軸14通過平鍵19與齒輪15連接，齒輪15—端通過軸14的軸肩定位，另一端用固定螺栓18通過彈簧墊圈17和擋板16把齒輪15在軸14上軸向固定，彈簧墊圈17起到防止固定螺栓18鬆動的作用，連接法蘭11通過四個螺栓13與數控工作轉臺6連接，動力通過齒輪15傳遞給數控工作轉臺6，由此帶動數控工作轉臺6的連續轉動。過渡轉動機構7中，通過4個連接螺栓10把連接法蘭11固定在電機8的法蘭上，電機8的軸通過連軸器12與軸14連接起來；聯軸器12可以根據實際需要調整電機8的軸與軸14的安裝距，並可以調整軸14相對於連接法蘭11的軸向安裝位置；通過連軸器12把動力由電機傳遞給軸14，軸14通過平鍵19與齒輪15連接，齒輪15—端通過軸14的軸肩定位，另一端用螺栓18通過彈簧墊圈17和擋板16把齒輪15在軸14上軸向固定，彈簧墊圈17起到防止螺栓18鬆動的作用，連接法蘭通過4個螺栓13與立式工作轉臺6連接，動力通過齒輪15傳遞給數控工作轉臺6，由此帶動工作轉臺6的連續轉動。數控工作轉臺與插齒機迴轉工作檯的連接如圖3所示，通過壓板21和4個螺栓20將立式迴轉工作轉臺6固定在數控插齒機迴轉工作檯4上，調整好數控工作轉臺6的軸線與插齒刀軸線位置，使得兩軸線垂直正交，然後鎖緊壓板和螺栓。數控工作轉臺6與插齒機迴轉工作檯4的連接為通過壓板21和四個螺栓20將數控工作轉臺6固定在數控插齒機迴轉工作檯4上，調整好數控工作轉臺6的軸線與插齒刀3軸線位置，使得兩軸線垂直正交，然後鎖緊壓板21和螺栓20。本實例藉助於宜昌長機科技有限責任公司YKM5150-14數控插齒機與煙臺環球工具機附件廠生產的TK13250E立式數控工作轉臺來完成面齒輪數控插齒機的改裝，改裝後的面齒輪數控插齒工具機結構示意如圖1所示。將面齒輪插齒夾具和面齒輪毛坯工件安裝在裝置上，調整好插齒刀衝程，完成面齒輪的數控插齒加工。結合實施例說明本發明的面齒輪數控加工方法，如圖4所示，面齒輪數控加工方法，實現步驟如下(1)根據實際傳動需求，確定面齒輪插齒刀3軸線和面齒輪工件9軸線的軸交角和偏置距；本實施例中，要加工的面齒輪為正交面齒輪，所以面齒輪插齒刀3軸線和面齒輪工件9軸線的軸交角為90°，偏置距為0。(2)選取滿足面齒輪加工精度要求的數控工作轉臺6(不帶電機)，數控工作轉臺6的參數包括工作轉臺聯動軸數、轉速、扭矩和精度；然後確定出數控工作轉臺6與電機8接口處的尺寸；本實施例中，所加工的面齒輪精度等級為7級，面齒輪材料為鋁合金，可要求數控工作轉臺臺面最高8r/min，分度精度為1』，工作轉臺輸出扭矩為1000N.m，工作轉臺聯動軸數為1軸，選取煙臺環球工具機附件廠生產的TK13250E立式數控工作轉臺，該數控工作轉臺6的工作參數如下表所示工作檯面直徑Turntablediameter(mm)Φ250工作檯垂直時中心Centerheight(mm)160工作檯總厚度Totalthickness(mm)190中心定位孑L直徑Centerborediameter(mm)Φ30Η6定位鍵寬度Locatingkeysize(mm)18工作檯T型槽寬度T-slotsize(mm)6-12蝸輪副傳動比Wormgearratio1:90總傳動比Totalreductionratio1:180工作檯面最高轉速Max.speed(r/min)11.1設定最小分度單位Tablegraduationangleperpulse0.001°直流伺服電機(用戶自備)帶2000脈衝編碼器Servomotor(optional)功率(kw)Outputpower^0.8扭矩Nm彡5分度精度Dividingaccuracy30"重複定位精度Repeatabilityaccuracy6"剎緊力矩Clamptorque油壓剎緊Oil15XlO5Pa1000氣壓剎緊Air6XIO5Pa300水平承載Loadcapacityhor.(kg)300立式承載Loadcapacityvert,(kg)150允許最大慣量(垂直使用時)Max.inertiaofvertical(kg.cm.s2)16.4最大允許驅動力矩Max.torquecapacity(N.m)300轉臺重量Netweight(Kg)110選定數控工作轉臺6後，查閱該數控工作轉臺6的外形尺寸即可確定數控工作轉臺與電機8接口處的尺寸。(3)選取數控插齒機(由床底座1、床身2、面齒輪插齒刀3、數控插齒機迴轉工作轉臺4、數控系統5和電機8組成)，確定出電機8的接口尺寸。本實施例中，選取數控插齒機的原則是數控插齒機最高加工精度等級必須大於或者等於面齒輪工件精度等級，因此選取宜昌長機科技有限責任公司YKM5150-14數控插齒機，該工具機加工齒輪的最高精度等級為6級，數控插齒工具機選定後，根據工具機說明書即可確定數控插齒機電機8的型號和尺寸。(4)根據數控工作轉臺6接口處尺寸和數控插齒機電機8尺寸，並按上述的過渡傳動機構7結構進行加工；本實施例根據選取的TK13250E立式數控工作轉臺電機接口尺寸和YKM5150-14數控插齒機電機8的型號和尺寸，設計過渡傳動機構7，並完成過渡傳動結構7的各個零部件的製造和裝配。(5)將數控插齒機電機8與數控工作轉臺通過過渡傳動機構7連接，並將數控系統5與電機8連接。(6)調整數控工作轉臺6位置使其滿足面齒輪加工要求所需的軸交角和偏置距，並固定數控工作轉臺6；本實施例中，因為加工的為正交面齒輪，所以在數控插齒機迴轉工作轉臺4上，反覆移動數控工作轉臺6，調整面齒輪工件軸線與插齒刀軸線的交角為90°，且兩軸的軸線偏置距為0，然後擰緊螺釘20，將數控工作轉臺6通過壓板21固定在數控工作轉臺6上。(7)根據實際加工要求在數控系統5中設定加工參數，所述加工參數包括插齒刀齒數、面齒輪齒數、加工過程周向進給量；然後調整面齒輪插齒刀3衝程，完成面齒輪的數控插齒加工；本實施例中，加工的面齒輪工件9的齒數為160，面齒輪插齒刀3的齒數為26，且加工的面齒輪工件9為鋁合金，設定加工過程周向進給量面齒輪插齒刀3轉速為90r/min，刀具齒數為26，工件齒數為160；調整面齒輪插齒刀3的衝程，滿足插齒刀刀尖的最低位置要超越面齒輪工件的內半徑圓柱面在插齒刀軸線方向上的最高位置。本發明是一種新型齒輪傳動_面齒輪傳動如何精密加工的技術難題，提供一種面齒輪數控插齒的加工方法以及相應的裝置，該方法和裝置能夠在不改變現有數控插齒機的傳動鏈基礎上，通過添加數控工作轉臺和配套的組建即可完成面齒輪的數控插齒加工，把該套裝置去掉即可實現普通插齒機功能，該方法和裝置結構簡單，操作方便，對原來數控插齒工具機無任何損害。本發明未詳細闡述部分屬於本領域公知技術。以上僅是本發明的具體應用範例，對本發明的保護範圍不構成任何限制。凡採用等同變換或者等效替換而形成的技術方案，均落在本發明權利保護範圍之內。權利要求面齒輪數控加工裝置，其特徵在於包括數控插齒機、數控工作轉臺(6)、過渡傳動機構(7)及面齒輪工件(9)，所述數控插齒機包括床底座(1)、床身(2)、面齒輪插齒刀(3)、數控插齒機迴轉工作轉臺(4)、數控系統(5)和電機(8)；床身(2)連接在床底座(1)上，面齒輪插齒刀(3)與床身(2)相連接，數控插齒機迴轉工作檯(4)與底座(1)相連接，數控工作轉臺(6)固定在插齒機迴轉工作檯(4)上，電機(8)通過過渡傳動機構(7)與數控工作轉臺(6)相連接，面齒輪工件(9)固定在數控工作轉臺(6)上，數控系統(5)分別與床底座(1)和電機(8)相連；工作時，床身(2)在床底座(1)上移動實現面齒輪插齒加工的進給運動，面齒輪插齒刀(3)與面齒輪工件(9)圍繞自身的軸線旋轉，實現面齒輪加工的展成運動，面齒輪插齒刀(3)的擺動實現面齒輪插齒加工的讓刀運動，插齒刀(3)的上下往復運動實現面齒輪插齒加工的主切削運動；所述過渡傳動機構(7)包括連接螺栓(10)、連接法蘭(11)、連軸器(12)、螺栓(13)、軸(14)、齒輪(15)、擋板(16)、彈簧墊圈(17)和固定螺栓(18)和平鍵(19)；通過四個連接螺栓(10)把連接法蘭(11)固定在電機(8)的法蘭上，電機(8)的軸通過連軸器(12)與軸(14)連接；聯軸器(12)可以根據實際需要調整電機(8)的軸與軸(14)的安裝距，並可以調整軸(14)相對於連接法蘭(11)的軸向安裝位置；通過連軸器(12)把動力由電機傳遞給軸(14)，軸(14)通過平鍵(19)與齒輪(15)連接，齒輪(15)一端通過軸(14)的軸肩定位，另一端用固定螺栓(18)通過彈簧墊圈(17)和擋板(16)把齒輪(15)在軸(14)上軸向固定，彈簧墊圈(17)起到防止固定螺栓(18)鬆動的作用，連接法蘭(11)通過四個螺栓(13)與數控工作轉臺(6)連接，動力通過齒輪(15)傳遞給數控工作轉臺(6)，由此帶動數控工作轉臺(6)的連續轉動。2.根據權利要求1所述的面齒輪數控加工裝置，其特徵在於所述數控工作轉臺(6)與插齒機迴轉工作檯(4)的連接為通過壓板(21)和四個螺栓(20)將立式迴轉工作轉臺(6)固定在數控插齒機迴轉工作檯(4)上，調整好數控工作轉臺(6)的軸線與面齒輪插齒刀(3)軸線位置，使得兩軸線垂直正交，然後鎖緊壓板(21)和螺栓(20)。3.面齒輪數控加工方法，其特徵在於實現步驟如下A.根據實際傳動需求，確定面齒輪插齒刀(3)軸線和面齒輪工件(9)軸線的軸交角和偏置距；B.選取滿足面齒輪加工精度要求的數控工作轉臺(6)，數控工作轉臺(6)的參數包括工作轉臺聯動軸數、轉速、扭矩和精度；然後確定出數控工作轉臺(6)與電機(8)接口處的尺寸；C.選取數控插齒機，確定出電機(8)的接口尺寸；D.根據數控工作轉臺(6)與電機⑶接口處的尺寸，並按照權利要求1所述過渡傳動機構(7)結構進行加工；E.將電機(8)與數控工作轉臺(6)通過過渡傳動機構(7)連接，並將數控系統(5)與電機⑶連接；F.調整數控工作轉臺(6)位置使其滿足面齒輪加工要求所需的軸交角和偏置距，並固定數控工作轉臺(6)；G.根據實際加工要求在數控系統(5)中設定加工參數，所述加工參數包括插齒刀齒數、面齒輪齒數、加工過程周向進給量；然後調整面齒輪插齒刀(3)衝程，完成面齒輪的數控插齒加工。全文摘要面齒輪數控加工裝置及方法，包括數控插齒機、數控工作轉臺、過渡傳動機構及面齒輪工件，數控插齒機包括床底座、床身、插齒刀、數控插齒機迴轉工作轉臺、數控系統和電機；床身連接在床底座上，插齒刀與床身相連接，數控插齒機迴轉工作檯與底座相連接，數控工作轉臺固定在插齒機迴轉工作檯上，電機通過過渡傳動機構與數控工作轉臺相連接，面齒輪工件固定在數控工作轉臺上，數控系統分別與床底座和電機相連；工作時，床身在床底座上移動實現面齒輪插齒加工的進給運動，插齒刀與面齒輪工件圍繞自身的軸線旋轉，實現面齒輪加工的展成運動，插齒刀的擺動實現面齒輪插齒加工的讓刀運動，插齒刀的上下往復運動實現面齒輪插齒加工的主切削運動。本發明可以實現面齒輪的高效精密加工。文檔編號B23F5/12GK101979202SQ20101027691公開日2011年2月23日申請日期2010年9月8日優先權日2010年9月8日發明者候良威,吳燦輝,張俐,王延忠,龔康申請人:北京航空航天大學