多軸多結構選擇的自由型數控錐齒輪加工工具機的製作方法
2023-05-03 01:45:56
專利名稱：多軸多結構選擇的自由型數控錐齒輪加工工具機的製作方法
技術領域：
本發明屬於製造齒輪的機器中的螺旋錐齒輪和準雙曲面齒輪銑
齒和磨齒工具機技術領域；特別是指一種多軸多結構選擇的自由型數控
錐齒輪加工工具機。
背景技術：
近代研究開發的具有六個空間自由度的自由型數控螺旋錐齒輪 和準雙曲面齒輪加工工具機，雖然能實施提高加工效率的幹切削法加工 齒輪，加工質量也有所提高。但是生產實踐表明，這些工具機仍然很難 達到預定的齒面質量和幹切削法應有的高生產效率指標。它們的問題 又集中地表現在(1)切削工具達不到預期的重磨壽命；(2)現有專 利提供的工具機在實際應用中難於達到預定的生產效率；(3)被加工齒 面上時而隨機地出現波紋或折射波紋；(4)動剛度不足的機械系統， 其數控系統很難獲得穩定的控制精度。自然這些問題的最佳解決尚有 待於刀具或砂輪的改進和工具機主軸動態精度的提高。但是，從工具機結 構設計的角度來處理這些問題，則提高整臺工具機結構系統的動剛度以 及順暢地排除在採用"幹切削法"時高速切下的高溫切屑，依然是這 類工具機當前面臨的關鍵課題。
事實上，所有加工錐齒輪和準雙曲面齒輪的過程，都是由工具(砂 輪或刀具)運動扮演的產形齒輪與被加工齒輪的共軛嚙合運動過程。它們最終都可歸結為工具切削(或磨削)被加工齒輪時兩者之間的一 個直線位移矢量和一個旋轉運動矢量所表達的複合相對運動。將這兩 個中的線位移矢量分解在設定的三個獨立的座標軸X, x Z上就可得到
實現所述的共軛嚙合運動過程所必需的三個直線位移自由度上的運
動。再如圖l，圖2，圖5，圖6所示，將齒輪主軸軸線A上的旋轉 矢量"和工具主軸軸線C上的旋轉矢量c作為三個旋轉自由度中的
兩個旋轉自由度上的矢量。再將同時垂直於工具主軸軸線和齒輪主軸
軸線的方向上的旋轉矢量b (矢性積6 = e x 設定為A或C軸線 中任一軸線繞之旋轉的樞軸軸線B為第三個旋轉自由度，就可獲得在
三維空間中描述產形齒輪與被加工齒輪的共軛嚙合過程的六個自由 度上所需的相對運動。在信息化數控技術日漸高度完善的今天，用簡 單的結構來實現工具機在六個自由度方向的大功率，大扭矩不等速運 動，原則上已沒有數控技術上的困難。
在已公布的專利號為WO 0^66193; US 2005/0025597 Al， US 4981402， US5961260， US6712566B2， US7198441B1; CN1457279A， CN1958226A等專利文獻中所描述的這類工具機上，所述的六個自由度 上的相對運動方向的布局，都是參照傳統的具有搖臺結構的舊式工具機 的布局，將樞軸軸線B上的旋轉矢量b的方向設定為直角座標系中的 鉛垂座標軸方向。圖1、圖2為上述已公布的樞軸軸線B上的旋轉矢 量6設在鉛垂方向的專利中一類工具機的調整位置示意主視圖和俯視 圖。它們由工具主軸按需要作垂直升降位移。但齒輪軸線本身始終保 持符合人體工程學要求的固定高度不變並繞垂直的樞軸6轉動或擺動。為了能在這類工具機上加工左旋和右旋齒輪，工具主軸必須能夠上 升到高出符合人體工程學要求的高度M以上，再升高一段高度H和 加工準雙曲面齒輪時的垂直位移。
圖5，圖6為己公布的樞軸軸線B上的旋轉矢量6設在鉛垂方向 的專利中另一類工具機的調整位置示意主視圖和俯視圖。它們是由齒輪 主軸按需要作垂直升降位移，但工具主軸本身始終保持符合人體工程
學要求的固定高度M不變並繞垂直的樞軸々轉動或擺動。為了能在這
類工具機上加工左旋和右旋齒輪，齒輪主軸也必須能夠上升到高出符合
人體工程學要求的高度以上，再升高一段高度H和加工準雙曲面齒輪
時的垂直位移。
上述已公布的將樞軸軸線B上的旋轉矢量d設在鉛垂方向的專利 中的工具機，沿鉛垂座標軸方向的位移行程要比其它兩個水平的座標軸 方向大。增加沿鉛垂的座標軸方向的位移行程，必然需要增加工具機的 高度，升高工具機結構系統的重心，降低代表工具機在高速重載下的抗振 能力的自振頻率，難於實現工具機數控系統在高精度的狀態下穩定的運 行。此外，在這類工具機上，安裝工具的工具主軸箱l和安裝齒輪的齒 輪主軸箱2都是工具機上沉重的運動部件，它們在承受加工負荷時還要 承受部件本身沉重的上升負荷，自然是三個直線位移方向中負荷最沉 重的部件。
此外，上述己公布的專利在結構設計上一般都沒有考慮在經濟不 發達地區，能以最佳的性能價格比採用當今國內外最先進的任一種螺 旋錐齒輪加工技術的需求。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術之不足而提供一種工具機重心低、 代表系統抗振能力的共振頻率高、齒輪加工過程處於更為穩定的系統 和狀態中、可有效延長工具在兩次重磨或修整之間的工作壽命、有效 改善被加工齒面的光潔度、有效提高幹切削加工齒輪生產效率的多軸 多結構選擇的自由型數控錐齒輪加工工具機。
本發明…多軸自由型螺旋錐齒輪和準雙曲面齒輪加工工具機是採 用下述方案實現的將代表樞軸軸線B上的旋轉矢量々(矢性積 々=C x 的方向，設定為水平座標軸Y的方向；同時將工具主軸
設定為繞與工具主軸軸線C垂直相交的水平的樞軸軸線B轉動和擺 動，再取齒輪主軸軸線的方向為座標系中的X軸或Z軸方向，則按右
旋定則三度空間中與之對應的z軸或X軸方向也就唯一地確定了 。
本發明…多軸自由型螺旋錐齒輪和準雙曲面齒輪加工工具機，是
使安裝工具的工具主軸在工具主軸箱io內繞自身軸線c旋轉的同時
可繞水平配置的並與工具主軸軸線垂直相交的樞軸113軸線B轉動或 擺動；樞軸安裝在立柱l上；工具主軸箱10按軸線互相垂直的關係 和樞軸113固定連結並由立柱1帶動沿床身S上與水平配置的樞軸軸 線B平行的一組直線導軌作Y方向的直線運動；安裝被加工錐齒輪的 齒輪主軸在齒輪主軸箱20內繞自身軸線A旋轉；齒輪主軸箱20依託 立柱2上供垂直位移用的導軌安裝在立柱2上；立柱2沿床身S上與 樞軸軸線B垂直的另一組水平方向的導軌作直線運動；所述的兩個與 樞軸軸線垂直的直線運動方向中，有一個是齒輪主軸的軸線A的方向也就是工具機部件直線位移座標系中的X方向；工具機部件直線位移座標 系中的Z方向由已確定的X， Y方向按右旋定則確定。
本發明--多軸自由型螺旋錐齒輪和準雙曲面齒輪加工工具機，是 在一個完整的工具機床身S上的水平方向設有兩組相互垂直的導軌；一 個底板上側表面傾斜度大於25度小於35度的立柱1依託所述的其中 一組導軌作直線運動；另一個具有水平底面的立柱2依託所述的其中 另一組導軌作直線運動；
所述工具主軸箱10通過自身的兩垂直側平面上固定連接的以所 述的水平樞軸軸線為軸線的樞軸的軸頸安裝在所述的立柱1上的兩 個軸承座103內；在工具主軸箱10自身的兩垂直側平面和各自的軸 承座之間的一段樞軸軸頸上各套裝有一與樞軸共一軸線的園柱齒扇， 其中一個園柱齒扇的面向軸承座一方的端面上設有供端齒聯軸節用 的環形端齒，另一端與之對稱的園柱齒扇上對應的環形端齒則是一環 形摩擦端面，對應的園柱齒扇則只是一尺寸和形狀相同的扇形板；所 述工具主軸設在工具主軸箱10內並繞工具主軸軸線旋轉；
所述齒輪主軸箱20安裝在所述的立柱2上，並由立柱2上的 伺服電機201 ，驅動絲杆203驅動以實現主軸箱20沿導軌作Z方 向的升降運動；立柱2本身則由X軸方向的伺服電機201，絲杆203 驅動沿床身S上的X方向的水平導軌作直線運動；所述齒輪主軸在 齒輪主軸箱20內由伺服電機驅動旋轉；
所述的錐齒輪加工工具機在非切削時段是由主軸箱io後端託架上 的電機105驅動託架內的小齒輪在暫時固定的扇形齒輪106上滾動以推動主軸箱10繞B軸旋轉，將工具主軸104的軸線方向調整到被
加工錐齒輪需要的切削(或磨削)起始位置；在負載切削(或磨削) 時段，由壓力油缸或氣缸108將活塞一端的端面齒扇嵌入扇形齒輪 106 —側的端面齒扇107中，從而將扇形齒輪106和工具主軸箱10 結成一體旋轉，並由伺服電機109，溜板110，連杆111，曲柄112 組成曲柄連杆機構來完成工具主軸所需的繞軸線B的小於3度半的微 小擺動。
本發明…多軸自由型螺旋錐齒輪和準雙曲面齒輪加工工具機，還 可以是在一個完整的工具機床身S上的水平方向設有兩組相互垂直的 導軌； 一個底板上側表面傾斜度大於25度小於35度的立柱1依託所 述的其中一組導軌作直線運動；另一個具有水平底面的立柱2依託所 述的其中另一組導軌作直線運動；
所述的工具主軸箱10繞軸線B的旋轉和小於3度半的微小擺 動，由安裝在立柱1內的大扭矩伺服電機120驅動；從而使工具主 軸箱IO和樞軸113在立柱l上形成一組簡潔的懸臂支撐結構。
所述齒輪主軸箱20安裝在所述的立柱2上，並由立柱2上的 伺服電機201 ，驅動絲杆203驅動以實現主軸箱20沿導軌作Z方 向的升降運動；立柱2本身則由X軸方向的伺服電機201，絲杆203 驅動沿床身S上的X方向的水平導軌作直線運動；所述齒輪主軸在 齒輪主軸箱20內由伺服電機驅動旋轉。
本發明…多軸自由型螺旋錐齒輪和準雙曲面齒輪加工工具機，所 述的的立柱1另一端可再設一支撐主軸箱10的第二個支承座13，從而將支撐主軸箱10的懸臂結構更改為雙支承結構。
本發明…多軸自由型螺旋錐齒輪和準雙曲面齒輪加工工具機，所 述的立柱1上和主軸箱1的後端，固定設置有一個或兩個和樞軸113 的軸線B同一軸線的扇形塊114，扇形塊114的內弧緣上開有弧形槽, 弧形槽內套有固定安裝在立柱1上的扇形板的凸緣115;弧形槽的兩 側各有數個互相對稱的微型油缸117和活塞119;在經輸油孔116導 入的油壓推力下分別從兩側將諸活塞119壓向各自對應的滾柱 118;扇形板的凸緣兩側對應的滾柱118將主軸箱10緊壓在固定於 立柱1上的扇形板凸緣U5上；用調節活塞119的油壓力的方法以
調節主軸箱IO對立柱l的依託力度。
本發明…多軸自由型螺旋錐齒輪和準雙曲面齒輪加工工具機，
所述的用大扭矩伺服電機驅動的樞軸113可由設置在立柱1的一側 的普通伺服電機109驅動絲杆，溜板IIO，連杆U1，曲柄112來取 代大扭矩伺服電機以實現樞軸113軸所需的旋轉或擺動。
本發明…多軸自由型螺旋錐齒輪和準雙曲面齒輪加工工具機，安 裝齒輪主軸的軸線A的方向可以設定在鉛垂方向也可以設定在水平 方向。
本發明--多軸自由型螺旋錐齒輪和準雙曲面齒輪加工工具機， 所述的工具機上用於支撐工具主軸箱10的立柱1具有便於排屑的上側 面傾斜度大於25度、小於35度的底板；用於支撐齒輪主軸箱20的 立柱2在Y方向固定不動；由設置在齒輪主軸箱20下方與立柱2 的水平直線運動方向平行的排屑槽和立柱1上側面傾斜度大於25度、小於35度的底板構成排屑輸送系統。
本發明的工作原理及使用方法簡述於下
參見附圖3，附圖4，圖中所示為本發明設置的樞軸軸線上的旋 轉矢量6在水平面內的工具機調整位置示意左視圖和主視圖。這種工具機 在加工左旋和右旋齒輪時，工具主軸是繞與其軸線垂直相交的水平樞 軸軸線上的々的旋轉矢量轉動或擺動，並沿同一方向作直線位移；加 工大節錐角的齒輪時水平配置的齒輪軸線的升降行程，只能在符合人 體工程學要求的高度以下。而且，齒輪的節錐角愈小可能上升的髙度 愈低。
參見附圖7，附圖8，為本發明將樞軸軸線上的旋轉矢量6設置 在水平面內的工具機調整位置示意圖。但是，為了便於被加工齒輪的自 動化裝卸，同時將代表齒輪主軸軸線方向的旋轉矢量"設置在鉛垂方 向。由這樣設置的工具機調整位置左視圖ll和主視圖12可見，即使是 加工小節錐角的齒輪，刀盤中心的髙度也只能在符合人體工程學要求 的高度以下，而且，齒輪的節錐角愈大可能上升的高度愈低。
本發明將安裝工具主軸的立柱1和安裝齒輪主軸的立柱2兩個部 件設置在未被從中切割過的同一個完整的床身上作相對運動；令工具 主軸軸線與樞軸軸線垂直相交，使工具主軸可能承受的軸向力，直接 作用在粗壯的樞軸上等，也是本發明專利提高工具機系統的動剛度的重 要手段。
本發明將安裝齒輪主軸箱的立柱2設定為在水平樞軸軸線上的 旋轉矢量6和Y軸方向固定不動的部件，再將排屑槽設置在床身一側的齒輪主軸箱下方，則不僅能保有一個動剛度完好的完整床身，同時 也容易實現在採用"幹切削法"時順暢的排除大量高溫切屑的功能。
以上所述的六個自由度只是三度空間中的自由度。本發明專利再 用時間作為一個自由度來考察自由型數控螺旋錐齒輪加工工具機的工 作過程，則工具機上工具和齒輪之間的相對運動可分別定義為(l)將 工具和齒輪送到開始進行切削的指定位置的非切削(往後切削一詞可 泛指切削或磨削)時段的運動；(2)有切削負載時以及為了延續下一 次負載工作循環所必需的反向行程的切削時段的運動。非切削時段是 空載運行，對工具機系統的動剛度要求不高。而切削時段是負載工作， 必需按動剛度的高標準來設計。但是，只有在更換所加工齒輪的規格 和類型時才需要所述的非切削時段的運動。非切削時段的行程一般都 比同一自由度的切削時段長。尤其是樞軸113的轉角，其非切削時段 的行程是切削時段的數十倍以上。而且只要不更換被加工齒輪的規格 和類型，工具機將只在切削時段內工作。本發明通過在兩個時段配以不 同的硬體結構或通過控制系統的指令及時改變兩個不同時段的運行 條件以進一步提高工具機動剛度，增加"幹切削法"銑齒的生產效率。
由於第三世界的倔起，錐齒輪和準雙曲面齒輪的生產廠家將會不 斷在第三世界的國家和地區建立。但是，世界不同區域的經濟和技術 水平的巨大差距不可能在短期內彌合。為了使高效的幹切削法和傳統 的溼切削法； 一次安裝齒輪就能同時完成一個齒輪的粗，精加工過程，
齒輪副傳動噪音低但不能磨齒的"連續分度法"，和一般要經兩次甚 至三次安裝才能加工完一個齒輪，但是在銑削加工後的齒輪能夠再作磨齒加工的"間歇分度法"等生產技術，能在同一結構類型的工具機上 以最佳的性能價格比提供給經濟技術條件不同的國家，區域和企業， 本發明專利特別為同 一功能申請了必要的可供選用的結構。
本發明專利以上述背景和分析結果為依據，在遵從齒輪生產現場 長期形成的操作習慣和操作位置的前提下，組建一類工具機結構。與已 公布的上述同類工具機專利相比，在其它條件相同的情況下具有以下優 勢
1) 降低整個工具機系統的重心，在不增加工具機成本的條件下使代 表系統抗振能力的自振頻率升高。提高數控工具機機械系統的自振頻率 會帶以下技術效果-
a. 容易實現本專利所述的連續分度切削法所必需的數控系統 在高控制精度條件下的穩定運行；
b. 延長工具在兩次重磨或修整之間的工作壽命； C.改善被加工齒面的光潔度；
d.將"幹切削法"加工錐齒輪這一新技術的生產效率提高到一 個新水平；
2) 將必須付出的成本資源著重使用在加強工具機負載加工齒輪時 段的動剛度上，使這一過程能在更為穩定的系統和狀態中進行；
3) 可以在需要時將齒輪主軸軸線設置在鉛垂方向以便於用機械 手自動化裝卸被加工齒輪；
4) 使經濟和技術水平不同的國家，地區和用戶，在性能價格比 適合他們的前題下採用當代最先進的任一種錐齒輪加工技術。
附圖1為鉛垂樞軸和工具主軸軸線作垂直升降的工具機調整位置 示意主視圖。
附圖2為鉛垂樞軸和工具主軸軸線作垂直升降的工具機調整位置 示意俯視圖。
附圖3為水平樞軸和齒輪主軸軸線作垂直升降的工具機調整位置 示意左視圖。
附圖4為水平樞軸和齒輪主軸軸線作垂直升降的工具機調整位置 示意主視圖。
附圖5為鉛垂樞軸和齒輪主軸軸線作垂直升降的工具機調整位置 示意主視圖。
附圖6為鉛垂樞軸和齒輪軸線主軸作垂直升降的工具機調整位置 示意俯視圖
附圖7為水平樞軸和齒輪軸線設置在鉛垂方向作垂直升降的機 床調整位置示意左視圖。
附圖8為水平樞軸和齒輪軸線設置在鉛垂方向作垂直升降的機 床調整位置示意主視圖。
附圖9為雙支承水平樞軸帶端齒離合器和曲柄連杆機構的工具機 立體圖。
附圖10為附圖9中立柱1的右視立體圖。 附圖11為附圖9中立柱1的右視平面圖。 附圖12為附圖11中A-A局部剖視平面圖。附圖13為懸臂式大力矩伺服電機直接驅動的臥式工具機立體圖。 附圖14為附圖13中立柱1的沿樞軸軸線的水平剖視圖。 附圖15為附圖14的左視圖。 附圖16為附圖14的K部局部結構放大圖。
附圖17為雙支承座的大力矩伺服電機直接驅動的臥式工具機立 體圖。
附圖18為曲柄連杆機構從立柱一側驅動樞軸旋轉和微量擺動 的立體圖。
附圖19為曲柄連杆機構從立柱一側驅動樞軸旋轉和微量擺動的 右視平面圖。
其中附圖1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8中，3…操作者足底線，
4- 1—左旋齒輪的加工工具中心，4-2—右旋齒輪的加工工具中心，
5- l…左旋齒輪的加工工具節點軌跡，5-2…右旋齒輪的加工工具 節點軌跡，7—齒輪，7-1—左旋齒輪，7-2—右旋齒輪，8—齒輪 中心，9…樞軸中心，M--人體工程學的合理髙度，A—齒輪軸線， B…樞軸軸線，C…加工工具軸線。
具體實施方式
實施方案1
本方案用於齒輪尺寸規格較大，或當大扭矩伺服電機直接驅動的 主軸類結構在價格上尚相對地十分昂貴，當地還未具備完全獨立製造 安裝這類主軸結構的技術。但一般機械製造技術資源比較豐富的國家 和地區。在那裡，存在著資金不寬裕的齒輪生產廠家企望購置既能用髙效的"幹切削法"也能用傳統的"溼切削法"，可用"連續分度法" 也可用"間歇分度法"的錐齒輪加工工具機。
如附圖9，附圖IO，附圖ll，附圖12所示，該工具機在一個完整 的床身S上有一個底板上側表面傾斜大於25度至35度的立柱1和 另一個有水平底面的立柱2。立柱1用床身S上沿水平的Y軸方向 設置的導軌101,由伺服電機102和滾珠絲槓驅動其作直線運動。 安裝工具的工具主軸104設在主軸箱10內，由同一軸線C上的伺 服電機驅動旋轉。主軸箱IO通過在自身兩側的垂直側面上固定連接 的並以軸線B為軸線的支撐樞軸軸頸113安裝在所述的立柱1兩端 的軸承座103內。主軸箱IO在空載調整運動時段由電機105驅動主 軸箱10後段託架內的一個小齒輪，在暫時依託在固定不動的連幹 111曲柄112支撐的扇形齒輪106上滾動，以帶動的工具主軸箱10 繞樞軸113的線軸B旋轉，從而將工具主軸104的方向調整到被加 工錐齒輪需要的切削(或磨削)起始位置。與此同時，由伺服電機 201絲杆203等，驅動安裝主軸箱2的立柱2沿X方向運動；伺服電 機202驅動絲杆204將主軸箱20沿立柱2上傾斜上升的導軌，把齒 輪在鉛垂的Z方向送到相應的切削(或磨削)起始位置。
在負載切削(或磨削)時段，首先由固定在主軸箱IO後端兩側 的託架上的壓力油缸108將活塞一端的端面齒扇嵌入扇形齒輪106 一側的端面齒扇107中，使扇形齒輪106和工具主軸箱10結成一體, 由伺服電機109驅動絲杆，螺母使溜板110上的軸承座帶動連杆111 和固定在扇形齒輪106上的曲柄112等，驅動的扇形齒輪106，形齒輪106不僅用於推動工具主軸箱10在切削時段完成所需的繞軸 線B的小於3度半的擺動，而且同時成為工具機在切削時段的吸振裝置。 當用"間歇分度"的"展成法"加工時，齒輪主軸自身的角位移，
工具主軸104的軸線繞B軸旋轉的角位移；齒輪主軸箱2沿X, Z軸 方向的直線位移，以及立柱1沿Y方向的直線位移等，皆由產形齒
輪與工件齒輪共軛嚙合關係經理論計算確定。工具和工具主軸的轉速 則完全由切削用量所選定的切削(或磨削)速度確定。
無論是用"展成法"或"成形法"，只要是用"間歇分度"，在完 成一個齒面或齒槽的切削(或磨削)運動之後，齒輪都要從切削(或 磨削)位置上退出並在完成一次分齒運動之後再切削(或磨削)另一 齒面或齒槽。並依此循環到完成所有齒槽的加工為止。
用"連續分度"的"展成法"加工時，工具的轉速雖然也由切削 用量所選定的切削速度確定，但齒輪的轉速則是由工具的轉速，工具 上的刀齒組數和齒輪齒數的比值，以及產形齒輪與齒輪共軛嚙合運動
關係等相合成的結果。其它沿X， Y， Z方向的直線位移和工具主軸箱 10繞樞軸軸線B的旋轉位移將完全按產形齒輪與被加工齒輪共軛齧 合運動關係確定。用"連續分度"的"成形法"加工時，只存在工具 的旋轉運動，和按工具的轉速，工具的刀齒組數和齒輪齒數的比值等 確定的齒輪轉速旋轉的齒輪旋轉運動，以及工具沿齒高方向逐漸切入 齒胚的直線運動。用"連續分度"加工時，所有切削時段的運動都將 連續進行到切削完成所有齒面為止。
所有驅動軸X， Y， Z， A， B， C的各伺服電機的運動都由相應的長光柵或圓光柵讀數監控反饋至同一數控系統作閉環控制。
實施方案2
如附圖13 ，附圖14，附圖15，附圖16所示，在本實施方案中， 齒輪主軸A，轉動工具主軸的軸線方向的樞軸B，以及帶動工具旋 轉的工具主軸C本身，全都用大扭矩伺服電機直接驅動去完成實施 相應的三個旋轉運動。全部採用大扭矩伺服電機直接驅動以後，工具 主軸箱10和樞軸B將在立柱1上形成一組簡潔的懸臂結構。直接 安裝在立柱1內的樞軸113,將由大扭矩伺服電機120驅動。並按控 制系統指令完成主軸箱IO繞樞軸113的軸線B的在非切削時段和 切削(或磨削)時段的旋轉運動和小於3度半的微小擺動。
本實施方案的其餘特徵則和實施方案1完全相同。 實施方案3
參見附圖17，本發明中，所述的的立柱l另一端可再設一支撐 主軸箱10的第二個支承座13，從而將支撐主軸箱10的懸臂結構更 改為雙支承結構。 實施方案4
參見附圖13、附圖14、附圖15、附圖16、附圖17，本方案在 主軸箱10的後端設有結構12。所述結構12由兩個和樞軸113的軸 線B同一軸線的扇形塊114組成。扇形塊114的內弧緣上開有弧形 槽。弧形槽內套有固定安裝在立柱1上的扇形板的凸緣115。弧形槽 114兩側各有三個或多個互相對稱的微型油缸117和活塞119。壓力 油經油孔116進入油缸117。在油壓的推力下分別從兩側將諸活塞119壓向各自對應的滾柱118。使扇形板的凸緣兩側對應的滾柱118將主 軸箱10緊壓在固定於立柱1上的扇形板凸緣上。通過控制系統的指 令改變液壓油在切削時段和非切削時段的壓力，使非切削時段的運動 更為順暢。而在切削時段立柱1能給懸臂結構支撐的主軸箱10提供 更強有力的支撐力度。本實施方案刻意在加強立柱1對主軸箱10 的支撐力度。 實施方案5
參見附圖13、附圖17、附圖18，附圖19，本方案除齒輪主軸箱 20內的驅動齒輪主軸的大扭矩伺服電機或必要時工具主軸也用大扭 矩伺服電機驅動以外，其餘所有的運動全部採用普通伺服電機驅動。 本方案中，所述樞軸113由立柱1 一側的伺服電機109驅動絲杆螺 母，帶動溜板110，連杆lll,曲柄112來實現其相應的擺動和轉動。 立柱1沿Y方向的直線運動由伺服電機102驅動。本實施方案的其餘 特徵也和實施方案1和實施方案2完全相同。 實施方案6
參見附圖9、附圖13、附圖17，本發明所述的工具機上用於支撐 工具主軸箱10的立柱1具有便於排屑的上側面傾斜度大於25度、 小於35度的底板；用於支撐齒輪主軸箱20的立柱2在Y方向固定 不動；由設置在齒輪主軸箱20下方與立柱2的水平直線運動方向平 行的排屑槽和立柱1上側面傾斜度大於25度、小於35度的底板構 成排屑輸送系統。
權利要求
1、多軸自由型螺旋錐齒輪和準雙曲面齒輪加工工具機，其特徵是安裝工具的工具主軸在工具主軸箱(10)內繞自身軸線(C)旋轉的同時可繞水平配置的並與工具主軸軸線垂直相交的樞軸(113)軸線(B)轉動或擺動；樞軸安裝在立柱(1)上；工具主軸箱(10)按軸線互相垂直的關係和樞軸(113)固定連結並由立柱(1)帶動沿床身(S)上與水平配置的樞軸軸線(B)平行的一組直線導軌作(Y)方向的直線運動；安裝被加工錐齒輪的齒輪主軸在齒輪主軸箱(20)內繞自身軸線(A)旋轉；齒輪主軸箱(20)依託立柱(2)上供垂直位移用的導軌安裝在立柱(2)上；立柱(2)沿床身(S)上與樞軸軸線(B)垂直的另一組水平方向的導軌作直線運動；所述的兩個與樞軸軸線垂直的直線運動方向中，有一個是齒輪主軸的軸線(A)的方向也就是工具機部件直線位移座標系中的(X)方向；工具機部件直線位移座標系中的(Z)方向由已確定的(X)，(Y)方向按右旋定則確定。
2、 根據權利要求1所述的多軸自由型螺旋錐齒輪和準雙曲面齒 輪加工工具機，其特徵是在一個完整的工具機床身(S)上的水平方向 設有兩組相互垂直的導軌； 一個底板上側表面傾斜度大於25度小於 35度的立柱(1)依託所述的其中一組導軌作直線運動；另一個具有 水平底面的立柱(2)依託所述的其中另一組導軌作直線運動；所述工具主軸箱(10)通過自身的兩垂直側平面上固定連接的以 所述的水平樞軸軸線為軸線的樞軸的軸頸安裝在所述的立柱(1)上的兩個軸承座(103)內；在工具主軸箱(10)自身的兩垂直側平面 和各自的軸承座之間的一段樞軸軸頸上各套裝有一與樞軸共一軸線 的園柱齒扇，其中一個園柱齒扇的面向軸承座一方的端面上設有供端 齒聯軸節用的環形端齒，另一端與之對稱的園柱齒扇上對應的環形端 齒則是一環形摩擦端面，對應的園柱齒扇則只是一尺寸和形狀相同的 扇形板；所述工具主軸設在工具主軸箱(10)內並繞工具主軸軸線旋 轉；所述齒輪主軸箱(20)安裝在所述的立柱(2)上，並由立柱 (2)上的伺服電機(201)，驅動絲杆(203)驅動以實現主軸 箱(20)沿導軌作(Z)方向的升降運動；立柱(2)本身則由(X) 軸方向的伺服電機(201)，絲杆(203)驅動沿床身(S)上的(X) 方向的水平導軌作直線運動；所述齒輪主軸在齒輪主軸箱(20)內 由伺服電機驅動旋轉；所述的錐齒輪加工工具機在非切削時段是由主軸箱(10)後端託 架上的電機(105)驅動託架內的小齒輪在暫時固定的扇形齒輪(106) 上滾動以推動主軸箱(10)繞(B)軸旋轉，將工具主軸(104)的 軸線方向調整到被加工錐齒輪需要的切削(或磨削)起始位置；在負 載切削(或磨削)時段，由壓力油缸或氣缸(108)將活塞一端的端 面齒扇嵌入扇形齒輪(106) —側的端面齒扇(107)中，從而將扇形 齒輪(106)和工具主軸箱(10)結成一體旋轉，並由伺服電機(109)， 溜板(110)，連杆(111)，曲柄(112)組成曲柄連杆機構來完成工 具主軸所需的繞軸線(B)的小於3度半的微小擺動。
3、 根據權利要求1所述的多軸自由型螺旋錐齒輪和準雙曲面齒輪加工工具機，其特徵是在一個完整的工具機床身(S)上的水平方向設有兩組相互垂直的導軌； 一個底板上側表面傾斜度大於25度小於35度的立柱(1)依託所述的其中一組導軌作直線運動；另一個具有水平底面的立柱(2)依託所述的其中另一組導軌作直線運動；所述的工具主軸箱(IO)繞軸線(B)的旋轉和小於3度半的微小擺動，由安裝在立柱(1)內的大扭矩伺服電機(120)驅動；從而使工具主軸箱(10)和樞軸(113)在立柱(1)上形成一組簡潔的懸臂支撐結構。所述齒輪主軸箱(20)安裝在所述的立柱(2)上，並由立柱(2)上的伺服電機(201)，驅動絲杆(203)驅動以實現主軸箱(20)沿導軌作(Z)方向的升降運動；立柱(2)本身則由(X)軸方向的伺服電機(201)，絲杆(203)驅動沿床身(S )上的(X)方向的水平導軌作直線運動；所述齒輪主軸在齒輪主軸箱(20)內由伺服電機驅動旋轉。
4、 根據權利要求3所述的多軸自由型螺旋錐齒輪和準雙曲面齒輪加工工具機，其特徵是所述的的立柱(1)另一端可再設一支撐主軸箱(10)的第二個支承座(13)，從而將支撐主軸箱(10)的懸臂結構更改為雙支承結構。
5、 根據權利要求3或4所述的多軸自由型螺旋錐齒輪和準雙曲面齒輪加工工具機，其特徵是所述的立柱(1)上和主軸箱(10)的後端，固定設置有一個或兩個和樞軸(113)的軸線(B)同一軸線的扇形塊(114)，扇形塊(114)的內弧緣上開有弧形槽，弧形槽內套有固定安裝在立柱(1)上的扇形板的凸緣(U5);弧形槽的兩側各有數個互相對稱的微型油缸(117)和活塞(119);在經輸油孔(116)導入的油壓推力下分別從兩側將諸活塞(119)壓向各自對應的滾柱(118);扇形板的凸緣兩側對應的滾柱(118)將主軸箱(10)緊壓在固定於立柱(1)上的扇形板凸緣(115)上；用調節活塞(119 )的油壓力的方法以調節主軸箱(10)對立柱(1)的依託力度。
6、 根據權利要求5所述的多軸自由型螺旋錐齒輪和準雙曲面齒輪加工工具機，其特徵是所述的用大扭矩伺服電機驅動的樞軸(U3)可由設置在立柱(1)的一側的普通伺服電機(109)驅動絲杆，溜板(110)，連杆(111)，曲柄(112)來取代大扭矩伺服電機以實現樞軸(113)軸所需的旋轉或擺動。
7、 根據權利要求1-4任意一項所述的多軸自由型螺旋錐齒輪和準雙曲面齒輪加工工具機，其特徵是安裝齒輪主軸的軸線(A)的方向可以設定在鉛垂方向也可以設定在水平方向。
8、 根據權利要求1-4任意一項任意一項所述的多軸自由型螺旋錐齒輪和準雙曲面齒輪加工工具機，其特徵是所述的工具機上用於支撐工具主軸箱(10)的立柱(1)具有便於排屑的上側面傾斜度大於25度、小於35度的底板；用於支撐齒輪主軸箱(20)的立柱(2)在(Y)方向固定不動；由設置在齒輪主軸箱(20)下方與立柱(2)的水平直線運動方向平行的排屑槽和立柱(1)上側面傾斜度大於25度、小於35度的底板構成排屑輸送系統。
全文摘要
一種多軸自由型數控螺旋錐齒輪和準雙曲面齒輪加工工具機，其床身上安裝有一個沿Y方向的水平直線導軌作直線運動的立柱1，和另一個沿與Y方向垂直的水平方向的直線導軌作直線運動的立柱2。立柱1用於支撐軸線B配置在水平面內的樞軸113。安裝工具主軸的工具主軸箱10固定連接在樞軸上。工具主軸箱10可繞和工具主軸軸線C垂直相交的水平樞軸軸線B旋轉。立柱2用於支撐齒輪主軸箱20，安裝齒輪的齒輪主軸在齒輪主軸箱20內繞軸線A旋轉。齒輪主軸箱20可在立柱2上作鉛垂方向的直線升降。本發明可有效降低整個工具機系統的重心，提高代表系統抗振性能的自振頻率；使工具機的數控和機械系統易於在高精度的狀態下穩定地完成加工齒輪的運行過程。
文檔編號B23F9/00GK101491849SQ200910042558
公開日2009年7月29日 申請日期2009年1月20日 優先權日2009年1月20日
發明者鄭昌啟 申請人:湖南創遠蓋爾數控工具機有限公司