CN102744466B - 大型圆柱齿轮数控开齿机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型圆柱齿轮数控开齿机，包括：床身、立柱、回转工作台、刀架机构、特征是：立柱一侧上装有第二伺服电机，通过第二联轴器连接滚珠丝杠，滚珠丝杠配装丝杠锁母，在立柱该侧上通过线性导轨、滑块连接刀架主板，刀架主板上装有刀架机构，刀架机构上装有齿轮铣刀盘；回转工作台采用伺服电机驱动蜗杆蜗轮运动副结构，在回转工作台下端设有液压夹紧机构；刀架机构包括：第一圆弧齿同步带轮、第二圆弧齿同步带轮、同步带、扭矩电机、刀具主轴、刀杆、定刀套和齿轮铣刀盘；优点是：采用成形法原理铣削加工，完成同一件圆柱齿轮开齿槽加工仅需2小时，设备成本仅为50万元，可大幅度提高生产效率和加工精度，降低加工成本，扩大加工范围。

Description

大型圆柱齿轮数控开齿机

技术领域

本发明属于齿轮加工机械技术领域，特别涉及一种大型圆柱齿轮数控开齿机。

背景技术

大型圆柱齿轮是工程机械传动装置的关键零件，大型圆柱齿轮数控开齿机是加工大型圆柱齿轮不可或缺的工作母机。目前，大型圆柱齿轮数控高效开齿机尚属空白，在大型圆柱齿轮磨齿前开齿槽加工都是以滚齿机作为加工设备，滚齿机利用展成法原理加工圆柱齿轮。当大型圆柱齿轮切削量大，而且产品批量大时，滚齿机则显得能力有限。而且，滚齿机作为一种精加工设备，完成大切削量的粗切齿槽加工工作，也是一种资源的浪费。以目前采用的高效数控滚齿机YK3180M为例，其机床单台售价约400万元，加工一件模数12mm，齿数55，齿顶圆直径692.9mm，齿宽118.5mm的圆柱齿轮需耗时16小时，因此，采用上述加工设备加工大型圆柱齿轮不仅费时费工、加工率低，而且加工成本高。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可大幅度提高加工效率、降低加工成本且可扩大加工范围的大型圆柱齿轮数控开齿机。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

大型圆柱齿轮数控开齿机，包括：床身、立柱、回转工作台、刀架机构、数控***、液压***、润滑***和冷却、排屑***，所述回转工作台与床身对接，在所述床身上安装立柱，其特征在于：所述立柱一侧上装有第二伺服电机，并通过第二联轴器连接滚珠丝杠，所述滚珠丝杠配装丝杠锁母，在立柱该侧上通过线性导轨、滑块连接有可实现刀架机构沿立柱作垂直运动的刀架主板，所述刀架主板上装有刀架机构，所述刀架机构上装有可转位盘式成型合金齿轮铣刀；所述回转工作台采用第三伺服电机驱动蜗杆蜗轮运动副结构，在回转工作台下端设有与其连为一体的液压夹紧机构；

所述刀架机构的具体结构包括：安装在刀架主板上半部的第一圆弧齿同步带轮和下半部的第二圆弧齿同步带轮，所述第一圆弧齿同步带轮与第二圆弧齿同步带轮之间通过同步带连接，所述第一圆弧齿同步带轮连接扭矩电机，所述第二圆弧齿同步带轮上连接刀具主轴，所述刀具主轴另一端连接有通过锥孔套和锥套支承在刀杆座上的刀杆，所述刀杆上通过键连接有定刀套，所述定刀套通过键安装有可转位盘式成型合金齿轮铣刀盘。

本发明还可以采用如下技术方案：

所述刀架机构顶部还设有涨紧机构。

所述涨紧机构包括：固定在刀架主板顶部的耳式支承座和铰制螺栓，所述铰制螺栓中部制有用于调节同步带涨紧和松弛的止动槽。

所述回转工作台的第三伺服电机通过弹性膜片联轴器、电机法兰与输入轴连接。

所述回转工作台液压夹紧机构包括：螺母法兰盘、圆盘和螺帽以及与回转工作台底座连接的液压油缸，液压油缸的活塞下端连接安装在床身夹紧槽中的夹紧拉杆。

所述夹紧拉杆的下端设计为圆形法兰结构。

本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明采用上述技术方案，即回转工作台采用伺服电机驱动高精度蜗杆、蜗轮运动副，从而提高了回转精度；伺服电机驱动滚珠丝杠副，通过三个滑块连接使回转工作台沿线性导轨在床身上水平移动，提高了回转工作台的承载力、稳定性和移动精度；回转工作台底座安装有液压夹紧机构，大大提高了回转工作台工作的夹紧安全性；刀架机构采用伺服电机驱动滚珠丝杠副，通过三个滑块使刀架机构沿线性导轨在立柱上做垂直进给运动，提高了刀架机构的承载力、稳定性和移动精度；采用扭矩电机通过圆弧齿同步带驱动刀具主轴，而切削刀具是采用可转位盘式成型合金齿轮铣刀进行齿槽铣削加工，大幅度提高了本机床的切削性能。通过上述结构的设计，本开齿机不仅提高加工精度、加工效率，而且可以扩大加工范围（圆柱齿轮模数可至16mm，圆柱齿轮外径可延展至1500mm）。本开齿机采用成形法原理铣削加工，完成同样一件圆柱齿轮开齿槽加工仅需2小时，而且设备成本仅为50万元，故本发明用于大型圆柱齿轮开齿槽加工，不仅可大幅度降低加工成本，且可提高生产效率。

附图说明

图1是是本发明的整体结构示意图；

图2是图1的右视图；

图3是本发明的床身结构俯视图；

图4是本发明的立柱结构局部剖视图；

图5是本发明的刀架机构内部结构图；

图6是本发明的回转工作台的蜗杆输入端局部横剖视图；

图7是本发明的回转工作台的线形导轨局部横剖视图；

图8是本发明的回转工作台的液压夹紧机构局部纵剖视图。

图中：100、床身；101、床身主体；102、第一伺服电机；103、第一联轴器；104、滚珠丝杠副；105、线性导轨；106、导轨滑块；

200、立柱；201、立柱本体；202、第二伺服电机；203、第二联轴器；204、滚珠丝杠；205、丝杠锁母；206、锁母座；207、刀架主板；208、线性导轨；209、滑块；210、轴承；211、配重块；

300、刀架机构；301、扭矩电机；302、第一圆弧齿同步带轮；303、螺栓；304、刀具主轴；305、轴承组；306、轴承座；307、锥孔套；308、支承座；309、刀杆；310、铣刀盘；311、第二圆弧齿同步带轮；312、定刀套；313、同步带；314、第一锥套；315、第二锥套；316、刀杆座；317、支承座；318、内六角螺钉；319、铰制螺栓；320、紧定螺栓；321、圆柱头螺钉；322、导向平键；

400、回转工作台；401、第三伺服电机；402、弹性膜片联轴器；403、输入轴；404、键；405、轴承；406、蜗杆箱体；407、蜗杆；408、蜗轮副；409、回转工作台本体；410、电机法兰；411、螺钉；412、铜套；413、锁母座；414、锁母座支架；415、工作台底座；416、调整垫；417、圆盘；418、过渡螺母法兰盘；419、螺帽；420、液压夹紧油缸；421、活塞；422、夹紧拉杆；423、固定架；424、螺钉；425、分油器壳体。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1-图8，大型圆柱齿轮数控开齿机，包括：床身100、立柱200、回转工作台400、刀架机构300、数控***、液压***、润滑***和冷却、排屑***，本发明中的数控***、液压***、润滑***和冷却、排屑***图中未示出。所述回转工作台与床身100对接，在床身主体一侧设有回转工作台径向进给机构的第一伺服电机102，第一伺服电机通过第一联轴器103连接滚珠丝杠104，滚珠丝杠104通过轴承108安装在床身主体101上。滚珠丝杠锁母107通过锁母座413和支架414安装在工作台底座415上，工作台底座与床身主体101之间通过线性导轨105和滑块106以螺钉连接。

床身上通过螺柱连接有立柱200，在立柱主体201上安装有第二伺服电机202，第二伺服电机通过第二联轴器203与滚珠丝杠204相连接，滚珠丝杠204通过轴承210安装在立柱主体201上，在锁母支承座206上安装有滚珠丝杠锁母205，所述滚珠丝杠配装丝杠锁母，锁母支承座206与刀架主板207螺钉连接，刀架主板207与立柱主体之间通过线性导轨208和滑块209连接，以实现刀架机构的垂直运动。在立柱主体内还设有可起到稳定刀架机构上下运动的配重块211，所述配重块通过钢丝绳、滑轮与滑块209连接。

所述刀架机构300的具体结构包括：安装在刀架主板207上半部的第一圆弧齿同步带轮302和下半部的第二圆弧齿同步带轮311，所述第一圆弧齿同步带轮与第二圆弧齿同步带轮之间通过14M的齿形同步带313连接，所述第一圆弧齿同步带轮连接扭矩电机301，所述第二圆弧齿同步带轮上连接刀具主轴304。本实施例中，所述同步带通常以玻璃纤维绳为强力层，氯丁橡胶为基体而制成，由于强力层受载后变形很小，对同步带和节距影响很小，确保同步带和弧齿同步带轮面间无滑动，进而保证了准确的传动比，而且同步带传递的效率高达98％。所述刀具主轴304另一端连接有通过锥孔套307和第一锥套314、第二锥套315支承在刀杆座316上的刀杆309，所述刀杆上通过键连接有定刀套312，所述定刀套通过键安装有可转位盘式成型合金齿轮铣刀盘310。本实施例中，所述刀具主轴304通过轴承组305和锥孔套307支承与轴承座306和支承座308连接，刀杆309通过螺栓303与刀具主轴304连接，刀杆右端通过锥孔套支承，左端通过第一锥套314和第二锥套315支承在刀杆座316上。可转位盘式成型合金齿轮铣刀盘310通过键与定刀套312连接，而定刀套312通过键与刀杆连接。

本实施例中，考虑到刀架机构的同步带313涨紧问题及空间问题，在所述刀架机构顶部还设有涨紧机构。所述涨紧机构包括：固定在刀架主板207顶部的耳式支承座317和铰制螺栓319，所述铰制螺栓中部制有用于调节同步带涨紧和松弛的止动槽。

本实施例中，所述耳式支承座317通过2个内六角螺钉318固定在刀架主板207的顶部，并通过铰制螺栓319调节同步带313的涨紧和松弛，调节适中后，将方头长圆柱端紧定螺栓320固定在铰制螺栓319的止动槽内。为了确保调节的滑快，在刀架主板上半部分的左边开有两个键槽，键槽内分别装有导向平键322，通过2个开槽圆柱头螺钉321将导向平键322安装固定在键槽内。同时考虑到空间问题，刀架体的传动链很短，这样将大大影响可转位盘式成型合金齿轮铣刀盘310开齿精度问题，在刀具主轴304上安装一组双列圆锥滚子轴承305，用以同时承受可转位盘式成型合金齿轮铣刀盘开齿造成的轴向力和扭矩电机301、第一圆弧齿同步带轮302及14M的齿形带323的冲击造成的径向力，使刀具主轴运动平稳，并带动刀杆和可转位盘式成型合金齿轮铣刀盘310运转平稳，从而大大提高了可转位盘式成型合金齿轮铣刀盘的开齿精度。

所述回转工作台400前端设有用于驱动其径向进给的第三伺服电机401，第三伺服电机通过弹性膜片联轴器402连接蜗轮、蜗杆运动副，以构成回转工作台的驱动机构。所述第三伺服电机401通过弹性膜片联轴器402与输入轴403连接，输入轴403通过键404与蜗杆407连接，从而驱动蜗杆407蜗轮副408，蜗杆通过轴承405支承在蜗杆箱体406上，蜗轮副408带动工作台本体409做圆周回转运动。为了在有限的空间满足加工使用要求，需要尽可能将结构简化设计，因此在本实施例中，将蜗杆机械式传动输入设计为数控结构，将输入轴403的花键输入端重新设计为φ35h6光轴台，并选用结构紧凑、安装方便的弹性膜片联轴器402与第三伺服电机401连接。所述输入轴403采用双重O型密封圈结构封油，并通过安装铜套412以提高输入轴的耐磨性。所述电机法兰410设计为焊接式结构，通过螺钉411与电机法兰连接，从而将其固定在工作台底座415上。

所述弹性膜片连轴器402采用封闭式结构，因此在电机法兰410上开有两个窗口，以方便弹性膜片连轴器402螺钉紧固。

请参阅图7，为保证蜗杆蜗轮副的中心与安装在工作台底座415上的线形导轨的位置关系，在安装蜗杆蜗轮副的螺母座413与工作台底座415之间装有过渡支架414，并配合有调整垫416以便装配时配磨尺寸，保证位置关系的需要。

所述回转工作台液压夹紧机构包括：过渡螺母法兰盘418、圆盘417和螺帽419以及与回转工作台底座415连接的液压油缸420、活塞421和夹紧拉杆422，所述圆盘417和过渡螺母法兰盘418通过螺钉与回转工作台本体409连接，所述液压油缸的活塞421下端连接安装在床身夹紧槽中的夹紧拉杆422。过渡螺母法兰盘通过螺帽与夹紧油缸连接，液压驱动活塞421在夹紧油缸420中上下移动，从而使夹紧拉杆422在活塞行程范围内与床身主体101固定。本实施例中，所述夹紧拉杆的下端设计为圆形法兰结构，它既能满足夹紧力的需要，又能使其处于松开状态时在床身夹紧槽中自由移动。将夹紧拉杆422向上移动的距离设计在活塞421的行程范围内，当回转工作台需要夹紧时，压力油将活塞421带动夹紧拉杆422向上移动，直至夹紧拉杆法兰上端面与床身夹紧槽夹紧，从而达到回转工作台被夹紧的目的。

由于回转工作台底座415下方空间有限，因此，本实施例中，将液压夹紧机构较大的外壳取消，而采用一个L型固定架423，固定架一端通过螺钉424固定在工作台底座415上，另一端通过键形插板与分油器壳体425上的键槽固定，以防止分油器壳体转动，这种结构既满足了使用的需要又节省了空间。

本发明的工作原理为：

首先将工件安装在回转工作台400上，并将工件与回转工作台卡紧，然后启动第一伺服电机102驱动回转工作台径向前进至工作位置，即刀架机构300的正下方；开启刀架机构上的扭矩电机301，使可转位盘式成型合金齿轮铣刀盘310旋转，并同时浇冷却液。此时，通过液压油缸420的压力油使活塞421带动夹紧拉杆422向上移动，直至夹紧拉杆法兰上端面与床身夹紧槽上端面夹紧，利用床身夹紧槽上端面的夹紧反作用力将回转工作台夹紧。启动立柱200上的第二伺服电机202旋转，带动滚珠丝杠204和刀架主板207向下移动，进而使刀架机构下移至设定位置，开始对大型圆柱齿轮工件磨齿前开齿槽的切削加工。当一个单齿切削完成后，刀架机构的可转位盘式成型合金齿轮铣刀盘停止运动，将回转工作台的夹紧油缸松开，使回转工作台向后移动，刀架机构向上移动，此时，通过回转工作台上的蜗杆、蜗轮副的旋转带动回转工作台进行分齿操作。分齿操作完成后，回转工作台再次前进到工作位置，机床循环上述动作，进行第二个单齿的切削。

Claims (6)

1.一种大型圆柱齿轮数控开齿机，包括：床身、立柱、回转工作台、刀架机构、数控***、液压***、润滑***和冷却、排屑***，所述回转工作台与床身对接，在所述床身上安装立柱，其特征在于：所述立柱一侧上装有第二伺服电机，并通过第二联轴器连接滚珠丝杠，所述滚珠丝杠配装丝杠锁母，在立柱该侧上通过线性导轨、滑块连接有可实现刀架机构沿立柱作垂直运动的刀架主板，所述刀架主板上装有刀架机构，所述刀架机构上装有可转位盘式成型合金齿轮铣刀盘；所述回转工作台采用第三伺服电机驱动蜗杆蜗轮运动副结构，在回转工作台下端设有与其连为一体的液压夹紧机构；

所述刀架机构的具体结构包括：安装在刀架主板上半部的第一圆弧齿同步带轮和下半部的第二圆弧齿同步带轮，所述第一圆弧齿同步带轮与第二圆弧齿同步带轮之间通过同步带连接，所述第一圆弧齿同步带轮连接扭矩电机，所述第二圆弧齿同步带轮上连接刀具主轴，所述刀具主轴另一端连接有通过锥孔和锥套支承在刀杆座上的刀杆，所述刀杆上通过键连接有定刀套，所述定刀套通过键安装有可转位盘式成型合金齿轮铣刀盘。

2.根据权利要求1所述的大型圆柱齿轮数控开齿机，其特征在于：所述刀架机构顶部还设有涨紧机构。

3.根据权利要求2所述的大型圆柱齿轮数控开齿机，其特征在于：所述涨紧机构包括：固定在刀架主板顶部的耳式支承座和铰制螺栓，所述铰制螺栓中部制有用于调节同步带涨紧和松弛的止动槽。

4.根据权利要求1所述的大型圆柱齿轮数控开齿机，其特征在于：所述回转工作台的第三伺服电机通过弹性膜片联轴器、电机法兰与输入轴连接。

5.根据权利要求1所述的大型圆柱齿轮数控开齿机，其特征在于：所述回转工作台液压夹紧机构包括：螺母法兰盘、圆盘和螺帽以及与回转工作台底座连接的液压油缸，液压油缸的活塞下端连接安装在床身夹紧槽中的夹紧拉杆。

6.根据权利要求5所述的大型圆柱齿轮数控开齿机，其特征在于：所述夹紧拉杆的下端设计为圆形法兰结构。