CN111761138B - 刮齿机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种刮齿机，其包括机架、主轴、工作台以及五轴驱动机构，所述工作台上设有夹具，所述主轴用于安装刀具，所述夹具用于夹持工件，其特征在于：所述夹具包括底座、至少两个滑动设于底座上的夹持块以及驱动件，工件同轴安装至所述底座上，所述驱动件用于驱动夹持块沿底座的径向滑动，所述夹持块用于抵紧工件，且所有所述夹持块对工件的合力为零，所述底座上同轴设有通孔，所述通孔用于供工件的端部或刀具的端部伸入。本发明的一台刮齿机可实现齿轮轴或内齿圈的加工，减少设备成本，同时便于对设备进行维护。

Description

刮齿机

技术领域

本发明涉及齿轮加工的技术领域，尤其是涉及一种刮齿机。

背景技术

齿轮是指轮缘上有齿轮连续啮合传递运动和动力的机械元件。

强力刮齿是一种连续切削的齿轮加工工艺，通过一次装夹即可完成所有加工工序，其本质上结台了滚齿、插齿两种工艺。

现有公告号为CN103635280B的中国专利，其公开了一种刮齿加工的设备，其具有六个轴：

刮齿刀具围绕第一旋转轴线R1的转动；

工件围绕第二旋转轴线R2的耦合转动；

围绕枢转轴线SA的转动运动；

平行于204的线性垂直运动；

平行于206的线性水平运动；

平行于208的线性水平运动。

其中，204线、206线以及208线三者两两垂直，枢转轴线SA平行206线，第一旋转轴线R1垂直枢转轴线SA，第二旋转轴线R2垂直枢转轴线SA。

加工时，刮齿刀具（又称为刮齿轮）的第一旋转轴线R1和工件的第二旋转轴线R2之间预设不等于零的轴夹角。刮齿刀具和工件之间所产生的相对运动是螺旋运动，该螺旋运动可分解为旋转分量（转动分量）和进给分量（平移分量），其中旋转分量对应于齿面的滚动，进给运动分量对应于齿面的滑动。进给分量引起刮齿刀具的切削刃沿工件齿面方向的运动分量。

现有公告号为CN103551672B的中国专利，其公开了一种圆柱齿轮剐齿刀具，可以加工各种内齿直齿、外齿直齿、斜齿圆柱齿轮。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：齿轮有多种类型，依据轮齿的位置，可分为内齿轮（轮齿在内圆上）和外齿轮（轮齿在外圆上），现有的一台刮齿机仅能加工内齿轮或外齿轮中的一种，加工两种齿轮时，需要配置两台不同型号的刮齿机，两台刮齿机的型号不同，其维护要求可能不同，不便于维护。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种刮齿机，可实现齿轮轴或内齿圈的加工，减少设备型号，以便于对设备进行维护。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种刮齿机，包括机架、主轴、工作台以及五轴驱动机构，所述工作台上设有夹具，所述主轴用于安装刀具，所述夹具用于夹持工件，其特征在于：所述夹具包括底座、至少两个滑动设于底座上的夹持块以及驱动件，工件同轴安装至所述底座上，所述驱动件用于驱动夹持块沿底座的径向滑动，所述夹持块用于抵紧工件，且所有所述夹持块对工件的合力为零，所述底座上同轴设有通孔，所述通孔用于供工件的端部或刀具的端部伸入。

通过采用上述技术方案，加工齿轮轴（外齿轮）时，轴部的端部伸入通孔内，待加工的齿部远离底座，夹持块在驱动件的作用下滑动，抵紧轴部的外周，完成齿轮轴的夹持，五轴驱动机构动作，工作台通过夹具带动齿轮轴转动，主轴带动刀具转动，并使得刀具靠近齿轮轴，在齿部的外周加工出轮齿；

加工内齿圈（内齿轮）时，内齿圈放置于夹持块之间，夹持块在驱动件的作用下滑动，抵紧内齿圈的外周，完成内齿圈的夹持，五轴驱动机构动作，工作台通过夹具带动内齿圈转动，主轴带动刀具转动，并使得刀具伸入内齿圈内部，在内齿圈的内周加工出轮齿，且加工时，刀具可伸入通孔内，保证在内齿圈上加工出完整的齿部；

一台刮齿机可实现齿轮轴或内齿圈的加工，减少设备成本，同时便于对设备进行维护。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述机架上还设有顶针以及液压驱动机构，所述顶针与底座同轴设置，所述液压驱动机构用于驱动顶针沿轴向靠近或远离夹具。

通过采用上述技术方案，齿轮轴的轴向长度远大于其直径，加工时，齿轮轴的两端分别受夹具、顶针的夹持，有利于减少齿轮轴的挠性变形，进而提高齿轮轴上轮齿的加工精度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述夹持块包括第一抵接块以及第二抵接块，所述第一抵接块滑动连接底座，所述第一抵接块朝向底座轴线的侧壁为第一抵接面，所述第二抵接块设于第一抵接块背离底座的一侧，所述第二抵接块朝向底座轴线的侧壁为第二抵接面，且所述第二抵接面到底座轴线的距离大于第一抵接面到底座轴线的距离。

通过采用上述技术方案，加工齿轮轴时，利用第一抵接面抵紧轴部的外周；加工内齿圈时，利用第二抵接面抵紧内齿圈的外周；减少夹持块的滑动距离；

同时，内齿圈的端面可抵接第一抵接块背离底座的一侧，以实现对内齿圈轴向的定位。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述夹持块上滑动嵌设有定位块，所述定位块沿底座的径向滑动，且所述定位块滑动贴合于第一抵接块背离底座的一侧，所述第二抵接块上设有嵌槽，所述嵌槽用于供定位块嵌设。

通过采用上述技术方案，加工内齿圈时，内齿圈的端面抵接定位块，完成内齿圈的轴向定位，随后驱动件动作，夹持块上的第二抵接面抵紧内齿圈的外周，此时，滑动定位块，使得定位块嵌设至嵌槽内，内齿圈的端面与第二抵接块之间存在间距，该间距用于供刀具增大行程，避免刀具与第二抵接块干涉，保证在内齿圈上加工出完整的齿部；

加工内齿圈时，切屑可能落于第一抵接块上，加工完成后，再次滑动定位块，定位块伸出嵌槽，定位块嵌入内齿圈与第一抵接块之间，实现扫除第一抵接块上的切屑。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第二抵接块上设有安装槽，所述安装槽贯穿第二抵接面，所述安装槽内滑动嵌设有驱动块，所述驱动块的一端伸出安装槽，所述安装槽连通嵌槽，所述驱动块与定位块之间还设有传动组件，所述传动组件使得驱动块与定位块同步嵌设至嵌槽与安装槽内或同步伸出。

通过采用上述技术方案，加工内齿圈时，内齿圈的端面抵接定位块，完成内齿圈的轴向定位，随后驱动件动作，夹持块靠近内齿圈的外周，此时，驱动块先抵接内齿圈的外周，且驱动块逐渐嵌设至安装槽内，并通过传动组件，使得定位块嵌设至嵌槽内，至第二抵接面抵紧内齿圈的外周，完成内齿圈的夹持；

夹持块抵紧内齿圈的过程中，定位块自动嵌设至嵌槽内，以便于刀具加工内齿圈的内周。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述传动组件包括两组齿轮齿条传动机构，两根齿条并排设置并分别连接所述驱动块、定位块，两个齿轮同轴连接且两个齿轮的直径不等，小齿轮啮合所述驱动块上的齿条，大齿轮啮合所述定位块上的齿条，且两根齿条同向移动。

通过采用上述技术方案，定位块的行程大于驱动块的行程，保证定位块伸出第二抵接面的距离大于驱动块伸出第二抵接面的距离，便于内齿圈的端面抵接定位块。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述安装槽内还设有弹簧，所述弹簧的端部抵紧驱动块，使得所述驱动块具有伸出安装槽的趋势。

通过采用上述技术方案，加工内齿圈时，驱动块先抵接内齿圈的外周，且驱动块克服弹簧的弹性力嵌设至安装槽内，并通过传动组件，使得定位块嵌设至嵌槽内，且最终依靠的第二抵接块上的第二抵接面固定夹持内齿圈的外周；

加工完成后，夹持块远离内齿圈，此时，第二抵接面脱离内齿圈的外周，同时弹簧的复位，使得驱动块伸出，并抵紧内齿圈的外周，内齿圈的轴向位置保持不变，且此过程中，通过传动组件使得定位块伸出，定位块嵌入内齿圈与第一抵接块之间，利用定位块支撑内齿圈的端面，便于后续驱动块脱离内齿圈。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述定位块朝向底座轴线端部设有导向面，所述导向面用于抵接工件的端部。

通过采用上述技术方案，导向面的设置，便于定位块嵌入内齿圈与第一抵接块之间。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述底座呈桶状，所述底座竖直设置，且所述底座的下端面贴合工作台，所述底座的下端侧壁还设有排屑孔，所述排屑孔与通孔相连通。

通过采用上述技术方案，加工内齿圈时，切屑以及冷却液向下掉落，并落入通孔内，随后，切屑以及冷却液从底座下端的排屑孔处排出，方便清理。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述底座内同轴设有导向件，所述导向件的上端面设置为锥面，且所述导向件的上端面的中部高于其周侧。

通过采用上述技术方案，切屑以及冷却液落入通孔内，并沿导向件的上端面滑落，以靠近排屑孔，避免切屑在通孔的中部堆积成堆；

同时，加工齿轮轴时，齿轮轴的端面抵接于导向件的顶部锥角，配合夹具实现定位。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.一台刮齿机可实现齿轮轴或内齿圈的加工，减少设备成本，同时便于对设备进行维护；

2.夹具的底座上设置通孔，以供齿轮轴的端部或刀具的端部伸入，同时，用于收集加工内齿圈时产生的切屑；

3.滑动设置的定位块，在夹持内齿圈时，实现对内齿圈的轴向定位，加工时，定位块脱离，以避让刀具的端部，加工完成后，定位块重新支撑内齿圈的端面，并将第一抵接块上的切屑扫落至通孔内，自动完成切屑的收集；

4.通孔内设置锥角向上的锥形导向件，加工内齿圈时，使得切屑沿锥面滑落，靠近排屑孔；加工齿轮轴时，导向件的顶部锥角抵接齿轮轴的端面，配合夹具实现定位。

附图说明

图1是本实施例的整体结构示意图。

图2是夹具的结构示意图。

图3是夹具的剖视图。

图4是夹持块的剖视图。

图5是图4中A处的局部放大示意图。

图中，1、机架；2、主轴箱；21、主轴；3、工作台；4、五轴驱动机构；5、夹具；51、底座；511、通孔；512、排屑孔；513、导向件；52、夹持块；521、第一抵接块；5211、第一抵接面；522、第二抵接块；5221、第二抵接面；5222、嵌槽；5223、安装槽；5224、安装腔；523、定位块；5231、导向面；524、驱动块；525、传动组件；526、弹簧；53、三爪卡盘；54、顶针；55、液压缸。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1，为本发明公开的一种刮齿机，包括机架1、主轴21箱2、工作台3以及五轴驱动机构4，主轴21箱2内转动设有主轴21，主轴21的端部用于安装刀具，工作台3上设有夹具5，夹具5用于夹持工件。

五轴驱动机构4实现主轴21与工作台3之间沿X、Y、Z轴的空间平移、主轴21箱2的转动以及夹具5的转动；其中，X、Y、Z轴两两垂直，且Z轴竖直，主轴21箱2的转动轴线平行X轴；主轴21的轴线垂直X轴，且主轴21绕自身轴线转动，以驱动刀具转动；夹具5的转动轴线平行Z轴，并驱动工件转动。

加工时，夹具5夹持工件，五轴驱动机构4动作，使得刀具靠近并切削工件，完成加工。

参照图1、2，夹具5包括底座51、夹持块52以及驱动件，底座51呈桶状，底座51的轴线平行Z轴，夹持块52设有三个，且三个夹持块52沿底座51的周向间隔设于底座51的上端，驱动件用于驱动夹持块52沿底座51的径向滑动，工件同轴放置于底座51上端，三个夹持块52同步靠近并抵紧工件的外周，实现夹持工件。

本实施例中，驱动件采用三爪卡盘53（为公知技术，且可参考公告号为CN201257530的专利文件），三爪卡盘53同轴固定连接至底座51上的上端，且夹持块52设于三爪卡盘53的卡爪的上端，利用三爪卡盘53，使得三个夹持块52同步靠近或远离底座51的轴线。

底座51内同轴设有通孔511，通孔511与三爪卡盘53的中心孔相连通，通孔511以及三爪卡盘53的中心孔用于供工件的端部或刀具的端部伸入。

参照图3，通孔511内还设有导向件513，导向件513的上端面设置为锥面，且该锥面与底座51同轴设置，参照图1，机架1上且位于底座51的正上方设有顶针54以及液压缸55，顶针54与底座51同轴设置，液压缸55的活塞杆连接顶针54的上端，且液压缸55的活塞杆沿平行Z轴方向伸缩。

工件为齿轮轴时，齿轮轴的待加工齿部高于夹持块52，齿轮轴的轴部伸入通孔511内，且轴部的下端抵接至导向件513的顶部锥角，顶针54在液压缸55的驱动下向下移动，顶针54的下端抵接齿轮轴的轴部上端，同时，三个夹持块52在三爪卡盘53的驱动下靠近并抵紧轴部的外周，实现齿轮轴的固定夹持。

参照图3、4，夹持块52呈L形，其包括第一抵接块521以及第二抵接块522，第一抵接块521连接三爪卡盘53的卡爪，第一抵接块521朝向底座51轴线的侧壁为第一抵接面5211，第二抵接块522设于第一抵接块521的上端，第二抵接块522朝向底座51轴线的侧壁为第二抵接面5221，且第二抵接面5221到底座51轴线的距离大于第一抵接面5211到底座51轴线的距离。

工件为齿轮轴时，第一抵接面5211用于抵紧齿轮轴的外周；工件为内齿圈时，内齿圈放置于第一抵接块521上，且内齿圈的外周正对第二抵接面5221，利用第二抵接面5221抵紧内齿圈的外周。

第二抵接块522上设有定位块523、驱动块524以及传动组件525，以便于利用夹具5夹持内齿圈。

定位块523沿底座51的径向滑动，定位块523的上端面用于支撑内齿圈的端面，定位块523的下端面滑动贴合于第一抵接块521的上端面；第二抵接块522朝向底座51轴线的端部设有嵌槽5222，嵌槽5222用于供定位块523嵌设；第二抵接块522上且位于嵌槽5222的上方设有安装槽5223，驱动块524滑动嵌设于安装槽5223内，且安装槽5223内还设有弹簧526，使得驱动块524的端部伸出安装槽5223，以用于抵接内齿圈的外周。

第二抵接块522内还设有安装腔5224，安装腔5224连通安装槽5223以及嵌槽5222，传动组件525设于安装腔5224内，且传动组件525连接驱动块524与定位块523，使得驱动块524以及定位块523同步靠近或远离底座51的轴线。

工件为内齿圈时，内齿圈同轴放置于底座51上，且内齿圈的下端面抵接定位块523的上端面，实现内齿圈的轴向定位，随后三个夹持块52在三爪卡盘53的驱动下靠近内齿圈的外周，此时，驱动块524先抵接内齿圈的外周，且驱动块524逐渐嵌设至安装槽5223内，并通过传动组件525，使得定位块523嵌设至嵌槽5222内，至第二抵接面5221抵紧内齿圈的外周，完成内齿圈的夹持。

定位块523嵌设至嵌槽5222内，内齿圈的端面与第二抵接块522之间存在间距，该间距可作为越程槽，以供刀具增大行程，保证在内齿圈上加工出完整的齿部。

加工完成后，夹持块52远离内齿圈，此时，第二抵接面5221脱离内齿圈的外周，同时弹簧526的复位，使得驱动块524伸出并抵紧内齿圈的外周，内齿圈的轴向位置保持不变，且此过程中，通过传动组件525使得定位块523伸出，定位块523嵌入内齿圈与第一抵接块521之间，利用定位块523支撑内齿圈的端面，便于后续驱动块524脱离内齿圈时，内齿圈的轴向位置保持不变；

同时，加工内齿圈时，切屑可能落于第一抵接块521上，加工完成后伸出的定位块523扫除第一抵接块521上的切屑。

参照图4、5，本实施例中，传动组件525包括两组齿轮齿条传动机构，两根齿条并排设置并分别连接所述驱动块524、定位块523，两个齿轮同轴连接且齿轮的转动轴固定，同时，两个齿轮的直径不等，小齿轮啮合驱动块524上的齿条，大齿轮啮合定位块523上的齿条，且两根齿条同向移动。

定位块523朝向底座51轴线端部设有导向面5231，导向面5231用于抵接工件的端部，便于定位块523嵌入内齿圈与第一抵接块521之间。

加工内齿圈时，切屑以及冷却液掉落至三抓开盘的中心孔以及底座51的通孔511内，且定位块523扫除第一抵接块521上的切屑时，使得第一抵接块521上的切屑向靠近通孔511的方向移动，进而落入通孔511内。

底座51的下端侧壁沿周向间隔设有排屑孔512，排屑孔512与通孔511相连通，以便于切屑、冷却液从通孔511内排出，且切屑以及冷却液落入通孔511内，并沿导向件513的上端面滑落，以靠近排屑孔512，避免切屑在通孔511的中部堆积成堆。

本实施例的实施原理为：加工齿轮轴时，轴部的端部伸入通孔511内，待加工的齿部高于夹持块52，夹持块52在驱动件的作用下滑动，抵紧轴部的外周，完成齿轮轴的夹持，五轴驱动机构4动作，工作台3通过夹具5带动齿轮轴转动，主轴21带动刀具转动，并使得刀具靠近齿轮轴，在齿部的外周加工出轮齿；

加工内齿圈时，内齿圈放置于夹持块52之间，夹持块52在驱动件的作用下滑动，抵紧内齿圈的外周，完成内齿圈的夹持，五轴驱动机构4动作，工作台3通过夹具5带动内齿圈转动，主轴21带动刀具转动，并使得刀具伸入内齿圈内部，在内齿圈的内周加工出轮齿，且加工时，刀具可伸入通孔511内，保证在内齿圈上加工出完整的齿部；

同时，加工内齿圈时，产生的切屑径直落入通孔511内，并从排屑孔512处排出，便于切屑的收集；

通过设计特殊的夹具5，实现稳定的夹持内齿圈或齿轮轴，实现一台刮齿机可完成齿轮轴或内齿圈的加工。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种刮齿机，包括机架（1）、主轴（21）、工作台（3）以及五轴驱动机构（4），所述工作台（3）上设有夹具（5），所述主轴（21）用于安装刀具，所述夹具（5）用于夹持工件，其特征在于：所述夹具（5）包括底座（51）、至少两个滑动设于底座（51）上的夹持块（52）以及驱动件，工件同轴安装至所述底座（51）上，所述驱动件用于驱动夹持块（52）沿底座（51）的径向滑动，所述夹持块（52）用于抵紧工件，且所有所述夹持块（52）对工件的合力为零，所述底座（51）上同轴设有通孔（511），所述通孔（511）用于供工件的端部或刀具的端部伸入；

所述夹持块（52）包括第一抵接块（521）以及第二抵接块（522），所述第一抵接块（521）滑动连接底座（51），所述第一抵接块（521）朝向底座（51）轴线的侧壁为第一抵接面（5211），所述第二抵接块（522）设于第一抵接块（521）背离底座（51）的一侧，所述第二抵接块（522）朝向底座（51）轴线的侧壁为第二抵接面（5221），且所述第二抵接面（5221）到底座（51）轴线的距离大于第一抵接面（5211）到底座（51）轴线的距离；

所述夹持块（52）上滑动嵌设有定位块（523），所述定位块（523）沿底座（51）的径向滑动，且所述定位块（523）滑动贴合于第一抵接块（521）背离底座（51）的一侧，所述第二抵接块（522）上设有嵌槽（5222），所述嵌槽（5222）用于供定位块（523）嵌设。

2.根据权利要求1所述的刮齿机，其特征在于：所述机架（1）上还设有顶针（54）以及液压驱动机构，所述顶针（54）与底座（51）同轴设置，所述液压驱动机构用于驱动顶针（54）沿轴向靠近或远离夹具（5）。

3.根据权利要求1所述的刮齿机，其特征在于：所述第二抵接块（522）上设有安装槽（5223），所述安装槽（5223）贯穿第二抵接面（5221），所述安装槽（5223）内滑动嵌设有驱动块（524），所述驱动块（524）的一端伸出安装槽（5223），所述安装槽（5223）连通嵌槽（5222），所述驱动块（524）与定位块（523）之间还设有传动组件（525），所述传动组件（525）使得驱动块（524）与定位块（523）同步嵌设至嵌槽（5222）与安装槽（5223）内或同步伸出。

4.根据权利要求3所述的刮齿机，其特征在于：所述传动组件（525）包括两组齿轮齿条传动机构，两根齿条并排设置并分别连接所述驱动块（524）、定位块（523），两个齿轮同轴连接且两个齿轮的直径不等，小齿轮啮合所述驱动块（524）上的齿条，大齿轮啮合所述定位块（523）上的齿条，且两根齿条同向移动。

5.根据权利要求3所述的刮齿机，其特征在于：所述安装槽（5223）内还设有弹簧（526），所述弹簧（526）的端部抵紧驱动块（524），使得所述驱动块（524）具有伸出安装槽（5223）的趋势。

6.根据权利要求5所述的刮齿机，其特征在于：所述定位块（523）朝向底座（51）轴线端部设有导向面（5231），所述导向面（5231）用于抵接工件的端部。

7.根据权利要求1所述的刮齿机，其特征在于：所述底座（51）呈桶状，所述底座（51）竖直设置，且所述底座（51）的下端面贴合工作台（3），所述底座（51）的下端侧壁还设有排屑孔（512），所述排屑孔（512）与通孔（511）相连通。

8.根据权利要求7所述的刮齿机，其特征在于：所述底座（51）内同轴设有导向件（513），所述导向件（513）的上端面设置为锥面，且所述导向件（513）的上端面的中部高于其周侧。

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