CN210702928U - 一种小模数螺旋锥齿轮铣齿机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小模数螺旋锥齿轮铣齿机，包括带有排屑槽的床身，所述床身的上表面左边经转台轴承安装B轴转盘（2），B轴转盘上安装带有刀盘主轴（4）的刀盘主轴箱（3），刀盘主轴的前端安装端面铣刀盘（5），且刀盘主轴的轴线通过B轴转盘的回转轴线；所述床身的上表面右边后部设置能前后、上下、左右移动的工件主轴箱（11），工件主轴箱内安装有工件主轴（12），工件主轴的前端安装夹具和待加工齿轮（13）；所述床身的上表面右边前部设置标准的桁架机械手（14），桁架机械手的下方设置有料盘（15）。本实用新型机床具有结构紧凑，防护容易，行程超短，自动化程度高等特点。

Description

一种小模数螺旋锥齿轮铣齿机

技术领域

本实用新型涉及螺旋锥齿轮铣齿机，特别是一种小模数螺旋锥齿轮铣齿机。

背景技术

小模数螺旋锥齿轮主要用于电动工具、工业缝纫机和机器人领域，在1989年以前，美国Gleason公司生产了专门加工小模数螺旋锥齿轮的No.102机械型铣齿机，德国Kingelnberg公司生产了专门加工小模数锥齿轮的FK-41B机械型铣齿机。

Gleason实用新型的数控铣齿机的结构原理图如图1所示，其摈弃了原来复杂的传动***和调整环节，改用X、Y、Z三个直线轴和A、B、C三个回转轴，并通过计算机控制它们作六轴五联动即可加工各种锥齿轮和准双曲面齿轮。这种数控铣齿机已经被广泛应用于汽车行业和工业领域。但因为成本原因，Gleason和Klingelnberg公司目前都不再生产用于加工小模数锥齿轮的数控铣齿机，当然也不再生产No.102和FK-41B机械型铣齿机。

国外的齿轮厂只好购买大型号的数控机床来加工小模数螺旋锥齿轮，显然，这样很不经济。国内则采用固定B轴的简易数控铣齿机（如图2）来加工小模数螺旋锥齿轮。简易数控铣齿机存在以下问题：

1、不能接受先进软件的计算结果

锥齿轮和准双曲面齿轮加工时，需要用专用软件（Gleason的CAGE软件和Klingelnberg的KIMOS软件，每套软件进口需要70多万人民币）来计算机床调整参数，其小轮加工参数里一定包含有刀倾机构的参数。简易数控铣齿机因为B轴是固定的，它就不能接受这些参数并按照这些参数来加工锥齿轮和准双曲面齿轮，结果只能靠操作工凭经验凑合。对于比较简单的弧齿锥齿轮，这样做还勉强可行。对于复杂的准双曲面齿轮和高减比齿轮，这种机床就无能为力。

2、不能用测量中心来测量齿轮的形状误差并进行反调修正

锥齿轮和准双曲面齿轮的轮齿曲面是一种复杂的空间曲面，其齿面形状不能用简单的量具测量，但可用测量中心来测量其误差并用专门的反调软件来计算其修正参数。这样可以很快加工出合格的齿面。用简易数控铣齿机加工的齿轮，其齿面是操作者凭经验给定的，没有理论齿面，当然就不能用测量中心来测量其误差，更不要说用反调软件来修正齿面加工参数。

3、加工不出高精度齿轮

在机械零件中，弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮属于精密零件，锥齿轮加工机床属于高档数控机床。为了低价竞争，简易数控铣齿机都采用半闭环控制和简易数控***，这种配置根本达不到高档数控机床的要求，当然也不可能加工出高精度齿轮副。

4、很难实现自动化

简易数控铣齿机很难实现自动化生产，这有两个原因：一个原因是B轴固定，每种齿轮加工时的安装位置都不相同，要实现自动上下料很困难。第二个原因是简易数控铣齿机价位很低，最贵的才20多万，便宜的只有16万，更重要的是由它所加工的齿轮价位更低。40年前40元一对的电动工具齿轮现在只能卖10元左右，再采用自动化就太不划算了。

由图1和图2可知，无论是国外产的数控铣齿机，还是国内产的简易数控铣齿机都不适合小模数螺旋锥齿轮的生产，因为：

1、小模数螺旋锥齿轮体积很小，采用图1和图2这样的结构体积太大，不紧凑；

2、B轴是所有数控铣齿机中最不好处理的机构，由图1和图2可以看到B轴的运动范围只有100度左右，它只能用扇形的圆柱齿轮或者摩擦轮驱动。但，扇形齿轮不仅生产制造困难，而且要消除齿轮副之间的间隙更为麻烦；摩擦轮的压力不好控制，压力小了容易打滑，压力大了会使机床产生变形。更麻烦的是整个A轴工件箱压在B轴滑板上，摩擦力太大，容易产生爬行；

3、小模数齿轮体积小，不适合用传送带来进行自动上下料。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种小模数螺旋锥齿轮铣齿机，其具有结构紧凑，防护容易，行程超短，自动化程度高等特点。

首先需要说明的是，本文中提到的“左边”、“右边”是指附图所在平面的左边或右边，“前面”是指靠近工件加工位置的一面。“后面”是指远离工件加工位置的一面。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种小模数螺旋锥齿轮铣齿机，其包括床身，且：

所述床身的上表面左边设置圆环形的排屑槽和冷却油回流通道，所述排屑槽内的床身上安装与排屑槽同心设置的转台轴承，转台轴承上安装鼓形圆盘状的B轴转盘，所述B轴转盘上安装有刀盘主轴箱，所述刀盘主轴箱内安装有刀盘主轴，所述刀盘主轴的前端安装有加工齿轮用的端面铣刀盘，且刀盘主轴的轴线通过B轴转盘的回转轴线；

所述床身的上表面右边后部设置与地面平行的Z轴导轨，Z轴导轨上安装有能左右移动的Z轴滑台，Z轴滑台的前面设置有与地面垂直的Y轴导轨，Y轴导轨上安装有能上下移动的Y轴滑台，Y轴滑台的前面设置有与Y轴导轨、Z轴导轨都垂直的X轴导轨，X轴导轨上设置有能前后移动的工件主轴箱，工件主轴箱内安装有工件主轴，工件主轴的前端安装夹具和待加工齿轮；

所述床身的上表面右边前部设置桁架机械手，桁架机械手的下方设置有料盘。

上述方案中，所述B轴转盘的直径要大于所述排屑槽的内圆，以保证切屑在冷却油的作用下流入排屑槽，并通过通道流入带有过滤网的油箱。

上述方案中，所述刀盘主轴的前端面到所述B轴转盘的回转轴线的距离基本接近所述端面铣刀盘的高度，以保证刀尖平面中点到B轴转盘回转轴线的距离较小。

上述方案中，所述床身内安装用于控制的数控***和电气元件，以使机床占地小、结构紧凑。

上述方案中，所述工件主轴和所述刀盘主轴的位置可以互换，形成另一种铣齿机的设计。

上述方案中，所述B轴转盘用力矩电机驱动，或手动。力矩电机驱动时可以用五轴数控***实现机床六轴五联动，使本实用新型机床可用全工序法加工小模数的弧齿锥齿轮、准双曲面齿轮和高减比齿轮。B轴转盘只能用手动调节时，只能用四轴数控***实现四联动，虽然成本大大降低，但只能加工小模数弧齿锥齿轮副、准双曲面齿轮副、高减比齿轮副中的大轮。

与现有技术相比，本实用新型铣齿机占地面积只有1200X1000左右，结构十分紧凑，不仅B轴结构简单可靠，而且实现了自动上、下料，成功解决了图1和图2机床结构所存在的问题。

附图说明

图1为美国Gleason 公司1989年提出的世界上第一台数控铣齿机结构原理示意图。

图2为国内生产的简易数控铣齿机的结构示意图。

图3为本实用新型小模数螺旋锥齿轮铣齿机的结构示意图。

图4为本实用新型使用时涉及的各参数位置示意图。

图中：1、床身；2、B轴转盘；3、刀盘主轴箱；4、刀盘主轴；5、端面铣刀盘；6、Z轴导轨；7、Z轴滑台；8、Y轴导轨；9、Y轴滑台；10、X轴导轨；11、工件主轴箱；12、工件主轴；13、待加工齿轮；14、桁架机械手；15、料盘；16、排屑槽。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。

如图3所示，本实用新型小模数螺旋锥齿轮铣齿机一实施例包括床身1，该床身1的上表面左边设置冷却油回流通道及圆环形的排屑槽16，排屑槽16内的床身1上安装与排屑槽同心设置的转台轴承，转台轴承上安装B轴转盘2，B轴转盘2上安装有刀盘主轴箱3，刀盘主轴箱3内安装有刀盘主轴4，刀盘主轴4上安装有加工齿轮用的端面铣刀盘5。床身1的上表面右边后部设置与地面平行的Z轴导轨6，Z轴导轨6上安装有能左右移动的Z轴滑台7，Z轴滑台7的前面设置有与地面垂直的Y轴导轨8，Y轴导轨8上安装有能上下移动的Y轴滑台9，Y轴滑台9的前面设置有与Y轴导轨8、Z轴导轨6都垂直的X轴导轨10，X轴导轨10上设置有能前后移动的工件主轴箱11。工件主轴箱11内安装有工件主轴12，工件主轴12的前端安装夹具和待加工齿轮13。床身1的上表面右边前部设置桁架机械手14（两个）以便快速实现上、下料动作。桁架机械手14的下方设置有安装方便、定位精准的料盘15，以保证桁架机械手14方便地从料盘15中抓取齿坯和放置加工好的齿轮。

床身1可用铸铁制造，主要加工部分是安装B轴转盘2的位置和安装Z轴导轨6的位置，床身1的内部基本是空的，可以安装控制用的电气元件，但一定要考虑到维修方便和安装空间。

B轴转盘2为鼓形圆盘状，并用球墨铸铁铸造，B轴转盘2用转台轴承与床身1连接，最好用力矩电机驱动，用高精度光栅元件控制。B轴转盘2的直径要略大于排屑槽的内圆，以保证切屑在冷却油的作用下流入排屑槽，带有切屑的冷却油通过通道流入带有过滤网的油箱。B轴转盘2的回转范围只有95度，对齿面形状的形成具有重要的作用。刀盘主轴箱3用螺栓固定在B轴转盘2上，且刀盘主轴4的轴线通过B轴转盘2的回转轴线，刀盘主轴4的前端面到B轴转盘2的回转轴线的距离略大于端面铣刀盘5的高度，以保证刀尖平面中点到B轴转盘2的回转轴线的距离很小。刀盘主轴4可用力矩电机或者伺服电机驱动，安装直径为0.5~3.5英寸的端面铣刀盘，保证刀盘能获得60~100m/min的切削速度。

Z轴滑台7，Y轴滑台9和工件主轴箱11都用球墨铸铁铸造，Z轴导轨6、Y轴导轨8和X轴导轨10选用25mm的高精度滚柱导轨。工件主轴12用力矩电机或高精度蜗轮副驱动，工件主轴12的前端设置莫氏4#锥度的内孔以安装工件夹具和工件，自动上、下料时，必须采用能自动控制的弹性夹头。

桁架机械手14为标准件，本实施例中选用90度两方向相互转换的双头夹爪，这样可以在垂直于地面的方向抓取齿坯，再转换成水平方向***工件主轴12上的工件夹具，或者水平方向取出加工好的齿轮，再转换成垂直方向将加工好的齿轮放回料盘15内原来的位置。

本实用新型装置使用时，如图4所示，以B轴转盘2的回转轴线和刀盘主轴4的运动平面的交点为原点O建立机床坐标系，工件主轴轴线方向为X轴，与地面垂直的方向为Y轴，与X轴和Y轴都垂直的方向为Z轴。工件主轴回转轴线和主轴端面的交点在该机床坐标系里的坐标即为（x，y，z），a是工件在加工时的工件主轴的转角，b是B轴转盘的摆角。图中Ad为工件夹具的长度，Md为工件的安装距，L是原点O到刀盘安装端面的距离，是一个机床常数，H是刀盘的实际高度。给定工件图纸和刀盘的实际数据后，a、b、x、y、z的具体数值[MeMeX1] ，数控***根据计算出的a、b、x、y、z值驱动B轴转盘、刀盘主轴、工件主轴箱及工件主轴的精确运动，即可加工出需要的齿轮。

下面把齿轮加工的过程作更详细的描述：

1.机床启动后，第一桁架机械手的垂直地面的夹爪在料盘15中抓取第一个零件并转换到水平方向后，快速运动到上料位置。同时工件主轴12通过X、Y、Z轴三个轴向的移动快速到达上料位置准备接料；

2.第一桁架机械手把齿坯送入工件主轴12上的夹具，并用液压夹紧后。第一桁架机械手返回抓取第二个齿坯并运行到等待位置；

3.刀盘开动进给到加工位置，冷却油打开，工件主轴12快速运行到加工位置，通过工件主轴、刀盘主轴、B轴转盘的转动，并配合工件主轴箱在X、Y、Z轴上的直线移动组成的六轴五联动，加工出第一个齿槽；

4.刀盘沿与第一个齿槽的齿底垂直的方向退出并等齿轮分度后，刀盘进给到加工位置，通过工件主轴、刀盘主轴、B轴转盘的转动，并配合工件主轴箱在X、Y、Z轴上的直线移动组成的六轴五联动，加工出第二个齿槽；

5.循环往复，加工完整个齿轮；

6.各轴快速退回到起始位置，夹具松开，处于水平方向的第二桁架机械手从夹具中取出加工好的齿轮后，转变为垂直方向。这时原来处于垂直方向并持有齿坯处于等待位置的第一桁架机械手变为水平方向给夹具上料；

7.第二桁架机械手快速退回把加工好的零件放回到料盘15里原有的位置，同时按规定的次序抓取第二个齿坯；

8.循环往复步骤3－7，直到把料盘15内所有的零件加工完毕。机床停机，发信号换料盘15。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (5)

1.一种小模数螺旋锥齿轮铣齿机，包括床身（1），其特征在于，所述床身的上表面左边设置圆环形的排屑槽和冷却油回流通道，排屑槽内的床身上安装有与排屑槽同心的转台轴承，转台轴承上安装鼓形圆盘状的B轴转盘（2），所述B轴转盘上安装有刀盘主轴箱（3），所述刀盘主轴箱内安装有刀盘主轴（4），所述刀盘主轴的前端安装有加工齿轮用的端面铣刀盘（5），且刀盘主轴的轴线通过B轴转盘的回转轴线；

所述床身的上表面右边后部设置与地面平行的Z轴导轨（6），Z轴导轨上安装有能左右移动的Z轴滑台（7），Z轴滑台的前面设置有与地面垂直的Y轴导轨（8），Y轴导轨上安装有能上下移动的Y轴滑台（9），Y轴滑台的前面设置有与Y轴导轨、Z轴导轨都垂直的X轴导轨（10），X轴导轨上设置有能前后移动的工件主轴箱（11），工件主轴箱内安装有工件主轴（12），工件主轴的前端安装夹具和待加工齿轮（13）；

所述床身的上表面右边前部设置桁架机械手（14），桁架机械手的下方设置有料盘（15）。

2.根据权利要求1所述的一种小模数螺旋锥齿轮铣齿机，其特征在于，所述B轴转盘的直径大于所述排屑槽的内圆。

3.根据权利要求1所述的一种小模数螺旋锥齿轮铣齿机，其特征在于，所述床身内安装用于控制的数控***和电气元件。

4.根据权利要求1所述的一种小模数螺旋锥齿轮铣齿机，其特征在于，所述B轴转盘用力矩电机驱动，或手动。

5.根据权利要求1所述的一种小模数螺旋锥齿轮铣齿机，其特征在于，所述工件主轴和所述刀盘主轴的位置互换。

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