CN101491849B - 多轴多结构选择的自由型数控锥齿轮加工机床 - Google Patents

Abstract

一种多轴自由型数控螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床，其床身上安装有一个沿Y方向的水平直线导轨作直线运动的立柱1，和另一个沿与Y方向垂直的水平方向的直线导轨作直线运动的立柱2。立柱1用于支撑轴线B配置在水平面内的枢轴113。安装工具主轴的工具主轴箱10固定连接在枢轴上。工具主轴箱10可绕和工具主轴轴线C垂直相交的水平枢轴轴线B旋转。立柱2用于支撑齿轮主轴箱20，安装齿轮的齿轮主轴在齿轮主轴箱20内绕轴线A旋转。齿轮主轴箱20可在立柱2上作铅垂方向的直线升降。本发明可有效降低整个机床系统的重心，提高代表系统抗振性能的自振频率；使机床的数控和机械系统易于在高精度的状态下稳定地完成加工齿轮的运行过程。

Description

多轴多结构选择的自由型数控锥齿轮加工机床

技术领域

本发明属于制造齿轮的机器中的螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮铣齿和磨齿机床技术领域；特别是指一种多轴多结构选择的自由型数控锥齿轮加工机床。 

背景技术

近代研究开发的具有六个空间自由度的自由型数控螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床，虽然能实施提高加工效率的干切削法加工齿轮，加工质量也有所提高。但是生产实践表明，这些机床仍然很难达到预定的齿面质量和干切削法应有的高生产效率指标。它们的问题又集中地表现在(1)切削工具达不到预期的重磨寿命；(2)现有专利提供的机床在实际应用中难于达到预定的生产效率；(3)被加工齿面上时而随机地出现波纹或折射波纹；(4)动刚度不足的机械系统，其数控系统很难获得稳定的控制精度。自然这些问题的最佳解决尚有待于刀具或砂轮的改进和机床主轴动态精度的提高。但是，从机床结构设计的角度来处理这些问题，则提高整台机床结构系统的动刚度以及顺畅地排除在采用“干切削法”时高速切下的高温切屑，依然是这类机床当前面临的关键课题。 

事实上，所有加工锥齿轮和准双曲面齿轮的过程，都是由工具(砂轮或刀具)运动扮演的产形齿轮与被加工齿轮的共轭啮合运动过程。 它们最终都可归结为工具切削(或磨削)被加工齿轮时两者之间的一个直线位移矢量和一个旋转运动矢量所表达的复合相对运动。将这两个中的线位移矢量分解在设定的三个独立的座标轴X，Y，Z上就可得到实现所述的共轭啮合运动过程所必需的三个直线位移自由度上的运动。再如图1，图2，图5，图6所示，将齿轮主轴轴线A上的旋转矢量a和工具主轴轴线C上的旋转矢量c作为三个旋转自由度中的两个旋转自由度上的矢量。再将同时垂直于工具主轴轴线和齿轮主轴轴线的方向上的旋转矢量b(矢性积b＝c×a)设定为A或C轴线中任一轴线绕之旋转的枢轴轴线B为第三个旋转自由度，就可获得在三维空间中描述产形齿轮与被加工齿轮的共轭啮合过程的六个自由度上所需的相对运动。在信息化数控技术日渐高度完善的今天，用简单的结构来实现机床在六个自由度方向的大功率，大扭矩不等速运动，原则上已没有数控技术上的困难。 

在已公布的专利号为WO 02/066193；US 2005/0025597A1，US4981402，US5961260，US6712566B2，US 7198441B1；CN1457279A，CN1958226A等专利文献中所描述的这类机床上，所述的六个自由度上的相对运动方向的布局，都是参照传统的具有摇台结构的旧式机床的布局，将枢轴轴线B上的旋转矢量b的方向设定为直角座标系中的铅垂座标轴方向。图1、图2为上述已公布的枢轴轴线B上的旋转矢量b设在铅垂方向的专利中一类机床的调整位置示意主视图和俯视图。它们由工具主轴按需要作垂直升降位移。但齿轮轴线本身始终保持符合人体工程学要求的固定高度不变并绕垂直的枢轴b转动或摆 动。为了能在这类机床上加工左旋和右旋齿轮，工具主轴必须能够上升到高出符合人体工程学要求的高度M以上，再升高一段高度H和加工准双曲面齿轮时的垂直位移。 

图5，图6为已公布的枢轴轴线B上的旋转矢量b设在铅垂方向的专利中另一类机床的调整位置示意主视图和俯视图。它们是由齿轮主轴按需要作垂直升降位移，但工具主轴本身始终保持符合人体工程学要求的固定高度M不变并绕垂直的枢轴b转动或摆动。为了能在这类机床上加工左旋和右旋齿轮，齿轮主轴也必须能够上升到高出符合人体工程学要求的高度以上，再升高一段高度H和加工准双曲面齿轮时的垂直位移。 

上述已公布的将枢轴轴线B上的旋转矢量b设在铅垂方向的专利中的机床，沿铅垂座标轴方向的位移行程要比其它两个水平的座标轴方向大。增加沿铅垂的座标轴方向的位移行程，必然需要增加机床的高度，升高机床结构系统的重心，降低代表机床在高速重载下的抗振能力的自振频率，难于实现机床数控系统在高精度的状态下稳定的运行。此外，在这类机床上，安装工具的工具主轴箱1和安装齿轮的齿轮主轴箱2都是机床上沉重的运动部件，它们在承受加工负荷时还要承受部件本身沉重的上升负荷，自然是三个直线位移方向中负荷最沉重的部件。 

此外，上述已公布的专利在结构设计上一般都没有考虑在经济不发达地区，能以最佳的性能价格比采用当今国内外最先进的任一种螺旋锥齿轮加工技术的需求。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种机床重心低、代表系统抗振能力的共振频率高、齿轮加工过程处于更为稳定的系统和状态中、可有效延长工具在两次重磨或修整之间的工作寿命、有效改善被加工齿面的光洁度、有效提高干切削加工齿轮生产效率的多轴多结构选择的自由型数控锥齿轮加工机床。 

本发明---多轴自由型螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床是采用下述方案实现的：将代表枢轴轴线B上的旋转矢量b(矢性积b＝c×a)的方向，设定为水平座标轴Y的方向；同时将工具主轴设定为绕与工具主轴轴线C垂直相交的水平的枢轴轴线B转动和摆动，再取齿轮主轴轴线的方向为座标系中的X轴或Z轴方向，则按右旋定则三度空间中与之对应的Z轴或X轴方向也就唯一地确定了。 

本发明---多轴自由型螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床，是使安装工具的工具主轴在工具主轴箱10内绕自身轴线C旋转的同时可绕水平配置的并与工具主轴轴线垂直相交的枢轴113轴线B转动或摆动；枢轴安装在立柱1上；工具主轴箱10按轴线互相垂直的关系和枢轴113固定连结并由立柱1带动沿床身S上与水平配置的枢轴轴线B平行的一组直线导轨作Y方向的直线运动；安装被加工锥齿轮的齿轮主轴在齿轮主轴箱20内绕自身轴线A旋转；齿轮主轴箱20依托立柱2上供垂直位移用的导轨安装在立柱2上；立柱2沿床身S上与枢轴轴线B垂直的另一组水平方向的导轨作直线运动；所述的两个与枢轴轴线垂直的直线运动方向中，有一个是齿轮主轴的轴线A的方向 也就是机床部件直线位移座标系中的X方向；机床部件直线位移座标系中的Z方向由已确定的X，Y方向按右旋定则确定。 

本发明---多轴自由型螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床，是在一个完整的机床床身S上的水平方向设有两组相互垂直的导轨；一个底板上侧表面倾斜度大于25度小于35度的立柱1依托所述的其中一组导轨作直线运动；另一个具有水平底面的立柱2依托所述的其中另一组导轨作直线运动； 

所述工具主轴箱10通过自身的两垂直侧平面上固定连接的以所述的水平枢轴轴线为轴线的枢轴的轴颈安装在所述的立柱1上的两个轴承座103内；在工具主轴箱10自身的两垂直侧平面和各自的轴承座之间的一段枢轴轴颈上各套装有一与枢轴共一轴线的园柱齿扇，其中一个园柱齿扇的面向轴承座一方的端面上设有供端齿联轴节用的环形端齿，另一端与之对称的园柱齿扇上对应的环形端齿则是一环形摩擦端面，对应的园柱齿扇则只是一尺寸和形状相同的扇形板；所述工具主轴设在工具主轴箱10内并绕工具主轴轴线旋转； 

所述齿轮主轴箱20安装在所述的立柱2上，并由立柱2上的伺服电机201，驱动丝杆203驱动以实现主轴箱20沿导轨作Z方向的升降运动；立柱2本身则由X轴方向的伺服电机201，丝杆203驱动沿床身S上的X方向的水平导轨作直线运动；所述齿轮主轴在齿轮主轴箱20内由伺服电机驱动旋转； 

所述的锥齿轮加工机床在非切削时段是由主轴箱10后端托架上的电机105驱动托架内的小齿轮在暂时固定的扇形齿轮106上滚动 以推动主轴箱10绕B轴旋转，将工具主轴104的轴线方向调整到被加工锥齿轮需要的切削(或磨削)起始位置；在负载切削(或磨削)时段，由压力油缸或气缸108将活塞一端的端面齿扇嵌入扇形齿轮106一侧的端面齿扇107中，从而将扇形齿轮106和工具主轴箱10结成一体旋转，并由伺服电机109，溜板110，连杆111，曲柄112组成曲柄连杆机构来完成工具主轴所需的绕轴线B的小于3度半的微小摆动。 

本发明---多轴自由型螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床，还可以是在一个完整的机床床身S上的水平方向设有两组相互垂直的导轨；一个底板上侧表面倾斜度大于25度小于35度的立柱1依托所述的其中一组导轨作直线运动；另一个具有水平底面的立柱2依托所述的其中另一组导轨作直线运动； 

所述的工具主轴箱10绕轴线B的旋转和小于3度半的微小摆动，由安装在立柱1内的大扭矩伺服电机120驱动；从而使工具主轴箱10和枢轴113在立柱1上形成一组简洁的悬臂支撑结构。 

所述齿轮主轴箱20安装在所述的立柱2上，并由立柱2上的伺服电机201，驱动丝杆203驱动以实现主轴箱20沿导轨作Z方向的升降运动；立柱2本身则由X轴方向的伺服电机201，丝杆203驱动沿床身S上的X方向的水平导轨作直线运动；所述齿轮主轴在齿轮主轴箱20内由伺服电机驱动旋转。 

本发明---多轴自由型螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床，所述的的立柱1另一端可再设一支撑主轴箱10的第二个支承座13， 从而将支撑主轴箱10的悬臂结构更改为双支承结构。 

本发明---多轴自由型螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床，所述的立柱1上和主轴箱1的后端，固定设置有一个或两个和枢轴113的轴线B同一轴线的扇形块114，扇形块114的内弧缘上开有弧形槽，弧形槽内套有固定安装在立柱1上的扇形板的凸缘115；弧形槽的两侧各有数个互相对称的微型油缸117和活塞119；在经输油孔116导入的油压推力下分别从两侧将诸活塞119压向各自对应的滚柱118；扇形板的凸缘两侧对应的滚柱118将主轴箱10紧压在固定于立柱1上的扇形板凸缘115上；用调节活塞119的油压力的方法以调节主轴箱10对立柱1的依托力度。 

本发明---多轴自由型螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床，所述的用大扭矩伺服电机驱动的枢轴113可由设置在立柱1的一侧的普通伺服电机109驱动丝杆，溜板110，连杆111，曲柄112来取代大扭矩伺服电机以实现枢轴113轴所需的旋转或摆动。 

本发明---多轴自由型螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床，安装齿轮主轴的轴线A的方向可以设定在铅垂方向也可以设定在水平方向。 

本发明---多轴自由型螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床，所述的机床上用于支撑工具主轴箱10的立柱1具有便于排屑的上侧面倾斜度大于25度、小于35度的底板；用于支撑齿轮主轴箱20的立柱2在Y方向固定不动；由设置在齿轮主轴箱20下方与立柱2的水平直线运动方向平行的排屑槽和立柱1上侧面倾斜度大于25度、小于35度的底板构成排屑输送系统。 

本发明的工作原理及使用方法简述于下： 

参见附图3，附图4，图中所示为本发明设置的枢轴轴线上的旋转矢量b在水平面内的机床调整位置示意左视图和主视图。这种机床在加工左旋和右旋齿轮时，工具主轴是绕与其轴线垂直相交的水平枢轴轴线上的b的旋转矢量转动或摆动，并沿同一方向作直线位移；加工大节锥角的齿轮时水平配置的齿轮轴线的升降行程，只能在符合人体工程学要求的高度以下。而且，齿轮的节锥角愈小可能上升的高度愈低。 

参见附图7，附图8，为本发明将枢轴轴线上的旋转矢量b设置在水平面内的机床调整位置示意图。但是，为了便于被加工齿轮的自动化装卸，同时将代表齿轮主轴轴线方向的旋转矢量α设置在铅垂方向。由这样设置的机床调整位置左视图11和主视图12可见，即使是加工小节锥角的齿轮，刀盘中心的高度也只能在符合人体工程学要求的高度以下，而且，齿轮的节锥角愈大可能上升的高度愈低。 

本发明将安装工具主轴的立柱1和安装齿轮主轴的立柱2两个部件设置在未被从中切割过的同一个完整的床身上作相对运动；令工具主轴轴线与枢轴轴线垂直相交，使工具主轴可能承受的轴向力，直接作用在粗壮的枢轴上等，也是本发明专利提高机床系统的动刚度的重要手段。 

本发明将安装齿轮主轴箱的立柱2设定为在水平枢轴轴线上的旋转矢量b和Y轴方向固定不动的部件，再将排屑槽设置在床身一侧的齿轮主轴箱下方，则不仅能保有一个动刚度完好的完整床身，同时也容易实现在采用“干切削法”时顺畅的排除大量高温切屑的功能。 

以上所述的六个自由度只是三度空间中的自由度。本发明专利再用时间作为一个自由度来考察自由型数控螺旋锥齿轮加工机床的工作过程，则机床上工具和齿轮之间的相对运动可分别定义为：(1)将工具和齿轮送到开始进行切削的指定位置的非切削(往后切削一词可泛指切削或磨削)时段的运动；(2)有切削负载时以及为了延续下一次负载工作循环所必需的反向行程的切削时段的运动。非切削时段是空载运行，对机床系统的动刚度要求不高。而切削时段是负载工作，必需按动刚度的高标准来设计。但是，只有在更换所加工齿轮的规格和类型时才需要所述的非切削时段的运动。非切削时段的行程一般都比同一自由度的切削时段长。尤其是枢轴113的转角，其非切削时段的行程是切削时段的数十倍以上。而且只要不更换被加工齿轮的规格和类型，机床将只在切削时段内工作。本发明通过在两个时段配以不同的硬体结构或通过控制系统的指令及时改变两个不同时段的运行条件以进一步提高机床动刚度，增加“干切削法”铣齿的生产效率。 

由于第三世界的倔起，锥齿轮和准双曲面齿轮的生产厂家将会不断在第三世界的国家和地区建立。但是，世界不同区域的经济和技术水平的巨大差距不可能在短期内弥合。为了使高效的干切削法和传统的湿切削法；一次安装齿轮就能同时完成一个齿轮的粗，精加工过程，齿轮副传动噪音低但不能磨齿的“连续分度法”，和一般要经两次甚至三次安装才能加工完一个齿轮，但是在铣削加工后的齿轮能够再作 磨齿加工的“间歇分度法”等生产技术，能在同一结构类型的机床上以最佳的性能价格比提供给经济技术条件不同的国家，区域和企业，本发明专利特别为同一功能申请了必要的可供选用的结构。 

本发明专利以上述背景和分析结果为依据，在遵从齿轮生产现场长期形成的操作习惯和操作位置的前提下，组建一类机床结构。与已公布的上述同类机床专利相比，在其它条件相同的情况下具有以下优势： 

1)降低整个机床系统的重心，在不增加机床成本的条件下使代表系统抗振能力的自振频率升高。提高数控机床机械系统的自振频率会带以下技术效果： 

a.容易实现本专利所述的连续分度切削法所必需的数控系统在高控制精度条件下的稳定运行； 

b.延长工具在两次重磨或修整之间的工作寿命； 

c.改善被加工齿面的光洁度； 

d.将“干切削法”加工锥齿轮这一新技术的生产效率提高到一个新水平； 

2)将必须付出的成本资源着重使用在加强机床负载加工齿轮时段的动刚度上，使这一过程能在更为稳定的系统和状态中进行； 

3)可以在需要时将齿轮主轴轴线设置在铅垂方向以便于用机械手自动化装卸被加工齿轮； 

4)使经济和技术水平不同的国家，地区和用户，在性能价格比适合他们的前题下采用当代最先进的任一种锥齿轮加工技术。 

附图说明

附图1为铅垂枢轴和工具主轴轴线作垂直升降的机床调整位置示意主视图。 

附图2为铅垂枢轴和工具主轴轴线作垂直升降的机床调整位置示意俯视图。 

附图3为水平枢轴和齿轮主轴轴线作垂直升降的机床调整位置示意左视图。 

附图4为水平枢轴和齿轮主轴轴线作垂直升降的机床调整位置示意主视图。 

附图5为铅垂枢轴和齿轮主轴轴线作垂直升降的机床调整位置示意主视图。 

附图6为铅垂枢轴和齿轮轴线主轴作垂直升降的机床调整位置示意俯视图 

附图7为水平枢轴和齿轮轴线设置在铅垂方向作垂直升降的机床调整位置示意左视图。 

附图8为水平枢轴和齿轮轴线设置在铅垂方向作垂直升降的机床调整位置示意主视图。 

附图9为双支承水平枢轴带端齿离合器和曲柄连杆机构的机床立体图。 

附图10为附图9中立柱1的右视立体图。 

附图11为附图9中立柱1的右视平面图。 

附图12为附图11中A-A局部剖视平面图。 

附图13为悬臂式大力矩伺服电机直接驱动的卧式机床立体图。 

附图14为附图13中立柱1的沿枢轴轴线的水平剖视图。 

附图15为附图14的左视图。 

附图16为附图14的K部局部结构放大图。 

附图17为双支承座的大力矩伺服电机直接驱动的卧式机床立体图。 

附图18为曲柄连杆机构从立柱一侧驱动枢轴旋转和微量摆动的立体图。 

附图19为曲柄连杆机构从立柱一侧驱动枢轴旋转和微量摆动的右视平面图。 

其中：附图1、2、3、4、5、6、7、8中，3---操作者足底线，4-1---左旋齿轮的加工工具中心，4-2---右旋齿轮的加工工具中心，5-1---左旋齿轮的加工工具节点轨迹，5-2---右旋齿轮的加工工具节点轨迹，7---齿轮，7-1---左旋齿轮，7-2---右旋齿轮，8---齿轮中心，9---枢轴中心，M---人体工程学的合理高度，A---齿轮轴线，B---枢轴轴线，C---加工工具轴线。 

具体实施方式

实施方案1 

本方案用于齿轮尺寸规格较大，或当大扭矩伺服电机直接驱动的主轴类结构在价格上尚相对地十分昂贵，当地还未具备完全独立制造安装这类主轴结构的技术。但一般机械制造技术资源比较丰富的国家和地区。在那里，存在着资金不宽裕的齿轮生产厂家企望购置既能用 高效的“干切削法”也能用传统的“湿切削法”，可用“连续分度法”也可用“间歇分度法”的锥齿轮加工机床。 

如附图9，附图10，附图11，附图12所示，该机床在一个完整的床身S上有一个底板上侧表面倾斜大于25度至35度的立柱1和另一个有水平底面的立柱2。立柱1用床身S上沿水平的Y轴方向设置的导轨101，由伺服电机102和滚珠丝杠驱动其作直线运动。安装工具的工具主轴104设在主轴箱10内，由同一轴线C上的伺服电机驱动旋转。主轴箱10通过在自身两侧的垂直侧面上固定连接的并以轴线B为轴线的支撑枢轴轴颈113安装在所述的立柱1两端的轴承座103内。主轴箱10在空载调整运动时段由电机105驱动主轴箱10后段托架内的一个小齿轮，在暂时依托在固定不动的连干111曲柄112支撑的扇形齿轮106上滚动，以带动的工具主轴箱10绕枢轴113的线轴B旋转，从而将工具主轴104的方向调整到被加工锥齿轮需要的切削(或磨削)起始位置。与此同时，由伺服电机201丝杆203等，驱动安装主轴箱2的立柱2沿X方向运动；伺服电机202驱动丝杆204将主轴箱20沿立柱2上倾斜上升的导轨，把齿轮在铅垂的Z方向送到相应的切削(或磨削)起始位置。 

在负载切削(或磨削)时段，首先由固定在主轴箱10后端两侧的托架上的压力油缸108将活塞一端的端面齿扇嵌入扇形齿轮106一侧的端面齿扇107中，使扇形齿轮106和工具主轴箱10结成一体，由伺服电机109驱动丝杆，螺母使溜板110上的轴承座带动连杆111和固定在扇形齿轮106上的曲柄112等，驱动的扇形齿轮106，使扇形齿轮106不仅用于推动工具主轴箱10在切削时段完成所需的绕轴线B的小于3度半的摆动，而且同时成为机床在切削时段的吸振装置。 

当用“间歇分度”的“展成法”加工时，齿轮主轴自身的角位移，工具主轴104的轴线绕B轴旋转的角位移；齿轮主轴箱2沿X，Z轴方向的直线位移，以及立柱1沿Y方向的直线位移等，皆由产形齿轮与工件齿轮共轭啮合关系经理论计算确定。工具和工具主轴的转速则完全由切削用量所选定的切削(或磨削)速度确定。 

无论是用“展成法”或“成形法”，只要是用“间歇分度”，在完成一个齿面或齿槽的切削(或磨削)运动之后，齿轮都要从切削(或磨削)位置上退出并在完成一次分齿运动之后再切削(或磨削)另一齿面或齿槽。并依此循环到完成所有齿槽的加工为止。 

用“连续分度”的“展成法”加工时，工具的转速虽然也由切削用量所选定的切削速度确定，但齿轮的转速则是由工具的转速，工具上的刀齿组数和齿轮齿数的比值，以及产形齿轮与齿轮共轭啮合运动关系等相合成的结果。其它沿X，Y，Z方向的直线位移和工具主轴箱10绕枢轴轴线B的旋转位移将完全按产形齿轮与被加工齿轮共轭啮合运动关系确定。用“连续分度”的“成形法”加工时，只存在工具的旋转运动，和按工具的转速，工具的刀齿组数和齿轮齿数的比值等确定的齿轮转速旋转的齿轮旋转运动，以及工具沿齿高方向逐渐切入齿胚的直线运动。用“连续分度”加工时，所有切削时段的运动都将连续进行到切削完成所有齿面为止。 

所有驱动轴X，Y，Z，A，B，C的各伺服电机的运动都由相应的长光栅或圆光栅读数监控反馈至同一数控系统作闭环控制。 

实施方案2 

如附图13，附图14，附图15，附图16所示，在本实施方案中，齿轮主轴A，转动工具主轴的轴线方向的枢轴B，以及带动工具旋转的工具主轴C本身，全都用大扭矩伺服电机直接驱动去完成实施相应的三个旋转运动。全部采用大扭矩伺服电机直接驱动以后，工具主轴箱10和枢轴B将在立柱1上形成一组简洁的悬臂结构。直接安装在立柱1内的枢轴113，将由大扭矩伺服电机120驱动。并按控制系统指令完成主轴箱10绕枢轴113的轴线B的在非切削时段和切削(或磨削)时段的旋转运动和小于3度半的微小摆动。 

本实施方案的其余特征则和实施方案1完全相同。 

实施方案3 

参见附图17，本发明中，所述的的立柱1另一端可再设一支撑主轴箱10的第二个支承座13，从而将支撑主轴箱10的悬臂结构更改为双支承结构。 

实施方案4 

参见附图13、附图14、附图15、附图16、附图17，本方案在主轴箱10的后端设有结构12。所述结构12由两个和枢轴113的轴线B同一轴线的扇形块114组成。扇形块114的内弧缘上开有弧形槽。弧形槽内套有固定安装在立柱1上的扇形板的凸缘115。弧形槽114两侧各有三个或多个互相对称的微型油缸117和活塞119。压力油经油孔116进入油缸117。在油压的推力下分别从两侧将诸活塞119 压向各自对应的滚柱118。使扇形板的凸缘两侧对应的滚柱118将主轴箱10紧压在固定于立柱1上的扇形板凸缘上。通过控制系统的指令改变液压油在切削时段和非切削时段的压力，使非切削时段的运动更为顺畅。而在切削时段立柱1能给悬臂结构支撑的主轴箱10提供更强有力的支撑力度。本实施方案刻意在加强立柱1对主轴箱10的支撑力度。 

实施方案5 

参见附图13、附图17、附图18，附图19，本方案除齿轮主轴箱20内的驱动齿轮主轴的大扭矩伺服电机或必要时工具主轴也用大扭矩伺服电机驱动以外，其余所有的运动全部采用普通伺服电机驱动。本方案中，所述枢轴113由立柱1一侧的伺服电机109驱动丝杆螺母，带动溜板110，连杆111，曲柄112来实现其相应的摆动和转动。立柱1沿Y方向的直线运动由伺服电机102驱动。本实施方案的其余特征也和实施方案1和实施方案2完全相同。 

实施方案6 

参见附图9、附图13、附图17，本发明所述的机床上用于支撑工具主轴箱10的立柱1具有便于排屑的上侧面倾斜度大于25度、小于35度的底板；用于支撑齿轮主轴箱20的立柱2在Y方向固定不动；由设置在齿轮主轴箱20下方与立柱2的水平直线运动方向平行的排屑槽和立柱1上侧面倾斜度大于25度、小于35度的底板构成排屑输送系统。 

Claims (7)

1.多轴自由型螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床，其特征是：安装工具的工具主轴在工具主轴箱(10)内绕自身轴线C旋转的同时可绕水平配置的并与工具主轴轴线垂直相交的枢轴(113)轴线B转动或摆动；枢轴安装在第一立柱(1)上；工具主轴箱(10)按轴线互相垂直的关系和枢轴(113)固定连结并由第一立柱(1)带动沿床身(S)上与水平配置的枢轴轴线B平行的一组直线导轨作Y方向的直线运动；安装被加工锥齿轮的齿轮主轴在齿轮主轴箱(20)内绕自身轴线A旋转；齿轮主轴箱(20)依托第二立柱(2)上供与枢轴(113)轴线B垂直位移用的导轨安装在第二立柱(2)上；第二立柱(2)沿床身(S)上与枢轴轴线B垂直的另一组水平方向的导轨作直线运动；所述的两个与枢轴轴线B垂直的直线运动方向中，有一个是齿轮主轴的轴线A的方向也就是机床部件直线位移座标系中的X方向；机床部件直线位移座标系中的Z方向由已确定的X，Y方向按右旋定则确定。

2.根据权利要求1所述的多轴自由型螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床，其特征是：在一个完整的机床床身(S)上的水平方向各设有一组相互垂直的X方向的导轨和Y方向的导轨；一个底板上侧表面倾斜度大于25度小于35度的第一立柱(1)依托所述的Y方向的导轨作直线运动；另一个具有水平底面的第二立柱(2)依托所述的X方向的导轨作直线运动；

所述工具主轴箱(10)通过自身的两垂直侧平面上固定连接的以所述的水平枢轴轴线B为轴线的枢轴的轴颈安装在所述的第一立柱(1)上的两个轴承座(103)内；在工具主轴箱(10)自身的两垂直侧平面和各自的轴承座之间的一段枢轴轴颈上各套装有一与枢轴共一轴线的圆柱齿扇，其中一个圆柱齿扇的面向轴承座一方的端面上设有供端齿联轴节用的环形端齿，另一端与所述圆柱齿扇对称的另一个圆柱齿扇上与环形端齿对应的位置则是一环形摩擦端面，对应的圆柱齿扇则只是一尺寸和形状相同的扇形板；所述工具主轴设在工具主轴箱(10)内并绕工具主轴轴线旋转；

所述齿轮主轴箱(20)安装在所述的第二立柱(2)上，并由第二立柱(2)上的伺服电机(202)驱动第一丝杆(204)实现齿轮主轴箱(20)沿供垂直位移用的导轨作Z方向的升降运动；第二立柱(2)本身则由X方向的伺服电机(201)、第二丝杆(203)驱动沿床身(S)上的X方向的水平导轨作直线运动；所述齿轮主轴在齿轮主轴箱(20)内由第一伺服电机驱动旋转；

所述的多轴自由型螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床在非切削时段是由工具主轴箱(10)后端托架上的电机(105)驱动托架内的小齿轮在暂时固定的具有环形端齿的圆柱齿扇(106)上滚动以推动工具主轴箱(10)绕枢轴轴线B旋转，将工具主轴(104)的轴线方向调整到被加工锥齿轮需要的切削起始位置；在负载切削时段，由压力油缸或气缸(108)将活塞一端的端面齿扇嵌入该圆柱齿扇(106)一侧的环形端齿(107)中，从而将圆柱齿扇(106)和工具主轴箱(10)结成一体旋转，并由设于第一立柱(1)上的伺服电机(109)、溜板(110)、连杆(111)、曲柄(112)组成曲柄连杆机构来完成工具主轴所需的绕枢轴轴线B的小于3度半的微小摆动。

3.根据权利要求1所述的多轴自由型螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床，其特征是：在一个完整的机床床身(S)上的水平方向各设有一组相互垂直的X方向的导轨和Y方向的导轨；一个底板上侧表面倾斜度大于25度小于35度的第一立柱(1)依托所述的Y方向的导轨作直线运动；另一个具有水平底面的第二立柱(2)依托所述的X方向的导轨作直线运动；

所述的工具主轴箱(10)绕枢轴轴线B的旋转和小于3度半的微小摆动，由安装在第一立柱(1)内的大扭矩伺服电机(120)驱动；从而使工具主轴箱(10)和枢轴(113)在第一立柱(1)上形成一组简洁的悬臂支撑结构；

所述齿轮主轴箱(20)安装在所述的第二立柱(2)上，并由第二立柱(2)上的伺服电机(202)驱动第一丝杆(204)实现齿轮主轴箱(20)沿供垂直位移用的导轨作Z方向的升降运动；第二立柱(2)本身则由X方向的伺服电机(201)、第二丝杆(203)驱动沿床身(S)上的X方向的水平导轨作直线运动；所述齿轮主轴在齿轮主轴箱(20)内由第一伺服电机驱动旋转。

4.根据权利要求3所述的多轴自由型螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床，其特征是：所述的第一立柱(1)另一端再设一支撑主轴箱(10)的第二个支承座(13)，从而将支撑工具主轴箱(10)的悬臂结构更改为双支承结构。

5.根据权利要求3或4所述的多轴自由型螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床，其特征是：所述的第一立柱(1)上和工具主轴箱(10)的后端，固定设置有一个或两个和枢轴(113)的轴线B同一轴线的扇形块(114)，扇形块(114)的内弧缘上开有弧形槽，弧形槽内套有固定安装在第一立柱(1)上的扇形板的凸缘(115)；弧形槽的两侧各有数个互相对称的微型油缸(117)和活塞(119)；在经输油孔(116)导入的油压推力下分别从两侧将诸活塞(119)压向各自对应的滚柱(118)；扇形板的凸缘两侧对应的滚柱(118)将工具主轴箱(10)紧压在固定于第一立柱(1)上的扇形板凸缘(115)上；用调节活塞(119)的油压力的方法以调节工具主轴箱(10)对第一立柱(1)的依托力度。

6.根据权利要求5所述的多轴自由型螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床，其特征是：用所述的大扭矩伺服电机驱动的枢轴(113)由设置在第一立柱(1)的一侧的普通伺服电机(109)驱动溜板(110)、连杆(111)、曲柄(112)来取代大扭矩伺服电机以实现枢轴(113)所需的旋转或摆动。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的多轴自由型螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床，其特征是：所述的机床上用于支撑工具主轴箱(10)的第一立柱(1)具有便于排屑的上侧面倾斜度大于25度小于35度的底板；用于支撑齿轮主轴箱(20)的第二立柱(2)在Y方向固定不动；由设置在齿轮主轴箱(20)下方与第二立柱(2)的水平直线运动方向平行的排屑槽和第一立柱(1)上侧面倾斜度大于25度小于35度的底板构成排屑输送系统。

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