CN101979202B - 面齿轮数控加工装置及加工方法 - Google Patents
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Abstract
面齿轮数控加工装置及方法包括：数控插齿机、数控工作转台、过渡传动机构及面齿轮工件，数控插齿机包括床底座、床身、插齿刀、数控插齿机回转工作转台、数控系统和电机；床身连接在床底座上，插齿刀与床身相连接，数控插齿机回转工作台与底座相连接，数控工作转台固定在插齿机回转工作台上，电机通过过渡传动机构与数控工作转台相连接，面齿轮工件固定在数控工作转台上，数控系统分别与床底座和电机相连；工作时，床身在床底座上移动实现面齿轮插齿加工的进给运动，插齿刀与面齿轮工件围绕自身的轴线旋转，实现面齿轮加工的展成运动，插齿刀的摆动实现面齿轮插齿加工的让刀运动，插齿刀的上下往复运动实现面齿轮插齿加工的主切削运动。本发明可以实现面齿轮的高效精密加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型齿轮-面齿轮数控加工方法与装置，适用于任何轴交角的面齿轮数控插齿加工。
背景技术：
目前，从国外的技术资料显示，面齿轮可以采用插齿、滚齿和磨齿的加工方法加工，由于国外对面齿轮加工技术实行严格保密，致使其加工技术在国内还未能掌握，而国内对面齿轮的研究还主要集中于对面齿轮设计阶段，主要包括面齿轮齿面方程的研究、面齿轮接触分析的研究、面齿轮传动应力的研究、面齿轮弹流润滑的研究以及面齿轮插齿加工仿真的研究。对面齿轮插齿加工的研究也只有南京航空航天大学朱如鹏教授在普通插齿机Y54上实现了面齿轮的粗加工，严格真正意义上的面齿轮数控精密加工国内还没有涉及到。
因此，目前尚缺乏一种面齿轮数控精密加工方法来加工出高精度的面齿轮。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种面齿轮数控加工装置和加工方法，利用其可以实现面齿轮的高效精密加工。
本发明的技术方案是：面齿轮数控加工装置包括：数控插齿机、数控工作转台(6)、过渡传动机构(7)及面齿轮工件(9)，所述数控插齿机包括床底座(1)、床身(2)、面齿轮插齿刀(3)、数控插齿机回转工作转台(4)、数控系统(5)和电机(8)；床身(2)连接在床底座(1)上，面齿轮插齿刀(3)与床身(2)相连接，数控插齿机回转工作台(4)与底座(1)相连接，数控工作转台(6)固定在插齿机回转工作台(4)上，电机(8)通过过渡传动机构(7)与数控工作转台(6)相连接，面齿轮工件(9)固定在数控工作转台(6)上，数控系统(5)分别与床底座(1)和电机(8)相连；工作时，床身(2)在床底座(1)上移动实现面齿轮插齿加工的进给运动，面齿轮插齿刀(3)与面齿轮工件(9)围绕自身的轴线旋转，实现面齿轮加工的展成运动，面齿轮插齿刀(3)的摆动实现面齿轮插齿加工的让刀运动，插齿刀(3)的上下往复运动实现面齿轮插齿加工的主切削运动；
所述过渡传动机构(7)包括连接螺栓(10)、连接法兰(11)、连轴器(12)、螺栓(13)、轴(14)、齿轮(15)、挡板(16)、弹簧垫圈(17)和固定螺栓(18)和平键(19)；通过四个连接螺栓(10)把连接法兰(11)固定在电机(8)的法兰上，电机(8)的轴通过连轴器(12)与轴(14)连接；联轴器(12)可以根据实际需要调整电机(8)的轴与轴(14)的安装距，并可以调整轴(14)相对于连接法兰(11)的轴向安装位置；通过连轴器(12)把动力由电机传递给轴(14)，轴(14)通过平键(19)与齿轮(15)连接，齿轮(15)一端通过轴(14)的轴肩定位，另一端用固定螺栓(18)通过弹簧垫圈(17)和挡板(16)把齿轮(15)在轴(14)上轴向固定，弹簧垫圈(17)起到防止固定螺栓(18)松动的作用，连接法兰(11)通过四个螺栓(13)与数控工作转台(6)连接，动力通过齿轮(15)传递给数控工作转台(6)，由此带动数控工作转台(6)的连续转动。
所述数控工作转台(6)与插齿机回转工作台(4)的连接为：通过压板(21)和四个螺栓(20)将立式回转工作转台(6)固定在数控插齿机回转工作台(4)上，调整好数控工作转台(6)的轴线与面齿轮插齿刀(3)轴线位置，使得两轴线垂直正交，然后锁紧压板(21)和螺栓(20)。
面齿轮数控加工方法，实现步骤如下：
A.根据实际传动需求，确定面齿轮插齿刀(3)轴线和面齿轮工件(9)轴线的轴交角和偏置距；
B.选取满足面齿轮加工精度要求的数控工作转台(6)，数控工作转台(6)的参数包括工作转台联动轴数、转速、扭矩和精度；然后确定出数控工作转台(6)与电机(8)接口处的尺寸；
C.选取数控插齿机，确定出电机(8)的接口尺寸；
D.根据数控工作转台(6)与电机(8)接口处的尺寸，并按照所述过渡传动机构(7)结构进行加工；
E.将电机(8)与数控工作转台(6)通过过渡传动机构(7)连接，并将数控系统(5)与电机(8)连接；
F.调整数控工作转台(6)位置使其满足面齿轮加工要求所需的轴交角和偏置距，并固定数控工作转台(6)；
G.根据实际加工要求在数控系统(5)中设定加工参数，所述加工参数包括插齿刀齿数、面齿轮齿数、加工过程周向进给量；然后调整面齿轮插齿刀(3)冲程，完成面齿轮的数控插齿加工。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)目前，国内针对面齿轮插齿加工的研究主要集中的插齿加工仿真阶段和初步的面齿轮插齿加工，其中南京航空航天大学在改变现有的插齿机床Y54的传动链基础上，完成了面齿轮的粗加工，但由于加工精度低，操作不方便，对面齿轮精度要求较高的场合，不能高效精密的加工出合格的面齿轮；本发明利用数控技术，方便控制面齿轮加工过程中各个运动，与传统插齿机床比较，节省了加工时间，提高了加工效率和加工精度。
(2)本发明能够在不改变现有数控插齿机的传动链基础上，通过添加数控工作转台和配套的组建即可完成面齿轮的数控插齿加工，把该套装置去掉即可实现普通插齿机功能，因此结构简单，操作方便，对原来数控插齿机床无任何损害。
附图说明
图1为本发明加工装置的结构示意图；
图2为本发明的过渡传动装置结构装配图；
图3为本发明的数控立式工作台与插齿机回转工作台连接图；
图4为本发明的加工方法实现流程图。
具体实施方式
本发明以正交面齿轮数控插齿加工为例。
本发明的整体思想如图1所示。所述面齿轮加工装置的整体结构是：在现有的数控工作转台6上，添加过渡传动装置7(用来连接数控工作转台6与数控插齿机回转工作转台4所用电机8)将电机8与数控工作转台6连接起来，将数控系统5与电机8连接起来，通过数控系统5控制电机的运转和插齿机的各项运动来实现面齿轮插齿加工所需的运动。加工过程中通过面齿轮插齿刀3的上下往复运动实现了加工面齿轮的主切削运动；面齿轮插齿刀3和面齿轮工件9绕自身的轴线旋转实现了面齿轮加工的圆周进给运动；插齿刀3前后的微小摆动实现了面齿轮加工的让刀运动；通过面齿轮插齿刀3与面齿轮工件9的联动实现了面齿轮加工的分齿运动；通过床身2在床底座1上的前后移动实现了面齿轮插齿加工的轴向进给运动。上述5个运动都是由数控系统5发送指令给各个运动机构来实现的。
如图2所示，过渡传动机构7包括连接螺栓10、连接法兰11、连轴器12、螺栓13、轴14、齿轮15、挡板16、弹簧垫圈17和固定螺栓18和平键19。通过四个连接螺栓10把连接法兰11固定在电机8的法兰上，电机8的轴通过连轴器12与轴14连接；联轴器12可以根据实际需要调整电机8的轴与轴14的安装距，并可以调整轴14相对于连接法兰11的轴向安装位置；通过连轴器12把动力由电机传递给轴14，轴14通过平键19与齿轮15连接，齿轮15一端通过轴14的轴肩定位，另一端用固定螺栓18通过弹簧垫圈17和挡板16把齿轮15在轴14上轴向固定，弹簧垫圈17起到防止固定螺栓18松动的作用，连接法兰11通过四个螺栓13与数控工作转台6连接，动力通过齿轮15传递给数控工作转台6，由此带动数控工作转台6的连续转动。
过渡转动机构7中，通过4个连接螺栓10把连接法兰11固定在电机8的法兰上，电机8的轴通过连轴器12与轴14连接起来；联轴器12可以根据实际需要调整电机8的轴与轴14的安装距，并可以调整轴14相对于连接法兰11的轴向安装位置；通过连轴器12把动力由电机传递给轴14，轴14通过平键19与齿轮15连接，齿轮15一端通过轴14的轴肩定位，另一端用螺栓18通过弹簧垫圈17和挡板16把齿轮15在轴14上轴向固定，弹簧垫圈17起到防止螺栓18松动的作用，连接法兰通过4个螺栓13与立式工作转台6连接，动力通过齿轮15传递给数控工作转台6，由此带动工作转台6的连续转动。
数控工作转台与插齿机回转工作台的连接如图3所示，通过压板21和4个螺栓20将立式回转工作转台6固定在数控插齿机回转工作台4上，调整好数控工作转台6的轴线与插齿刀轴线位置，使得两轴线垂直正交，然后锁紧压板和螺栓。
数控工作转台6与插齿机回转工作台4的连接为：通过压板21和四个螺栓20将数控工作转台6固定在数控插齿机回转工作台4上，调整好数控工作转台6的轴线与插齿刀3轴线位置，使得两轴线垂直正交，然后锁紧压板21和螺栓20。
本实例借助于宜昌长机科技有限责任公司YKM5150-14数控插齿机与烟台环球机床附件厂生产的TK13250E立式数控工作转台来完成面齿轮数控插齿机的改装，改装后的面齿轮数控插齿机床结构示意如图1所示。
将面齿轮插齿夹具和面齿轮毛坯工件安装在装置上，调整好插齿刀冲程，完成面齿轮的数控插齿加工。
结合实施例说明本发明的面齿轮数控加工方法，如图4所示，面齿轮数控加工方法，实现步骤如下：
(1)根据实际传动需求，确定面齿轮插齿刀3轴线和面齿轮工件9轴线的轴交角和偏置距；本实施例中，要加工的面齿轮为正交面齿轮，所以面齿轮插齿刀3轴线和面齿轮工件9轴线的轴交角为90°，偏置距为0。
(2)选取满足面齿轮加工精度要求的数控工作转台6(不带电机)，数控工作转台6的参数包括工作转台联动轴数、转速、扭矩和精度；然后确定出数控工作转台6与电机8接口处的尺寸；本实施例中，所加工的面齿轮精度等级为7级，面齿轮材料为铝合金，可要求数控工作转台台面最高8r/min，分度精度为1’，工作转台输出扭矩为1000N.m，工作转台联动轴数为1轴，选取烟台环球机床附件厂生产的TK13250E立式数控工作转台，该数控工作转台6的工作参数如下表所示：
选定数控工作转台6后，查阅该数控工作转台6的外形尺寸即可确定数控工作转台与电机8接口处的尺寸。
(3)选取数控插齿机(由床底座1、床身2、面齿轮插齿刀3、数控插齿机回转工作转台4、数控系统5和电机8组成)，确定出电机8的接口尺寸。本实施例中，选取数控插齿机的原则是：数控插齿机最高加工精度等级必须大于或者等于面齿轮工件精度等级，因此选取宜昌长机科技有限责任公司YKM5150-14数控插齿机，该机床加工齿轮的最高精度等级为6级，数控插齿机床选定后，根据机床说明书即可确定数控插齿机电机8的型号和尺寸。
(4)根据数控工作转台6接口处尺寸和数控插齿机电机8尺寸，并按上述的过渡传动机构7结构进行加工；本实施例根据选取的TK13250E立式数控工作转台电机接口尺寸和YKM5150-14数控插齿机电机8的型号和尺寸，设计过渡传动机构7，并完成过渡传动结构7的各个零部件的制造和装配。
(5)将数控插齿机电机8与数控工作转台通过过渡传动机构7连接，并将数控系统5与电机8连接。
(6)调整数控工作转台6位置使其满足面齿轮加工要求所需的轴交角和偏置距，并固定数控工作转台6；本实施例中，因为加工的为正交面齿轮，所以在数控插齿机回转工作转台4上，反复移动数控工作转台6，调整面齿轮工件轴线与插齿刀轴线的交角为90°，且两轴的轴线偏置距为0，然后拧紧螺钉20，将数控工作转台6通过压板21固定在数控工作转台6上。
(7)根据实际加工要求在数控系统5中设定加工参数，所述加工参数包括插齿刀齿数、面齿轮齿数、加工过程周向进给量；然后调整面齿轮插齿刀3冲程，完成面齿轮的数控插齿加工；本实施例中，加工的面齿轮工件9的齿数为160，面齿轮插齿刀3的齿数为26，且加工的面齿轮工件9为铝合金，设定加工过程周向进给量面齿轮插齿刀3转速为90r/min，刀具齿数为26，工件齿数为160；调整面齿轮插齿刀3的冲程，满足插齿刀刀尖的最低位置要超越面齿轮工件的内半径圆柱面在插齿刀轴线方向上的最高位置。
本发明是一种新型齿轮传动-面齿轮传动如何精密加工的技术难题，提供一种面齿轮数控插齿的加工方法以及相应的装置，该方法和装置能够在不改变现有数控插齿机的传动链基础上，通过添加数控工作转台和配套的组建即可完成面齿轮的数控插齿加工，把该套装置去掉即可实现普通插齿机功能，该方法和装置结构简单，操作方便，对原来数控插齿机床无任何损害。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (3)
1.面齿轮数控加工装置，其特征在于包括：数控插齿机、数控工作转台(6)、过渡传动机构(7)及面齿轮工件(9)，所述数控插齿机包括床底座(1)、床身(2)、面齿轮插齿刀(3)、数控插齿机回转工作台(4)、数控系统(5)和电机(8)；床身(2)连接在床底座(1)上，面齿轮插齿刀(3)与床身(2)相连接，数控插齿机回转工作台(4)与底座(1)相连接，数控工作转台(6)固定在数控插齿机回转工作台(4)上，电机(8)通过过渡传动机构(7)与数控工作转台(6)相连接，面齿轮工件(9)固定在数控工作转台(6)上，数控系统(5)分别与床底座(1)和电机(8)相连；工作时，床身(2)在床底座(1)上移动实现面齿轮插齿加工的进给运动，面齿轮插齿刀(3)与面齿轮工件(9)围绕自身的轴线旋转，实现面齿轮加工的展成运动，面齿轮插齿刀(3)的摆动实现面齿轮插齿加工的让刀运动，面齿轮插齿刀(3)的上下往复运动实现面齿轮插齿加工的主切削运动；
所述过渡传动机构(7)包括连接螺栓(10)、连接法兰(11)、连轴器(12)、螺栓(13)、轴(14)、齿轮(15)、挡板(16)、弹簧垫圈(17)和固定螺栓(18)和平键(19)；通过四个连接螺栓(10)把连接法兰(11)固定在电机(8)的法兰上，电机(8)的轴通过连轴器(12)与轴(14)连接；连轴器(12)可以根据实际需要调整电机(8)的轴与轴(14)的安装距，并可以调整轴(14)相对于连接法兰(11)的轴向安装位置；通过连轴器(12)把动力由电机传递给轴(14)，轴(14)通过平键(19)与齿轮(15)连接，齿轮(15)一端通过轴(14)的轴肩定位，另一端用固定螺栓(18)通过弹簧垫圈(17)和挡板(16)把齿轮(15)在轴(14)上轴向固定，弹簧垫圈(17)起到防止固定螺栓(18)松动的作用，连接法兰(11)通过四个螺栓(13)与数控工作转台(6)连接，动力通过齿轮(15)传递给数控工作转台(6)，由此带动数控工作转台(6)的连续转动。
2.根据权利要求1所述的面齿轮数控加工装置，其特征在于：所述数控工作转台(6)与数控插齿机回转工作台(4)的连接为：通过压板(21)和四个螺栓(20)将数控工作转台(6)固定在数控插齿机回转工作台(4)上，调整好数控工作转台(6)的轴线与面齿轮插齿刀(3)轴线位置，使得两轴线垂直正交，然后锁紧压板(21)和螺栓(20)。
3.面齿轮数控加工方法，其特征在于实现步骤如下：
A.根据实际传动需求，确定面齿轮插齿刀(3)轴线和面齿轮工件(9)轴线的轴交角和偏置距；
B.选取满足面齿轮加工精度要求的数控工作转台(6)，数控工作转台(6)的参数包括工作转台联动轴数、转速、扭矩和精度；然后确定出数控工作转台(6)与电机(8)接口处的尺寸；
C.选取数控插齿机，确定出电机(8)的接口尺寸；
D.根据数控工作转台(6)与电机(8)接口处的尺寸，并按照权利要求1所述过渡传动机构(7)结构进行加工；
E.将电机(8)与数控工作转台(6)通过过渡传动机构(7)连接，并将数控系统(5)与电机(8)连接；
F.调整数控工作转台(6)位置使其满足面齿轮加工要求所需的轴交角和偏置距，并固定数控工作转台(6)；
G.根据实际加工要求在数控系统(5)中设定加工参数，所述加工参数包括插齿刀齿数、面齿轮齿数、加工过程周向进给量；然后调整面齿轮插齿刀(3)冲程，完成面齿轮的数控插齿加工。
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