CN102101203A - 六轴五联动螺旋锥齿轮加工机床 - Google Patents

Abstract

一种六轴五联动螺旋锥齿轮加工机床，包括床身、立柱、工件箱、第一回转轴、刀具箱、水平滑板；所述床身为开口朝上的U形槽结构，所述U形槽的宽度、深度、厚度方向依次定义为空间笛卡尔直角坐标系的Y轴、Z轴、X轴方向；在所述U形槽中设置有一根安装有工件箱的第一回转轴；在所述U形槽两个侧壁的上端面设有驱动立柱作直线运动的第一直线驱动轴；在所述立柱上设有驱动水平滑台作直线运动的第二直线驱动轴；在所述水平滑台上设有驱动刀具箱作直线运动的第三直线驱动轴；本发明结构合理、操作使用方便、工件箱回转半径小、回转角度大、机床体积小、运行平稳、刀具定位精度高，排屑容易，防护设计简单美观，特别适用于螺旋锥齿轮数控铣削加工。

Description

六轴五联动螺旋锥齿轮加工机床

技术领域

本发明涉及数控加工设备，进一步是指加工螺旋锥齿轮的铣齿机和磨齿机。

背景技术

现有技术中，螺旋锥齿轮加工设备有机械型螺旋锥齿轮加工机床和数控螺旋锥齿轮加工机床。机械型螺旋锥齿轮加工机床的结构和调整环节是齿轮机床中最复杂的。参见附图1，现有数控螺旋锥齿轮加工机床利用计算机直接控制三个直线轴(即X、Y、Z轴)和三个转动轴(即A、B、C轴)，以模拟机械型螺旋锥齿轮的加工运动，从而加工出螺旋锥齿轮。数控螺旋锥齿轮加工机床将复杂的机械结构转换为软件控制，实现了螺旋锥齿轮加工的信息化和智能化。上述结构是用刀具箱沿Y轴，工件箱沿X轴的联动来模拟刀具绕摇台轴线的回转，将刀倾机构的功能改为B轴的摆动来实现。这种结构没有充分发挥数控技术的作用，存在以下主要缺陷：

1、该结构由于立柱不动，刀具箱(13)通过层层叠加的滑板(10)安装在立柱(8)上，为了能让刀具(26)加工到工件，不得已将刀具主轴(25)伸得很长，从而加大了刀具(26)受力点与主轴轴承支撑距离的悬伸比，导致刀具主轴(25)刚性不太好。

2、该机床结构设计在加工左、右旋螺旋锥齿轮时，机床的加工点分别在工件(27)的上下位置，从而导致机床的加工点位置变化很大，刀具箱(13)在Y方向行程很长，加工点的位置也很高，这些对机床整体加工刚性不是很好。

3、该结构X、Y、Z三个直线运动轴设计得比较分散，导致机床占地面积大，不好防护。

4、该结构X轴滑板(28)在加工过程中由于要沿X向滑动，X向导轨(16、17)需要安装在床身上，导致排屑槽(29)不能开通到整个加工区域，这种结构虽然能在X轴上安装盔甲式的钢防护，但是铁屑掉在防护上面还是不好清理，这种情况特别是铣齿的时候，大量的铁屑特别容易堆积在机床上。

5、为了环保和节约，螺旋锥齿轮铣齿的发展方向是干切削，即在加工时不加冷却液，切削速度很快，热量被切削带走，这就要求灼热的切削不能落在床身上，以免影响机床的热变形，图1的装置很难做到这一点。

6、机床零件多，占地面积大，工件装卸不方便。

公开号为CN1457279的专利申请公开说明书记载了一种生产锥齿轮的机器，该机器将刀具主轴和工件主轴全设计在一个立柱上，其结构不仅导致制造成本高，而且装配的工艺性不好。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出一种结构简单，稳定性及可靠性好、效率高、占地面积小、防护与排屑容易，工件和刀具的装卸方便的六轴五联动螺旋锥齿轮加工机床。

本发明是采用下述技术方案实现的，一种六轴五联动螺旋锥齿轮加工机床，包括床身，工件箱，立柱，水平滑台，刀具箱，所述床身为开口朝上的U形槽结构，所述U形槽的宽度、深度、厚度方向依次定义为空间笛卡尔直角坐标系的Y轴、Z轴、X轴方向；在所述U形槽中设置有一根轴线与所述Y轴方向平行并可绕自身轴线回转的第一回转轴，所述第一回转轴两端支撑在所述U形槽的两个侧壁上；所述工件箱安装在所述第一回转轴上并与所述第一回转轴同步回转；

在所述U形槽两个侧壁的上端面设有至少一根轴线与所述X轴方向平行并可绕自身轴线回转的第一直线驱动轴；所述立柱安装在所述第一直线驱动轴上并可沿所述第一直线驱动轴的轴线作直线运动；

在所述立柱上设有至少一根轴线与所述Y轴方向平行并可绕自身轴线回转的第二直线驱动轴；所述水平滑台安装在所述第二直线驱动轴上并可沿所述第二直线驱动轴的轴线作直线运动；

在所述水平滑台上设有一根轴线与所述Z轴方向平行并可绕自身轴线回转的第三直线驱动轴；所述刀具箱安装在所述第三直线驱动轴上并可沿所述第三直线驱动轴的轴线作直线运动。

本发明中，所述第一回转轴的一端设置有一驱动所述第一回转轴转动的回转台，所述回转台内设有驱动装置；所述驱动装置选自力矩电机或由外设驱动动力驱动的齿轮传动机构、曲柄连杆传动机构、蜗轮蜗杆传动机构中的一种。

本发明中，所述工件箱上设有一根轴线与所述第一回转轴的轴线垂直的工件主轴，所述工件主轴的一端设有安装被加工工件的工件承载台，工件主轴的另一端或中间位置与设于工件箱中的工件主轴的驱动装置连接。

本发明中，所述第一直线驱动轴为双丝杆，所述立柱通过设置在其上的第一丝孔与所述双丝杆匹配安装驱动，所述立柱沿所述双丝杆的轴线作直线运动。

本发明中，在所述U形槽两个侧壁的上端面设有两根轴线方向与X轴方向平行的所述第一导向导轨，所述立柱通过其底面设置的第一导向槽与所述第一导向导轨匹配接触实现沿Z轴方向的支撑及Y轴方向的定位并提供所述立柱沿所述第一丝杆的轴线作直线运动的导向。

本发明中，所述第二直线驱动轴为第二丝杆，所述水平滑台通过设置在其上的丝孔与所述第二丝杆匹配安装驱动所述水平滑台沿所述第二丝杆的轴线作直线运动。

本发明中，在所述立柱上设有三根轴线方向与所述Y轴方向平行的第二导向导轨，所述水平滑台通过其一个侧面设置的导向槽与所述第二导向导轨匹配接触实现沿Z轴方向的支撑定位并提供所述水平滑台沿所述第二丝杆的轴线作直线运动的导向。

本发明中，所述第三直线驱动轴为第三丝杆，所述刀具箱通过设置在其上的第三丝孔与所述第三丝杆匹配安装驱动所述刀具箱沿所述第三丝杆的轴线作直线运动。

本发明中，在所述水平滑台上设有两根轴线方向与所述Z轴方向平行的所述第三导向导轨，所述刀具箱通过其一个侧面设置的导向槽与所述第三导向导轨匹配接触实现沿Y轴方向的定位并提供所述刀具箱沿所述第三丝杆的轴线作直线运动的导向。

本发明中，所述刀具箱上设有一根轴线与所述第三驱动轴的轴线平行的刀具主轴，所述刀具主轴的一端设有安装刀具的刀具座，另一端或中间位置与设于刀具箱中的刀具主轴的驱动装置连接。

本发明中，在所述U形槽的两个侧壁内内侧设置有用于修磨刀具的砂轮修整器。

本发明的技术原理是，螺旋锥齿轮在加工过程中，其齿面的形成取决于刀具和工件的相对运动，而刀具与工件的相对位置完成由三个直线驱动轴，即第一直线驱动轴、第二直线驱动轴、第三直线驱动轴和三个转动轴，即第一回转轴、刀具主轴、工具主轴来确定，六轴的设定只要保证刀具和工件能处于任何需要的相对位置即可。本发明在研究了三个直线驱动轴和三个回转轴的各种可能的设定方式并分析其优缺点后确定。本发明加工螺旋锥齿轮的过程是：

1、在刀具箱(13)的刀具主轴上安装好刀具，在工件箱(2)的工件主轴上安装好螺旋锥齿轮，启动程序后计算机首先控制第一回转轴转动，带动工件箱(2)绕第一回转轴回转一个角度，回转角度的大小就是螺旋锥齿轮刚开始加工时的轮坯安装角。

2、计算机控制立柱(8)沿X轴运动、水平滑台(10)沿Y轴运动，刀具箱(13)沿Z轴运动，将刀具快速移动到齿轮加工的启始位置，刀具按给定的速度回转并开启冷却液。

3、在程序控制下，第一直线驱动轴、第二直线驱动轴、第三直线驱动轴、刀具主轴、工件主轴五轴联动使刀具和被加工工件做啮合的展成运动以加工出齿面。

4、一个齿槽加工好之后，刀具箱沿Z轴方向上升使被加工工件与刀具脱离接触，工件主轴旋转使齿轮分度到第二个轮齿加工的起始位置，然后X、Y、Z各轴在不发生干涉的原则下快速退回到齿轮加工的起始位置。

5、加工第二个齿槽，如此循环往复，直到加工完成所有的轮齿。

6、各轴都回到原始位置，(工作门打开后)工作人员取下加工好的齿轮并换上待加工的齿轮。

7、如果是数控磨齿机，在预备时间或加工过程中还要利用砂轮修整器(18)来修整砂轮。

本发明的机床与现有机床相比，具有如下优点：

1、第一回转轴回转台可采用力矩电机或或由外设驱动动力驱动的齿轮传动机构、曲柄连杆传动机构、蜗轮蜗杆传动机构等常用精密回转台驱动方式驱动；

2、第一回转轴两端都安装支撑在床身的U形槽的两个侧壁上，大大提高了第一回转轴回转的精度与刚性；克服了现有技术由一个大工件箱围绕一点旋转而产生的精度与刚性较低的缺陷。

3、立柱沿X方向的滑动由双丝杠驱动，确保了机床的高刚性。

4、在所述立柱上设有三根轴线方向与所述Y轴方向平行的第二导向导轨，所述水平滑台通过其一个侧面设置的导向槽与所述第二导向导轨匹配接触实现沿Z轴方向的支撑定位并提供所述水平滑台沿所述第二丝杆的轴线作直线运动的导向，比现有机床结构增加了一根，也大大提高了机床的刚度。

5、机床在加工左、右旋螺旋锥齿轮时，其加工点不再分布在工件的上下位置，而是分布在工件的左右位置，这样使得机床的加工点在高度方向始终保持很低的位置，且此位置刚性好、易排屑、易观察，是机床的最优加工点。

6、将X、Y、Z三个方向直线运动全部由立柱本身或设置在立柱上的导向、驱动装置完成，使得机床结构紧凑，装配方便，具有很好的工艺性能，且机床的X、Y方向直线运动是不共面的水平运动，而Z轴的垂直方向运动却只有让刀和进给功能，这样的布局虽然机床设计为立式结构，但由于垂直方向(Z轴)行程相当短，这也使得机床高度方向的尺寸较小、重心较低，刚度明显提高。

7、机床总体布局采用立式结构，工件和刀具的装卸很方便，而且工件便于实现机械手自动装卸；

8、设备造价降低、性能稳定、可靠；加工的切屑落在机床U型排屑槽内，容易排屑并且容易于实现干切削；

9、整机零件少，工艺性能好，占地面积小，防护容易，造型美观。

附图说明

附图1是现有技术的一种机床结构；

附图2是本发明机床的一种实施例结构示意图。

附图中：

1-床身        2-工件箱

3-第一回转轴  4-床身右壁

5-床身左壁    6、7-丝杠

8-立柱        9-第二直线驱动轴

10-水平滑台   11-第三直线驱动轴

12-回转台     13-刀具箱

14-工件主轴   15-工件承载台

16、17-第一导向导轨        18-砂轮修整器

20、21、22-第二导向导轨    23、24-第三导向导轨

25-刀具主轴。

以下结合附图及实施例对本发明作出进一步说明。

本发明的机床包括采用端面铣齿或磨齿方法加工弧齿锥齿轮、弧齿准双曲面齿轮的机床。

参见附图2，，本发明所述六轴五联动螺旋锥齿轮加工机床，包括床身1，工件箱2，立柱8，水平滑台10，刀具箱13，所述床身1为开口朝上的U形槽结构，所述U形槽的宽度、深度、厚度方向依次定义为空间笛卡尔直角坐标系的Y轴、Z轴、X轴方向；在所述U形槽中设置有一根轴线与所述Y轴方向平行并可绕自身轴线回转的第一回转轴3，所述第一回转轴3两端支撑在所述U形槽的两个侧壁4、5上；所述第一回转轴3的一端设置有一驱动所述第一回转轴3转动的回转台12，所述回转台12内设有驱动的第一回转轴3的力矩电机或由外设驱动动力驱动的齿轮传动机构、曲柄连杆机构、蜗轮蜗杆传动机构；工件箱2安装在所述第一回转轴3上并与所述第一回转轴3同步回转；所述工件箱2上设有一根轴线与所述第一回转轴3的轴线垂直的工件主轴14，所述工件主轴14的一端设有安装被加工工件的工件承载台15，另一端或其中间位置与设于工件箱2中的第二驱动动力连接；

在所述U形槽两个侧壁4、5的上端面各设有一根轴线方向与所述X轴方向平行并可绕自身轴线回转的第一直线驱动轴，所述第一直线驱动轴由丝杆6、丝杆7组成；所述立柱8通过设置在其上的丝孔与所述丝杆6、丝杆7匹配安装驱动所述立柱8沿所述丝杆6、丝杆7的轴线作直线运动；在所述U形槽两个侧壁4、5的上端面各设有一根轴线与X轴方向平行的第一导向导轨16、17，所述立柱8通过其底面设置的导向槽与所述第一导向导轨16、17匹配接触实现沿Z轴、Y轴方向的支撑定位并提供所述立柱8沿所述丝杆6、丝杆7的轴线作直线运动的导向；

在所述立柱8上设有一根轴线与所述Y轴方向平行并可绕自身轴线回转的第二直线驱动轴9；所述水平滑台10安装在所述第二驱动轴9上并可沿所述第二驱动轴9的轴线作直线运动；在所述立柱8上设有三根轴线方向与所述Y轴方向平行的所述第二导向导轨20、21、22，所述水平滑台10通过其一个侧面设置的导向槽与所述第二导向导轨20、21、22匹配接触实现沿Z轴方向的支撑定位并提供所述水平滑台10沿所述第二直线驱动轴9的轴线作直线运动的导向；

在所述水平滑台10上设有一根轴线与所述Z轴方向平行并可绕自身轴线回转的第三直线驱动轴11；所述刀具箱13安装在所述第三直线驱动轴11上并可沿所述第三直线驱动轴11的轴线作直线运动；在所述水平滑台10上设有两根轴线方向与所述Z轴方向平行的所述第三导向导轨23、24，所述刀具箱13通过其一个侧面设置的导向槽与所述第三导向导轨23、24匹配接触实现沿Y轴方向的定位并提供所述刀具箱13沿所述第三直线驱动轴11的轴线作直线运动的导向；所述刀具箱13上设有一根轴线与所述第三直线驱动轴11的轴线平行的刀具主轴25，所述刀具主轴25的一端设有安装刀具的刀具安装盘，另一端或其中间位置与设于刀具箱13中的第三驱动动力连接。

本实施例中，所述第二驱动轴9为第二丝杆，所述水平滑台10通过设置在其上的丝孔与所述第二丝杆匹配安装驱动所述水平滑台10沿所述第二丝杆的轴线作直线运动。

本实施例中，所述第三直线驱动轴11为第三丝杆，所述刀具箱13通过设置在其上的丝孔与所述第三丝杆匹配安装驱动所述刀具箱13沿所述第三丝杆的轴线作直线运动。

本实施例中，在所述U形槽的两个侧壁4或5的内侧设置有用于修磨刀具的砂轮修整器18。

Claims (11)

1.一种六轴五联动螺旋锥齿轮加工机床，包括床身，工件箱，立柱，水平滑台，刀具箱，其特征在于：所述床身为开口朝上的U形槽结构，所述U形槽的宽度、深度、厚度方向依次定义为空间笛卡尔直角坐标系的Y轴、Z轴、X轴方向；在所述U形槽中设置有一根轴线与所述Y轴方向平行并可绕自身轴线回转的第一回转轴，所述第一回转轴两端支撑在所述U形槽的两个侧壁上；所述工件箱安装在所述第一回转轴上并与所述第一回转轴同步回转；

在所述U形槽两个侧壁的上端面设有至少一根轴线与所述X轴方向平行并可绕自身轴线回转的第一直线驱动轴；所述立柱安装在所述第一直线驱动轴上并可沿所述第一直线驱动轴的轴线作直线运动；

在所述立柱上设有至少一根轴线与所述Y轴方向平行并可绕自身轴线回转的第二直线驱动轴；所述水平滑台安装在所述第二直线驱动轴上并可沿所述第二直线驱动轴的轴线作直线运动；

在所述水平滑台上设有一根轴线与所述Z轴方向平行并可绕自身轴线回转的第三直线驱动轴；所述刀具箱安装在所述第三直线驱动轴上并可沿所述第三直线驱动轴的轴线作直线运动。

2.根据权利要求1所述的一种六轴五联动螺旋锥齿轮加工机床，其特征在于：所述第一回转轴的一端设置有一驱动所述第一回转轴转动的回转台，所述回转台内设有驱动装置；所述驱动装置选自力矩电机或由外设驱动动力驱动的齿轮传动机构、曲柄连杆传动机构、蜗轮蜗杆传动机构中的一种。

3.根据权利要求2所述的一种六轴五联动螺旋锥齿轮加工机床，其特征在于：所述工件箱上设有一根轴线与所述第一回转轴的轴线垂直的工件主轴，所述工件主轴的一端设有安装被加工工件的工件承载台，工件主轴的另一端或中间位置与设于工件箱中的工件主轴的驱动装置连接。

4.根据权利要求3所述的一种六轴五联动螺旋锥齿轮加工机床，其特征在于：所述第一直线驱动轴为双丝杆，所述立柱通过设置在其上的第一丝孔与所述双丝杆匹配安装驱动，所述立柱沿所述双丝杆的轴线作直线运动。

5.根据权利要求4所述的一种六轴五联动螺旋锥齿轮加工机床，其特征在于：在所述U形槽两个侧壁的上端面设有两根轴线方向与X轴方向平行的所述第一导向导轨，所述立柱通过其底面设置的第一导向槽与所述第一导向导轨匹配接触实现沿Z轴方向的支撑及Y轴方向的定位并提供所述立柱沿所述第一丝杆的轴线作直线运动的导向。

6.根据权利要求5所述的一种六轴五联动螺旋锥齿轮加工机床，其特征在于：所述第二直线驱动轴为第二丝杆，所述水平滑台通过设置在其上的丝孔与所述第二丝杆匹配安装驱动所述水平滑台沿所述第二丝杆的轴线作直线运动。

7.根据权利要求6所述的一种六轴五联动螺旋锥齿轮加工机床，其特征在于：在所述立柱上设有三根轴线方向与所述Y轴方向平行的第二导向导轨，所述水平滑台通过其一个侧面设置的导向槽与所述第二导向导轨匹配接触实现沿Z轴方向的支撑定位并提供所述水平滑台沿所述第二丝杆的轴线作直线运动的导向。

8.根据权利要求7所述的一种六轴五联动螺旋锥齿轮加工机床，其特征在于：所述第三直线驱动轴为第三丝杆，所述刀具箱通过设置在其上的第三丝孔与所述第三丝杆匹配安装驱动所述刀具箱沿所述第三丝杆的轴线作直线运动。

9.根据权利要求8所述的一种六轴五联动螺旋锥齿轮加工机床，其特征在于：在所述水平滑台上设有两根轴线方向与所述Z轴方向平行的第三导向导轨，所述刀具箱通过其一个侧面设置的导向槽与所述第三导向导轨匹配接触实现沿Y轴方向的定位并提供所述刀具箱沿所述第三丝杆的轴线作直线运动的导向。

10.根据权利要求9所述的一种六轴五联动螺旋锥齿轮加工机床，其特征在于：所述刀具箱上设有一根轴线与所述第三驱动轴的轴线平行的刀具主轴，所述刀具主轴的一端设有安装刀具的刀具座，另一端或中间位置与设于刀具箱中的刀具主轴的驱动装置连接。

11.根据权利要求1-10任意一项所述的一种六轴五联动螺旋锥齿轮加工机床，其特征在于：在所述U形槽的两个侧壁内内侧设置有用于修磨刀具的砂轮修整器。

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