CN102151910B - 应用于无摇台螺旋锥齿轮铣齿机的刀倾刀转机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于无摇台螺旋锥齿轮铣齿机的刀倾刀转机构，其是在刀盘驱动滚筒上偏心固设有一安装法兰，该安装法兰的轴线偏离刀盘驱动滚筒的轴线方向，两轴线之间具有一个小于90°的夹角α，在安装法兰上还固定安装有一刀倾体，该刀倾体具有一个与安装法兰吻合连接的内安装端面和用于安装所述铣刀安装盘的外安装端面，其内安装端面的轴线与外安装端面的轴线之间的夹角也为α，从而使铣刀安装盘的轴线倾角可以在0°至2α之间调节。本发明的结构简单，调整方便，有效地扩展现有无摇台螺旋锥齿轮数控铣齿机的加工范围，使其在没有摇台机构的基础上，可以用HFT法（大轮成形法、小轮刀倾法）加工弧齿锥齿轮或准双曲面齿轮，降低了机床的生产成本和齿轮的制造成本，可广泛应用在齿轮加工行业特别是汽车驱动桥主被动锥齿轮加工中。

Description

应用于无摇台螺旋锥齿轮铣齿机的刀倾刀转机构

技术领域

本发明属于齿轮加工机床技术领域，主要涉及一种应用于无摇台螺旋锥齿轮铣齿机的刀倾刀转机构。

背景技术

螺旋锥齿轮包括准双曲面齿轮和弧齿锥齿轮。螺旋锥齿轮因其传动平稳、承载能力大而被广泛应用于汽车、航空、航天、工程机械、矿山机械、机床、仪表等工业部门。其性能、质量和使用寿命直接影响着这些产品的经济技术指标。弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的加工制造技术与加工机床的进步有着密切的关系。自从弧齿锥齿轮与准双曲面齿轮加工机床的出现以来，刀倾法（HFT）的出现和引入齿轮加工是齿轮加工制造技术的一大突破。二十世纪70－80年代期间，我国不少厂家花费巨资从美国格里森公司进口了大量的螺旋锥齿轮铣齿机，型号主要是116#、118#、62#。目前这类机床已到了更新换代期，美国也不再生产这类机床。我国目前生产弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的小轮普遍使用的是天津第一机床总厂生产的Y2250A螺旋锥齿轮铣齿机，这种螺旋锥齿轮铣齿机采用了复杂的摇台机构及刀倾机构，导致传动装置的传动链较长，传动精度和传动效率较低，机床调整复杂、生产效率较低。

我国近几年自主生产的螺旋锥齿轮数控铣齿机已经取消了摇台机构，如专利号为ZL200820069286.9的中国实用新型专利说明书公开的一种螺旋锥齿轮数控铣齿机床，该螺旋锥齿轮铣齿机的底座上安装有横向滑台、纵向滑台，在横向滑台上安装有刀盘支承箱，刀盘支承箱内安装有刀盘驱动滚筒，铣刀盘偏心安装在刀盘驱动滚筒内，在纵向滑台通过弧形导轨导向配合安装有立柱，立柱上滑动安装有垂直滑台，垂直滑台上安装有工件驱动箱，工件驱动箱中安装有工件轴。这种螺旋锥齿轮数控铣齿机床由于取消了复杂的摇台机构，使得传动效率和传动精度有较大的提高。但取消了摇台机构后，原有的刀倾机构已不适用与这种螺旋锥齿轮数控铣齿机，没有了刀倾机构，使得其在采用四轴联动方式加工中不能改变刀盘轴的轴线倾斜角，因而无法使用刀倾法加工弧齿锥齿轮和准双曲面锥齿轮，缩小了这种机床的加工范围，尤其是不能加工弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的小轮。美国近年来发展了一种五轴联动的数控铣齿机床，这种机床的结构与我国现有机床类似，其是在立柱上另装了一套驱动其在纵向滑台上沿弧形导轨往复摆动的驱动机构，利用立柱的摆动来模拟原有的摇台机构，采用五轴联动法扩大螺旋锥齿轮的加工范围。但这种五轴联动的螺旋锥齿轮铣齿机的设备结构及软件编程和数控系统均非常复杂，其造价要比四轴联动机床高出一倍，因此采用这种机床的制造和加工成本很高。

发明内容

本发明的目的是：提供一种应用于无摇台螺旋锥齿轮铣齿机的刀倾刀转机构，以解决现有螺旋锥齿轮数控铣齿机因没有刀倾机构而不能调整铣刀轴线倾角的问题。

本发明的应用于无摇台螺旋锥齿轮铣齿机的刀倾刀转机构的技术方案是：一种应用于无摇台螺旋锥齿轮铣齿机的刀倾刀转机构，包括刀盘驱动滚筒，在刀盘驱动滚筒的一端端面上偏心安装有铣刀安装盘，在所述刀盘驱动滚筒的外圆安装有一个外齿圈，在该外齿圈上啮合传动有通过滚筒伺服电机驱动的齿轮轴；在所述刀盘驱动滚筒上还固设有一安装法兰，该安装法兰的轴线偏离刀盘驱动滚筒的轴线方向，两轴线之间具有一个小于90°的夹角α，在该安装法兰上固定安装有一刀倾体，该刀倾体具有一个与安装法兰吻合连接的内安装端面和用于安装所述铣刀安装盘的外安装端面，所述的内、外两安装端面相交，其内安装端面的轴线与外安装端面的轴线之间的夹角也为α，从而使铣刀安装盘的轴线倾角可以在0°至2α之间调节。

所述的0＜α≤20°。

所述的铣刀安装盘通过与其转轴转动配合的轴承座安装在刀倾体内，在铣刀安装盘的外缘上同轴固定有一外齿圈，该外齿圈通过啮合传动的齿轮传动机构传动连接有刀盘伺服电机，所述的齿轮传动机构包括装配在刀盘驱动滚筒内的初级减速机构和安装在刀倾体上的末级减速机构，初级减速机构中设有输出锥齿轮，末级减速机构中设有输入锥齿轮，所述的输出锥齿轮与输入锥齿轮啮合，所述的输出锥齿轮与所述安装法兰同轴设置，所述输入锥齿轮与所述铣刀安装盘同轴向设置。

所述的铣刀安装盘轴承座同轴插装在刀倾体上对应设置的锥套中，在锥套的套孔内壁与铣刀安装盘轴承座的外周面之间对应设置有用于连接固定锥套与铣刀安装盘轴承座的涨紧套。

在所述涨紧套远离铣刀安装盘的后端外周面上螺纹旋装有锁紧齿套，在锁紧齿套的后侧并列设置有一调节齿套，该调节齿套通过螺纹同轴旋装在轴承座的外周面上，其后端面被刀倾体上对应设置的台阶面挡止限位。

在所述刀倾体对应铣刀安装盘的外端面上固定有端盖，端盖中同轴转动装配有一传动轴套，在传动轴套中同轴穿设有传动轴，所述的传动轴套伸入刀倾体的内端通过啮合传动的齿轮与锁紧齿套传动连接，所述的传动轴伸入刀倾体的内端通过啮合传动的齿轮与调节齿套传动连接。

在所述传动轴及传动轴套的外端面上分别对应开设有用于插设操作手柄的六方孔。

在所述的刀盘驱动滚筒内设置有安装座，所述的齿轮传动机构和刀盘伺服电机均装配在该安装座上。

本发明中刀倾体与刀盘驱动滚筒之间采用斜置的安装法兰连接，同时，铣刀安装盘安装在刀倾体中时，两者之间的轴线的夹角与安装法兰偏斜的角度相同，从而共同组成了刀倾刀转机构，通过手动调整刀倾体与安装法兰之间的周向角度来调整铣刀的刀倾角度，其结构简单，调整方便，可以在现有的应用于无摇台螺旋锥齿轮铣齿机的刀倾刀转机构上进行改进，有效地扩展现有无摇台螺旋锥齿轮数控铣齿机的加工范围。使其在没有摇台机构的基础上，采用四轴联动方式，通过数字控制刀转滚筒的转角、横向滑台的位移、垂直滑台的位移、工件轴的转角，用HFT法（大轮成形法、小轮刀倾法）加工弧齿锥齿轮或准双曲面齿轮，大大简化了齿轮生产机床的整体结构、降低了机床的生产成本和齿轮的制造成本，在齿轮加工行业特别是汽车驱动桥主被动锥齿轮加工中可广泛应用。

附图说明

图1为本发明应用于无摇台螺旋锥齿轮铣齿机的刀倾刀转机构具体实施例的结构示意图；

图2为图1中刀盘驱动滚筒的结构示意图；

图3为图2中的A部放大图；

图4为图2中锁紧齿套和调节齿套的传动结构示意图。

具体实施方式

本实施例是将刀倾刀转机构与常见的无摇台螺旋锥齿轮铣齿机进行结合进行的具体说明，而不是对其进行的限定。

如图1、图2所示，目前常见的无摇台螺旋锥齿轮铣齿机的基座8上分别安装有横向滑台7和纵向滑台9，纵向滑台9可以带动齿坯工件在加工过程中的进给，控制纵向滑台9的位移，可以控制被加工齿轮的齿深。在纵向滑台9的上表面通过水平开设的至少两条圆弧形的T形滑槽安装有立柱10，并通过卡装在T形滑槽中的连接螺栓固定安装立柱。松开连接螺栓后，立柱10能够在垂直滑台9上转动一定的角度，使被加工齿轮的轴线与纵向滑台位移的方向形成夹角，该夹角即齿坯工件的齿坯安装角。在立柱10的一侧柱面上通过垂直滑台11安装有工件驱动箱，工件驱动箱中设有工件主轴12，该工件主轴12在工件驱动箱中能够随垂直滑台11上下移动，齿坯工件安装在工件主轴12上，工件主轴12由伺服电机通过双导程蜗杆—蜗轮传动机构驱动，其角位移通过数控系统控制；在横向滑台7上固定安装有刀盘支承箱1，在刀盘支承箱1内安装有刀盘驱动滚筒2，在刀盘驱动滚筒2朝向立柱10的端部偏心安装有用于安装铣刀的铣刀安装盘4，通过数控系统控制横向滑台7的移动可以调整铣刀盘4中心的水平位置。 

本发明是在上述现有的螺旋锥齿轮铣齿机的基础上设计了刀倾刀转机构。其中，刀盘驱动滚筒2同轴转动装配在刀盘支承箱1中，在刀盘驱动滚筒2的外圆同轴固定套装有一个外齿圈15，在刀盘支承箱1内安装有一通过滚筒伺服电机5驱动的齿轮轴16，该齿轮轴16与外齿圈15啮合传动配合，从而驱动刀盘驱动滚筒2可以由滚筒伺服电机5的驱动在刀盘支承箱1中往复摆动转动构成刀转机构。在刀盘驱动滚筒2与铣刀安装盘4之间还设置有一个用于调整铣齿刀在水平方向上的轴线倾角的刀倾调整机构3，该刀倾调整机构3可以调整铣刀安装盘4的轴线使其偏离刀盘驱动滚筒2的轴线方向。该刀倾调整机构3主要包括偏心设置在刀盘驱动滚筒2端部的安装法兰20，该安装法兰20倾斜设置，其轴线偏离刀盘驱动滚筒2的轴线方向，两轴线的延长线相交，设安装法兰20与刀盘驱动滚筒2之间的轴线夹角为α。在安装法兰20上固定安装有一个刀倾体17，本实施例中，在安装法兰20的外端面上同轴开设有圆形的T形环槽，刀倾体17通过卡装在该T形环槽中的固定螺栓安装在安装法兰20上，从而使刀倾体17可以在安装法兰20上周向转动调整其旋转角度。刀倾体17上具有一个与安装法兰20的连接端面吻合连接的内安装端面和用于安装铣刀安装盘4的外安装端面，两安装端面之间倾斜相交，两安装端面的轴线夹角也是α，铣刀安装盘4与刀倾体17的外安装端面同轴设置，从而使铣刀安装盘4的轴线与安装法兰20的轴线之间也具有夹角，该夹角的大小也为α。本实施例中，安装法兰20与刀盘驱动滚筒2之间的轴线夹角为α及铣刀安装盘4的轴线与安装法兰20的轴线之间的夹角α＝15°，从而在调整刀倾体17的周向角度时，使铣刀安装盘4的轴线可以相对于刀盘驱动滚筒2的轴线在0°至30°之间可调。

在铣刀安装盘4的内端面上同轴连接有外齿圈25，该外齿圈25通过啮合传动的齿轮传动机构传动连接有刀盘伺服电机6，该齿轮传动机构包括装配在刀盘驱动滚筒2内的初级减速机构和安装在刀倾体17上的末级减速机构，初级减速机构中设有输出锥齿轮26-1，末级减速机构中设有输入锥齿轮26-2，该输出锥齿轮26-1与输入锥齿轮26-2啮合组成一套换向锥齿轮机构26，其中，输出锥齿轮26-1与安装法兰20同轴设置，输入锥齿轮26-2与铣刀安装盘4同轴向设置，使得两锥齿轮26-1、26-2之间的轴线夹角也是15°，从而保证了在调整铣刀安装盘4的轴线倾角过程中，输出锥齿轮26-1与输入锥齿轮26-2始终保持啮合状态。

在外齿圈25的外周面上螺纹旋装有一端盖，该端盖的外周缘通过螺钉固定安装在刀倾体17 上，在外齿圈25的内环面设有一个锥面，在刀倾体17上固定有与该锥面对应配合的锥套13；在铣刀安装盘4的转轴15外通过轴承组安装有轴承座21，该轴承座21通过套装在其外周面上的涨紧套22同轴固定安装在刀倾体17上对应设置的锥套13中。为实现铣刀安装盘4的轴向调节和锁紧，本实施例中，在涨紧套22远离铣刀安装盘4的后端外周面上设有外螺纹，在该外螺纹上螺纹旋装有一锁紧齿套28，在该锁紧齿套28的后侧并列的设置有一调节齿套27，该调节齿套27旋装在轴承座21外周面上对应开设的外螺纹上，调节齿套27与锁紧齿套28分别通过齿轮啮合传动连接有同轴套设的传动轴、套，本实施例中，位于外层的传动轴套29通过齿轮啮合与锁紧齿套24传动连接，位于中心的传动轴30通过齿轮啮合与调节齿套23传动连接。传动轴套29朝向铣刀安装盘4的一端轴向延伸并通过滚针轴承转动装配在端盖上，在其套孔的孔口处设置有用于与内六方扳手对应配合的六方通孔，传动轴30穿设其中同向延伸，在传动轴30延伸段的端面上也轴向开设有用于安装内六方扳手的六方孔，传动轴30上的六方孔的孔径小于传动轴套29上的六方孔的孔径。调节时，先用较小的六方扳手插入传动轴套29端部的通孔中转动传动轴30，传动轴30通过齿轮啮合带动调节齿套27转动，调节齿套27通过螺纹传动驱使轴承座21产生轴向移动，调节到位后，取出较小的六方扳手插入较大的六方扳手，使其与传动轴套29上的六方孔配合驱动传动轴套29转动，传动轴套29通过齿轮啮合带动锁紧齿套28转动，锁紧齿套28通过螺纹传动驱动涨紧套22产生轴向移动，通过涨紧套22与锥套13之间的斜面配合将轴承座21挤紧固定。

本发明的数控铣齿机取消了传统的摇台机构，并重新设计了刀倾刀转机构，其机座上安装的横向滑台和垂直滑台都是数控滑台，纵向滑台可以是数控滑台、液压滑台或机械滑台，使用时，先手动调整刀倾体17在刀转滚筒的安装法兰20上的转角，即先调整铣刀的刀倾角，同时，调整立柱10在纵向滑台9上转动的角度，即工件的齿坯安装角，然后可以通过数控系统采用四轴联动控制方式，即控制刀转滚筒2的转角、横向滑台7的位移、垂直滑台11的位移、工件主轴12的转角，即可采用HFT法即大轮成形法、小轮刀倾法加工出节锥角为0°~30°弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的小轮。其中，立柱在纵向滑台上转动的角度（齿坯安装角）由加工调整计算确定，刀倾机构安装在刀转滚筒安装法兰的角度位置（刀倾角）也由加工调整计算确定。

Claims (4)

1.一种应用于无摇台螺旋锥齿轮铣齿机的刀倾刀转机构，包括刀盘驱动滚筒，在刀盘驱动滚筒的一端端面上偏心安装有铣刀安装盘，其特征在于，在所述刀盘驱动滚筒的外圆安装有一个外齿圈，在该外齿圈上啮合传动有通过滚筒伺服电机驱动的齿轮轴；在所述刀盘驱动滚筒上还固设有一安装法兰，该安装法兰的轴线偏离刀盘驱动滚筒的轴线方向，两轴线之间具有一个小于90°的夹角α，在该安装法兰上固定安装有一刀倾体，该刀倾体具有一个与安装法兰吻合连接的内安装端面和用于安装所述铣刀安装盘的外安装端面，所述的内、外两安装端面相交，其内安装端面的轴线与外安装端面的轴线之间的夹角也为α，从而使铣刀安装盘的轴线倾角可以在0°至2α之间调节。

2.根据权利要求1所述的应用于无摇台螺旋锥齿轮铣齿机的刀倾刀转机构，其特征在于，所述的0＜α≤20°。

3.根据权利要求1或2所述的应用于无摇台螺旋锥齿轮铣齿机的刀倾刀转机构，其特征在于，所述的铣刀安装盘通过与其转轴转动配合的轴承座安装在刀倾体内，在铣刀安装盘的外缘上同轴固定有一外齿圈，该外齿圈通过啮合传动的齿轮传动机构传动连接有刀盘伺服电机，所述的齿轮传动机构包括装配在刀盘驱动滚筒内的初级减速机构和安装在刀倾体上的末级减速机构，初级减速机构中设有输出锥齿轮，末级减速机构中设有输入锥齿轮，所述的输出锥齿轮与输入锥齿轮啮合，所述的输出锥齿轮与所述安装法兰同轴设置，所述输入锥齿轮与所述铣刀安装盘的轴线平行设置。

4.根据权利要求3所述的应用于无摇台螺旋锥齿轮铣齿机的刀倾刀转机构，其特征在于，所述的铣刀安装盘轴承座同轴插装在刀倾体上对应设置的锥套中，在锥套的套孔内壁与铣刀安装盘轴承座的外周面之间对应设置有用于连接固定锥套与铣刀安装盘轴承座的涨紧套。

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