CN102194362B - 一种教学用齿轮插齿机床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种教学用齿轮插齿机床，用于在教学中示范范成法加工齿轮的过程。插齿机机械传动系统由电机连接带传动或是手动输出动力，通过机械传动系统驱动主轴进行转动、上下运动以及让刀运动，同时驱动工件回转台进行转动和进给运动。该插齿机床结构简单、直观、尺寸大小适当、操作方便，在教学过程中学生可以通过插齿实验，可加深对用范成法制造渐开线圆柱齿轮工作原理的理解，同时还可以直观地学习各种机械传动装置。

Description

一种教学用齿轮插齿机床
技术领域
本发明涉及一种机械教学实验装置，具体涉及一种教学中采用范成法加工渐开线圆柱齿轮的插齿机床。
背景技术
渐开线齿轮是应用最广泛的齿轮，目前齿轮加工中最常用的一种方法是范成法，它是根据一对齿轮啮合传动时，两轮的齿廓互为共轭曲线的原理来加工的。目前插齿机床即是一种典型的采用范成法加工渐开线齿轮的机床。
采用范成法加工渐开线齿轮是“机械原理”和“机械制造工程学”课程的重要内容，也是教学的难点之一。教科书只能从理论加以阐述，学生难以直观地理解范成法加工齿轮的具体过程。而生产用插齿机床传动系统复杂，且机械传动机构都封闭在机床床身(箱体)内部，可视性差，不便用于课堂教学。
发明内容
本发明旨在提供一种便于学生直观理解用范成法加工渐开线圆柱齿轮工作原理，同时能够加深学习机械传动系统设计，且能够用于课堂教学的插齿机床装置。
本发明包括以下技术方案：一种教学用齿轮插齿机床，包括机架、动力、第一减速机构、第二减速机构、刀具主轴和工件回转台；所述动力设置在机架上，其输出驱动第一减速机构，所述第一减速机构的输出分别驱动第二减速机构和第一凸轮机构；所述第一凸轮机构的输出驱动一端连接在所述刀具主轴上的连杆；所述第二减速机构的输出分为两路，第一路驱动控制所述刀具主轴作轴向往复运动的曲柄滑块机构，第二路分别驱动所述刀具主轴作旋转运动以及所述工件回转台作旋转运动与水平方向往复运动。
本发明中，所述第一减速机构为齿轮减速器，其输出轴通过设置于其上的第一圆锥齿轮副与所述第二减速机构的输入端连接，在其输出轴上还设置有驱动所述第一凸轮机构的凸轮副。
本发明中，所述连杆一端与所述第一凸轮机构连接，另一端套装在所述刀具主轴上。
本发明中，所述第二减速机构为蜗轮蜗杆减速器，其第一路输出通过第一链传动驱动与所述刀具主轴径向滑动连接的曲柄滑块机构；第二路输出通过第二圆锥齿轮副驱动第一轴，所述第一轴的输出分为两路，一路驱动第一蜗轮副，所述第一蜗轮副的蜗轮设于所述刀具主轴上；另一路通过设于所述第一轴上的交错轴螺旋齿轮副连接第二链传动，驱动设于所述工件回转台上的第二蜗轮副；所述第二蜗轮副的蜗轮设置在所述工件回转台的主轴上，与所述蜗轮啮合传动的蜗杆同时驱动与其相连的曲柄摇杆机构摆动，所述曲柄摇杆机构的摇杆端与设于所述工件回转台上的棘轮机构的棘爪相连，所述棘轮机构的棘轮通过棘轮轴安装在所述工件回转台上，在所述棘轮轴与所述机架之间安装有第二凸轮机构，通过摇杆带动棘爪驱动棘轮作间歇性转动，驱动第二凸轮机构相对运动，进而实现工件回转台的水平进给运动。
本发明利用范成法加工渐开线齿轮的过程是：
齿轮毛坯装夹于工件回转台上，动力经第一减速机构连接第一圆锥齿轮副传递至第二减速机构，第二减速机构连接第二圆锥副驱动第一轴转动，装配于第一轴上的交错轴螺旋齿轮副副连接链传动将动力传至第二蜗轮副，与工件回转台主轴同轴装配的蜗轮输出动力驱动工件回转台转动；在齿轮加工过程中，设置需加工的齿轮与齿轮插刀啮合转动，第二减速机构输出连接第二圆锥齿轮机构传递动力驱动设置于刀具主轴上的第一蜗轮副，与主轴同轴装配的蜗轮输出动力驱动机床主轴传动系统则驱动装夹在主轴上的齿轮插刀以啮合时的转速转动；第二减速机构还连接第一链传动输出动力到与刀具主轴径向滑动连接的曲柄滑块机构，驱动齿轮插刀上下运动切削装夹于工件回转台上的齿轮毛坯；在齿轮插刀向下切削一次后，第一减速机构输出端连接第一凸轮机构，动力通过与第一凸轮机构连接的连杆驱动设置在主轴上的齿轮插刀快速的回退一定距离，以防止齿轮插刀在抬刀过程中刮擦已加工好的齿面，在下一次切削运动落下前通过第一凸轮机构的间歇运动快速回位；当齿轮插刀加工齿坯一周后，第二蜗轮机构的蜗杆同时驱动与其相连的曲柄摇杆机构转动，曲柄摇杆机构的摇杆端与驱动棘轮机构的棘爪，棘爪拨动棘轮转动进一步驱动第二凸轮机构的凸轮转动，第二凸轮机构的间歇运动则驱动装夹于工件回转台上的齿轮毛坯前进一段切削深度以进行下一周期的切削，如此反复，直至齿轮加工到指定深度。
通过本发明所提供的插齿机床装置，插齿机床机械传动系统是布置在机架上，不设置机罩，学生在课堂上即可清楚地观察到切齿工艺的全过程，从而加深对用范成法插制渐开线圆柱齿轮工作原理的理解。同时，本发明采用的传动机构类型多，可视性好，学生可方便地观察到各种传动机构的工作状况，有利于加深对各种机械传动机构的进一步学习。
附图说明
附图1是本发明传动系统原理图；
附图2是本发明刀具主轴传动系统原理图；
附图3是本发明刀具主轴切削运动传动系统原理图；
附图4是本发明刀具主轴让刀运动传动系统原理图。
附图5是本发明工件回转台传动系统原理图；
附图6是本发明工件回转台进给运动传动系统原理图；
附图7是图6中的A向局部视图。
图中：1-电机，2-带传动，3-齿轮减速器，4-第一凸轮机构，5-第一圆锥齿轮副，6-第二圆锥齿轮副，7-蜗轮蜗杆减速器，8-第一链传动，9-交错轴螺旋齿轮副，10-第二链传动，11-第二蜗轮副，12-曲柄摇杆机构，13-第二凸轮机构，14-棘轮机构，15-工件回转台，16-齿轮插刀，17-第一蜗轮副，18-曲柄滑块机构，19-连杆，20-刀具主轴，21-第一轴，22-机架，23-蜗轮，24-蜗轮，25-工件回转台主轴，26-曲柄，27-摇杆，28-凸轮副，29-第二凸轮机构顶轮，30-第二凸轮机构凸轮，31-棘爪，32-棘轮，33-棘轮轴，34-蜗杆。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明进行进一步说明。
实施例
参见附图1～6，一种教学用齿轮插齿机床，包括机架22、电机1、齿轮减速器3、蜗轮蜗杆减速器7、刀具主轴20和工件回转台15；所述电机1设置在机架22上，通过带传动2输出动力给齿轮减速器3，齿轮减速器3的输出轴通过设置于其上的第一圆锥齿轮副5与蜗轮蜗杆减速器7的输入端连接；参见附图4，齿轮减速器3的输出轴上还设置有第一凸轮机构4，所述第一凸轮机构4由凸轮副28构成，所述第一凸轮机构4的输出驱动一端连接在刀具主轴20上的连杆19，所述连杆19一端与第一凸轮机构4连接，另一端套装在刀具主轴20上，所述第一凸轮机构4驱动连杆19往复运动，牵引所述刀具主轴20垂直于其轴线往复运动，实现刀具主轴的让刀运动；
参见附图3，蜗轮蜗杆减速器7的输出分为两路，第一路输出通过第一链传动8驱动与刀具主轴20径向滑动连接的曲柄滑块机构18，所述曲柄滑块机构18进而驱动控制刀具主轴20上下运动作切削运动；第二路输出通过第二圆锥齿轮副6驱动第一轴21，参见图2，所述第一轴21的输出分为两路，一路驱动第一蜗轮副17带动刀具主轴20旋转，所述第一蜗轮副17的蜗轮23与刀具主轴20同轴装配，齿轮插刀16装配在刀具主轴20上；参见图5，另一路通过设于第一轴21上的交错轴螺旋齿轮副9驱动第二链传动10，进而驱动设于工件回转台15上的第二蜗轮副11驱动所述工件回转台转动，所述第二蜗轮副11的蜗轮24设置在工件回转台主轴25上；结合参见图6和图7，与第二蜗轮副11的蜗轮24啮合传动的蜗杆34上同时连接有曲柄摇杆机构12的曲柄26，所述曲柄26驱动曲柄摇杆机构12运动，所述曲柄摇杆机构12的摇杆27与设于工件回转台15上的棘轮机构14的棘爪31相连，棘轮机构14的棘轮32通过棘轮轴33安装在工件回转台15上，在所述棘轮轴33上还安装有第二凸轮机构13，所述曲柄摇杆机构摇杆27摆动带动棘爪31驱动棘轮32作间歇性转动，所述第二凸轮机构13由第二凸轮机构顶轮29与第二凸轮机构凸轮30组成，所述第二凸轮机构顶轮29固定设置在机架22上与设置于所述棘轮轴33上的第二凸轮机构凸轮30匹配，棘轮32转动带动第二凸轮机构凸轮30同步转动，利用第二凸轮机构凸轮30轮廓线的变化与第二凸轮机构顶轮29相互作用，推动工件回转台15在水平方向运动，进而实现工件回转台15的水平进给运动。

Claims (3)

1.一种教学用齿轮插齿机床，包括机架、动力、齿轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、刀具主轴和工件回转台，其特征在于：所述动力设置在机架上，其输出驱动齿轮减速器，所述齿轮减速器的输出分别驱动蜗轮蜗杆减速器和第一凸轮机构；所述第一凸轮机构的输出驱动一端连接在所述刀具主轴上的连杆；
所述蜗轮蜗杆减速器的输出分为两路，第一路输出通过第一链传动驱动与所述刀具主轴径向滑动连接的曲柄滑块机构；第二路输出通过第二圆锥齿轮副驱动第一轴；
所述第一轴的输出分为两路，一路驱动第一蜗轮副，所述第一蜗轮副的蜗轮设于所述刀具主轴上；另一路通过设于所述第一轴上的交错轴螺旋齿轮副连接第二链传动，所述第二链传动驱动设于所述工件回转台上的第二蜗轮副进而驱动所述工件回转台动作；所述第二蜗轮副的蜗轮设置在所述工件回转台的主轴上，与所述第二蜗轮副的蜗轮啮合传动的蜗杆同时驱动与其相连的曲柄摇杆机构摆动，所述曲柄摇杆机构的摇杆端与设于所述工件回转台上的棘轮机构的棘爪相连，所述棘轮机构的棘轮通过棘轮轴安装在所述工件回转台上，在所述棘轮轴与所述机架之间安装有第二凸轮机构，通过摇杆带动棘爪驱动棘轮作间歇性转动，驱动第二凸轮机构相对运动，进而实现工件回转台的水平进给运动。
2.根据权利要求1所述的一种教学用齿轮插齿机床，其特征在于：所述齿轮减速器的输出轴通过设置于其上的第一圆锥齿轮副与所述蜗轮蜗杆减速器的输入端连接，在其输出轴上还设置有驱动所述第一凸轮机构的凸轮副。
3.根据权利要求1所述的一种教学用齿轮插齿机床，其特征在于：所述连杆一端与所述第一凸轮机构连接，另一端套装在所述刀具主轴上。
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