CN102896384B - 三轴数控斜齿柱齿轮线切割机 - Google Patents

三轴数控斜齿柱齿轮线切割机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三轴数控斜齿柱齿轮切割机，包括机头、床身和工作台，床身上设有向径导轨，向径导轨通过丝杠连接向径电机，向径导轨上方设有机头座，机头座上设有机头蜗轮，机头蜗轮和机头电机通过机头蜗杆连接，机头座上设有切割机线架，切割机线架上设有切割线，向径电机带动机头沿机床向径导轨移动；工作台上设有工作台蜗轮、工作台蜗轮和工作台电机通过工作台蜗杆连接，工作台上方设有工件齿轮。本发明采用极坐标控制，以工件齿轮的半径Rκ为向径，啮合ακ为极角，并设置了切割线绕水平轴可调斜角β，同时设置机头转角α2＝ακ。本发明实现了斜齿圆柱外齿轮和斜齿圆内齿轮的加工，同时还可实现用小尺寸的机床加工特大尺寸的齿轮。

Description

三轴数控斜齿柱齿轮线切割机
技术领域
本发明涉及一种三轴数控斜齿柱齿轮线切割机，用于齿轮加工，属于机械制造工程技术领域。
背景技术
众所周知数控切割机加工齿轮，比传统工艺滚齿插齿灵活，不用复杂刀具齿轮滚刀和插齿刀，并能实现淬火后加工，避免热处理变形和表面微裂，同时其切削量是齿面的面积，切下整块齿沟金属，而不像滚齿插扦齿加工，把整块沟齿金属都切成铁屑。因此能耗较少，当齿轮模数较大时，加工费用比较低，加工切削力很小，机床刚性很易满足。尽管数控切割加工齿轮有以上优点，但目前现有技术的数控切割机用作齿轮加工受到局限，这因为现有技术切割机是直角坐标，两轴联动控制，平面直角两轴控制不能加工斜齿柱齿，而斜齿柱齿又是在工业中常用的。不能加工斜齿柱齿轮，就不能说是完全的柱齿轮加工机床。而且现有技术的线切割机是以工作台的前后左右移动来实现坐标移动的，工作台的导轨长度必须大于二倍工件直径的尺寸，机床活动的面积范围是两倍工件直径的平方以上，尺寸大的齿轮很难实现加工，加工5米直径的风电偏航齿轮，机床的活动的面积要求100平方米以上，实现这种齿轮的加工几乎不可能。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种采用极坐标三轴控制的三轴数控斜齿柱齿轮线切割机。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种三轴数控斜齿柱齿轮切割机，包括机头、床身和工作台，其特征是：所述床身上设有径向导轨，径向导轨通过丝杠连接向径电机，径向导轨上方设有机头座，机头座上设有机头蜗轮，机头蜗轮和机头电机通过机头蜗杆连接，机头座上设有切割机线架，切割机线架上设有切割线，向径电机带动机头沿机床径向导轨移动；工作台上设有工作台蜗轮、工作台蜗轮和工作台电机通过工作台蜗杆连接，工作台上方设有工件齿轮。
所述的三轴数控斜齿柱齿轮切割机，其特征是：以极坐标原理控制，机头座沿径向导轨运动实现向径，工作台转角实现极角，所述向径电机、工作台电机与数控系统连接按公式                                                联动控制。
机头实现了机头转角实现了工件啮合点法向量转角，所述工作台电机和机头电机与数控系统连接按公式联动控制。
所述切割机线架可绕轴转动调整角实现斜齿轮斜角，即螺旋角。
本发明三轴数控斜齿柱齿轮切割机采用极坐标三轴控制，工件齿轮的渐开线齿形的发生点的啮合角为极坐标的极角，而该点的啮合半径为极坐标的向经，对于一定的工件齿轮，其渐开线基圆半径已定，根据渐开线齿轮啮合理论，齿轮的基圆半径与其啮合半径之比是齿轮啮角的余弦。以为变量改变，发生点K在齿轮径向运动就成标准的渐开线齿形。而机床直线移动只需在件齿轮全齿高范围移动即可，加工标准内最大模数M=50的齿轮也只需移动112.5毫米、加上直径5米的风电偏航齿轮的机床面积也只需30平方米以内，从而实现大尺寸齿轮的加工问题。
斜齿轮是空间啮合，切割线是发生面上一根线，把这根线调整成齿轮斜角即螺旋，随着的变化，发生面贴着基圆柱无滑动的滚动一个角度是啮合点法向量的转角，也是工件齿轮齿形的发生平面在啮合点与半径的交角，实施的是机头转角。这是采用三轴联动实现斜齿轮加工的原理。斜角也是个变量，因此机床是四轴，但轴只是调整而不参与联动，因此机床是、 和三轴联动的。当等于零，则也等于零，这是加工圆柱直齿正齿轮、系统只和两轴联动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：实现了斜齿圆柱外齿轮和斜齿圆内齿轮的加工，同时还可实现用小尺寸的机床加工特大尺寸的齿轮。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图1为本发明三轴数控斜齿柱齿轮线切割机的原理示意图；
附图2为附图1的俯视图；
附图3为本发明三轴数控斜齿柱齿轮线切割机加工外齿轮示意图；
附图4为本发明三轴数控斜齿柱齿轮线切割机加工内齿轮示意图；
图中，1-丝杠，2-床身，3-向径电机，4-径向导轨，5-机头座，6-机头蜗杆，7-机头蜗轮，8-机头，9-切割机线架，10-切割线，11-工作齿轮，12-工作台，13-工作台蜗轮，14-工作台蜗杆，15-工作台电机，16-机头电机，-切割线架转角，-机头中心座标，-机头转角，-水平轴，-工作台中心座标，-工作台转角，-齿沟前侧齿顶啮合点，-齿沟前侧齿根啮合点，-齿沟后侧齿顶啮合点，-齿沟后侧齿跟啮合点，-相邻齿沟前侧齿顶啮合点，-基圆半径，K-啮合点， -啮合点半径，-外圆半径，-啮合根圆半径， -齿根圆半径。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步说明。附图是本发明的具体实施例。该实施例为一种三轴数控斜齿柱齿轮切割机，包括机头8、床身2和工作台12，其特征是：所述床身2上设有径向导轨4，径向导轨4通过丝杠1连接向径电机3，径向导轨4上方设有机头座5，机头座5上设有机头蜗轮7，机头蜗轮7和机头电机16通过机头蜗杆6连接，机头座5上设有切割机线架9，切割机线架9上设有切割线10，向径电机3带动机头座5沿机床径向导轨4移动；工作台12上设有工作台蜗轮13、工作台蜗轮13和工作台电机15通过工作台蜗杆14连接，工作台12上方设有工件齿轮11。
本发明三轴数控斜齿柱齿轮切割机，以极坐标原理控制，机头8沿径向导轨4运动实现向径，工作台12转角实现极角，所述向径电机3、工作台电机15与数控系统连接按公式联动控制。机头实现了机头转角实现了工件啮合点法向量转角，所述工作台电机15和机头电机16与数控系统连接按公式联动控制。所述切割机线架9可绕轴转动调整角实现斜齿轮斜角，即螺旋角。
附图1是本发明三轴数控斜齿柱齿切割机实施例示意图，由床身2、机头座5和工作台10组成，床身2上的径向导轨4由向径电机3驱动丝杠1，带着机头5沿机床径向导轨4移动，也就实现了向径的变量。工作台中心垂直座标，当工作台电机15驱动工作台蜗杆14传动工作台蜗轮13，带着工作台12绕转动实现了极角的变量，向径和极角，由数控系统连接向径电机3和工作台电机15按以下公式联动控制：
=-------------------------------------1
机头座5下连径向导轨4、上连机头8，机头座5上机头中心座标，机头电机16驱动机头蜗杆6传动机头蜗轮7带着机头8，当机头8绕机头座中心座标转动时实现了啮合点法向量的转角即机头转角，由数控系统连接工作台电机15和机头电机16按以下公式联动控制：
=------------------------------------------2
设定切割线架9可绕轴转动，是根据工件齿的斜角，（也称螺旋角）进行调整而不参与联动。
公式中：是柱齿轮的啮合半径，是柱齿轮的啮合角即工件齿轮8绕工作台10中心轴的转角，是齿面啮合点法线向量的转角，即是切割线架2绕机头转轴的转角，称机头转角。
附图3和附图4是本发明三轴数控斜齿柱齿线切割机加工外圆柱和内圆柱齿轮的示意图，切齿从齿顶圆的齿沟前侧齿顶啮合点开始，完成齿沟前侧的齿形到齿根啮合点，扦补齿根曲线函数，完成齿根曲线到了齿沟后齿侧齿根啮合点，进入后齿侧齿形线的加工到齿沟后齿侧齿顶圆的啮合点，直线坐标达到齿顶圆半径，一般情况齿轮的齿顶圆是车成的，所以要多走出超越量再走到下一个相邻的齿沟前侧的齿顶啮合点，开始下一个齿沟的加工。

Claims (3)

1.一种三轴数控斜齿柱齿轮切割机，包括机头（8）、床身（2）和工作台（12），其特征是：所述床身（2）上设有径向导轨（4），径向导轨（4）通过丝杠（1）连接向径电机（3），径向导轨（4）上方设有机头座（5），机头座（5）上设有机头蜗轮（7），机头蜗轮（7）和机头电机（16）通过机头蜗杆（6）连接，机头座（5）上设有切割机线架（9），切割机线架（9）上设有切割线（10），向径电机（3）带动机头座（5）沿机床径向导轨（4）移动；工作台（12）上设有工作台蜗轮（13），工作台蜗轮（13）和工作台电机（15）通过工作台蜗杆（14）连接，工作台（12）上方设有工件齿轮（11），以极坐标原理控制，机头（8）沿径向导轨（4）运动实现向径                                                ，工作台（12）转角实现极角，所述向径电机（3）、工作台电机（15）与数控系统连接按公式联动控制。
2.根据权利要求1所述的三轴数控斜齿柱齿轮切割机，其特征是：机头转角实现了工件啮合点法向量转角，所述工作台电机（15）和机头电机（16）与数控系统连接按公式联动控制。
3.根据权利要求1所述的三轴数控斜齿柱齿轮切割机，其特征是：所述切割机线架（9）可绕轴转动调整角实现斜齿轮斜角，即螺旋角。
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Address before: 511430 1402 room 1402, No. 383 office building, North 383 Panyu Avenue, Panyu District South Village, Panyu District, Guangdong

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Assignee: Guangdong Rongtong Financial Leasing Co.,Ltd.

Assignor: DONGGUAN XINGHUO GEAR CO.,LTD.

Contract record no.: X2023980042465

Denomination of invention: Three axis CNC helical cylindrical gear wire cutting machine

Granted publication date: 20141217

License type: Exclusive License

Record date: 20230922

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Denomination of invention: Three axis CNC helical cylindrical gear wire cutting machine

Effective date of registration: 20230926

Granted publication date: 20141217

Pledgee: Guangdong Rongtong Financial Leasing Co.,Ltd.

Pledgor: DONGGUAN XINGHUO GEAR CO.,LTD.

Registration number: Y2023980059075

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