CN104308540B - 一体式齿/蜗轮加工装置及齿/蜗轮的一体式加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及齿/蜗轮的生产技术领域，更具体的说涉及齿/蜗轮的生产装置及相应的齿/蜗轮加工方法，包括机架(100)，在所述的机架(100)上设有动力装置、车刀(700)、夹具(800)和控制系统，其特征在于：在所述的机架(100)上还设有铣刀(300)以及向所述铣刀(300)传输动力的传动机构(310)，不需要占用太大的空间即可同时在同一设备处完成切削、铣齿的加工过程，本发明中的齿轮的一体式加工方法极大的提高了齿轮生产加工的效率，从而降低了齿轮的制作成本。

Description

一体式齿/蜗轮加工装置及齿/蜗轮的一体式加工方法

技术领域

本发明涉及齿轮及蜗轮的生产技术领域，更具体的说涉及齿/蜗轮的生产装置及相应的齿/蜗轮加工方法。

背景技术

齿轮是轮缘上有齿能连续啮合传递运动和动力的机械元件，齿轮是能互相啮合的有齿的机械零件，齿轮在传动中的应用很早便已经出现，具有很早的应用历史。由于齿轮应用十分广泛，发展到今天，齿轮的种类越来越多，按齿廓曲线可分为渐开线齿轮、摆线齿轮、圆弧齿轮等。按外形可分为圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、齿条、蜗杆-蜗轮等；按轮齿所在的表面可分为外齿轮和内齿轮；按齿线形状可分为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮等。按制造方法可分为铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮等。

不同种类的齿轮对应不同的加工方法，现有的齿轮加工方法一般应包括以下内容：齿轮毛坯加工、齿面加工、热处理工艺及齿面的精加工。传统的齿轮加工工艺中，冷加工阶段的各个加工步骤均为分开的，例如传统的加工工艺均是在车床上加工毛坯，之后将车削后的半成品，送入下一道工序，即放到滚齿机上进行滚齿加工(或剃齿加工)，从生产车间的布局来看，从车床到滚齿机或剃齿机之间往往会有一定距离，这样以来，对于传统的生产工艺，操作人员在工作时通常采取一次性加工到一定数量，之后将车削过的毛坯件送至滚齿机或剃齿机处由相应的工作人员再进行齿形的加工，两道工序之间的衔接性很差，若齿形加工处的工作人员发现将要加工的毛坯件尺寸不合格，需要再返回至车床工序进行矫正或者作废处理，这便极大的增加了齿轮加工过程的复杂程度，而且这种分工序的、需要在不同工位处进行加工的过程也会导致齿轮的生产效率变低，同时，车床和滚齿机或剃齿机等设备售价很高，这也会直接导致所加工出的齿轮成本过高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种成本低廉、生产效率高的一体式齿/蜗轮加工装置，以及生产工艺流程更为简洁齿轮的一体式加工方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一体式齿/蜗轮加工装置，包括机架，在所述的机架上设有动力装置、车刀、夹具和控制系统，在所述的机架上还设有铣刀以及向所述铣刀传输动力的传动机构。

对于本发明中的一体式齿/蜗轮加工装置，作为进一步的设置方案，在所述的机架上设有多把所述的车刀。

对于本发明中的一体式齿/蜗轮加工装置，作为对车刀、铣刀等部件的位置关系的限定，所述的多把车刀在所述的夹具周围分布，所述的铣刀设置在所述机架靠近所述夹具的位置，所述的车刀以及所述的铣刀在所述控制系统的控制下伸缩，实现切削、回位动作；在所述的机架上还设有定位轴，所述的定位轴与所述的夹具以相对的方位设置。

本发明中的一体式齿/蜗轮加工装置，在所述的机架上还设有向所述传动机构传递动力的变速机构，所述的变速机构包括减速机，主传动轴，以及设置在所述主传动轴上的第一输出齿轮和第二输出齿轮，在靠近所述第一输出齿轮的位置设有第一离合器，在靠近所述第二输出齿轮的位置设有第二离合器；所述的减速机由所述的电机带动运转，在所述的电机的主轴上装有电机输出齿轮，在所述的减速机的输出轴上装有减速机输出齿轮，所述的第一输出齿轮能够在所述的第一离合器的控制下与所述的电机输出齿轮啮合/脱离，所述的第二输出齿轮能够在所述第二离合器的控制下与所述的减速机输出齿轮啮合/脱离。

对于本发明中的一体式齿/蜗轮加工装置，作为传动机构的一种可选方案，所述的传动机构包括多个相互啮合的齿轮，将所述动力装置的动力传输至所述的铣刀，而且，在所述的变速机构与所述的传动机构之间还设有万向节。

对于本发明中的一体式齿/蜗轮加工装置，作为传动机构的一种可选方案，所述的传动机构为链条链轮。

对于本发明中的一体式齿/蜗轮加工装置，所述的铣刀设置在铣刀座上，所述的车刀设置在车刀架上。

使用本发明中的一体式齿/蜗轮加工装置对齿/蜗轮的一体式加工方法，使用一体式齿/蜗轮加工装置，包括以下步骤：

S1、设置切削参数，将齿坯安装到一体式齿/蜗轮加工装置的夹具处，进行切削加工，得尺寸合格的毛坯件；

S2、控制系统控制变速机构的第一离合器使主传动轴上的第一传动齿轮与电机输出齿轮脱离，控制第二离合器使主传动轴上的第二传动齿轮与减速机输出齿轮啮合，使得铣刀在动力装置的带动下开始运转，进行铣齿加工；

S3、铣齿过程结束，得尺寸合格的产品。

对于本发明中的齿/蜗轮的一体式加工方法，在所述的步骤S1中，当切削过程结束后，测量切削所得毛坯件若尺寸合格则进行下一道工序，若尺寸不合格则调整切削参数重新进行切削或者放入废料箱。

使用本发明一体式齿/蜗轮加工装置及齿/蜗轮的一体式加工方法具有以下有益效果：由于在车床机架上安装了铣齿座和减速传动机构，采用电机作为统一动力源，在正常车削工作时，电机带动控制车刀进行切削加工，当车削加工过程结束后，控制第一离合器使第一输出齿轮与电机输出齿轮脱离，同时控制第二离合器使得第二输出齿轮与减速机输出齿轮啮合，从而将电机的转速降低，并最终将动力通过万向节传送至铣齿座处，带动铣刀进行铣齿工作；这种一体式的齿轮加工装置降低了设备的生产成本，不必再像传统的车床与剃齿机或滚齿机分开式的大型设备，不需要占用太大的空间即可同时在同一设备处完成切削、铣齿的加工过程，而且，本发明中的齿轮的一体式加工方法极大的提高了齿轮生产加工的效率，从而降低了齿轮的制作成本。

附图说明

图1为现有技术中的一种车床的整体结构示意图；

图2为本发明提供的一体式齿/蜗轮加工装置的整体结构示意图；

图3为本发明提供的一体式齿/蜗轮加工装置的车刀、铣刀、夹具以及定位轴的位置关系的正视图；

图4为本发明提供的一体式齿/蜗轮加工装置的车刀、铣刀、夹具以及定位轴的位置关系的侧视图；

图5为本发明提供的一体式齿/蜗轮加工装置的传动机构的结构示意图；

图6为本发明中的齿/蜗轮的一体式加工方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

传统的车床一般包括机架、车刀、夹具、动力装置、控制系统等，在工作时，待加工的毛坯件放置在夹具中，启动开关后车刀对毛坯件进行切削加工，直到达到标准停止加工，将加工好的毛坯件取下，对于不同的车床，其车刀、传动机构、控制系统等虽然各有差异，但这些差异均为本领域技术人员所熟知，故本发明中不再详细阐述。由于本发明中的改进点可以适用于各种不同型号的车床、机床，但由于车床型号、类型不同，在具体使用安装时，针对各种车床相适应性的改进，属于本领域技术人员所应当具有的常规能力。本发明中，将不再对现有的各种车床做相应实施例的描述。

图1为现有技术中的一种卧式机械传动自动化车床，其可以用于加工蜗轮，以此为例，其主要部件有送料装置1，可以将长杆状的毛坯件送入到车床的车刀处，并在夹具的夹持下固定，在主轴2的带动下旋转，然后第一车刀部分3和第二车刀7按控制系统6的设定程序进行切削动作，动力装置5提供动力，带动主轴2旋转，双轴传动机构4完成动力的传输。

以图1中给出的自动车床为基础，将本发明中的改进点作为本发明中的一体式齿/蜗轮加工装置的实施例，改进后的整体结构示意图如图2所示，一体式齿/蜗轮加工装置，包括机架100，在机架100上设有动力装置、车刀700，夹具800和控制系统，如图所示，车刀700为多把车刀，在夹具800周围分布，在机架100上，靠近夹具800的位置设有铣刀300，铣刀300在传动机构的带动下运转，并接受控制系统的控制。在夹具800的对面设有定位轴，加工时，坯料一端由夹具800夹持，在坯料向前输送过程中，其前端顶紧在定位轴处，夹具800在动力装置的带动下旋转，控制系统控制车刀700伸缩，对坯料进行车削加工，当切削加工完成后，控制系统按照设定的程序，控制铣刀300对车削加工后的坯料进行铣齿，铣完之后即完成一体式加工。对于该自动车床，其可以采用长杆状的坯料制作蜗轮，故在车削加工、铣齿加工完成后，可在设定的程序控制下将将坯料铣完齿的部分切削下来，即可得初步加工后的零件，最后对其进行剃齿或去毛边等处理后即得成品。

如图2所示的，动力装置可选用电机210，电机210通过传动件500带动夹具800运转，在机架100上还设有传动轴600，传动轴600同样由电机210带动，在传动轴600上装有换向器，万向节400一端接在换向器(图中未示出)上，另一端接在传动机构上，电机210的动力经传动轴、换向器、万向节、传动机构最终传输至铣刀300处，带动铣刀300运转，使其对车削后的毛坯件进行铣齿加工。

图3为本发明中提供的一体式齿/蜗轮加工装置中的车刀、铣刀、夹具以及定位轴的位置关系的正视图，如图所示，夹具800与定位轴900相对设置，坯料在夹具800中被夹紧，端部顶在定位轴900上，车刀700的以图中所示的位置，围绕夹具800分布，其刀头能够在车刀架的伸缩下到夹具800和定位轴900之间，对夹在夹具800与定位轴900之间的坯料进行车削加工，在夹具800旁边设有铣刀300，铣刀300卡在铣刀座上，铣刀座与传动机构310连接，传动机构310将一体式齿/蜗轮加工装置的动力装置的动力传输至铣刀300，带动铣刀300进行运转，对坯料进行铣齿加工。在应用时，将铣刀座固定在一个可伸缩的机械臂上，机械臂可在控制系统的作用下伸缩，带动铣刀300对夹在夹具800和定位轴900之间的坯料进行铣齿加工；当然，也可将传动机构310整体设置成可移动式的，使其能够向坯料方向移动。

图4为本发明中提供的一体式齿/蜗轮加工装置中的车刀、铣刀、夹具以及定位轴的位置关系的侧视图，如图所示，夹具800与定位轴900相对设置，二者之间有一定的距离，长杆状坯料从夹具800中穿出，并顶紧在定位轴900上，一般情况下，定位轴900是可移动的，其移动方向为朝向夹具800以及远离夹具800，当坯料从夹具800中伸出，定位轴900朝向夹具800方向移动，将坯料顶紧在夹具800和定位轴900之间，即可对坯料进行车削或铣齿等加工；车刀700设置在上方，多数情况下，车刀安装在车刀架上，并在车刀架的带动下向下走刀，直到车刀的刀头接触坯料对其进行车削加工，车刀700可设置多把，选用不同型号、不同切削类型的车刀，可依次对坯料进行车外圆、车前端等，在定位轴900处还可以设置能够钻孔的钻头或者车刀，对坯料进行钻孔；当车削加工完成后，车刀700在车刀架的带动下收缩至夹具800上方，控制系统控制铣刀300运转，并将其移动至卡在夹具800和定位轴900之间的坯料处，开始对坯料进行铣齿加工。铣齿工艺结束后，控制系统带动铣刀300返回原位。

在加工过程中，当进行车削工艺时，动力装置带动夹具800高速旋转，车刀700沿坯料的表面或端面进行车削加工，当车削工艺结束后需进行铣齿工艺时，动力装置降低夹具800的转速，与此同时，动力装置带动铣刀300运转，并使其移动至坯料处，对坯料进行铣齿加工，在改变夹具800转速、以及带动铣刀300运转时，需要相应的调整(一般情况下铣齿的转速较低)夹具800和铣刀300的转速，在本发明中，还将提供一种变速机构200，其位于机架100内部，用于调整夹具800和铣刀300的转速，其结构示意图如图5所示，变速机构200包括减速机211，电机210带动减速机211运转(可将电机210的输出轴的一端伸入到减速机中带动其运转)，电机210的主轴上装有电机输出齿轮206，减速机211的输出轴上装有减速机输出齿轮207，机架100上还设有轴承座(图中未标示)和主传动轴201，轴承座中装有轴承(图中未标示)，主传动轴201穿过轴承的内圈，通过轴承固定在轴承座上，轴承座固定在机架100上；在主传动轴201上设有两组齿轮，分别为第一输出齿轮203和第二输出齿轮205，这里的第一输出齿轮203和第二输出齿轮205均为多个大小不同的齿轮，其中，第一输出齿轮203上的齿轮能够在控制调整下与电机输出齿轮206啮合，可在调整下选择不同大小的齿轮与电机输出齿轮206啮合，以控制调整电机210的输出转速，将电机210的动力通过主传动轴201传输出去，同样的，第二输出齿轮205上的齿轮能够在控制调整下与减速机211的输出轴上的减速机输出齿轮207啮合，可在调整下选择不同大小的齿轮与减速机输出轴207啮合，以改变减速机输出转数，从而调整主传动轴201的转速。

正常切削工艺进行过程中，主轴201接受电机210的动力带动车刀运行进行切削动作，以切削所需速度转动，当切削过程完成，主轴201接受减速机211的动力，以相对较低的转动速度带动铣刀运转，主轴201的动力来源可由离合器控制。

如图5所示，在靠近第一输出齿轮203的位置设有第一离合器202，用于调整第一输出齿轮203上的齿轮与电机输出齿轮206啮合或脱离，从而调整主传动轴201的转速或者使其脱离与电机输出齿轮206的啮合，实现对电机210的输出转速的调整，在靠近第二输出齿轮205的位置设有第二离合器204，用于调整第二输出齿轮205上的齿轮与减速机输出齿轮207相应的啮合或脱离，调整主传动轴的转速；通过第一离合器202和第二离合器204的协同作用，可使得主传动轴201上的第一输出齿轮203上的齿轮相应的与电机输出齿轮206啮合，同时第二输出齿轮205与减速机输出齿轮207脱离，此时，主传动轴201由电机210提供动力运转；或者，调整使得主传动轴201上的第一输出齿轮203与电机输出齿轮206脱离，同时使第二输出齿轮205上的齿轮与减速机输出齿轮207啮合，此时主传动轴201由减速机211提供动力运转，且转速得以下降，一来由其带动的夹具的转速下降，便于铣刀进行铣齿加工，二来铣刀在较低的转速下便于铣齿加工。

对于主轴201带动车刀运转的方式，可选用常规的传动方式，例如齿轮传动、皮带传动、链轮传动等，现有的技术能够容易的解决；主轴201带动铣刀的传动方式，可选用以下方案：如图5中所示的，在机架100上设有换向器(图中未标示)，换向器上设有铣齿传动轴600，在铣齿传动轴600上设有能够与主轴201上的第一输出齿轮相啮合的齿轮，万向节一端固定在换向器上，另一端固定在传动机构上，作为动力传输枢纽，完成电机210的动力向铣刀的传输，带动铣刀进行转动。

在机架100上还设有控制系统，用于控制电机210、减速机211以及第一离合器202、第二离合器204，使得电机210和减速机211能够在人工控制下运转或停止，并使得第一离合器202在控制系统的操控下控制第一输出齿轮203与电机输出齿轮206啮合或脱离，使第二离合器204在控制系统的操控下控制第二输出齿轮205相应的与减速机输出齿轮啮合或脱离，即通过控制系统即可实现对电机210的降速。

在本发明中，第一输出齿轮203和第二输出齿轮205可以是一个单独的齿轮，但也可以设置成具有多个大小不同的齿轮的齿轮组，采用具有多个大小不同齿轮的齿轮组的设置能够使得电机210输出转速的调节更为精细、准确，获得更宽的适用范围。

本发明一体式齿/蜗轮加工装置在使用过程中，首先将毛坯件放置到机架100上的夹具处，调整定位轴将毛坯件固定，之后调整控制系统设定加工参数后，开启启动开关开始对毛坯件进行车削加工，等设定程序加工过程结束，取下经过车削加工的毛坯件，测量车削加工后的毛坯件的尺寸是否合格，若不合格，将其重新加工或放入废料箱，同时开启减速传动机构，降低电机210的输出转速，使其在低转速下带动铣刀对车削后的毛坯件进行铣齿加工，待铣齿过程结束，取出零件进行尺寸测量，尺寸不合格的进行二次加工或丢弃至废料箱，之后将合格的零件送入下一道程序。

本发明中，齿轮的一体式加工方法，如图6所示，使用一体式齿/蜗轮加工装置，包括以下步骤：

S1、将齿坯安装到一体式齿/蜗轮加工装置的夹具上，调整控制系统设置切削参数，进行车削加工；

S2、车削加工结束后，取下车削后的毛坯件进行尺寸测量，若车削后的尺寸复合要求，则进行下一步工序，若不合格，重新进行车削加工直到切削尺寸达到要求或者将其放入废料箱中；

S3、通过控制系统调整变速机构200，使其第一离合器202使得第一输出齿轮203与电机输出齿轮206脱离，同时调整第二离合器204使得第二输出齿轮205与减速机输出齿轮207啮合，使得电机210通过减速机211输出动力，带动铣刀300运转，对车削后的齿坯进行铣齿加工；

S4、铣齿过程结束后，取下产品，进行尺寸测量，若尺寸合格则完成加工过程；若尺寸不合格则重新进行铣齿加工直到符合尺寸要求或者放入废料箱。

需要特别声明的是，本发明的技术点还可应用到其它车床上，例如：半自动化卧式车床、立式车床、加工中心等等，由于现有的车床种类过多，在此不再一一列举，在应用时只需根据各个车床的结构，将本发明中的铣刀、传动机构以及变速机构与相应的车床进行常规变换连接即可，这些需进行变换连接的技术点属于本领域技术人员能够根据常规技术水平即可实现的，故本发明不再对各种车床做相应实施例的介绍，但根据本发明的技术点在其它车床上的应用明显属于本发明的实施方式，属于本发明的保护范围。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一体式齿/蜗轮加工装置，包括机架(100)，在所述的机架(100)上设有动力装置、车刀(700)、夹具(800)和控制系统，其特征在于：在所述的机架(100)上还设有铣刀(300)以及向所述铣刀(300)传输动力的传动机构(310)；

在所述的机架(100)上还设有向所述传动机构传递动力的变速机构(200)，所述的变速机构包括减速机(211)，主传动轴(201)，以及设置在所述主传动轴(201)上的第一输出齿轮(203)和第二输出齿轮(205)，在靠近所述第一输出齿轮(203)的位置设有第一离合器(202)，在靠近所述第二输出齿轮(205)的位置设有第二离合器(204)；所述的减速机(211)由电机(210)带动运转，在所述的电机(210)的主轴上装有电机输出齿轮(206)，在所述的减速机(211)的输出轴上装有减速机输出齿轮(207)，所述的第一输出齿轮(203)能够在所述的第一离合器(202)的控制下与所述的电机输出齿轮(206)啮合/脱离，所述的第二输出齿轮(205)能够在所述第二离合器(204)的控制下与所述的减速机输出齿轮(207)啮合/脱离。

2.根据权利要求1所述的一体式齿/蜗轮加工装置，其特征在于：在所述的机架(100)上设有多把所述的车刀(700)。

3.根据权利要求2所述的一体式齿/蜗轮加工装置，其特征在于：所述的多把车刀(700)在所述的夹具(800)周围分布，所述的铣刀(300)设置在所述机架(100)上靠近所述夹具(800)的位置，所述的车刀(700)以及所述的铣刀(300)在所述控制系统的控制下伸、缩，实现切削、回位动作；在所述的机架(100)上还设有定位轴(900)，所述的定位轴(900)与所述的夹具(800)以相对的方位设置。

4.根据权利要求1所述的一体式齿/蜗轮加工装置，其特征在于：所述的传动机构(310)包括多个相互啮合的齿轮，将所述动力装置的动力传输至所述的铣刀。

5.根据权利要求4所述的一体式齿/蜗轮加工装置，其特征在于：在所 述的变速机构与所述的传动机构(310)之间还设有万向节(400)。

6.根据权利要求1所述的一体式齿/蜗轮加工装置，其特征在于：所述的传动机构(310)为链条链轮。

7.根据权利要求1所述的一体式齿/蜗轮加工装置，其特征在于：所述的铣刀(300)设置在铣刀座上，所述的车刀(700)设置在车刀架上。