CN104889504A - 一种五轴联动卧式斜齿非圆齿轮滚齿加工机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种五轴联动卧式斜齿非圆齿轮滚齿加工机床，其特征在于，包括底座，所述的底座上设有第一支撑结构和第二支撑结构，所述的第一支撑结构和第二支撑结构中的至少一个的高度可调节，所述的第一支撑结构上设有用于将非圆齿坯加工成斜齿非圆齿轮的滚刀装置，所述的第二支撑结构上设有回转台，回转台上设有工作装置，所述的非圆齿坯设于所述的工作装置上。本发明通过设置同步运作的滚刀装置和工作装置之间的夹角，和机床运转时两个装置之间的垂直距离，使安装在工作装置上的非圆齿坯切割成为斜齿轮，该种机床加工效率高且精度高。

Description

一种五轴联动卧式斜齿非圆齿轮滚齿加工机床

技术领域

本发明涉及一种滚齿加工齿轮机床，尤其涉及一种五轴联动卧式斜齿非圆齿轮齿加工机床。

背景技术

作为变速传动机构，非圆齿轮的种类较多、形状复杂，这势必给制造带来一定的难度。目前，比较成熟的是直齿非圆齿轮加工方法，主要有以下几种：

1、靠模法。这种加工方法保证了刀具在匀速旋转的条件下，齿轮坯节曲线上的每一点在切削过程中的瞬时线速度是相等的，从而使齿轮坯的瞬时角速度和齿轮坯与非圆滚轮的中心距按一定的规律变化。采用这种方法，应预先制造出相应的凸轮作为靠模，或用非圆齿轮本身作为靠模来加工非圆齿轮。

2、近似切齿法。在非圆齿轮发展的初始阶段，数控技术还没有得到广泛的应用，并且非圆齿轮的生产量较小，不适宜设计一台专用加工设备。在这种情况下，通常是在万能设备上，用近似切齿法加工非圆齿轮，但这种加工精度不高，齿形不准确。

3、在数控机床上加工非圆齿轮，但是由于没有高效、精确的加工方法，影响了非圆齿轮的推广使用，目前在直齿非圆齿轮主要加工方式有数控插齿、数控铣齿、数控滚齿。

4、目前国内加工非圆齿轮应用最广的是线切割，此种方法比较适合小批量生产直齿非圆齿轮，单线切割不适用加工斜齿非圆齿轮。

然而，随着非圆齿轮应用的推广，非圆齿轮的需求量也日益增多，特别是随着数控技术与伺服电机性能的提高与发展，使得能够研制出加工具有优良传动性能的非圆斜齿轮的五轴联动非圆斜齿轮加工机床成为下一个目标。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供了一种五轴联动卧式斜齿非圆齿轮齿加工机床，该机床通过设置同步运作的滚刀装置以及工作装置之间的夹角β，使安装在工作装置上的非圆齿坯加工成为斜齿轮，该种机床采用机电一体化，使结构布局简单。

为了实现上述目的，本发明提供了一种五轴联动卧式斜齿非圆齿轮滚齿加工机床，其特征在于，包括底座，所述的底座上设有第一支撑结构和第二支撑结构，所述的第一支撑结构和第二支撑结构中的至少一个的高度可调节，所述的第一支撑结构上设有用于将非圆齿坯加工成斜齿非圆齿轮的滚刀装置，所述的第二支撑结构上设有回转台，回转台上设有工作装置，所述的非圆齿坯设于所述的工作装置上。

优选地，所述的底座包括水平X向轨道与水平Z向轨道，水平Z向轨道设于水平X向轨道的一侧，所述的第一支撑结构设于水平Z向轨道上并可沿水平Z向轨道往复运动，所述的第二支撑结构设于水平X向轨道上并可沿水平X向轨道往复运动。

更优选地，所述的水平X向轨道与水平Z向轨道相互垂直，构成T形结构或“十”字形结构。

更优选地，所述的底座的水平Z向轨道中设置有滚珠丝杠，所述的第一支撑结构设于水平Z向轨道的滚珠丝杠上，水平Z向轨道的一端设有第三伺服电机，第三伺服电机通过弹性联轴器与水平Z向轨道中的滚珠丝杠相联接，以驱动滚珠丝杠的旋转，使第一支撑结构沿水平Z向轨道做往复运动。

更优选地，所述的水平X向轨道中设置有滚珠丝杠，所述的第二支撑结构设于水平X向轨道的滚珠丝杠上，水平X向轨道的一端安装有第四伺服电机，第四伺服电机通过弹性联轴器与水平X向轨道中的滚珠丝杠相联接，以驱动滚珠丝杠的旋转，使第二支撑结构沿水平X向轨道做往复运动。

优选地，所述的滚刀装置包括滚刀轴、第一减速电机、滚刀、第一联轴器和顶板，所述的滚刀轴和第一减速电机设于顶板的下侧，滚刀轴和第一减速电机通过第一联轴器相连，滚刀设于滚刀轴上，顶板固定在第一支撑结构上，滚刀设于工作装置的上方。

优选地，所述的工作装置包括工作轴、第二减速电机和底板，所述的工作轴和第二减速电机设于底板上，工作轴和第二减速电机通过第二联轴器相连，底板固定于回转台上，所述的非圆齿坯设于工作轴上并可随工作轴转动。

优选地，所述的回转台包括相互啮合的涡轮与蜗杆，蜗杆的一端设置有可转动蜗杆的手柄，工作装置固定在涡轮中部并可随涡轮的转动而转动。

优选地，所述的第一支撑结构为立柱，第二支撑结构为高度可调节的升降台(6)。

更优选地，所述的升降台可在竖直方向往复运动。

更优选地，所述的升降台包括外层结构和内层结构，外层结构设于底座上，内层结构可相对于外层结构在竖直方向往复运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)在水平面内，滚刀装置所在平面与工作装置所在平面为两互相平行的平面，通过升降台调节两平面之间的垂直距离，使滚刀装置上的滚刀切割非圆齿坯的非圆外形时更精准；

(2)该安装有非圆齿坯的工作装置安装在回转台上，因此在加工时可以调节非圆齿坯的广义螺旋角β。

(3)平行于X方向轨道的竖直平面内，回转台中过三重合轴线的平面与垂直于滚刀轴线的平面为两互相平行的平面。机床运行时通过立柱的往复运动调节两平面之间的水平距离，这样避开了非圆齿坯的切削极点，因此可用同一把滚刀加工不同长度的非圆齿轮。

附图说明

图1为五轴联动卧式斜齿非圆齿轮滚齿加工机床的结构示意图；

图2为图1中底座的结构示意图；

图3为图1中立柱的结构示意图；

图4为图1中滚刀装置的结构示意图；

图5为图1中工作装置的结构示意图；

图6为图1中回转台的结构示意图；

图7为图1中伸缩缸的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例

参见附图1，为五轴联动卧式斜齿非圆齿轮滚齿加工机床的结构示意图，所述的五轴联动卧式斜齿非圆齿轮滚齿加工机床包括底座1、立柱2(第一支撑结构)、滚刀装置3、工作装置4、回转台5和升降台6(第二支撑结构)，所述的立柱2上设有用于将非圆齿坯44加工成斜齿非圆齿轮的滚刀装置3，滚刀装置3的一端固定安装在立柱2的顶部，滚刀装置3的另一端向工作装置4伸出。所述的升降台6上设有回转台5，回转台5上设有工作装置4，所述的非圆齿坯44设于所述的工作装置4上。

参见附图2，所述的底座1包括水平X向轨道11与水平Z向轨道12，水平Z向轨道12设于水平X向轨道11的一侧，所述的水平X向轨道11与水平Z向轨道12相互垂直，构成T形结构。所述的底座的水平Z向轨道12中设置有滚珠丝杠，水平Z向轨道12的一端安装有第三伺服电机，第三伺服电机通过弹性联轴器与水平Z向轨道12中的滚珠丝杠相联接，以驱动滚珠丝杠的旋转，使底部安装在滚珠丝杠上的立柱2做往复运动。所述的水平X向轨道11中设置有滚珠丝杠，水平X向轨道11的一端安装有第四伺服电机，第四伺服电机通过弹性联轴器与水平X向轨道11中的滚珠丝杠相联接，以驱动滚珠丝杠的旋转，使底部安装在滚珠丝杠上的升降台6做往复运动。所述的立柱2安装于水平Z向轨道12的滚珠丝杠上并可沿水平Z向轨道12往复运动，所述的升降台6安装于水平X向轨道11的滚珠丝杠上并可沿水平X向轨道11往复运动。

参见附图3，立柱2为框架式结构，其主要作用在于承载安装在立柱2上的滚刀装置3，其中立柱2通过紧固螺栓与滚刀装置3的顶板35连接。

参见附图4，所述的滚刀装置3包括滚刀轴31、第一减速电机32、滚刀33、第一联轴器34和顶板35，顶板35固定在立柱2上，所述的滚刀轴31和第一减速电机32安装于顶板35的下侧，其顶板35上固定的第一减速电机32被包围在立柱2内，滚刀轴31和第一减速电机32通过第一联轴器34相连，第一减速电机32为滚刀轴31提供动力，第一联轴器34使第一减速电机32中输出的动力能同步输入到滚刀轴31上，能切割非圆齿坯的滚刀33设于滚刀轴31上，滚刀33设于工作装置4的上方。联轴器为现有技术中常见装置，在此不再赘述。顶板35的作用是防止灰尘等侵入到滚刀33上，使滚刀33发生磨损，同时可使滚刀轴31和第一减速电机32有同一安装基准面。

参见附图5，所述的工作装置4包括工作轴41、第二减速电机42和底板43，所述的工作轴41和第二减速电机42固定于底板43上，工作轴41和第二减速电机42通过第二联轴器相连，以驱动工作轴41的运转，底板43通过螺栓固定于回转台5上，所述的非圆齿坯44安装于工作轴41上并可随工作轴41转动。底板43优选为“Q”型，底板43通过螺栓安装固定在回转台5的涡轮51上，底板43上设有缺口，非圆齿坯44安装在与底板43的缺口对应处，以使非圆齿坯44的活动范围不受限制。所述的第一减速电机32和第二减速电机42均可直接采用低速电机或伺服电机，本实施例中二者分别采用第一伺服电机和第二伺服电机。

参见附图6，所述的回转台5包括相互啮合的涡轮51与蜗杆52，蜗杆52的一端设置有可转动蜗杆52的手柄53，工作装置4固定在涡轮51中部并可随涡轮51的转动而转动。底板43的回转圆盘轴线，涡轮51的轴线与回转台5的轴线，三轴线重合。转动手柄53，蜗杆52与蜗杆啮合的涡轮51转动，进而带动工作装置4转动，以调节工作装置4上非圆齿坯轴线与滚刀轴线之间的角度，当两轴线之间的角度为β-γ或是β+γ时，形成斜齿。其中，β为被加工斜齿非圆齿轮的广义螺旋角，γ为滚刀的螺旋升角。

参见附图7，所述的升降台6可在竖直方向往复运动。升降台6包括外层结构61和内层结构62，外层结构61设于底座1的水平X向轨道11内的滚珠丝杠上，外层结构61的内侧设有垂直Y向轨道，外层结构61的底部安装有第五伺服电机，该垂直Y向轨道上设有滚珠丝杠，第五伺服电机通过弹性联轴器与垂直Y向轨道上的滚珠丝杠相联接，以驱动滚珠丝杠的旋转，内层结构62设于所述的滚珠丝杠上并可沿所述的垂直Y向轨道相对于外层结构61在竖直方向往复运动。回转台5安装在升降台的内层结构62上，带动回转台5在竖直方向上运动。

本发明所述的五轴联动即为：沿水平Z向轨道运行定义为Z轴，沿水平X向轨道运行的定义为X轴，升降台的上下运行定义为Y轴，工作轴，滚刀轴，共五轴。上述五轴都优先通过伺服电机进行传动，其好处在于，伺服电机均通过联轴器与轴联动，无需经过传动机构，实现了零传动。

本发明中的滚刀装置3与工作装置4可互相调换位置布局。滚刀装置3可在竖直方向往复运动，而工作装置4则在一个固定高度的水平面内往复移动。

同时，因滚刀的长度为固定值，而加工不同的非圆齿坯时，其需要的滚刀长度并不一致，为了解决上述问题，本机床在水平Z向轨道运行方向上的立柱2，其在加工时会往复运动，也就是安装在立柱上的滚刀在加工时沿着齿坯的切向运动，安全度过切削极限点，这样长度固定的滚刀就克服了加工的局限性。

使用时，将非圆齿坯安装在工作装置上，调节回转台，使安装在回转台上的非圆齿坯与滚刀之间形成β-γ或是β+γ的角度，以加工斜齿轮；同步驱动工作装置、滚刀装置以及升降台，使滚刀与非圆齿坯相接触，在工作轴以及滚刀轴的回转下，滚刀切割非圆齿坯形成斜齿非圆齿轮。

Claims (10)

1.一种五轴联动卧式斜齿非圆齿轮滚齿加工机床，其特征在于，包括底座(1)，所述的底座(1)上设有第一支撑结构和第二支撑结构，所述的第一支撑结构和第二支撑结构中的至少一个的高度可调节，所述的第一支撑结构上设有用于将非圆齿坯(44)加工成斜齿非圆齿轮的滚刀装置(3)，所述的第二支撑结构上设有回转台(5)，回转台(5)上设有工作装置(4)，所述的非圆齿坯(44)设于所述的工作装置(4)上。

2.如权利要求1所述的五轴联动卧式斜齿非圆齿轮滚齿加工机床，其特征在于，所述的底座(1)包括水平X向轨道(11)与水平Z向轨道(12)，水平Z向轨道(12)设于水平X向轨道(11)的一侧，所述的第一支撑结构设于水平Z向轨道(12)上并可沿水平Z向轨道(12)往复运动，所述的第二支撑结构设于水平X向轨道(11)上并可沿水平X向轨道(11)往复运动。

3.如权利要求2所述的五轴联动卧式斜齿非圆齿轮滚齿加工机床，其特征在于，所述的水平X向轨道(11)与水平Z向轨道(12)相互垂直，构成T形结构或“十”字形结构。

4.如权利要求2所述的五轴联动卧式斜齿非圆齿轮滚齿加工机床，其特征在于，所述的底座的水平Z向轨道(12)中设置有滚珠丝杠，所述的第一支撑结构设于水平Z向轨道(12)的滚珠丝杠上，水平Z向轨道(12)的一端设有第三伺服电机，第三伺服电机通过弹性联轴器与水平Z向轨道(12)中的滚珠丝杠相联接，以驱动滚珠丝杠的旋转，使第一支撑结构沿水平Z向轨道(12)做往复运动。

5.如权利要求2所述的五轴联动卧式斜齿非圆齿轮滚齿加工机床，其特征在于，所述的水平X向轨道(11)中设置有滚珠丝杠，所述的第二支撑结构设于水平X向轨道(11)的滚珠丝杠上，水平X向轨道(11)的一端安装有第四伺服电机，第四伺服电机通过弹性联轴器与水平X向轨道(11)中的滚珠丝杠相联接，以驱动滚珠丝杠的旋转，使第二支撑结构沿水平X向轨道(11)做往复运动。

6.如权利要求1所述的五轴联动卧式斜齿非圆齿轮滚齿加工机床，其特征在于，所述的滚刀装置(3)包括滚刀轴(31)、第一减速电机(32)、滚刀(33)、第一联轴器(34)和顶板(35)，所述的滚刀轴(31)和第一减速电机(32)设于顶板(35)的下侧，滚刀轴(31)和第一减速电机(32)通过第一联轴器(34)相连，滚刀(33)设于滚刀轴(31)上，顶板(35)固定在第一支撑结构上，滚刀(33)设于工作装置(4)的上方。

7.如权利要求1所述的五轴联动卧式斜齿非圆齿轮滚齿加工机床，其特征在于，所述的工作装置(4)包括工作轴(41)、第二减速电机(42)和底板(43)，所述的工作轴(41)和第二减速电机(42)设于底板(43)上，工作轴(41)和第二减速电机(42)通过第二联轴器相连，底板(43)固定于回转台(5)上，所述的非圆齿坯(44)设于工作轴(41)上并可随工作轴(41)转动。

8.如权利要求1所述的五轴联动卧式斜齿非圆齿轮滚齿加工机床，其特征在于，所述的回转台(5)包括相互啮合的涡轮(51)与蜗杆(52)，蜗杆(52)的一端设置有可转动蜗杆(52)的手柄(53)，工作装置(4)固定在涡轮(51)中部并可随涡轮(51)的转动而转动。

9.如权利要求1所述的五轴联动卧式斜齿非圆齿轮滚齿加工机床，其特征在于，所述的第一支撑结构为立柱(2)，第二支撑结构为高度可调节的升降台(6)。

10.如权利要求9所述的五轴联动卧式斜齿非圆齿轮滚齿加工机床，其特征在于，所述的升降台(6)包括外层结构(61)和内层结构(62)，外层结构(61)设于底座(1)上，内层结构(62)可相对于外层结构(61)在竖直Y向往复运动。