CN105458408A - 双工位数控高效齿条铣齿机 - Google Patents
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Abstract
一种双工位数控高效齿条铣齿机，其特征是包括两个独立切削工位，主体采用双柱对称立式结构，机床包括床身(5)、X轴水平工作台(7)、X轴进给系统(6)、立柱(1)、盘铣刀刀架(4)、Z轴拖板(2)和Z轴进给系统(3)；所述X轴水平工作台(7)置于床身(5)中间的滑动导轨上，X轴进给系统(6)位于床身(5)前侧，X轴进给系统(6)通过滚珠丝杠螺母副驱动X轴水平工作台(7)往复运动。机床采用大直径盘铣刀立式加工，主切削载荷垂直于工作台主导轨面，比传统的卧式齿条铣床具有更高的切削刚性；立式加工方式同时保证切削铁屑直接落入集屑装置，减少机床热误差影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种数控齿条加工机床，尤其涉及一种高速、强力、高效的双工位数控高效齿条铣齿机。
背景技术
普通精度齿条常用的加工方法有范成法和成形法两大类，具体包括：滚削法、插削法、刨削法、铣削法等。上述加工方法通常在普通机床上采用高速钢刀具进行切削加工，受机床及高速钢切削性能的限制，通常存在加工效率低、成形精度低、表面光洁度差等不足之处。采用大直径镶片硬质合金盘形刀具切削齿条可有效提高齿条加工质量及生产效率，但传统齿条加工设备往往难以满足齿条高速加工过程对切削速度、动静态刚度等要求。开发数控高速强力齿条铣削装备，结合镶片硬质合金刀具和更合理的切削方法，可以大幅提高齿条加工精度和效率，降低生产成本。
发明内容
本发明目的在于改变在普通设备上利用高速钢刀具加工齿条存在的不足，提出一种双工位数控高效齿条铣齿机。
本发明解决上述问题所采用的技术方案如下：
一种双工位数控高效齿条铣齿机，包括两个独立切削工位，主体采用双柱对称立式结构，机床包括床身、X轴水平工作台、X轴进给系统、立柱、盘铣刀刀架、Z轴拖板和Z轴进给系统；所述X轴水平工作台置于床身中间的滑动导轨上，X轴进给系统位于床身前侧，X轴进给系统通过滚珠丝杠螺母副驱动X轴水平工作台往复运动；所述机床在床身左右两侧分别设置两套独立铣削工位，铣削工位的两个立柱分别置于床身左右两侧底座上，Z轴拖板与立柱侧面的滑动导轨连接，通过Z轴进给系统的滚珠丝杠螺母副实现往复运动；盘铣刀刀架固定在Z轴拖板上由Z轴进给系统驱动上下往复运动；所述机床采用随行夹具夹持齿条，随行夹具通过定位锥销和随行夹具底座固定于X轴水平工作台上。
所述床身为“十字”形结构，床身导轨采用滚滑复合结构，其中两条中间导轨为淬火铸铁滑动导轨，两条侧面导轨为淬硬镶钢带导轨；X轴水平工作台导轨与床身导轨配合，利用导轨间的圆柱体滚动块实现侧向定位及预紧。
所述X轴进给系统包括交流永磁同步伺服电机、行星减速器、平面推力滚子轴承、滚珠丝杠螺母副等组成，用于驱动X轴水平工作台及固定在滑板上的工件作往复进给运动。
所述立柱的底面与床身左右两侧平台固联，立柱的正面设置两条滚滑复合动导轨，其中正向承载面为淬火铸铁滑动导轨，侧向承载面为淬硬镶钢带滚动导轨，Z轴拖板的导轨与立柱导轨配合，利用导轨间的圆柱体滚动块实现侧向定位及预紧。
所述Z轴进给系统与X轴进给系统相同。
所述盘铣刀刀架采用交流变频异步电机作为主轴动力源，主轴电机通过圆弧齿同步带与刀架齿轮传动系统连接，齿轮传动系统采用双边传动链形式，传动链内置液压消隙机构，传动链末端主轴支承系统与圆柱刀杆连接，盘形铣刀套装在圆柱刀杆上，由主轴支承系统的端面键驱动刀盘旋转铣削。
所述盘形铣刀为整体式双刀盘，在同一个刀体上布置两排独立盘铣刀，两排盘铣刀中间间隔一个齿距，盘铣刀采用高速镶片成形硬质合金铣刀片，每次进给可同时成形加工两个齿槽。
所述X轴进给系统由27Nm交流同步伺服电机与10：1的行星减速器输入端相连接，行星减速器输出端通过无传动间隙胀套与滚珠丝杠连接；滚珠丝杠螺母副与X轴水平工作台连接，驱动X轴水平工作台往复移动。
所述机床双立柱进给系统均采用相同设计的Z轴进给系统进行驱动，Z轴进给系统由36Nm交流同步伺服电机与10：1的行星减速器输入端相连接，行星减速器输出端通过无传动间隙胀套与滚珠丝杠连接；滚珠丝杠螺母副与Z轴拖板连接，驱动Z轴拖板沿垂直方向移动。更进一步，所述机床垂直进给系统采用无配重结构，以承受高速往复运动负载。
所述随行夹具底座固定于X轴水平工作台上，随行夹具底座上面设置4个定位锥销及锁紧油缸；随行夹具置于随行夹具底座上，通过底部锥孔与底座锥销配合定位，通过锥销内置锁紧油缸将随行夹具锁紧于底座上；待加工齿条按6个一组装夹于随行夹具凹槽内，通过斜楔夹紧。
本发明有益之处在于：
机床采用大直径盘铣刀立式加工，主切削载荷垂直于工作台主导轨面，比传统的卧式齿条铣床具有更高的切削刚性；立式加工方式同时保证切削铁屑直接落入集屑装置，减少机床热误差影响。
机床采用数控系统龙门轴功能实现双盘铣刀刀架同步驱动，控制过程简单，机床配置经济性好。
机床采用两个同步工作的盘铣刀刀架，且每个盘铣刀刀架分别配置可转位镶片硬质合金双刀盘，同时成形四个全齿深齿槽，齿条表面光洁度和加工效率远高于传统加工方式。
附图说明
图1是本发明的双工位齿条铣齿机结构图；
图2是本发明的双工位齿条铣齿机正视图；
图3是本发明的双工位齿条铣齿机俯视图；
图4是本发明的盘铣刀刀架图。
图示标识：1、立柱；2、Z轴拖板；3、Z轴进给系统；4、盘铣刀刀架；5、床身；6、X轴进给系统；7、X轴水平工作台；8、随行夹具底座；9、齿条；10、随行夹具；11、盘铣刀刀架箱体；12、主轴电机；13、小同步带轮；14、圆弧齿同步带；15、大同步带轮；16、主轴；17、双刀盘。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1至图4所示，所述机床包括两个独立切削工位，主体采用双柱对称立式结构，机床包括床身5、X轴水平工作台7、X轴进给系统6、立柱1、盘铣刀刀架4、Z轴拖板2和Z轴进给系统3；所述X轴水平工作台7置于床身5中间的滑动导轨上，X轴进给系统6位于床身5前侧，X轴进给系统6通过滚珠丝杠螺母副驱动X轴水平工作台7往复运动；所述机床在床身5左右两侧分别设置两套独立铣削工位，铣削工位的两个立柱1分别置于床身5左右两侧底座上，Z轴拖板2与立柱1侧面的滑动导轨连接，通过Z轴进给系统3的滚珠丝杠螺母副实现往复运动；盘铣刀刀架4固定在Z轴拖板2上由Z轴进给系统3驱动上下往复运动；所述机床采用随行夹具10夹持齿条9，随行夹具10通过定位锥销固定于X轴水平工作台7上。
所述床身为“十字”形结构，床身导轨采用滚滑复合结构，其中两条中间导轨为淬火铸铁滑动导轨，两条侧面导轨为淬硬镶钢带导轨；X轴水平工作台7导轨与床身导轨配合，利用导轨间的圆柱体滚动块实现侧向定位及预紧。
所述X轴进给系统6包括交流永磁同步伺服电机、行星减速器、平面推力滚子轴承、滚珠丝杠螺母副等组成，用于驱动X轴水平工作台7及固定在滑板上的工件作往复进给运动。
所述立柱1的底面与床身5左右两侧平台固联，立柱1的正面设置两条滚滑复合动导轨，其中正向承载面为淬火铸铁滑动导轨，侧向承载面为淬硬镶钢带滚动导轨，Z轴拖板2的导轨与立柱导轨配合，利用导轨间的圆柱体滚动块实现侧向定位及预紧。
所述Z轴进给系统3与X轴进给系统6相同。
所述盘铣刀刀架4采用交流变频异步电机作为主轴动力源，主轴电机通过圆弧齿同步带与刀架齿轮传动系统连接，齿轮传动系统采用双边传动链形式，传动链内置液压消隙机构，传动链末端主轴支承系统与圆柱刀杆连接，盘形铣刀套装在圆柱刀杆上，由主轴支承系统的端面键驱动刀盘旋转铣削。
所述盘形铣刀为整体式双刀盘，在同一个刀体上布置两排独立盘铣刀，两排盘铣刀中间间隔一个齿距，盘铣刀采用高速镶片成形硬质合金铣刀片，每次进给可同时成形加工两个齿槽。
所述X轴水平工作台7上设置四个定位拉紧一体的圆锥销夹紧机构，随行夹具侧面四个安装锥孔与圆锥销配合，通过圆锥销内置拉紧油缸将随行夹具固定于水平工作台上，待加工齿条固定在随行夹具凹槽内，随水平工作台实现进给运动。
所述机床采用一套数控系统进行控制，机床配置X\Z1\Z2三个伺服进给轴，其中Z1\Z2轴由同一数控系统龙门轴功能实现双侧同步驱动，保证两个盘铣刀刀架的同步驱动进给。
所述机床采用顺逆/逆铣循环切削工艺，其具体过程为：盘铣刀刀架初始位于工件下方，在垂直进给系统驱动下从工件下方沿Z轴正向作进给运动，通过双刀盘同时实现两个齿槽顺铣；待盘铣刀从工件上方铣出后，水平工作台滑板在水平进给系统驱动下沿齿条长度方向移动两个齿距；盘铣刀刀架再从工件上方沿Z轴负向作进给运动，完成相邻两个齿槽加工逆铣。重复上述循环过程，直到完成整个齿条铣削。
双工位数控高效齿条铣齿机总体采用高切削刚性的立式布局结构，机床主要包括双立柱1、双Z轴拖板2、双Z轴进给系统3、双盘铣刀刀架4、床身5、X轴进给系统6、X轴水平工作台7、随行夹具底座8、齿条9、随行夹具10等部分组成。
所述机床床身5采用对称结构，床身左右两侧设置有两个安装平台面与双立柱1底面连接。所述床身5中间部位设置两条水平滚滑复合导轨，X轴水平工作台7置于床身上方，工作台底面导轨与床身导轨相配合；更进一步，利用工作台导轨与床身导轨之间的圆柱体滚动块调整导轨侧向间隙，形成负游隙预紧，以承受高效强力铣削负载。
所述X轴进给系统5由27Nm交流同步伺服电机与10：1的行星减速器输入端相连接，行星减速器输出端通过无传动间隙胀套与滚珠丝杠连接；滚珠丝杠螺母副与X轴水平工作台7连接，驱动X轴水平工作台往复移动。
所述机床双立柱进给系统均采用相同设计的Z轴进给系统3进行驱动，Z轴进给系统3由36Nm交流同步伺服电机与10：1的行星减速器输入端相连接，行星减速器输出端通过无传动间隙胀套与滚珠丝杠连接；滚珠丝杠螺母副与Z轴拖板5连接，驱动Z轴拖板沿垂直方向移动。更进一步，所述机床垂直进给系统采用无配重结构，以承受高速往复运动负载。
随行夹具底座8固定于X轴水平工作台上，底座上面设置4个定位锥销及锁紧油缸；随行夹具10置于底座8上，通过底部锥孔与底座锥销配合定位，通过锥销内置锁紧油缸将随行夹具锁紧于底座上；待加工齿条9按6个一组装夹于随行夹具凹槽内，通过斜楔夹紧。
所述机床在双立柱1上分别设置两台规格相同的盘铣刀刀架4，如图4所示。盘铣刀刀架配置30KW主轴变频电机12为动力源，通过小同步带轮13、圆弧齿同步带14、大同步带轮15与铣刀架主传动系统连接；进一步，铣刀架主传动系统采用双排齿轮传动结构，传动链内置液压消隙装置，以承受高效铣削过程的冲击负载。铣刀架传动链末端主轴支承系统与铣刀刀杆轴16连接，主轴支承系统的双侧端面键与盘铣刀17两侧键槽连接，驱动刀盘作旋转主运动。
所述盘铣刀17采用整体双联刀盘结构，双联刀盘配置可转位镶片硬质合金成形铣刀片，实现一次铣齿成形加工。双联刀盘跨齿布置，减小加工过程热集变形，方便刀片更换。双联刀盘同时铣削，一次铣削过程完成两个齿槽加工。
所述机床包括水平进给轴X、两套独立布置的垂直进给轴Z1/Z2及盘铣刀刀架SP1/SP2，由数控系统进行运动控制；更进一步，Z1/Z2两个垂直进给轴通过龙门轴控制方式，由同一数控系统实现双铣刀架同步进给运动。
本实施例可实现齿条高效强力自动铣削，铣削效率比传统加工方式提高4倍，加工齿面光洁度小于Ra3.2，加工齿条精度达到GB8级。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。
Claims (10)
1.一种双工位数控高效齿条铣齿机，其特征是包括两个独立切削工位，主体采用双柱对称立式结构，机床包括床身(5)、X轴水平工作台(7)、X轴进给系统(6)、立柱(1)、盘铣刀刀架(4)、Z轴拖板(2)和Z轴进给系统(3)；所述X轴水平工作台(7)置于床身(5)中间的滑动导轨上，X轴进给系统(6)位于床身(5)前侧，X轴进给系统(6)通过滚珠丝杠螺母副驱动X轴水平工作台(7)往复运动；所述机床在床身(5)左右两侧分别设置两套独立铣削工位，铣削工位的两个立柱(1)分别置于床身(5)左右两侧底座上，Z轴拖板(2)与立柱(1)侧面的滑动导轨连接，通过Z轴进给系统(3)的滚珠丝杠螺母副实现往复运动；盘铣刀刀架(4)固定在Z轴拖板(2)上由Z轴进给系统(3)驱动上下往复运动；所述机床采用随行夹具(10)夹持齿条(9)，随行夹具(10)通过定位锥销和随行夹具底座(8)固定于X轴水平工作台(7)上。
2.根据权利要求1所述的双工位数控高效齿条铣齿机，其特征在于所述床身为“十字”形结构，床身导轨采用滚滑复合结构，其中两条中间导轨为淬火铸铁滑动导轨，两条侧面导轨为淬硬镶钢带导轨；X轴水平工作台(7)导轨与床身导轨配合，利用导轨间的圆柱体滚动块实现侧向定位及预紧。
3.根据权利要求1所述的双工位数控高效齿条铣齿机，其特征在于所述X轴进给系统(6)包括交流永磁同步伺服电机、行星减速器、平面推力滚子轴承、滚珠丝杠螺母副等组成，用于驱动X轴水平工作台(7)及固定在滑板上的工件作往复进给运动。
4.根据权利要求1所述的双工位数控高效齿条铣齿机，其特征在于所述立柱(1)的底面与床身(5)左右两侧平台固联，立柱(1)的正面设置两条滚滑复合动导轨，其中正向承载面为淬火铸铁滑动导轨，侧向承载面为淬硬镶钢带滚动导轨，Z轴拖板(2)的导轨与立柱导轨配合，利用导轨间的圆柱体滚动块实现侧向定位及预紧。
5.根据权利要求1所述的双工位数控高效齿条铣齿机，其特征在于所述Z轴进给系统(3)与X轴进给系统(6)相同。
6.根据权利要求1所述的双工位数控高效齿条铣齿机，其特征在于所述盘铣刀刀架(4)采用交流变频异步电机作为主轴动力源，主轴电机通过圆弧齿同步带与刀架齿轮传动系统连接，齿轮传动系统采用双边传动链形式，传动链内置液压消隙机构，传动链末端主轴支承系统与圆柱刀杆连接，盘形铣刀套装在圆柱刀杆上，由主轴支承系统的端面键驱动刀盘旋转铣削。
7.根据权利要求6所述的双工位数控高效齿条铣齿机，其特征在于所述盘形铣刀为整体式双刀盘，在同一个刀体上布置两排独立盘铣刀，两排盘铣刀中间间隔一个齿距，盘铣刀采用高速镶片成形硬质合金铣刀片，每次进给可同时成形加工两个齿槽。
8.根据权利要求1所述的双工位数控高效齿条铣齿机，其特征在于所述X轴进给系统(5)由27Nm交流同步伺服电机与10：1的行星减速器输入端相连接，行星减速器输出端通过无传动间隙胀套与滚珠丝杠连接；滚珠丝杠螺母副与X轴水平工作台(7)连接，驱动X轴水平工作台(7)往复移动。
9.根据权利要求1所述的双工位数控高效齿条铣齿机，其特征在于所述机床双立柱进给系统均采用相同设计的Z轴进给系统(3)进行驱动，Z轴进给系统(3)由36Nm交流同步伺服电机与10：1的行星减速器输入端相连接，行星减速器输出端通过无传动间隙胀套与滚珠丝杠连接；滚珠丝杠螺母副与Z轴拖板(5)连接，驱动Z轴拖板沿垂直方向移动。更进一步，所述机床垂直进给系统采用无配重结构，以承受高速往复运动负载。
10.根据权利要求1所述的双工位数控高效齿条铣齿机，其特征在于所述随行夹具底座(8)固定于X轴水平工作台上，随行夹具底座(8)上面设置4个定位锥销及锁紧油缸；随行夹具(10)置于随行夹具底座(8)上，通过底部锥孔与底座锥销配合定位，通过锥销内置锁紧油缸将随行夹具锁紧于底座上；待加工齿条(9)按6个一组装夹于随行夹具(10)凹槽内，通过斜楔夹紧。
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