CN105458409B - 一种全自动螺旋锥齿轮铣齿机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动螺旋锥齿轮铣齿机。所述螺旋锥齿轮铣齿机有床身和位于床身两侧的料库，所述床身顶端面上设有可在床身顶端面上任意移动的XY平面移动机构；该XY平面移动机构上设置有沿Z轴方向布置的Z轴导轨，Z轴导轨上设置工具箱，工具箱里安装有可作回转运动的C轴，C轴上安装有加工螺旋锥齿轮用的刀盘。工件箱的两侧设置有机械手，能同时高效地进行自动上下料。机床B轴也平行于地面，其回转台通过轴承固定在床身前面的上部,并在B轴动力的驱动下回转。B轴回转台上设置有与B轴垂直相交并能作回转运动的A轴，A轴上安装有待加工的锥齿轮。本发明的机床具有结构简单、紧凑、零件少、工艺性好，可使用两个机械手自动高效进行上下料等特性。

Description

一种全自动螺旋锥齿轮铣齿机

技术领域

本发明涉及一种螺旋锥齿轮数控铣齿设备，它包含有机床和机械手+料库两部分。

背景技术

在数控铣齿机出现以前，螺旋锥齿轮铣齿机是齿轮机床中最复杂的机床。但1989年以来，铣齿机出现了三次转型升级。1989年，美国Gleason公司研发出了第一代数控铣齿机（图1），它把复杂的机械运动变为由三个直线轴和三个转动轴的free form机床，在计算机的控制下通过六轴五联动不仅可以加工各种圆弧收缩齿螺旋锥齿轮，还可以利用电子齿轮箱进行连续分度的基础上加工各种摆线齿锥齿轮。1997年，德国Oerlikon公司研发出能干切的数控铣齿机（图2），它利用所罗门原理，把切削速度从湿切时代的50~80m/min提高到250~300m/min,就可以对螺旋锥齿轮进行干切而不需任何冷却液。干切不仅可以把生产效率提高6~8倍，而且把齿面粗糙度提高到1.6μ以上，齿轮加工精度提高2级以上，没有冷却液污染，十分环保。显然，干切代表了螺旋锥齿轮加工工艺的发展方向。这一成果迫使美国Gleason公司于2002年研发出第二代数控铣齿机（图3）并停止了第一代数控铣齿机的生产。因为干切时切削热都被切屑带走，炙热的切屑落在床身上会影响机床的精度，因此第二代数控铣齿机的床身采取了L型（图2）和单立柱（图3）的形式。

齿轮干切之后，加工效率大大提高，靠人工上下料就变得很困难。特别是小模数螺旋锥齿轮的加工，切削时间仅30秒钟左右，靠人工装卸几乎不可能。还有重型汽车齿轮，大轮直径在500mm左右，每个齿轮重量都在50kg以上，6-7分钟加工一个零件，靠人工上下料劳动强度太大。这样，自动上下料的需求就很自然地摆在了人们面前。但第二代数控铣齿机都是卧式结构，要自动上下料就只能使用机器人，成本太高。理想的方式是在数控铣齿机上附加机械手来自动上下料，要实现这一要求最好采用立式机床的结构，这样在刀盘轴上附加机械手就可以进行自动上下料。2006年，具有这一性能的第三代数控铣齿机Oerlikon C50就应运而生（图4a，4b）。该机床的难点在于A轴与X轴滑台连成一个整体，X轴在B轴箱体内可以前后移动，B轴箱体在床身所开圆孔内回转。

中国专利CN202151732U（图5a，5b）为绕开上述困难，在床身上挖了一个“窑洞”，下面铺了两根X轴导轨，把A轴和B轴作成一个整体滑台，在X轴导轨上前后移动。A轴和B轴整体滑台与床身是分离的，其刚性不如Oerlikon C50的结构。

中国发明专利CN102848030A（图6）则是把两根X轴滑块放置在横梁的下滑板上，也是把A轴和B轴作成一个整体滑台，在该滑台的上表面上安装X轴导轨。其刚性比图5的结构好，但工艺性比图5的结构差。

这两个专利都只是把它们作为一种螺旋锥齿轮机床提出来，没有上升到全自动铣齿机的高度来论述。

发明内容

本发明旨在提供一种全自动螺旋锥齿轮铣齿机，该机床配合机械手能自动装卸工件，实现螺旋锥齿轮生产的全自动化，特别适合量产的螺旋锥齿轮加工。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种全自动螺旋锥齿轮铣齿机，有床身，在沿所述床身任意位置界定了正交(X,Y,Z)笛卡尔坐标系，其中所述坐标系的X轴沿床身的前后方向延伸，Y轴沿床身的左右方向延伸，Z轴沿床身的上下方向延伸；其结构特点是，

所述床身的左右两侧分别设有相应的左料库和右料库，所述右料库上预置待加工齿坯，左料库用来上放置加工好的齿轮；所述床身顶端面上设有可在床身顶端面上任意移动的XY平面移动机构；该XY平面移动机构上设置有沿Z轴方向布置的Z轴导轨，该Z轴导轨上设置有可沿着Z轴导轨上下移动的刀具箱；所述刀具箱里安装有可使刀具回转的C轴，C轴底部安装有加工齿轮用的刀盘，使刀盘可在C轴动力的作用下回转，并在X轴、Y轴和Z轴动力的作用下平移到加工所需要的位置；所述床身的前端面上平行于X轴方向布置有B轴，该B轴装有可在竖直面上回转的B轴回转台，所述B轴回转台上设置有与B轴垂直的工件箱；所述工件箱内装有可使齿轮回转的A轴，A轴与B轴垂直相交，其交点为机床坐标系的原点；所述A轴用于安装齿轮；

所述刀具箱的两侧安装有左机械手和右机械手，所述右机械手用于将右料库上的待加工齿坯转移至A轴的加工位，所述左机械手用于将加工好的齿轮从A轴的加工位转移至左料库上。

由此，为了实现自动化，提高工作效率，在刀具箱的两侧安装了自动上下料的机械手，它们能在加工好齿轮后，左边的机械手从工件箱上抓起齿轮的同时右边的机械手从右边的料库上抓起待加工的齿坯，然后快速的移到左边，右边的机械手把待加工的齿坯装到工件轴夹具的同时，左边的机械手把加工好的齿轮放置到左边的料库上。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

作为一种具体的设计实例，所述XY平面移动机构包括设置在床身顶端面上沿X轴方向布置的X轴导轨，该X轴导轨上安装可沿着X轴方向前后移动的X轴滑台；所述X轴滑台上设有沿Y轴方向布置的Y轴导轨，该Y轴导轨上安装可沿着沿Y轴方向左右移动的Y轴滑台；所述Y轴滑台上设置有所述Z轴导轨，该Z轴导轨上安装可沿着Z轴导轨上下移动的刀具箱。

左机械手的下端安装有用于抓取齿轮的定心卡爪，右机械手的下端安装有抓取齿坯的定心卡爪。优选地，所述定心卡爪具有阶梯型抓指，方便抓取齿轮。

为了方便排屑，所述A轴下方设有排屑槽，该排屑槽内安装有排屑器。

所述床身为一长方体，所述B轴回转台通过轴承固定在床身前端面的上部。

所述X轴滑台通过其底部的滑块与床身上面的X轴导轨配合，用于保证X轴滑台能在床身顶端面上前后移动；所述Y轴滑台通过其后面的滑块与Y轴导轨配合，用于保证Y轴滑台相对床身顶端面能左右移动；所述刀具箱后面的滑块与Z轴导轨配合，用于保证刀具箱能上下移动。

所述螺旋锥齿轮铣齿机的电气柜放置在床身后侧。

所述左机械手和右机械手上均装有机械手高度自动调节机构。由此，所述机械手具有能上下移动自动调剂两机械手的高度差，机械手的底端装有方便抓取工件和齿轮的定心卡爪，用机械手装卸工件时A轴要垂直地面。

本发明的X轴滑台可根据刚性的需要确定其厚度，然后再加上X滑台所需要的位移确定床身的厚度。X轴滑台的前面设置有与X轴导轨垂直并与地面平行的Y轴导轨。

所述床身的前面还设置有与前面垂直并与地面平行的B轴，B轴回转台通过轴承固定在床身前面的上部,并在动力的驱动下随B轴回转。B轴回转台上安装有工件箱，工件箱里安装有使工件回转的A轴，A轴上可以安装夹具和待加工的齿轮。A轴与B轴垂直相交，其交点就是机床坐标系的原点。齿坯可在A轴动力的作用下回转。刀具箱里安装有能使刀具回转的C轴，C轴底部安装有加工齿轮用的刀盘，刀盘可在C轴动力的作用下回转。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、结构更为简单紧凑、零件少而且工艺性好；

2、机床的刚性好，占地面积小；

3、大轮和小轮的加工位置集中，X轴、Y轴和Z轴的行程很短；

4、防护容易，排屑方便；

5、铣齿机能使用两个机械手自动装卸工件，具有更高的生产效率。

总之，本发明的机床属于全自动、智能化的第三代数控铣齿机。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

附图说明

图1 Gleason1989年研发的第一代数控铣齿机结构示意图；

图2 Oerlikon1997年研发的第二代数控铣齿机结构示意图；

图3 Gleason研发的第二代数控铣齿机示意图（CN1457279）；

图4a为 Oerlikon研发的第三代数控铣齿机结构示意图；

图4b为Oerlikon研发的第三代数控铣齿机原理图；

图5a为中国专利CN202151732U机床结构示意图；

图5b为图5a的后视立面图；

图6 为中国专利CN102848030A的结构示意图

图7 本发明一种实施例用于螺旋锥齿轮铣齿机的结构示意图。

图中： 1-床身； 2-X轴导轨； 3-X轴滑台； 4-Y轴导轨； 5-左机械手；6-Y轴滑台；7-Z轴导轨； 8-刀具箱； 9-右机械手； 10-右卡爪； 11-右料库； 12-齿坯；13-C轴； 14-刀盘； 15-齿轮； 16-工件箱； 17-A轴；18- 排屑槽； 19-B轴； 20-左卡爪； 21-排屑器；22-左料库；23-加工好的齿轮。

具体实施方式

一种全自动螺旋锥齿轮铣齿机，有一个长方体的床身1和位于床身两侧的料库11和22。床身1的上面设置有与床身前面垂直并平行于地面的X轴导轨2，X轴导轨2上安装有能前后移动的X轴滑台3；X轴滑台3的前面设置有与X轴导轨3垂直并平行于地面的Y轴导轨4，Y轴导轨4上安装有能左右移动的Y轴滑台6；Y轴滑台6上设置有与地面垂直的Z轴导轨7，Z轴导轨7上安装有刀具箱8，刀具箱8里安装有使刀具回转的C轴13，C轴底部安装有加工用的刀盘14，刀盘14可在C轴动力的作用下回转，并在X轴、Y轴和Z轴动力的作用下平移到加工所需要的地方。

床身1上还设置有与前面垂直并与地面平行的B轴，B轴回转台19通过轴承固定在床身1前面的上部,并在动力的驱动下随B轴回转。B轴回转台19上设置有与B轴垂直的工件箱16，工件箱16可以随B轴的回转而绕B轴转动，工件箱16里安装有使工件回转的A轴17，A轴17与B轴垂直相交，其交点就是机床坐标系的原点。A轴17上安装待加工的齿坯12。齿坯12可在A轴动力的作用下回转。

刀具箱8的两侧安装有能自动调节高度的左机械手5和右机械手9，左机械手5的下端安装有抓取齿轮的定心卡爪20，右机械手9的下端安装有抓取齿坯的卡爪10。右料库11上放置齿坯11，左侧料库22上放置加工好的齿轮23。

床身1的前面下方还设有排屑槽18，排屑槽18内安装有排屑器21。

参见图7，为便于观察组成机床各个构件之间的关系，图中表示的机床未画出防护和电机、丝杆。

本发明螺旋锥齿轮铣齿机包含一个长方体的床身1，床身采用铸件，排屑槽18用钢板焊接并固定的床身的前面。

在加工螺旋锥齿轮时，工件箱垂直于地面，用右机械手把齿坯从料库输送到工件箱安装工件的夹具上，计算机控制它们进入加工，加工完后各轴退回到起始位置，工件箱垂直地面。Y轴滑台带动左右机械手运动，运动中两机械手根据右料库上放置齿坯的高度和工件夹具上齿轮的放置高度自动调节好它们的高度差，当左机械手抓取齿轮的同时右机械手会抓取放置在右料库上的齿坯，然后两机械手随Y轴滑台移动到机床的左侧并自动调节好两机械手的高度，当右机械手把齿坯放置在加工夹具上的同时左机械手会把加工好的齿轮放置在左料库设置的位置上，计算机控制下一个齿轮的加工。如此循环往复，自动加工完所有齿轮。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (6)

1.一种全自动螺旋锥齿轮铣齿机，有床身（1），在沿所述床身（1）任意位置界定了正交(X,Y,Z)笛卡尔坐标系，其中所述坐标系的X轴沿床身（1）的前后方向延伸，Y轴沿床身（1）的左右方向延伸，Z轴沿床身（1）的上下方向延伸；其特征在于，

所述床身（1）的左右两侧分别设有相应的左料库（22）和右料库（11），所述右料库（11）上预置待加工齿坯，左料库（22）用来放置加工好的齿轮；所述床身（1）顶端面上设有可在床身（1）顶端面上任意移动的XY平面移动机构；该XY平面移动机构上设置有沿Z轴方向布置的Z轴导轨（7），该Z轴导轨（7）上设置有可沿着Z轴导轨（7）上下移动的刀具箱（8）；所述刀具箱（8）里安装有可使刀具回转的C轴（13），C轴（13）底部安装有加工齿轮用的刀盘（14），使刀盘（14）可在C轴动力的作用下回转，并在X轴、Y轴和Z轴动力的作用下平移到加工所需要的位置；所述床身（1）的前端面上平行于X轴方向布置有B轴，该B轴装有可在竖直面上回转的B轴回转台（19），所述B轴回转台（19）上设置有与B轴垂直的工件箱（16）；所述工件箱（16）内装有可使齿轮（15）回转的A轴（17），A轴（17）与B轴垂直相交，其交点为机床坐标系的原点；所述A轴（17）用于安装齿轮（15）；

所述刀具箱（8）的两侧壁上对应安装有左机械手（5）和右机械手（9），所述右机械手（9）用于将右料库（11）上的待加工齿坯转移至A轴（17）的加工位，所述左机械手（5）用于将加工好的齿轮从A轴（17）的加工位转移至左料库（22）上；

所述左机械手（5）和右机械手（9）上均装有机械手高度自动调节机构；

所述床身（1）为一长方体，所述B轴回转台（19）通过轴承固定在床身（1）前端面的上部。

2.根据权利要求1所述的全自动螺旋锥齿轮铣齿机，其特征在于，所述XY平面移动机构包括设置在床身（1）顶端面上沿X轴方向布置的X轴导轨（2），该X轴导轨（2）上安装可沿着X轴方向前后移动的X轴滑台（3）；所述X轴滑台（3）上设有沿Y轴方向布置的Y轴导轨（4），该Y轴导轨（4）上安装可沿着Y轴方向左右移动的Y轴滑台（6）；所述Y轴滑台（6）上设置有所述Z轴导轨（7），该Z轴导轨（7）上安装可沿着Z轴导轨（7）上下移动的刀具箱（8）。

3.根据权利要求1所述的全自动螺旋锥齿轮铣齿机，其特征在于，左机械手（5）的下端安装有用于抓取齿轮（15）的定心卡爪（20），右机械手（9）的下端安装有抓取齿坯（12）的定心卡爪（10）。

4.根据权利要求1所述的全自动螺旋锥齿轮铣齿机，其特征在于，所述A轴（17）下方设有排屑槽（18），该排屑槽（18）内安装有排屑器（21）。

5.根据权利要求1所述的全自动螺旋锥齿轮铣齿机，其特征在于，所述X轴滑台（3）通过其底部的滑块与床身上面的X轴导轨（2）配合，用于保证X轴滑台（3）能在床身顶端面上前后移动；所述Y轴滑台（6）通过其后面的滑块与Y轴导轨（4）配合，用于保证Y轴滑台（3）相对床身顶端面能左右移动；所述刀具箱（8）后面的滑块与Z轴导轨（7）配合，用于保证刀具箱（8）能上下移动。

6.根据权利要求1-5之一所述的全自动螺旋锥齿轮铣齿机，其特征在于，所述螺旋锥齿轮铣齿机的电气柜放置在床身（1）后侧。