CN108555399A - 一种齿轮加工机床 - Google Patents

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张春晖
尚吉顺
史伟
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胡勇
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Abstract

本发明公开了一种齿轮加工机床，其机柱上设置有龙门支架和滑台，所述滑台上可沿竖直轴线定轴转动地设置有枢转台，所述枢转台的中部可自转地设置有与被加工工件可拆装地适配的工件主轴，所述龙门支架的中部可自转并可沿水平和竖直方向移动地设置有与刀具或砂轮可拆装地适配的加工主轴，所述加工主轴的水平移动方向与其自转轴线的延伸方向一致，且所述工件主轴的自转轴线与所述加工主轴的自转轴线均沿水平方向延伸；所述滑台可沿水平方向移动地设置于所述机柱上，且所述滑台的水平移动方向与所述加工主轴的水平移动方向相垂直。该齿轮加工机床的结构空间合理，设备结构强度和可靠性较高，且其加工效率和产品质量较好。

Description

一种齿轮加工机床
技术领域
本发明涉及机加工数控机床设备技术领域，特别涉及一种齿轮加工机床。
背景技术
现有技术中，螺旋锥齿轮加工设备有机械型螺旋锥齿轮加工机床和数控螺旋锥齿轮加工机床。机械型螺旋锥齿轮加工机床已在逐步淘汰，而数控螺旋锥齿轮加工机床是目前研究的重点，其利用计算机直接控制三个直线轴(即X、Y、Z轴)和三个转动轴(即A、B、C轴)，以模拟机械型螺旋锥齿轮的加工运动，从而加工出螺旋锥齿轮。数控螺旋锥齿轮加工机床将复杂的机械结构转换为软件控制，实现了螺旋锥齿轮加工的信息化和智能化。
对于一般的数控螺旋锥齿轮加工机床，其结构通常包括：机柱、可移动地固定于机柱上的工件主轴和可移动地固定于机柱上的加工主轴；其加工锥齿轮的方法是：将刀具或砂轮安装在加工主轴上，将工件安装在工件主轴上，使刀具或砂轮绕刀具或砂轮轴线转动，使工件绕工件轴线转动；工件主轴和加工主轴中的任一个沿竖直方向相对于机柱移动，以使刀具或砂轮与工件在竖直方向上逐渐接近以对位接触，同时工件主轴和加工主轴中的任一个沿第一水平方向相对于机柱移动，以使刀具或砂轮与工件在水平方向上逐渐接近以对位接触，同时加工主轴绕竖直枢转轴线相对于机柱作定轴枢转，以使刀具或砂轮与工件结合而在工件上加工齿槽。
然而，虽然上述结构能够满足基本的齿轮加工需求，但受其自身结构所限，存在如下问题：1、受机柱结构影响，工件主轴和加工主轴的水平移动空间有限，齿轮的有效加工作业面和成型效果受到制约；2、加工主轴绕竖直枢转轴线彼此相对以定轴转动方式运动，由于加工原理需要加工主轴高速自转，加工主轴高转速的自转运动导致枢转轴振动，从而影响枢转轴的动态性能，进而影响到齿轮表面加工质量；3、受机柱结构所限，枢转轴线位于安装在加工主轴的刀具或砂轮的基准面后侧，位于加工主轴轴线和机柱之间所限定的区域内，由于该区域被限定，导致枢转轴的直径被限制，使得枢转轴刚性较差，且由于上述区域受限，导致枢转轴的驱动方式被限制，无法布置技术较为先进的具有直驱结构的力矩电机等驱动设备，制约了机床的整体性能。
因此，如何优化齿轮加工机床的结构空间，保证其结构强度和可靠性，提高其加工效率和产品质量是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种齿轮加工机床，该齿轮加工机床的结构空间合理，设备结构强度和可靠性较高，且其加工效率和产品质量较好。
为解决上述技术问题，本发明提供一种齿轮加工机床，包括机柱，所述机柱上设置有龙门支架和滑台，所述滑台上可沿竖直轴线定轴转动地设置有枢转台，所述枢转台的中部可自转地设置有与被加工工件可拆装地适配的工件主轴，所述龙门支架的中部可自转并可沿水平和竖直方向移动地设置有与刀具或砂轮可拆装地适配的加工主轴，所述加工主轴的水平移动方向与其自转轴线的延伸方向一致，且所述工件主轴的自转轴线与所述加工主轴的自转轴线均沿水平方向延伸；
所述滑台可沿水平方向移动地设置于所述机柱上，且所述滑台的水平移动方向与所述加工主轴的水平移动方向相垂直。
优选地，所述机柱上设置有第一导轨，所述滑台可移动地设置于所述第一导轨上，所述第一导轨的延伸方向与所述滑台的水平移动方向一致，且所述滑台的水平移动方向与所述龙门支架的长度方向一致。
优选地，所述龙门支架上设置有沿竖直方向延伸的第二导轨，所述第二导轨上可移动地设置有基座，所述基座上可水平移动地设置有滑块，且所述滑块的移动方向与所述加工主轴的自转轴线延伸方向相同，所述加工主轴具体设置于所述滑块上。
优选地，所述基座上沿所述加工主轴的自转轴线延伸方向设置有第三导轨，所述滑块上具有与所述第三导轨滑动适配的导槽。
优选地，所述加工主轴为刀具主轴或砂轮主轴中的任一种。
优选地，当所述加工主轴为砂轮主轴时，所述工件主轴的一侧设置有砂轮修整器。
优选地，所述滑台上设置有可驱动所述枢转台转动的驱动装置。
优选地，所述驱动装置为与所述枢转台同轴直驱适配的力矩电机。
相对上述背景技术，本发明所提供的齿轮加工机床，其工作过程中，将工件装配于工件主轴并将刀具或砂轮等装配于加工主轴上后，控制滑台沿水平方向移动至适当位置，同时控制加工主轴沿加工主轴的自转轴线的延伸方向及竖直方向分别移动，以使刀具或砂轮与工件接触以便实施铣磨加工，加工过程中可通过枢转台的枢转使工件主轴绕竖直方向的轴线适度转动。该齿轮加工机床由于采用了将枢转台与工件主轴集成组装的枢转结构，使得设备运行过程中，枢转台的枢转轴线与机柱及工件主轴等组件的相对位置不再局限于狭小的限定区域，其相对装配位置的选择更加宽泛自由，从而有效优化了机床内部结构，且枢转台与加工主轴间不再直接装配，使得枢转结构与加工主轴间不存在因加工主轴高速自转而导致的枢转组件震动，保证了枢转台及相关组件的枢转运行可靠性；此外，相比于现有技术中较为常见的矩形机柱结构，本申请中采用的龙门支架结构的应力分布更加合理，受力更加稳定，且龙门支架与滑台的运动轨迹间不存在结构干涉，能够显著提高滑台的有效移动行程，从而使工件主轴与加工主轴间的可选适配位置更多，进而使所述齿轮加工机床的工件及刀具或砂轮等配件适应能力更强，加工效率和产品质量更好。
在本发明的另一优选方案中，所述机柱上设置有第一导轨，所述滑台可移动地设置于所述第一导轨上，所述第一导轨的延伸方向与所述滑台的水平移动方向一致，且所述滑台的水平移动方向与所述龙门支架的长度方向一致。该第一导轨与龙门支架的长边平行的结构能够进一步避免龙门支架主体结构与滑台运动轨迹间的干涉，从而进一步延长滑台的有效移动距离，保证所述齿轮加工机床的加工效率和产品质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种具体实施方式所提供的齿轮加工机床的立体结构示意图；
图2为图1的后部结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种齿轮加工机床，该齿轮加工机床的结构空间合理，设备结构强度和可靠性较高，且其加工效率和产品质量较好。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1和图2，图1为本发明一种具体实施方式所提供的齿轮加工机床的立体结构示意图；图2为图1的后部结构示意图。
在具体实施方式中，本发明所提供的齿轮加工机床，包括机柱11，机柱11上设置有龙门支架12和滑台13，滑台13上可沿竖直轴线定轴转动地设置有枢转台131，枢转台131的中部可自转地设置有与被加工工件可拆装地适配的工件主轴132，龙门支架12的中部可自转并可沿水平和竖直方向移动地设置有与刀具或砂轮可拆装地适配的加工主轴121，工件主轴132的自转轴线与加工主轴121的自转轴线均沿水平方向延伸；滑台13可移动地设置于机柱11上，且滑台13的水平移动方向与加工主轴121的水平移动方向相垂直。
工作过程中，将工件装配于工件主轴132并将刀具或砂轮装配于加工主轴121上后，控制滑台13沿水平方向移动至适当位置，同时控制加工主轴121沿加工主轴121的自转轴线的延伸方向及竖直方向分别移动，以使刀具或砂轮与工件接触以便实施铣磨加工，加工过程中可通过枢转台131的枢转使工件主轴132绕竖直方向的轴线适度转动。该齿轮加工机床由于采用了将枢转台131与工件主轴132集成组装的枢转结构，使得设备运行过程中，枢转台131的枢转轴线与机柱11及工件主轴132等组件的相对位置不再局限于狭小的限定区域，其相对装配位置的选择更加宽泛自由，事实上，该枢转台131的枢转轴线的位置可以在工件主轴132的端面的前部、后部甚至共面位置，从而有效优化了机床内部结构，且枢转台131与加工主轴121间不再直接装配，使得枢转结构与加工主轴121间不存在因加工主轴121高速自转而导致的枢转组件震动，保证了枢转台131及相关组件的枢转运行可靠性；此外，相比于现有技术中较为常见的矩形机柱结构，本申请中采用的龙门支架结构的应力分布更加合理，受力更加稳定，且龙门支架12与滑台13的运动轨迹间不存在结构干涉，能够显著提高滑台13的有效移动行程，从而使工件主轴132与加工主轴121间的可选适配位置更多，进而使所述齿轮加工机床的工件及刀具或砂轮等配件适应能力更强，加工效率和产品质量更好。
进一步地，机柱11上设置有第一导轨111，滑台13可移动地设置于第一导轨111上，第一导轨111的延伸方向与滑台13的水平移动方向一致，且滑台13的水平移动方向与龙门支架12的长度方向一致。该第一导轨111与龙门支架12的长边平行的结构能够进一步避免龙门支架12主体结构与滑台13运动轨迹间的干涉，从而进一步延长滑台13的有效移动距离，保证齿轮加工机床的加工效率和产品质量。
具体地，龙门支架12上设置有沿竖直方向延伸的第二导轨122，第二导轨122上可移动地设置有基座124，基座124上可水平移动地设置有滑块125，且滑块125的移动方向与加工主轴121的自转轴线延伸方向相同，加工主轴121具体设置于滑块125上。通过该基座124与第二导轨122的滑动适配结构，保证了对基座124竖直位置的快速准确调整，进而实现对加工主轴121竖直位置的快速精确调节，以保证相应的工件加工精度和产品质量。
更具体地，基座124上沿加工主轴121的自转轴线延伸方向设置有第三导轨123，滑块125上具有与第三导轨123滑动适配的导槽126。通过该导槽126与第三导轨123间的滑动配合，实现对滑块125沿水平方向的位置调整，进而实现对加工主轴121的轴向水平位置调整，以满足工件加工需求。
另一方面，加工主轴121为刀具主轴或砂轮主轴中的任一种。具体到实际装配使用时，当所述齿轮加工机床被作为磨齿机使用时，可将砂轮主轴作为加工主轴设置于图中121位置处；当所述齿轮加工机床被作为铣齿机使用时，可将铣刀作为加工主轴设置于图中121位置处，原则上，只要是能够满足所述齿轮加工机床的实际应用需要即可。
进一步地，当加工主轴121为砂轮主轴时，工件主轴132的一侧设置有砂轮修整器133。当需要对工件主轴132上的齿轮工件实施磨齿作业时，可开启该砂轮修整器133以通过该砂轮修整器133对相应齿轮实施轮齿磨削，以保证齿轮的齿结构能够满足后续装配使用需要。
应当指出，所述齿轮加工机床可以根据不同的齿轮加工工况进行相应组件的结构调整，如上文所述，当需要对齿轮进行磨削时，可将砂轮修整器133作为主要的齿轮加工组件；而当需要对齿轮进行铣削时，可以将刀具或砂轮作为主要的齿轮加工组件，且根据齿型及齿的尺寸规格的不同可以换装不同规格的刀具或砂轮，以便满足实际加工需要。
另外，滑台13上设置有可驱动枢转台131转动的驱动装置(图中未示出)。设备运行过程中，通过该驱动装置为枢转台131提供稳定连续的驱动力，以保证枢转台131能够实现相应的枢转调整，从而满足相应的齿轮加工需求。
此外，上述驱动装置为与枢转台131同轴直驱适配的力矩电机(图中未示出)。由于采用了上述将枢转台131与工件主轴132集成组装的枢转结构，使得枢转台131的枢转轴线不会受到布置位置的限定，从而能够有充足的空间以布置同轴直驱的力矩电机，该力矩电机的动力输出稳定高效，能够充分满足所述齿轮加工机床的产品加工需求，并显著提高其工作性能和产品质量。
当然，上述力矩电机仅为优选方案，实际应用中还可以采用蜗轮蜗杆或齿轮传动机构等作为驱动装置，原则上，只要是能够实现枢转台131的枢转作业并保证所述齿轮加工机床的实际运行工况均可。
综上可知，本发明中提供的齿轮加工机床，其工作过程中，将工件装配于工件主轴并将刀具或砂轮装配于加工主轴上后，控制滑台沿水平方向移动至适当位置，同时控制加工主轴沿加工主轴的自转轴线的延伸方向及竖直方向分别移动，以使刀具或砂轮与工件接触以便实施铣磨加工，加工过程中可通过枢转台的枢转使工件主轴绕竖直方向的轴线适度转动，以保证刀具或砂轮对工件的周向及径向加工效果。该齿轮加工机床由于采用了将枢转台与工件主轴集成组装的枢转结构，使得设备运行过程中，枢转台的枢转轴线与机柱及工件主轴等组件的相对位置不再局限于狭小的限定区域，其相对装配位置的选择更加宽泛自由，从而有效优化了机床内部结构，且枢转台与加工主轴间不再直接装配，使得枢转结构与加工主轴间不存在因加工主轴高速自转而导致的枢转组件震动，保证了枢转台及相关组件的枢转运行可靠性；此外，相比于现有技术中较为常见的矩形机柱结构，本申请中采用的龙门支架结构的应力分布更加合理，受力更加稳定，且龙门支架与滑台的运动轨迹间不存在结构干涉，能够显著提高滑台的有效移动行程，从而使工件主轴与加工主轴间的可选适配位置更多，进而使所述齿轮加工机床的工件及刀具或砂轮等配件适应能力更强，加工效率和产品质量更好。
以上对本发明所提供的齿轮加工机床进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种齿轮加工机床，其特征在于：包括机柱，所述机柱上设置有龙门支架和滑台，所述滑台上可沿竖直轴线定轴转动地设置有枢转台，所述枢转台的中部可自转地设置有与被加工工件可拆装地适配的工件主轴，所述龙门支架的中部可自转并可沿水平和竖直方向移动地设置有与刀具或砂轮可拆装地适配的加工主轴，所述加工主轴的水平移动方向与其自转轴线的延伸方向一致，且所述工件主轴的自转轴线与所述加工主轴的自转轴线均沿水平方向延伸；
所述滑台可沿水平方向移动地设置于所述机柱上，且所述滑台的水平移动方向与所述加工主轴的水平移动方向相垂直。
2.如权利要求1所述的齿轮加工机床，其特征在于：所述机柱上设置有第一导轨，所述滑台可移动地设置于所述第一导轨上，所述第一导轨的延伸方向与所述滑台的水平移动方向一致，且所述滑台的水平移动方向与所述龙门支架的长度方向一致。
3.如权利要求1所述的齿轮加工机床，其特征在于：所述龙门支架上设置有沿竖直方向延伸的第二导轨，所述第二导轨上可移动地设置有基座，所述基座上可水平移动地设置有滑块，且所述滑块的移动方向与所述加工主轴的自转轴线延伸方向相同，所述加工主轴具体设置于所述滑块上。
4.如权利要求3所述的齿轮加工机床，其特征在于：所述基座上沿所述加工主轴的自转轴线延伸方向设置有第三导轨，所述滑块上具有与所述第三导轨滑动适配的导槽。
5.如权利要求1所述的齿轮加工机床，其特征在于：所述加工主轴为刀具主轴或砂轮主轴中的任一种。
6.如权利要求5所述的齿轮加工机床，其特征在于：当所述加工主轴为砂轮主轴时，所述工件主轴的一侧设置有砂轮修整器。
7.如权利要求1所述的齿轮加工机床，其特征在于：所述滑台上设置有可驱动所述枢转台转动的驱动装置。
8.如权利要求7所述的齿轮加工机床，其特征在于：所述驱动装置为与所述枢转台同轴直驱适配的力矩电机。
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