CN108672834A - 一种人字齿轮同步滚齿加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人字齿轮同步滚齿加工装置,由床鞍、支撑板、滑块、刀架溜板、刀架和左旋滚刀、右旋滚刀组成，其中，两个支撑板沿床鞍的水平导轨左右运动，便于工件的安装和拆卸；滑块带动刀架的上下运动，便于适合工件大小的加工；刀架溜板可绕轴线旋转并分别控制左旋滚刀和右旋滚刀不同的安装夹角，便于适用不同加工要求；支撑板分别支撑刀架，便于刀具的平稳加工。滚齿刀安装后旋向和所需加工斜齿轮旋向一致，提高了机床运动稳定性和加工精度，滚齿加工的方式可实现批量生产，有利于工业需求。采用滚齿刀对人字齿轮两侧同步加工，使两侧产生的轴向跳动误差相互抵消，提高齿轮加工精度,且具有生产效率高、生产时间少的特点。

Description

一种人字齿轮同步滚齿加工装置

技术领域

本发明涉及齿轮同步加工装置，具体地说，涉及一种人字齿轮同步滚齿加工装置。

背景技术

齿轮传动系统是机械行业中运用最为广泛的传动系统之一，其运用领域包括风力发电、汽车、航海、航空、仪器仪表等。人字齿轮传动是齿轮传动系统的重要组成部分，它由两个螺旋角相同旋向相反的斜齿轮组成。人字齿轮传动具有斜齿轮传动平稳无冲击的优点，其左旋齿和右旋齿在啮合过程中产生的轴向力能够相互抵消，不会对齿轮箱的轴向结构造成破坏且由于无轴向力不需要使用推力轴承，能够使得齿轮箱结构更加简化。因人字齿轮承载能力强、传动稳定无冲击、无轴向载荷，大量运用于重型机械场合,人字齿轮传动因其重合度高、结构紧凑的特点，广泛用于船舶、航空工业各个传动领域。

在传统的人字齿轮加工过程中，人字齿轮根据需要可将两侧分体制造，然后组合在一起，很大程度影响了生产效率；或者采用斜齿轮加工方式分左右斜齿轮依次加工。目前斜齿轮加工方式有:滚齿、插齿、铣齿、磨齿多种方法，但是这些加工技术会因二次加工时的轴向跳动影响齿轮精度；相对于普通齿轮的加工，人字齿的加工工艺较为复杂、难度较高。

中国专利102883844A公开了“一种多轴滚齿机”，该滚齿机能同时加工N个工件，也可以磨铣出较高精度的齿轮形状，但是不能实现对一种工件的同时加工，即无法对人字齿轮进行一次成型加工，且采用该滚齿机分步加工人字齿轮，加工过程中的轴向跳动误差会累积进而影响齿轮精度。

中国专利106825774A公开了“一种人字齿轮加工装置”，该加工装置转动轴上连接有清料齿轮，在内部设有储料腔，可实现在加工过程中对齿槽的毛刺进行全面处理，提高加工质量，但是不能实现对人字齿轮一次成型加工，且加工时间比传统人字齿轮加工时间长，没有考虑轴向跳动误差的累积。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种人字齿轮同步滚齿加工装置，该同步滚齿加工装置可实现人字齿轮两侧同时加工，并且消除轴向跳动带来的齿轮精度影响，加工装置具有生产效率高、加工精度高、生产时间少、可批量生产的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括床鞍、水平导轨、工作台、心轴、第一滑块、第一刀架溜板、第一支撑板、第二支撑板、第一刀架、左旋滚刀、第二滑块、第二刀架溜板、第二刀架、右旋滚刀、电机和换置机构，

所述床鞍为长方体结构，床鞍两端部的凸台上分别有两条平行导轨，且与床鞍中轴线同向；心轴与工作台位于床鞍的中间部位，心轴与工作台同轴安装，心轴与工作台中轴线垂直于床鞍轴线，工件安装在心轴上且随工作台一起转动；

所述第一支撑板与所述第二支撑板为结构相同的部件，两个支撑板相对的侧面分别有竖直导轨，两个支撑板相背的侧面设有加强筋，两个支撑板底面有两条平行滑槽；所述第一支撑板与所述第二支撑板分别位于床鞍的两端部，支撑板的滑槽与床鞍的导轨配合，且沿床鞍上的水平导轨移动，第一支撑板与第二支撑板用来调整工件的径向位置或作径向进给运动；

第一刀架溜板和第二刀架溜板的一侧面分别与第一滑块和第二滑块连接，第一滑块和第二滑块通过滑槽与第一支撑板和第二支撑板的竖直导轨配合，且沿导轨上下移动；第一刀架溜板和第二刀架溜板的另一侧面分别与第一刀架、第二刀架连接，第一刀架和第二刀可绕水平轴线转位；所述左旋滚刀和右旋滚刀分别安装在第一刀架和第二刀架上作旋转运动；且左旋滚刀和右旋滚刀与所加工工件的旋向相同，安装角δ＝β-ω，其中,β为加工工件的螺旋角，ω为滚齿刀的螺旋升角。

所述电机带动各级齿轮系传动将动力传递至工作台和滚刀，并带动滚刀主轴旋转运动和工件的旋转运动。

所述换置机构分别用于工件的齿轮和滚刀头数的变化、调整渐开线齿廓的成形速度、调整垂直进给量的大小和进给方向。

有益效果

本发明提出的一种人字齿轮同步滚齿加工装置,利用人字齿轮传动中产生的轴向力能够相互抵消，不会对齿轮箱的轴向结构造成破坏的特点，采用滚齿同步加工，使其两侧产生的轴向跳动误差相互抵消，相比较于传统的二次加工造成的累计误差能大大减少，提高了齿轮精度，且滚齿加工本身的优势在于其加工分齿精度高，不存在成形法铣齿的齿形曲线理论误差，将人字齿轮传动的特点运用到加工工艺上。

本发明与传统的人字齿轮加工方法相比，可实现一次成型，不需要分二次加工，大大减少了加工时间，缩短工时在50％以上。安装的滚齿刀旋向和所需加工斜齿轮旋向一致，提高了机床运动稳定性和加工精度，滚齿加工的方式可实现批量大的生产，有利于工业需求。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种人字齿轮同步滚齿加工装置作进一步详细说明。

图1为本发明人字齿轮同步滚齿加工装置轴侧图。

图2为本发明人字齿轮同步滚齿加工装置主视图。

图3为本发明人字齿轮同步滚齿加工装置的工作台示意图。

图4为本发明人字齿轮同步滚齿加工装置的支撑台结构示意图。

图5为本发明人字齿轮同步滚齿加工装置的刀架体结构示意图。

图6为本发明人字齿轮同步滚齿加工装置的滚齿刀结构示意图。

图7为本发明人字齿轮同步滚齿加工装置的滚齿刀侧视图。

图8为本发明人字齿轮同步滚齿加工装置的传动原理示意图。

图中:

1.第一支撑板 2.第一滑块 3.第一刀架溜板 4.左旋滚刀 5.工件 6.右旋滚刀7.第二刀架溜板 8.第二支撑板 9.床鞍 10.第一刀架 11.第二刀架 12.第二滑块 13.水平导轨 14.工作台 15.心轴

具体实施方式

本实施例是一种人字齿轮同步滚齿加工装置。

参阅图1～图7，本实施例人字齿轮同步滚齿加工装置，由床鞍9、水平导轨13、工作台14、心轴15、第一滑块2、第一刀架溜板3、第一支撑板1、第二支撑板8、第一刀架10、左旋滚刀4、第二滑块12、第二刀架溜板7、第二刀架11、右旋滚刀6和电机、换置机构组成；其中，床鞍9为长方体结构，床鞍9上两端部的凸台上分别有两条导轨，且与床鞍中轴线同方向；心轴15与工作台14安装在床鞍9中间部位，心轴15与工作台14同轴安装，且心轴15、工作台14中轴线垂直于床鞍9轴线；工件5安装在心轴15上，且随工作台14一起转动。

第一支撑板1与第二支撑板8为结构相同的部件；第一支撑板1与第二支撑板8相对的侧面分别设有竖直导轨，两个支撑板相背的侧面有加强筋，支撑板底面开有两条平行滑槽；第一支撑板1与所述第二支撑板8分别位于床鞍9两端部，两个支撑板的滑槽与床鞍9上两端部的导轨配合，且可沿床鞍9导轨轴向移动，用于调整工件5的径向位置或作径向进给运动，同时便于工件5的安装和拆卸。

第一刀架溜板3和第二刀架溜板7的一侧面分别与第一滑块2和第二滑块12连接，第一滑块2和第二滑块12通过侧面滑槽与第一支撑板1和第二支撑板8的竖直导轨配合，且沿竖直导轨上下移动。第一刀架溜板3和第二刀架溜板7的另一侧面分别与第一刀架10和第二刀架体11连接，第一刀架10、第二刀架11可绕水平轴线转位；左旋滚刀4和右旋滚刀6分别安装在第一刀架10和第二刀架11上，作旋转运动；左旋滚刀4和右旋滚刀6与工件5的旋向方向相同，安装角为δ＝β-ω，其中β为加工工件的螺旋角，ω为滚齿刀的螺旋升角。

本实施例中，电机带动各级齿轮系传动将动力传递至工作台和滚刀，带动滚刀主轴旋转运动和工件的旋转运动。换置机构分别用于工件的齿轮和滚刀头数的变化、调节渐开线齿廓的成形速度、调整垂直进给量的大小和进给方向。

如图8所示，本实施例中，对加工装置的传动路径分为左旋斜齿加工和右旋斜齿加工。其中左旋斜齿加工包括展成运动传动链、垂直进给运动传动链、附加运动传动链、主运动传动链；右旋斜齿加工包括垂直进给运动传动链、主运动传动链。图中:

A₁:左旋滚刀4直线进给运动，A₂:右旋滚刀6直线进给运动，

B₁₁:左旋滚刀4的旋转运动，B₁₂:工件的展成运动，

B₂₁:右旋滚刀6的旋转运动，B₂₂:工件附加旋转运动；

u_x:为换置机构用来适应工件齿数和滚刀头数的变化；

u_y:为换置机构适应工件螺旋线导程L和螺旋线方向的变化；

u_v:换置机构用于调整渐开线齿廓的成形速度；

u_f:换置机构用以调整垂直进给量的大小和进给方向，以适应不同加工表面粗糙度的要求；

u_v′:换置机构用于调整渐开线齿廓的成形速度；

u_f′:换置机构用以调整垂直进给量的大小和进给方向，以适应不同加工表面粗糙度的要求。

第一级为左旋滚刀加工左旋斜齿轮的运动路径，其传动链有四个。

1)展成运动传动链:该运动链包括工件的展成运动B₁₂的传动链，其运动链传动路径为:节点4到节点5再到节点7，经换置机构u_x到节点8再到节点9，最后传递至工作台，该传动链保证工件与刀具之间的严格运动关系，其中换置机构u_x用来适应工件齿数和滚刀头数的变化。作为一条内联系传动链，不仅要求传动比准确，还要求滚刀和工件两者旋转方向必须符合一对交错轴螺旋齿轮啮合时相对运动方向。当滚刀旋转方向一定时，工件的旋转方向由滚刀螺旋方向确定。

2)附加运动传动链:该运动链保证螺旋线的形成，其运动链传动路径为:从节点12开始，经过节点13，由换置机构u_y传递至节点14再到节点15，由运动合成机构传递至节点6，接着传递到节点6和节点7，经换置机构u_x传递至节点8和节点9，最后传递至工作台，形成附加运动B₂₂，其中换置机构u_y适应工件螺旋线导程L和螺旋线方向的变化，工件附加运动B₂₂的旋转方向与工件展成运动B₁₂旋转方向是否相同，取决于工件的螺旋方向及滚刀的进给方向；在滚切斜齿轮时，要保证B₁₂和B₂₂这两个旋转运动方向同时传给工件又不发生干涉，需要在系统中配置运动合成机构，将2个运动合成之后，再传给工件。工件的实际旋转运动是由展成运动B₁₂和形成螺旋线的附加运动B₂₂合成的。

3)主运动传动链1:主运动传动链是连接电机动力源和滚刀主轴的传动链，其运动链传动路径为:从节点1开始到节点2，经换置机构u_v传递至节点3和节点4，最后传递至左旋滚刀4，此运动链是一条外联系传动链，主要控制的是左旋滚刀4的旋转运动B₁₁，传动链中换置机构u_v用于调整渐开线齿廓的成形速度，根据工艺条件确定滚刀转速来调整其转动比。

4)垂直进给运动传动链1:滚刀在自身旋转的同时，为了切出整个齿宽，必须沿工件轴线作直线进给运动A₁,其运动链传动路径为:从节点9出发到节点10，由换置机构u_f传递至节点11，最后到节点12，滚刀的垂直进给运动是由滚刀刀架沿支撑台导轨移动实现的，换置机构u_f用以调整垂直进给量的大小和进给方向，以适应不同加工表面粗糙度的要求，由于刀架的垂直进给运动是简单运动为外联系传动链，工作台每转一转，刀架的位移来表示垂直进给量的大小。

第二级为右旋滚刀加工右旋斜齿轮的运动路径，由于第一级中展成运动链和附加运动链分别保证工件的展成和螺旋线的形成，故在加工斜齿轮时不需要展成运动联合附加运动链，故只有二个传动链。

1)主运动传动链2:其与主运动传动链1的功能相同，其运动链传动路径为由节点17出发，经换置机构u_v′传递至节点18和节点19，再传递至右旋滚刀6，最后传递至节点24，此运动链是一条外联系传动链，控制的为右旋滚刀6的旋转运动B₂₁，换置机构u_v′与u_v作用一致，用于调整渐开线齿廓的成形速度。

2)垂直进给运动传动链2:其与垂直进给运动传动链1功能相同，目的是为了切出斜齿轮的整个齿宽，其运动链传动路径为:由节点20出发，传递至节点21，经换置机构u_f′传递至节点22和节点23，此传动链控制右旋滚刀6的垂直进给运动A₂，其换置机构u_f′用以调整垂直进给量的大小和进给方向。

本实施例中，利用展成运动传动链和附件运动传动链合成可使人字齿轮的两个斜齿同时加工，只需改变滚齿刀的安装夹角就可实现加工出不同旋向及螺旋角。

Claims (3)

1.一种人字齿轮同步滚齿加工装置，其特征在于:包括床鞍、水平导轨、工作台、心轴、第一滑块、第一刀架溜板、第一支撑板、第二支撑板、第一刀架、左旋滚刀、第二滑块、第二刀架溜板、第二刀架、右旋滚刀、电机和换置机构，

所述床鞍为长方体结构，床鞍两端部的凸台上分别有两条平行导轨，且与床鞍中轴线同向；心轴与工作台位于床鞍的中间部位，心轴与工作台同轴安装，心轴与工作台中轴线垂直于床鞍轴线，工件安装在心轴上且随工作台一起转动；

所述第一支撑板与所述第二支撑板为结构相同的部件，两个支撑板相对的侧面分别有竖直导轨，两个支撑板相背的侧面设有加强筋，两个支撑板底面有两条平行滑槽；所述第一支撑板与所述第二支撑板分别位于床鞍的两端部，支撑板的滑槽与床鞍的导轨配合，且沿床鞍上的水平导轨移动，第一支撑板与第二支撑板用来调整工件的径向位置或作径向进给运动；

第一刀架溜板和第二刀架溜板的一侧面分别与第一滑块和第二滑块连接，第一滑块和第二滑块通过滑槽与第一支撑板和第二支撑板的竖直导轨配合，且沿导轨上下移动；第一刀架溜板和第二刀架溜板的另一侧面分别与第一刀架、第二刀架连接，第一刀架和第二刀可绕水平轴线转位；所述左旋滚刀和右旋滚刀分别安装在第一刀架和第二刀架上作旋转运动；且左旋滚刀和右旋滚刀与所加工工件的旋向相同，安装角δ＝β-ω，其中,β为加工工件的螺旋角，ω为滚齿刀的螺旋升角。

2.根据权利要求1所述的人字齿轮同步滚齿加工装置，其特征在于:所述电机带动各级齿轮系传动将动力传递至工作台和滚刀，并带动滚刀主轴旋转运动和工件的旋转运动。

3.根据权利要求1所述的人字齿轮同步滚齿加工装置，其特征在于:所述换置机构分别用于工件的齿轮和滚刀头数的变化、调整渐开线齿廓的成形速度、调整垂直进给量的大小和进给方向。