CN112139608A - 一种具有滚齿功能的一体式车床及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控机床技术。本发明的具有滚齿功能的一体式车床及其使用方法，包括设置在床身上的车削机构及工件夹持机构，所述车削机构下设有直线电机组合运动机构，在直线电机组合运动机构上还设有滚齿机构，所述滚齿机构包括滚齿头，还包括用于驱动滚齿头升降运动的升降机构、以及驱动滚齿头线性运动的直线驱动装置。该机床在车床身上同时设置车削机构及滚齿机构，便于在同一车床上完成车削和滚齿的加工，减少转运费用及专用滚齿设备使用费用，降低生产成本、提高生产效率；利用直线电机组合运动机构，实现精准定位，保证车削加工和滚齿加工精度，真正在车床上实现滚齿加工。

Description

一种具有滚齿功能的一体式车床及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种数控机床技术，特别涉及一种具有滚齿功能的一体式车床。

背景技术

作为制造业大国，机床在中国的应用率极高，特别是数控机床的广泛应用，为产品的生产质量提高起到了极大的促进作用。现有齿轮的通用加工模式是先在车床上完成毛坯加工，然后将毛坯拿到专门的滚齿机上加工，加工成本和时间成本均较高，并不适应现代工业制造的要求。

而齿轮的型号分很多种，对于一些精度要求不高、齿轮重量不重的情形时，仍然需要用专用的滚齿机进行加工，转运及设备使用费昂贵，加工成本高、生产效率低，不适应节能绿色的现代制造需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有齿轮的加工需要先在车床上完成毛坯加工、然后需转运到专用的滚齿机上滚齿加工，转运及设备使用费昂贵、成本高、生产效率低，不适应于节能绿色的现代制造需求的不足，提供一种具有滚齿功能的一体式车床及其使用方法，该机床在车床身上同时设置车削机构及滚齿机构，便于在同一车床上完成车削和滚齿的加工，减少转运费用及专用滚齿设备使用费用，降低生产成本、提高生产效率；利用直线电机组合运动机构，实现精准定位，保证车削加工和滚齿加工精度，真正在车床上实现滚齿加工。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种具有滚齿功能的一体式车床，包括设置在床身上的车削机构及工件夹持机构，所述车削机构下设有直线电机组合运动机构，在直线电机组合运动机构上还设有滚齿机构，所述滚齿机构包括滚齿头，还包括用于驱动滚齿头升降运动的升降机构、以及驱动滚齿头线性运动的直线驱动装置。

该机床在床身上同时设置车削机构及滚齿机构，便于在同一车床上完成车削和滚齿的加工，减少转运费用及专用滚齿设备使用费用，降低生产成本、提高生产效率；而配合安装的直线电机组合运动机构，利用直线电机运动惯量小、系统刚度高、响应快速的优点，避免丝杆组件传动和皮带传动存在运动惯量大、丝杆存在反向间隙的问题，进而保证车削机构及滚齿机构的直线运动精度，实现精准定位，保证车削加工和滚齿加工精度，再配合驱动滚齿头升降运动和线性运动的驱动设备，适应于不同的齿形加工需求，真正在车床上实现滚齿加工。

作为优选，所述直线电机组合运动机构包括横向直线电机和纵向直线电机，所述纵向直线电机设置在横向直线电机上，且两个直线电机的运动方向相垂直。在床身上设置的横向直线电机和纵向直线电机，实现车削机构和滚齿机构的横向及纵向高精度进给运动，保证加工精度。

作为优选，所述横向直线电机包括设置在床身上的横向滑台，在横向滑台上设有两排平行布置的横向滑轨，所述横向滑轨与横向滑台组成一体式的U型模组，横向直线电机定子设置在U型模组的U形槽内。在横向滑台上设置的横向滑轨用于保证横向运动的精准性，而横向滑台的设置为整个车削机构和滚齿机构提供了稳定的作业基础。

作为优选，所述纵向直线电机包括设置在U型模组上方的拖板，在拖板与U型模组接触的板面上设有与横向滑轨对应的滑槽，且在滑槽内配合设有滑块，横向直线电机动子安装在拖板上。利用拖板安装纵向直线电机，在拖板上设置与滑轨对应滑槽和滑块，并将横向直线电机动子安装在拖板上，在纵向直线电机上安装工件卡盘机构后，实现车削机构的横向和纵向精准运动。

作为优选，纵向直线电机定子安置在拖板上方，在拖板上还设有两排平行布置的纵向辅助滑轨，在拖板上方设有T型槽滑台，并在T型槽滑台上与纵向辅助滑轨配合设有滑动组件，纵向直线电机动子设置在T型槽滑台上。T型槽滑台用于安装车削机构和滚齿机构，而将纵向直线电机动子安装在T型槽滑台上，实现车削机构和滚齿机构高精度纵向滑动，保证加工精度，也因直线电机组合运动机构的运用，大大减小机床的体积，适应于数控机床的尺寸需要。

作为优选，所述升降机构安装在T型槽滑台上，所述升降机构与滚齿机构之间连有角度调控装置。

作为优选，所述角度调控装置包括转动轴及旋转角度控制器，还设有与旋转轴连接的角度转盘。

作为优选，所述滚齿机构包括连为一体的滚齿头和直线步进电机，在滚齿头和直线步进电机之间设有转盘对接头，所述转盘对接头与角度转盘对应设有连接结构。

与车床的直线电机组合运动机构及转动轴配设编码器，对车削机构的进给运动速度及位置进行反馈，对滚齿机构的速度及转角进行反馈，实现精准定位和控位，也通过精准调整滚齿头与工件的相对角度，实现不同齿形的加工。

作为优选，所述工件夹持机构设有用于驱动其旋转运动的直驱式主轴组件，所述直驱式主轴组件包括主轴，所述主轴配设有电机，所述电机包括套于主轴外的转子和套于转子外的定子，在定子外还套有主轴体，所述转子、定子与主轴体同轴设置。

直驱式主轴组件将电机和主轴同轴设计，结构简单、提高同步效率，保证传动效果，减少齿轮或带轮传动带来的传动和定位问题，尽量减小工件震动，保证工件加工精度；而配合车削机构和滚齿机构，利用直线电机组合运动机构的高精度运行优点，能在该车床上一次装夹即可完成传统的多道加工工序，并完成滚齿加工，不但减少了传统工艺的装夹时间，同时减少产品磕碰，提高了生产效率，降低了人工成本。

一种具有滚齿功能的一体式车床的使用方法，将上述的具有滚齿功能的一体式车床用于滚齿加工时，包括以下步骤：

A、将待加工工件安装在工件夹持机构上，利用直线电机组合运动机构将车削机构调整至加工位置；

B、进行工件车削加工；

C、车削加工完成后，调整工件夹持位置，利用直线电机组合运动机构将滚齿机构调整至加工位置；

D、根据滚齿加工需求，调整滚齿头的加工角度；

E、完成滚齿加工。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、该机床在车床身上同时设置车削机构及滚齿机构，便于在同一车床上完成车削和滚齿的加工，减少转运费用及专用滚齿设备使用费用，降低生产成本、提高生产效率；利用直线电机组合运动机构，实现精准定位，保证车削加工和滚齿加工精度，真正在车床上实现滚齿加工；

2、T型槽滑台用于安装车削机构和滚齿机构，而将纵向直线电机动子安装在T型槽滑台上，实现车削机构和滚齿机构高精度纵向滑动，保证加工精度，也因直线电机组合运动机构的运用，大大减小机床的体积，适应于数控机床的尺寸需要；

3、与车床的直线电机组合运动机构及转动轴配设编码器，对车削机构的进给运动速度及位置进行反馈，对滚齿机构的速度及转角进行反馈，实现精准定位和控位，也通过精准调整滚齿头与工件的相对角度，实现不同齿形的加工；

4、直驱式主轴组件将电机和主轴同轴设计，结构简单、提高同步效率，保证传动效果，减少齿轮或带轮传动带来的传动和定位问题，尽量减小工件震动，保证工件加工精度。

附图说明：

图1是本发明带有滚齿功能的一体式车床的主视图。

图2为实施例中带有滚齿功能的一体式车床的轴测图。

图3为实施例中直线电机组合运动机构的结构示意图。

图4为实施例中滚齿机构的结构示意图。

图5为图4的滚齿机构的另一视图。

图6为实施例中带有直驱式主轴组件的工件夹持机构。

图中标记：1-床身，2-横向直线电机，201-U型模组，202-横向滑轨，203-横线直线电机定子，204-横向直线电机动子，205-工件夹持座安装台，3-纵向直线电机，301-滑块，302-拖板，303-纵向直线电机动子，304-纵向直线电机定子，305-纵向辅助滑轨，4-T型槽滑台，5-直驱式主轴组件，501-制动盘，502-制动钳，6-车削机构，7-滚齿机构，701-滚齿头，702-角度转盘，703-转盘对接头，704-直线步进电机，8-升降机构。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1至图6所示，本实施例的带有滚齿功能的一体式车床，包括设置在床身1上的车削机构6及工件夹持机构，所述车削机构6下设有直线电机组合运动机构，在直线电机组合运动机构上还设有滚齿机构7，所述滚齿机构7包括滚齿头701，还包括用于驱动滚齿头701升降运动的升降机构8、以及驱动滚齿头701线性运动的直线驱动装置。

本实施例的机床在车床上同时设置车削机构及滚齿机构，便于在同一车床上完成车削和滚齿的加工，减少转运费用及专用滚齿设备使用费用，降低生产成本、提高生产效率；而配合安装的直线电机组合运动机构，利用直线电机运动惯量小、系统刚度高、响应快速的优点，避免丝杆组件传动和皮带传动存在运动惯量大、丝杆存在反向间隙的问题，进而保证车削机构及滚齿机构的直线运动精度，实现精准定位，保证车削加工和滚齿加工精度，再配合驱动滚齿头升降运动和线性运动的驱动设备，适应于不同的齿形加工需求，真正在车床上实现滚齿加工。

实施例2

如图1至图6所示，根据实施例1所述的带有滚齿功能的一体式车床，本实施例的直线电机组合运动机构包括横向直线电机2和纵向直线电机3，所述纵向直线电机3设置在横向直线电机2上，且两个直线电机的运动方向相垂直。在床身上设置的横向直线电机和纵向直线电机，实现车削机构和滚齿机构的横向及纵向高精度进给运动，保证加工精度。

具体地，所述横向直线电机2包括设置在床身1上的横向滑台，在横向滑台上设有两排平行布置的横向滑轨202，所述横向滑轨202与横向滑台组成一体式的U型模组201，横向直线电机定子203设置在U型模组201的U形槽内。在横向滑台上设置的横向滑轨用于保证横向运动的精准性，而横向滑台的设置为整个车削机构和滚齿机构提供了稳定的作业基础。

进一步地，所述纵向直线电机3包括设置在U型模组201上方的拖板302，在拖板302与U型模组201接触的板面上设有与横向滑轨202对应的滑槽，且在滑槽内配合设有滑块301，横向直线电机动子204安装在拖板302上。利用拖板安装纵向直线电机，在拖板上设置与滑轨对应滑槽和滑块，并将横向直线电机动子安装在拖板上，在纵向直线电机上安装工件卡盘机构后，实现车削机构的横向和纵向精准运动。如图3所示，在 U型模组201靠近工件夹持机构的端部还设有工件夹持座安装台205，用于安装工件夹持机构及其驱动装置。

本实施例中，纵向直线电机定子304安置在拖板302上方，在拖板302上还设有两排平行布置的纵向辅助滑轨305，在拖板3.2上方设有T型槽滑台4，并在T型槽滑台4上与纵向辅助滑轨305配合设有滑动组件，纵向直线电机动子303设置在T型槽滑台4上。T型槽滑台用于安装车削机构和滚齿机构，而将纵向直线电机动子安装在T型槽滑台上，实现车削机构和滚齿机构高精度纵向滑动，保证加工精度，也因直线电机组合运动机构的运用，大大减小机床的体积，适应于数控机床的尺寸需要。

实施例3

如图1至图6所示，根据实施例2所述的带有滚齿功能的一体式车床，本实施例的升降机构8安装在T型槽滑台4上，所述升降机构8与滚齿机构7之间连有角度调控装置。如图2所示，升降机构8安置在T型槽滑台4的端部，能随T型槽滑台4进行横向和纵向运动。

本实施例中，所述角度调控装置包括转动轴及旋转角度控制器，还设有与旋转轴连接的角度转盘702。

进一步地，所述滚齿机构7包括连为一体的滚齿头701和直线步进电机704，在滚齿头701和直线步进电机704之间设有转盘对接头703，所述转盘对接头703与角度转盘702对应设有连接结构。

具体地，与车床的直线电机组合运动机构及转动轴配设编码器，对车削机构的进给运动速度及位置进行反馈，对滚齿机构的速度及转角进行反馈，实现精准定位和控位，也通过精准调整滚齿头与工件的相对角度，实现不同齿形的加工。

实施例4

如图1至图6所示，根据实施例2所述的带有滚齿功能的一体式车床，本实施例的工件夹持机构设有用于驱动其旋转运动的直驱式主轴组5件，所述直驱式主轴组件5包括主轴，所述主轴配设有电机，所述电机包括套于主轴外的转子和套于转子外的定子，在定子外还套有主轴体，所述转子、定子与主轴体同轴设置。

直驱式主轴组件将电机和主轴同轴设计，结构简单、提高同步效率，保证传动效果，减少齿轮或带轮传动带来的传动和定位问题，尽量减小工件震动，保证工件加工精度；而配合车削机构和滚齿机构，利用直线电机组合运动机构的高精度运行优点，能在该车床上一次装夹即可完成传统的多道加工工序，并完成滚齿加工，不但减少了传统工艺的装夹时间，同时减少产品磕碰，提高了生产效率，降低了人工成本。

进一步地，所述主轴体的两端还分别设有前端盖和后端盖，前端盖和后端盖上均设有轴承室，轴承室内设有套于主轴上的若干轴承，在主轴上还套有置于防尘盖外侧的编码器和制动系统，制动系统包括套于主轴上的制动盘501和用于控制制动盘制动的制动钳502。设于主轴上的制动盘和制动钳，在主轴停止的时候施加一个外部制动力，起到快速停止主轴转动的作用。

更进一步地，所述主轴体外侧设有与主轴同轴的散热装置，所述散热装置包括罩于主轴体外侧的外罩壳，所述外罩壳与主轴体为一体结构，沿外罩壳周向设有多个冷却孔，在外罩壳的两端设有冷却道密封盖，所述冷却道密封盖上设有管路接头。

通过冷却道密封盖上的管路接头连接冷却管路后，使相邻的冷却道形成散热流道，在散热流道内通入压缩空气或冷却液体实现冷却。

实施例5

将实施例4所述的具有滚齿功能的一体式车床用于滚齿加工时，包括以下步骤：

A、将待加工工件安装在工件夹持机构上，利用直线电机组合运动机构将车削机构调整至加工位置；

B、进行工件车削加工；

C、车削加工完成后，调整工件夹持位置，利用直线电机组合运动机构将滚齿机构调整至加工位置；

D、根据滚齿加工需求，调整滚齿头的加工角度；

E、完成滚齿加工。

Claims (10)

1.一种具有滚齿功能的一体式车床，其特征在于，包括设置在床身上的车削机构及工件夹持机构，所述车削机构下设有直线电机组合运动机构，在直线电机组合运动机构上还设有滚齿机构，所述滚齿机构包括滚齿头，还包括用于驱动滚齿头升降运动的升降机构、以及驱动滚齿头线性运动的直线驱动装置。

2.根据权利要求1所述的具有滚齿功能的一体式车床，其特征在于，所述直线电机组合运动机构包括横向直线电机和纵向直线电机，所述纵向直线电机设置在横向直线电机上，且两个直线电机的运动方向相垂直。

3.根据权利要求2所述的具有滚齿功能的一体式车床，其特征在于，所述横向直线电机包括设置在床身上的横向滑台，在横向滑台上设有两排平行布置的横向滑轨，所述横向滑轨与横向滑台组成一体式的U型模组，横向直线电机定子设置在U型模组的U形槽内。

4.根据权利要求3所述的具有滚齿功能的一体式车床，其特征在于，所述纵向直线电机包括设置在U型模组上方的拖板，在拖板与U型模组接触的板面上设有与横向滑轨对应的滑槽，且在滑槽内配合设有滑块，横向直线电机动子安装在拖板上。

5.根据权利要求4所述的具有滚齿功能的一体式车床，其特征在于，所述纵向直线电机定子安置在拖板上方，在拖板上还设有两排平行布置的纵向辅助滑轨，在拖板上方设有T型槽滑台，并在T型槽滑台上与纵向辅助滑轨配合设有滑动组件，纵向直线电机动子设置在T型槽滑台上。

6.根据权利要求5所述的具有滚齿功能的一体式车床，其特征在于，所述升降机构安装在T型槽滑台上，所述升降机构与滚齿机构之间连有角度调控装置。

7.根据权利要求6所述的具有滚齿功能的一体式车床，其特征在于，所述角度调控装置包括转动轴及旋转角度控制器，还设有与旋转轴连接的角度转盘。

8.根据权利要求7所述的具有滚齿功能的一体式车床，其特征在于，所述滚齿机构包括连为一体的滚齿头和直线步进电机，在滚齿头和直线步进电机之间设有转盘对接头，所述转盘对接头与角度转盘对应设有连接结构。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的具有滚齿功能的一体式车床，其特征在于，所述工件夹持机构设有用于驱动其旋转运动的直驱式主轴组件，所述直驱式主轴组件包括主轴，所述主轴配设有电机，所述电机包括套于主轴外的转子和套于转子外的定子，在定子外还套有主轴体，所述转子、定子与主轴体同轴设置。

10.一种具有滚齿功能的一体式车床的使用方法，其特征在于，将权利要求8所述的具有滚齿功能的一体式车床用于滚齿加工时，包括以下步骤：

A、将待加工工件安装在工件夹持机构上，利用直线电机组合运动机构将车削机构调整至加工位置；

B、进行工件车削加工；

C、车削加工完成后，调整工件夹持位置，利用直线电机组合运动机构将滚齿机构调整至加工位置；

D、根据滚齿加工需求，调整滚齿头的加工角度；

E、完成滚齿加工。

Images