CN2254797Y - 滚齿机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于齿轮加工领域。该滚齿机是由床身、工作台、立柱、小立柱、传动机构、控制机构组成，其特点是主轴端部可安装大直径刀盘，主轴组件采用嵌入方式装在立柱的安装孔内，并可调整其安装角度，主轴端部安装基面沿主轴轴线方向，相对工作转台轴线的安装位置不变，该机床除主运动传动链外，只有一条内联传动链，在主轴尾端装有电气控制元件。该机具有传动箱结构简单，可明显提高切齿效率，可适用于专业化批量生产。

Description

滚齿机

本实用新型属于齿轮加工机床领域。

齿轮轮齿常用的切齿方法是在通用滚齿机上，使用普通滚刀进行加工。在这种情况下，滚刀相对工件在加工时要有间断的径向进给和连续的轴向进给运动，辅助切削时间较长。譬如加工台式链轮时，辅助切削时间(即切入、切出时间)大约是实际切削时间的4倍以上，切齿效率低。

本实用新型的目的在于提供一种可适用于加工各类窄齿轮(例如链轮)系列产品的高效滚齿机床。

具体技术方案结合附图说明如下：该滚齿机是由床身(1)、工作台(2)、立柱(3)和小立柱(4)、传动机构、控制机构组成，其特殊之处是主轴(16)端部可安装大直径刀盘(6)，主轴组件(5)采用嵌入方式安装在立柱(3)的安装孔(18)内，并可调整其安装角度，主轴(16)端部安装基面(31)，沿主轴轴线(17)方向，相对工作转台(8)轴线(9)的安装位置不变，该机床除主运动传动链外，只有一条内联传动链，在主轴(16)尾部，装有电气控制元件(25)、(27)。

该机床的主轴端部用外锥面(30)定位，端键(45)传动，可装刀盘(6)的最小外圆直径 $d_{\min }=\frac{b^2}{{4f}_{\max }},$ 式中b为工件齿宽(12)，f_max为工件齿根柱面允许的最大直线度公差(11)。

该机床的主轴组件(5)以主轴箱(19)的基平面(22)和短圆柱面(21)定位，安装在立柱(3)的安装孔(18)内，主轴组件(5)的安装角等于刀盘(6)的螺旋升角。

该机床的立柱(3)安装孔(18)的轴线(46)与主轴箱(19)短圆柱面(21)的轴线(20)共轴，主轴箱(19)短圆柱面(21)的轴线(20)与主轴轴线(17)共面，立柱(3)安装孔(18)的轴线(46)与工作转台(8)轴线(9)共面，主轴端部安装基面(31)与主轴箱(19)短圆柱面(21)的轴线(20)共面。

该机床的内联传动链两个末端件刀盘(6)与工件(10)之间的传动关系是：刀盘(6)匀速旋转1转，工件(10)匀速旋传K/Z转，Z是工件齿数，K是刀盘螺旋线法向导柱与工件节圆齿距的比值(正整数)。

主轴(16)旋转Z转时的自动准停采用电气控制。

下面结合附图进一步说明本实用新型的具体内容：

刀盘与被加工工件是按范成法原理工作。刀盘匀速旋转1转。工件匀速旋转相当工件节圆弧齿距整数倍的弧度区间。在该区间刀盘工作刀齿依次切除工件一个齿槽空间内不同部位的金属，完成一个齿槽的齿面加工。由于工件齿宽b(12)较小，当刀盘直径d(7)较大时，刀盘相对工件可不作轴向进给运动，同时沿刀盘的单圈螺旋线上可布置足够数量的刀齿，刀盘相对工件可不作径向进给，以最短切削路线进行加工。这是使用该机床加工各类窄齿轮时，可以提高切齿效率的原因，也是确定机床主要技术参数的依据。

滚齿机由床身(1)、工作台(2)、立柱(3)和小立柱(4)等部件，及传动控制系统组成。在结构上其技术特征与效能是：1.该机床主轴端部可安装大直径刀盘(6)，这是滚齿加工可实现无进给运动、提高切齿效率的前提条件。2.该机床主轴组件(5)采用嵌入方式安装在机床立柱(3)的安装孔(18)内，并可调整其安装角度，这样可缩短了主轴组件(5)在立本(3)上的悬伸高度尺寸H(23)，有利于提高主轴刚度。3.该机床主轴端部安装基面(31)，沿主轴轴线(17)方向，相对工作转台(8)轴线(9)的安装位置不变。这样，刀盘对中刀齿(34)相对工件的位置，不会因为调整刀盘安装角度而发生变化。4.该机床除主运动传动链外，只有一条内联传动链。它比普通滚齿机的传动箱简单。5.该机床主轴尾端，装有电气控制元件(25)、(27)，使机床主轴的旋转运动，可按工件加工齿数的不同，在刀盘扇形区(15)位置，自动准停，实现工件快速装卸。

以下说明本实用新型主要结构参数的确定方法：

1.刀盘最小外圆直径的确定。

刀盘最小外圆直径的确定，取决于刀盘的工作特征。因为当工件齿宽b(12)一定时，刀盘外圆直径越小，工件齿根柱面在加工时产生的直线度误差越大。所以刀盘最小外圆直径d_min，取决于工件齿根柱面允许的最大直线度公差f_max(11)。d_min、b和f_max三者之间存在下列几何关系：

d_min＝b²/4f_max

刀盘外园直径越大，布置在刀盘圆周上的刀齿数量越多，有利于改善切齿条件。但是刀盘直径太大，刀盘制造有困难。

因此，确定刀盘最小外园直径的原则是：在满足工件齿根柱面允许的最大直线度公差f_max(11)和刀盘制造允许的情况下，尽可能取大值。建议d≥500mm。

2.范成运动传动链计算位移量的确定：

滚齿法加工齿轮的原理，理论上相当于一对轴线交错的螺旋齿轮付的啮合原理。根据齿廓啮合的基本原理，刀盘法向螺距t₀应等于齿轮节圆弧齿距p₀的整数倍，用公式表示为：

t₀＝p₀·K式中，K是正整数，是刀盘主要参数，相当普通滚刀的头数。由上式可知，当刀盘匀速旋转1转时，刀盘上的刀齿沿其法向(即垂直于刀盘分圆柱螺旋线方向)位移为t₀，工件齿坯匀速回转p₀K弧度，即K/Z转。因此刀盘与工件齿坯的计算位移关系是：

刀盘1转——工件齿坯K/Z转

上述关系是建立该机床范成运动传动链运动平衡式的依据。

3.主轴(16)安装角的确定：

由于刀盘与工件齿坯在加工中的位置关系，相当一对轴线交错的螺旋齿轮付啮合时的位置关系；刀齿布置在刀盘分圆柱螺旋线上；工件为直齿，所以刀盘轴线即主轴轴线(17)相对工作转台(8)轴线(9)的安装角度，应等于刀盘分圆柱螺旋升角。

4.主轴旋转运动自动准停位置及准停时间参数的确定：

位于刀盘分圆柱螺旋线始端刀齿(13)与终端刀齿(14)之间开有扇形区(15)，当工件(10)位于该区间时，就是主轴(16)旋转运动的准停位置。

因为刀盘每旋转1转，完成一个轮齿的加工，所以加工一个工件，刀盘旋转Z转，完成一个加工循环，主轴自动准停。

本实用新型具有下列优点：

1.由于采用本实用新型时，可采用最短切削路线进行切齿加工，从而可显著提高切齿效率。例如，采用本机床加工台式链轮与采用通用滚齿机比较，其切齿效率至少可提高二倍以上。

2.与通用滚齿机比较，本机床取消了差动挂轮系，所以传动路线短，传动箱结构简单。

3.由于刀盘采用端部安装方式，主轴组件嵌入立柱内，且与立柱之间没有通用滚齿机的轴向进给导轨付，所以机床主轴刚度明显提高，有利于充分发挥机床的切齿效能。

4.本实用新型适用于加工各种窄齿轮系列产品；在各类生产中均可应用；尤其适用于成批、大批专业化生产场合。

附图说明及实施例：

图1为可装大直径刀盘滚齿机的一种结构布局方案示意图。其中：

(1)为床身；(2)为工作台；(3)为立柱；(4)为小立柱；(5)为机床主轴组件；(6)为大直径刀盘；(7)为刀盘直径尺寸d；(8)为工作转台；(9)为工作转台的轴线；(10)为工件。

图2为刀盘、工件加工位置示意图。其中：

(10)为工件；(6)为大直径刀盘，(11)为工件齿根柱面允许的最大直线度公差f_max；(12)为工件齿宽尺寸b；(13)为沿刀盘分圆柱螺旋线配置的始端刀齿；(14)为沿刀盘分圆柱螺旋线配置的终端刀齿；(15)为刀盘(6)的扇形区。

图3为机床主轴组件(5)的结构示意图。其中：

(16)为机床主轴；(17)为机床主轴轴线；(18)为机床立柱(3)的安装孔；(19)为主轴箱，(20)为主轴箱(19)短圆柱面(21)的轴线；(21)为主轴箱(19)的短圆柱面；(22)为主轴箱(19)的基平面；(23)为主轴组件(5)在立柱(3)上的悬伸高度尺寸H，它等于主轴轴线(17)至基平面(22)的高度尺寸；(24)为主轴箱(19)短圆柱面(21)的直径尺寸D；(25)为无触点限位开关触头；(26)为装有无触点限位开关触头(25)的圆盘，它与机床主轴(16)同步旋转；(27)为无触点限位开关；(28)为支架，固定在主轴箱(19)的端部；(29)为主轴(16)前支承的滑动轴承；(30)为主轴(16)端部外锥面(用于刀盘定位)；(31)为主轴端部安装基面；(32)为调整螺母；(33)为压盖；(34)为刀盘(6)的对中刀齿；(45)为端键；(46)为立柱(3)安装孔(18)的轴线。

图4为改装机床的传动系统示意图。其中：

(35)为电动机；(36)为同步齿形带与带轮；(37)为传动箱齿轮付；(38)为主运动传动链交换齿轮付；(39)为主轴组件(5)园柱齿轮付；(40)为主轴组件锥齿轮传动付；(41)为范成运动传动链交换齿轮付；(42)为支架；(43)为工作台(2)螺杆；(44)为工作台(2)蜗轮。

下面是本实用新型设计实施方案的一个例子：利用Y3150E型通用滚齿机改装为可装大直径链轮刀盘的滚齿机。

1.机床主要技术特性

允许安装刀具最大直径

工件最大加工直径

工件(链轮)最大节距      15.875mm

工件最大齿宽            8.7mm

工作台最高转速          8转/min

主轴转速范围            12.5、16、20转/min

主轴最大回转角          ±10°

主电机功率              5.5～7.5KW

2.机床总体方案设计

Y3150E型滚齿机是目前加工中、小节距链轮应用最多的一种通用滚齿机。该机床可装滚刀的最大直径是160mm。不适合安装大直径链轮刀盘。机床改装方案如图1所示。取消原机床立柱、刀架两部件，安装重新设计的立柱(3)及主轴组件(5)。原机床其它部件：床身(1)、工作台(2)、小立柱(4)以及液压、润滑系统不变。另外，机床控制系统用可编程控制器取代原机床的继电控制系统。

上述方案的优点是：可降低机床制造成本。缩短制造周期，便于推广应用，缺点是：受原机床结构、布局限制。进一步加大可装刀盘的直径范围以及完善机床的功能受到限制。

3.传动系统设计

传动系统包括：主运动传动链和范成运动传动链两部分。见图4。

主运动传动链的两个末端件分别是电动机(35)和刀盘(6)。范成运动传动链的两个末端件分别是刀盘(6)和工件(10)。

4.主轴组件结构设计

图3是主轴组件结构

刀盘的对中刀齿(34)中线与主轴(16)的刀盘安装基面(31)、主轴箱(重9)短圆柱面(21)轴线(20)以及工作转台轴线(9)位于同一平面内。当调整主轴轴线(17)的安装角时。刀盘对中刀齿(34)的位置保持不变。

主轴箱(19)用基平面(22)和短圆柱面(21)定位安装在立柱(3)的安装孔(18)上。

主轴轴承间隙通过调整螺母(32)调整。

5.主轴旋转运动准停装置

主轴末端圆盘(26)上，装有无触点限位开关触头(25)，与主轴同步旋转。它们与固定在主轴箱支架(29)上的无触点限位开关(27)一起，组成主轴旋转运动准停控制系统的信号源。

Claims (6)

1.一种由床身(1)、工作台(2)、立柱(3)和小立柱(4)、传动机构、控制机构组成的滚齿机，其特征在于：主轴(16)端部可安装大直径刀盘(6)，主轴组件(5)采用嵌入方式安装在立柱(3)的安装孔(18)内，并可调整其安装角度，主轴(16)端部安装基面(31)，沿主轴轴线(17)方向，相对工作转台(8)轴线(9)的安装位置不变，该机床除主运动传动链外，只有一条内联传动链，在主轴(16)尾端，装有电气控制元件(25)、(27)。

2.按权利要求1所述的滚齿机，其特征在于：主轴端部用外锥面(30)定位，端键(45)传动，可装刀盘(6)的最小外圆直径 $d_{\min }=\frac{b^2}{f_{\max }},$ 式中b为工件齿宽(12)，f_max为工件齿根柱面允许的最大直线度公差(11)。

3.按权利要求1或2所述的滚齿机，其特征在于：主轴组件(5)以主轴箱(19)的基平面(22)和短圆柱面(21)定位，安装在立柱(3)的安装孔(18)内，主轴组件(5)的安装角等于刀盘(6)的螺旋升角。

4.按权利要求1所述的滚齿机，其特征在于：立柱(3)的安装孔(18)的轴线(46)与主轴箱(19)短圆柱面(21)的轴线(20)共轴，主轴箱(19)短圆柱面(21)的轴线(20)与主轴轴线(17)共面，立柱(3)安装孔(18)的轴线(46)与工作转台(8)轴线(9)共面，主轴端部安装基面(31)与主轴箱(19)短圆柱面(21)的轴线(20)共面。

5.按权利要求1所述的滚齿机，其特征在于：内联传动链两个末端件，刀盘(6)与工件(10)之间的传动关系是：刀盘(6)匀速旋转1转，工件(6)匀速旋转K/Z转，Z是工件齿数，K是刀盘螺旋线法向导柱与工件节圆齿距的比值(正整数)。

6.按权利要求1所述的滚齿机，其特征在于：主轴(16)旋转Z转时的自动准停采用电器控制。

Images