CN86210181U - 多功能摆线加工机床 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种展成内外长短幅摆线及其等距曲线的机械加工设备，它适用于摆线工件的磨削、铣削、插削。同时它还适用于摆线工件的测量。本实用新型包括底座(5)、摆臂(1)、溜板(19)、转盘(12)、齿轮(6)、齿轮(7)、挂轮(13)、挂轮(14)、定向机构以及测量头。本实用新型具有能加工多种类型内外长短幅摆线及其等距曲线工件、使用通用刀具、被加工工件能重复装夹定位、精度高等特点，同时本实用新型还能对曲线误差进行测量。

Description

本发明是一种展成内外长短幅摆线及其等距曲线的设备，它适用于摆线工件的磨削、铣削、插销。同时它还可用于曲线误差的测量。

在现有技术中，加工长短幅摆线的设备基本上分为两大类：一类是采用定法线法，即在加工过程中曲线的法线不动；另一类是采用共轭曲线的原理，如加工摆线汽缸体的工具与旋转活塞的形状尺寸完全一致。美国专利（US3，921，339）给出了一种加工摆线汽缸体的装置。现有技术中，一种设备只能加工一种类型产品，当更换产品类型时必须更换设备；加工摆线轮的设备全部使用专用刀具；都不能重复装夹，以致粗精加工不能分开；另外，测量摆线误差全都使用具有共轭曲线的专用工具，测量所得也不是法向误差。

本发明的目的是提供一种能够加工多种类型长短幅摆线及其等距曲线的，使用通用刀具的、能够重复装夹定位的高精度的摆线展成设备，同时，它还适用于摆线误差的测量。

本发明包括：一个长度可调的摆臂（1），其一端固定在底座（5）上的轴（2）上，另一端有联成一体的轴（4），轴（4）的上端固定有齿轮（6），齿轮（6）与摆臂（1）不能相对转动；一个支承在底座（5）上的往复移动的溜板（19），其上固装有支架（18），支架（18）内装有蜗杆（17）；一个支承在溜板（19）上的空腔的转盘（12），其下端固装有与蜗杆（17）相啮合的蜗轮（16）。齿轮（7）、齿轮（6）、挂轮（13）、挂轮（14）均位于转盘（12）的空腔中，转盘（12）带有中心线位于同一轴剖面内的上下两个槽，        轴（4）和齿轮（6）在下槽中调整偏心位置并固定在下槽中，挂轮（13）、（14）同轴联接且不能相对转动，挂轮（13）与齿轮（6）啮合，挂轮（14）与齿轮（7）啮合，挂轮（13）、（14）通过挂轮架（34）调整其啮合位置并固定在转盘（12）的空腔内；一个支承在工作台底座（9）上的工作台（8），其主轴下端与齿轮（7）紧固在一起，工作台底座（9）可在转盘（12）的上槽中移动，以调整偏心位置，并固定在指定的偏心位置上；一个固装在底座（5）上的定向机构；转盘（12）的轴线B与摆臂固定端轴（2）的轴线P相互平行而组成一个平面，刀具（27）的轴线位于该平面内。

摆臂（1）上的轴（4）与轴（2）之间的距离用螺杆（3）调整，由直线同步感应器（35）读数。

定向机构包括触头（38）、量杆（37）、支座（42），量杆（37）的轴线位于轴线B和轴线P所决定的平面内。

将定向机构的量杆（37）上的触头（38）换成测量头后，即可对摆线曲线误差进行测量，测量头包括一个与量杆（37）相联的测量头体（52），一个误差指示器（53）。

本发明依据下述原理设计而成：

短幅外摆线的原理参看图1。圆O₁为定圆。圆O₂为动圆，以其内侧在圆O₁上无滑移滚动。摆臂O₂P是圆O₂的一条半径延长线。图1中各参数相互关系如下：

摆线叶数    Z；        摆臂长    L；

偏心距 E； 圆O₁半径 R₁＝ZE；

圆O₂半径 R₂＝（Z＋1）E；

速比： (φ)/(φ＋θ) ＝ $\frac{1}{\mathrm{1+}\frac{1}{Z}}$ ＝ (Z)/(Z＋1) 由此可得：φ＝Zθ，P点的轨迹方程为：

X＝Lcosθ＋Ecos（φ＋θ）＝Lcosθ＋Ecos（Z＋1）θ

y＝Lsinθ＋Esin（φ＋θ）＝Lsinθ＋Esin（Z＋1）θ

（1）

由方程（1）可知P的轨迹即为短幅外摆线。PB的连线即为该曲线在P点处的法线。

增幅内摆线的原理参看图2。圆O₁为定圆。圆O₂为动圆，在圆O₁内无滑移滚动。圆O₂的一条半径延长线的一点P的轨迹就是增幅内摆线。图2中各参数相互关系如下：

摆线叶数 Z； 圆O₁半径R₁＝ZE

摆臂长 L； 圆O₂半径R₂＝（Z－1）E

偏心距    E；

速比： (φ)/(R₂) ＝ (R₁)/(R₂) ＝ (Z)/(Z－1) ，由此可得φ＝ (Z)/(Z－1) θ。P点的轨迹方程为：

X＝Lcos（φ－θ）＋Ecosθ＝Lcos（ 1/(Z－1) ）θ＋Ecosθ

y＝Lsin（φ－θ）－Esinθ＝Lsin（ 1/(Z－1) ）θ＋Esinθ

（2）

PB的连线即是该曲线在P点处的法线。

比较图1和图2，短幅外摆线的成形原理与增幅内摆线的成形原理的区别仅在于：前者是动圆大于定圆，而后者是动圆小于定圆。本发明综合了上述两个原理，使它们在一个机构中实现。图3给出了本发明的机构原理图。通过挂轮（13）、（14）改变O₁O₂的传动比来调整动圆与定圆相对大小的变化，定圆与动圆圆心相对位置的变化可以在公共半径上移动来调整。将法线PB及P点固定不动，其它仍按摆线规律运动，圆O₁所在平面通过P点的轨迹就是一条短幅外摆线或增幅内摆线。沿定法线PB进刀，就可以得到法向等距曲线。图12是本发明原理模型上形成的各种实际应用的摆线。

本发明具有以下优点：（1），在本发明的方案中，摆臂长度、工作台的偏心量、齿轮（6）的偏心量、挂轮的传动比等四个参数均连续可调，而且只需调整齿轮（6）、（7）的相对位置和挂轮（13）（14）的传动比即可达到加工内（外）摆线的目的。因此，本发明能加工多种类型的摆线产品。（2），本发明中，摆线的展成完全由机构的运动实现，与刀具直径无关（只需刀具的半径小于加工曲线同侧曲率半径），因此能使用通用刀具。（3），本发明除了用心轴对工件定心外，还带有定向机构对工件进行定向，这样使加工工件能够重复装夹、重复定位，能使粗、精加工分开，有利于工件的表面处理。（4），本发明用于展成运动的齿轮只有四个，传动链较短，另外偏心量和摆臂长的调整采用直线同步感应器读数，所以传动精度和调整精度较高，有利于加工精度的提高。（5），在本发明中，将定向机构上的触头换成测量头，即可测量实际加工表面与理论曲线之间的法向误差。

图1：短幅外摆线成形原理图；

图2：增幅内摆线成形原理图；

图3：内、外摆线机构原理图；

图4：传动系统图；

图5a：主视图；

图5b：I－I剖面图；

图6a：外壁面定向示意图；

图6b：内壁面定向示意图；

图7a：加工外壁曲线俯视图；图7aa：加工外壁曲线主视图；

图7b：加工内壁曲线俯视图；图7ba：加工内壁曲线主视图；

图8：加工摆线滚道示意图；

图9a：测量外壁面示意图主视图；

图9b：测量外壁面示意图俯视图；

图9c：测量内壁面示意图主视图；图10a：铣削示意图主视图；

图9d：测量内壁面示意图俯视图；图10：铣削示意图俯视图；

图11：插削示意图俯视图；图11a：插削示意图主视图；

图12a：产品之一；摆线轮——短幅外摆线等距曲线。

图12b：产品之二；椭圆——增幅内摆线。

图12c：产品之三；摆线汽缸体——短幅外摆线等距曲线。

图12d：产品之四；旋转活塞转子——增幅内摆线。

图12e：产品之五；摆线轴孔联接的孔——增幅内摆线。

图12f：产品之六；多油楔动压轴承——增幅内摆线。

实施例一：    本实施例中刀具（27）为砂轮。如图5a，图5b，摆臂    （1）的右段有轴（2），轴（2）可在底座（5）中转动。左端有与摆臂（1）联成一体的轴（4），轴（2）与轴（4）之间的距离即摆臂的有效长度L用螺杆（3）调整，而用直线同步感应器（35）读出距离的尺寸数值，其精度可达2μ。轴（2）与轴（4）之间的距离调整好后，用螺钉（36）夹紧。轴（4）上端固装着齿轮（6），它不能相对于摆臂（1）转动。齿轮（7）紧固在工作台（8）的主轴的下端。齿轮（6）和齿轮（7）的齿数相同。工作台（8）支承在工作台底座（9）上。工作台（8）的主轴外有轴度套（10），用于调整磨损后的主轴间隙，工作台（8）的中心有锥度孔，用来安插工件定心用的心棒。在溜板（19）上支承转盘（12），转盘（12）是中空的，有上、下两槽，这两个槽的中心线位于同一个轴剖面内。工作台底座（9）位于转盘（12）的上槽中，并支承和固定在转盘（12）上，调整工作台底座（9）在转盘（12）上的位置，即可达到调整齿轮（7）的偏心位置的目的，其偏心量由直线同步感应器（28）读出。轴（4）的轴承座（11），位于转盘（12）的下槽中。调整轴承座（11）在转盘（12）中的位置，即可调整齿轮（6）的偏心位位置，其偏心量由线同步感应器（29）读出。齿轮（6）、（7）和挂轮（13）、（14）均位于转盘（12）的空腔中。挂轮（13）、（14）装在一个花键套（15）上，并位于齿轮（6）和齿轮（7）之间。通过挂轮架（34）将挂轮轴（51）固定在转盘（12）中，挂轮（13）、（14）可在挂轮轴（51）上转动。挂轮（13）、（14）的齿数根据工件摆线的叶数工来选择。加工外摆线的挂轮齿数比为：

Z₁₃／Z₁₄＝Z／（Z＋1），

加工内摆线的挂轮齿数比为：

Z₁₃／Z₁₄＝Z／（Z－1）。

转盘（12）下部固装着蜗轮（16），与其啮合的蜗杆（17）装在支承架（18）上，支承架（18）固装在溜板（19）上。当蜗杆（17）转动时，蜗轮（16）便带着转盘（12）转动。蜗杆（17）在支架（18）内只能转动而不能作轴向移动。蜗杆（17）与动力轴（20）之间靠滑键联接，可在动力轴（20）上作轴向滑动。溜板（19）在底座（5）的导轨内滑动。为了提高对牵连运动的敏感，溜板（19）和和底座（5）之间采用滚柱支承。底座（5）由进刀螺杆（23）推动在床身（21）上移动，相对于砂轮（27）作径向进刀运动。完成一次进刀后，用手柄（22）夹紧。固定在底座（5）下面的进刀螺母（24）具有消除螺纹侧隙的楔块（50）。进刀数值可在手轮（25）上的刻度读出。砂轮（27）做转动和上下往复运动。

转盘（12）的轴线B与摆臂（1）固定端轴（2）轴线P相互平行而组成一个平面，该平面在水平面上的投影即相当于定法线PB。砂轮（27）的轴线位于轴线B和P组成的平面内，且与轴线B和P平行。底座（5）的移动方向和溜板（19）的移动方向均与轴线B和P所组成的平面平行，且垂直于轴线B和P。

传动系统由图4给出。电动机（30）的转动经过皮带轮（31）、变速齿轮（32）、速度挂轮组（33）、动力轴（20）、蜗杆（17）带动蜗轮（16）转动，从而带着转盘（12）转动。转盘（12）转动时，带着挂轮（13）绕齿轮（6）转动，挂轮（13）产生的自转经挂轮（14）推动齿轮（7）转动，带动工作台（8）和工件（26）旋转。另一方面，转盘（12）转动时，牵连摆臂（1）摆动，而带着溜板（19）沿导轨方向作直线往复移动。这样工件（26）旋转时经过轴线P所留下的轨迹就是所期望的短幅外摆线。

当推动底座（5）移动时，即相当于砂轮（27）沿定法线PB进刀。每次进刀都切出一条短幅外摆线（或增幅内摆线）的法向等距曲线。进刀至轴线P时，切出短幅外摆线或增幅内摆线。再继续进刀，又切出法向等距曲线。直至工件达到预定尺寸。每加工一种摆线工件调整四处。

加工短幅外摆线：

摆臂长：L    （L为给定值）

齿轮（6）偏心距＝（Z＋1）E    （Z、E为给定值）

工作台偏心距＝ZE

挂轮： (Z₁₃)/(Z₁₄) ＝ (Z)/(Z＋1)

加工增幅内摆线：        摆臂长：L

齿轮（6）偏心距＝（Z－1）E；工作台偏心距＝ZE

挂轮： (Z₁₃)/(Z₁₂) ＝ (Z)/(Z－1)

加工外壁曲线和内壁曲线在调整上是相同的，只是砂轮的起始位置和进刀方向不同。图7a，图7aa给出了加工外壁曲线的示意图。图7b，图7ba给出了加工内壁曲线的示意图。

本发明采用定向机构定向。如图6a，图6b所示。 定向机构上的量杆（37）左端有触头（38），右端有螺纹和导向槽，槽中配有滑键（39），尾端有螺母（40）和手轮（41）。转动螺母（40），可使量杆（37）沿轴向移动而不能转动。支座（42）下面有定位销孔（43），与底座（5）上的定位销孔（29）相对，用定位销定位。量杆（37）的轴线及移动方向均位于轴线P和B所包含的平面内。量杆（37）上有刻度，支座（42）上有游标（45），可以读出量杆（37）轴向移动的距离。底座（5）上的定位销孔（29）与轴（2）中心之间的距离S，支座（42）上的定位销孔（43）与基准面（44）之间的距离M都是已知的设计尺寸。摆线与其等距曲线间的法向距离r是已知工件的设计尺寸，加工余量△由实测而得。量杆（37）自基准面（44）伸出的长度为：（S－M±r） △。调好后用手柄（46）夹紧。工件用心棒定心，然后旋转工件，当已加工表面紧靠在触头（38）上，即可夹紧工件，此时已准确定位。在加工内壁面曲线时，换用勾形触头（47）。

将定向机构上的触头（38）换成测量头，即可对摆线误差进行测量。测量时，先用触头（38）定向，然后将工件夹紧，再将触头（38）换成测量头，驱动动力轴（20）使工件转动，在测量头的误差指器（53）上即可读出加工表面实际曲线与理论曲线之间的法向误差。测量头如图9a，图9b，图9c，图9d所示。图12a，12b，12c，12d，12e，12f给出了用该设备加工的各种工件的曲线。

实施例二：如刀具（27）采用插刀，本发明即为内外摆线插床。见图11。

实施例三：如刀具（27）采用铣头，本发明即为内外摆线铣床。见图10。

实施例四：摆线滚道减速器（见《机械制造》杂志1983，12）可以在本发明磨床上加工。滚道的横截面是短幅外摆线等距曲线，由本发明机构展成；滚道的轴截面是一段圆弧，是将砂轮修磨成圆弧，仿形而成，此时砂轮不能上下往复运动。见图8。

实施例五：如去掉床身（21）和刀具（27），本发明即为一个摆线测量装置。

Claims (4)

1、一种展成内、外摆线的设备，它含有床身(21)，在床身(21)上往复移动的底座(5)，支承在床身(21)上的刀具(27)和动力供给系统，刀具(27)做转动上和下往复运动，其特征是它包括：

一个长度可调的摆臂(1)，其一端固定在底座(5)上的轴(2)上，其另一端有联成一体的轴(4)，轴(4)的上端固定有齿轮(6)，齿轮(6)与摆臂(1)不能相对转动，

一个支承在底座(5)上的往复移动的溜板(19)，其上固装有支架(18)，支架(18)内装有蜗杆(17)，

一个支承在溜板(19)上的空腔的转盘(12)，其下端固装有与蜗杆(17)相啮合的蜗轮(16)，齿轮(7)、齿轮(6)、挂轮(13)、挂轮(14)均位于转盘(12)的空腔中，转盘(12)带有中心线位于同一轴剖面内的上下两个槽，轴(4)和齿轮(6)在下槽中调整偏心位置并固定在下槽中，挂轮(13)、(14)同轴联接且不能相对转动，挂轮(13)与齿轮(6)啮合，挂轮(14)与齿轮(7)啮合，挂轮(13)、(14)通过挂轮架调整其啮合位置并固定在转盘(12)的空腔内，

一个支承在工作台底座(9)上的工作台(8)，其主轴下端与齿轮(7)紧固在一起，工作台底座(9)固定在转盘(12)的上槽中并在上槽中调整偏心位置，

一个固装在底座(5)上的定向机构，

转盘(12)的轴线B与摆臂固定端的轴(2)的轴线P相互平行而组成一个平面，刀具(27)的轴线位于该平面内。

2、如权利要求1所述的展成内外摆线的设备，其特征是摆臂（1）上的轴（4）与轴（2）之间的距离用螺杆（3）调整，由直线同步感应器（35）读数。

3、如权利要求1所述的展成内外摆线的设备，其特征是，定向机构包括触头（38）、量杆（37）、支座（42），量杆（37）的轴线位于轴线B和轴线P所决定的平面内。

4、如权利要求1或3所述的展成内外摆线的设备，其特征在于定向机构的量杆（37）上的触头（38）换成测量头后，即可对摆线进行测量，测量头包括一个与量杆（37）相联的测量头体（52）一个误差指示器（53）。

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