專利名稱：大型數(shù)控齒輪加工機床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬數(shù)控機床技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大型數(shù)控齒輪加工機床。
背景技術(shù)：
隨著裝備制造業(yè)水平的不斷提升，大型齒輪的需求在不斷增加，目前，滾齒(銑齒)最大直徑可以加工到15m，磨齒最大直徑可以加工到6m。圓柱齒輪的磨齒、銑齒大多采用無瞬心包絡(luò)法加工，機床的基本運動為X、Z兩個直線運動軸加工作臺回轉(zhuǎn)軸，在加工直齒輪時，成形刀具沿工件軸線方向(Z方向)運動，加工出齒面齒廓，然后，工作臺分度，加工下一個齒；依次加工出所有的齒面。在加工斜齒輪時，刀具沿工件軸線方向(Z方向)運動時，工件同時產(chǎn)生一個附加運動，從而形成螺旋齒面，在數(shù)控機床上，這兩個運動由數(shù)控系統(tǒng)的插補功能完成，一個齒面加工完成后，工作臺分度，加工下一個齒面，依次加工出所有的齒面。當(dāng)工件直徑很大時，工件插補運動速度很低，容易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，同時當(dāng)工件直徑加大時，齒面的插補精度降低，這是目前制約大型齒輪加工精度的主要因素。對于圓錐齒輪，傳統(tǒng)的加工方法是在一個回轉(zhuǎn)刀盤上安裝切削刀頭，刀頭刀刃的運動軌跡便形成了產(chǎn)形輪齒面，產(chǎn)形輪齒面與工件做嚙合運動，便加工出工件齒面。對于Gleason制錐齒輪，刀盤刀刃軌跡為回轉(zhuǎn)面，做成砂輪就可以模擬切齒過程磨齒，即桶形砂輪磨齒法，可以實現(xiàn)硬齒面齒輪的高精度制造。對于Klingelnberg制錐齒輪，刀盤刀刃軌跡不是回轉(zhuǎn)面，無法做成砂輪模擬切齒，所以不能像Gleason制那樣磨齒，高精度硬齒面齒輪只能采用硬刮削工藝；當(dāng)圓錐齒輪直徑加大時，不僅存在大型圓柱齒輪加工難題，臺面低速平穩(wěn)性問題、齒面插補精度問題，還存在著刀盤直徑加大，給機床制造帶來的諸多難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題提供一種大型數(shù)控齒輪加工機床，具有六個數(shù)控坐標(biāo)軸， 分別為X、Y、ζ、A、Cl、C2軸，采用2+4布局方式。使工件具有兩個自由度的運動，即沿X軸的直線運動和繞Cl軸的回轉(zhuǎn)運動；刀具具有四個自由度的運動，即沿Y軸、Z軸的直線運動和繞A軸、C2軸的回轉(zhuǎn)運動。可構(gòu)造成銑齒機或磨齒機，實現(xiàn)圓柱齒輪、圓錐齒輪、葉輪等具有分度特征的曲面加工。本發(fā)明采用的技術(shù)方案大型數(shù)控齒輪加工機床，具有水平底座和垂直支座，所述垂直支座設(shè)置在水平底座的端部呈“L”狀布置，所述水平底座上安裝有沿X軸直線運動的滑臺組件，所述滑臺組件上設(shè)置有繞Cl軸回轉(zhuǎn)的工作臺，且Cl軸垂直于X軸，使安裝在工作臺上的工件具有沿X軸的直線運動和繞Cl軸的回轉(zhuǎn)運動；所述垂直支座的內(nèi)側(cè)壁上安裝有沿Y軸直線運動的滑板組件，所述滑板組件上安裝有沿Z軸直線運動的雙擺動機構(gòu)，且雙擺動機構(gòu)上安裝有繞S軸回轉(zhuǎn)的電主軸，電主軸上安裝有刀具，所述雙擺動機構(gòu)可使電主軸繞C2軸和A軸回轉(zhuǎn)擺動，且C2軸平行于Z軸，A軸垂直于C2軸，S軸垂直于A軸，使刀具具有沿Y軸、Z軸的直線運動和繞A軸、C2軸的回轉(zhuǎn)運動。所述滑板組件由兩條水平導(dǎo)軌、兩套Y軸驅(qū)動裝置及滑板構(gòu)成，兩條水平導(dǎo)軌和兩個Y軸驅(qū)動裝置固定在垂直支座的內(nèi)側(cè)壁上，滑板安裝支撐在兩條水平導(dǎo)軌上并通過Y 軸驅(qū)動裝置驅(qū)動沿兩條水平導(dǎo)軌作Y軸直線運動；所述滑板的外側(cè)壁上固定有兩條垂直導(dǎo)軌和一套ζ軸驅(qū)動裝置；雙擺動機構(gòu)安裝支撐在兩條垂直導(dǎo)軌上并通過Z軸驅(qū)動裝置驅(qū)動沿兩條垂直導(dǎo)軌作Z軸直線運動。所述滑臺組件由固定在水平底座上的兩條水平導(dǎo)軌和安裝支承在兩條水平導(dǎo)軌上的滑臺構(gòu)成，滑臺上固定有工作臺，Cl軸安裝在工作臺的中央，且滑臺通過安裝在水平底座兩側(cè)的χ軸驅(qū)動裝置驅(qū)動沿兩條水平導(dǎo)軌作χ軸直線運動。所述雙擺動機構(gòu)由A軸回轉(zhuǎn)機構(gòu)和C2軸回轉(zhuǎn)機構(gòu)組成，所述C2軸回轉(zhuǎn)機構(gòu)由C2 軸殼體和安裝在C2軸殼體內(nèi)的力矩電機I構(gòu)成，C2軸插裝固定在力矩電機I的轉(zhuǎn)子I中， C2軸殼體安裝支撐在兩條垂直導(dǎo)軌上；所述A軸回轉(zhuǎn)機構(gòu)由A軸殼體和力矩電機II構(gòu)成， A軸殼體固定連接在C2軸的下端，且通過軸承I安裝支承在C2軸殼體上，A軸插裝固定在力矩電機II的轉(zhuǎn)子II中，A軸的外端固定連接有轉(zhuǎn)盤，且轉(zhuǎn)盤通過軸承II安裝支承在A軸殼體上，電主軸固定連接在轉(zhuǎn)盤上。所述C2軸的上端裝有角度編碼器I，下端裝有夾緊裝置I。所述A軸的內(nèi)端裝有角度編碼器II，外端裝有夾緊裝置II。所述電主軸通過端齒盤副與轉(zhuǎn)盤連接定位。所述刀具為盤形銑刀或指形銑刀。所述刀具為盤形砂輪或指形砂輪。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點和效果1、本發(fā)明采用6軸 、丫、2^、(1、02軸)5聯(lián)動(X、Y、Z、A、C2軸聯(lián)動)結(jié)構(gòu)，X 軸、Y軸、Z軸、A軸、C2軸五個數(shù)控坐標(biāo)軸作插補運動，Cl軸控制工件的分度運動，便可加工出全部齒面。2、本發(fā)明工件回轉(zhuǎn)軸Cl軸，只完成分度運動，不參與齒面成形的插補運動，提高了大型齒輪的加工精度和加工效率。3、本發(fā)明銑削加工時，可將回轉(zhuǎn)工作臺夾緊在底座上，可承受更大的切削力。4、本發(fā)明雙擺動機構(gòu)通過端齒盤副與電主軸連接定位，可以實現(xiàn)動力頭的便捷更換，并能夠保證換頭的精度和剛性。5、本發(fā)明采用盤形刀具加工時具有更廣泛的加工空間，有效減少雙擺機構(gòu)與工件的干涉。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的雙擺動機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為刀具主軸安裝盤形刀具加工圓柱齒輪時機床的狀態(tài)示意圖；圖4為刀具主軸安裝盤形刀具加工圓錐齒輪時機床的狀態(tài)示意圖；圖5為刀具主軸安裝指形刀具加工圓錐齒輪時機床的狀態(tài)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖1、2、3、4、5描述本發(fā)明的一種實施例。
大型數(shù)控齒輪加工機床，具有水平底座1和垂直支座4。垂直支座4設(shè)置在水平底座1的端部呈“L”狀布置，水平底座1上安裝有沿X軸直線運動的滑臺組件2，滑臺組件2 上設(shè)置有繞Cl軸回轉(zhuǎn)的工作臺3，且Cl軸垂直于X軸，使安裝在工作臺3上的工件具有沿 X軸的直線運動和繞Cl軸的回轉(zhuǎn)運動；垂直支座4的內(nèi)側(cè)壁上安裝有沿Y軸直線運動的滑板組件5，滑板組件5上安裝有沿Z軸直線運動的雙擺動機構(gòu)6，且雙擺動機構(gòu)6上安裝有繞S軸回轉(zhuǎn)的電主軸7，電主軸7上安裝有刀具8，所述雙擺動機構(gòu)6可使電主軸7繞C2軸和A軸回轉(zhuǎn)擺動，且C2軸平行于Z軸，A軸垂直于C2軸，S軸垂直于A軸，使刀具8具有沿 Y軸、Z軸的直線運動和繞A軸、C2軸的回轉(zhuǎn)運動?；褰M件5由兩條水平導(dǎo)軌12、兩套Y軸驅(qū)動裝置15及滑板14構(gòu)成，兩條水平導(dǎo)軌12和兩個Y軸驅(qū)動裝置15固定在垂直支座4的內(nèi)側(cè)壁上，滑板14安裝支撐在兩條水平導(dǎo)軌12上并通過Y軸驅(qū)動裝置15驅(qū)動沿兩條水平導(dǎo)軌12作Y軸直線運動；滑板14的外側(cè)壁上固定有兩條垂直導(dǎo)軌16和一套Z軸驅(qū)動裝置17 ；雙擺動機構(gòu)6安裝支撐在兩條垂直導(dǎo)軌16上并通過Z軸驅(qū)動裝置17驅(qū)動沿兩條垂直導(dǎo)軌16作Z軸直線運動?；?4的運動由伺服電機控制，通過直線光柵尺檢測其實際位置數(shù)據(jù)。雙擺動機構(gòu)6的運動由伺服電機控制，通過直線光柵尺檢測其實際位置數(shù)據(jù)?；_組件2由固定在水平底座1上的兩條水平導(dǎo)軌25和安裝支承在兩條水平導(dǎo)軌25上的滑臺沈構(gòu)成，滑臺沈上固定有工作臺3，Cl軸安裝在工作臺3的中央，且滑臺沈通過安裝在水平底座1兩側(cè)的X軸驅(qū)動裝置27驅(qū)動沿兩條水平導(dǎo)軌25作X軸直線運動。 滑臺26的運動由伺服電機控制，通過直線光柵尺檢測其實際位置數(shù)據(jù)?；剞D(zhuǎn)工作臺的旋轉(zhuǎn)由伺服電機控制，通過角度編碼器檢測其實際位置數(shù)據(jù)。雙擺動機構(gòu)6由A軸回轉(zhuǎn)機構(gòu)和C2軸回轉(zhuǎn)機構(gòu)組成，C2軸回轉(zhuǎn)機構(gòu)由C2軸殼體 9和安裝在C2軸殼體9內(nèi)的力矩電機I 10構(gòu)成，C2軸13插裝固定在力矩電機I 10的轉(zhuǎn)子I 11中，C2軸殼體9安裝支撐在兩條垂直導(dǎo)軌16上；所述C2軸13的上端裝有角度編碼器I 29，下端裝有夾緊裝置I 30。通過對力矩電機的閉環(huán)控制，便可實現(xiàn)C2軸的旋轉(zhuǎn)控制，通過角度編碼器I四檢測其實際擺動位置數(shù)據(jù)。當(dāng)C2軸13不需要轉(zhuǎn)動時，夾緊裝置
I30可以將A軸殼體18夾緊在C2軸殼體9上。A軸回轉(zhuǎn)機構(gòu)由A軸殼體18和力矩電機II 19構(gòu)成，A軸殼體18固定連接在C2 軸13的下端，且通過軸承I 22安裝支承在C2軸殼體9上，A軸20插裝固定在力矩電機II 19的轉(zhuǎn)子II 21中，A軸20的外端固定連接有轉(zhuǎn)盤23，且轉(zhuǎn)盤23通過軸承II M安裝支承在A軸殼體18上，電主軸7通過端齒盤副28固定連接在轉(zhuǎn)盤23上，實現(xiàn)與轉(zhuǎn)盤23連接定位。A軸20的內(nèi)端裝有角度編碼器II 31，外端裝有夾緊裝置II 32。通過對力矩電機
II19的閉環(huán)控制，便可實現(xiàn)A軸的旋轉(zhuǎn)控制，通過角度編碼器II 31檢測其實際擺動位置數(shù)據(jù)。當(dāng)A軸不需要轉(zhuǎn)動時，夾緊裝置II 32可以將轉(zhuǎn)盤23夾緊在A軸殼體18上。刀具8為盤形銑刀或指形銑刀，可構(gòu)造成銑齒機。刀具8為盤形砂輪或指形砂輪， 可構(gòu)造成磨齒機。圖3顯示了刀具主軸安裝盤形刀具加工圓柱齒輪時機床的狀態(tài)。將工件圓柱齒輪 33安裝在回轉(zhuǎn)工作臺3上，并使圓柱齒輪的軸線位于回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)中心，調(diào)整A軸使刀具軸線與齒面垂直，加工時通過X、Y、Z、C2軸的聯(lián)動，刀具切削出齒廓型面，加工出1個齒或多個齒后，回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)過一定的角度，刀具繼續(xù)加工新齒面。
也可以安裝成形刀具采用成形法加工圓柱齒輪，這時具有較高的加工效率；也可以安裝錐面刀具采用展成法加工圓柱齒輪，這時具有較好的通用性，并且在磨削時可以減小接觸區(qū)域，避免磨削燒傷。圖4顯示了刀具主軸安裝盤形刀具加工圓錐齒輪時機床的狀態(tài)。將工件圓錐齒輪 34安裝在回轉(zhuǎn)工作臺3上，并使圓錐齒輪的軸線位于回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)中心，加工時通過 X、Y、Z、A、C2軸的聯(lián)動，刀具切削出齒廓型面，加工出1個齒或多個齒后，回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)過一定的角度，刀具繼續(xù)加工新齒面。圖5顯示了刀具主軸安裝指形刀具加工圓錐齒輪時機床的狀態(tài)。其加工過程與采用盤形刀具的加工過程相同。采用指形刀具更適合于大模數(shù)齒輪的加工。上述實施例，只是本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限制本發(fā)明實施范圍，故凡以本發(fā)明權(quán)利要求所述內(nèi)容所做的等效變化，均應(yīng)包括在本發(fā)明權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.大型數(shù)控齒輪加工機床，具有水平底座(1)和垂直支座G)，其特征在于所述垂直支座(4)設(shè)置在水平底座(1)的端部呈“L”狀布置，所述水平底座(1)上安裝有沿X軸直線運動的滑臺組件0)，所述滑臺組件(2)上設(shè)置有繞Cl軸回轉(zhuǎn)的工作臺(3)，且Cl軸垂直于X軸，使安裝在工作臺(3)上的工件具有沿X軸的直線運動和繞Cl軸的回轉(zhuǎn)運動；所述垂直支座(4)的內(nèi)側(cè)壁上安裝有沿Y軸直線運動的滑板組件(5)，所述滑板組件( 上安裝有沿Z軸直線運動的雙擺動機構(gòu)(6)，且雙擺動機構(gòu)(6)上安裝有繞S軸回轉(zhuǎn)的電主軸 (7)，電主軸(7)上安裝有刀具(8)，所述雙擺動機構(gòu)(6)可使電主軸(7)繞C2軸和A軸回轉(zhuǎn)擺動，且C2軸平行于Z軸，A軸垂直于C2軸，S軸垂直于A軸，使刀具(8)具有沿Y軸、Z 軸的直線運動和繞A軸、C2軸的回轉(zhuǎn)運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型數(shù)控齒輪加工機床，其特征在于所述滑板組件(5)由兩條水平導(dǎo)軌(12)、兩套Y軸驅(qū)動裝置(1 及滑板(14)構(gòu)成，兩條水平導(dǎo)軌(1 和兩套 Y軸驅(qū)動裝置(15)固定在垂直支座(4)的內(nèi)側(cè)壁上，滑板(14)安裝支撐在兩條水平導(dǎo)軌 (12)上并通過Y軸驅(qū)動裝置(1 驅(qū)動沿兩條水平導(dǎo)軌(1 作Y軸直線運動；所述滑板 (14)的外側(cè)壁上固定有兩條垂直導(dǎo)軌(16)和一套Z軸驅(qū)動裝置(17)；雙擺動機構(gòu)(6)安裝支撐在兩條垂直導(dǎo)軌(16)上并通過Z軸驅(qū)動裝置(17)驅(qū)動沿兩條垂直導(dǎo)軌(16)作Z 軸直線運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型數(shù)控齒輪加工機床，其特征在于所述滑臺組件O)由固定在水平底座(1)上的兩條水平導(dǎo)軌0 和安裝支承在兩條水平導(dǎo)軌0 上的滑臺 (26)構(gòu)成，滑臺06)上安裝有工作臺(3)，Cl軸安裝在工作臺(3)的中央，且滑臺06)通過安裝在水平底座(1)兩側(cè)的X軸驅(qū)動裝置(XT)驅(qū)動沿兩條水平導(dǎo)軌0 作X軸直線運動。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型數(shù)控齒輪加工機床，其特征在于所述雙擺動機構(gòu)(6) 由A軸回轉(zhuǎn)機構(gòu)和C2軸回轉(zhuǎn)機構(gòu)組成，所述C2軸回轉(zhuǎn)機構(gòu)由C2軸殼體(9)和安裝在C2 軸殼體(9)內(nèi)的力矩電機I (10)構(gòu)成，C2軸(13)插裝固定在力矩電機I (10)的轉(zhuǎn)子I (11) 中，C2軸殼體(9)安裝支撐在兩條垂直導(dǎo)軌(16)上；所述A軸回轉(zhuǎn)機構(gòu)由A軸殼體(18) 和力矩電機II (19)構(gòu)成，A軸殼體(18)固定連接在C2軸(1 的下端，且通過軸承I 02) 安裝支承在C2軸殼體(9)上，A軸OO)插裝固定在力矩電機II (19)的轉(zhuǎn)子II 中，A 軸OO)的外端固定連接有轉(zhuǎn)盤(23)，且轉(zhuǎn)盤通過軸承II 04)安裝支承在A軸殼體 (18)上，電主軸(7)固定連接在轉(zhuǎn)盤03)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大型數(shù)控齒輪加工機床，其特征在于所述C2軸(1 的上端裝有角度編碼器I 09)，下端裝有夾緊裝置I (30)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大型數(shù)控齒輪加工機床，其特征在于所述A軸OO)的內(nèi)端裝有角度編碼器Π (31)，外端裝有夾緊裝置II (32)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大型數(shù)控齒輪加工機床，其特征在于所述電主軸(7)通過端齒盤副08)與轉(zhuǎn)盤03)連接定位。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6或7所述的大型數(shù)控齒輪加工機床，其特征在于所述刀具(8)為盤形銑刀或指形銑刀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6或7所述的大型數(shù)控齒輪加工機床，其特征在于所述刀具(8)為盤形砂輪或指形砂輪。
全文摘要
提供一種大型數(shù)控齒輪加工機床，具有X、Y、Z、A、C1、C2六個數(shù)控坐標(biāo)軸，采用2+4布局方式。使工件具有兩個自由度的運動，即沿X軸的直線運動和繞C1軸的回轉(zhuǎn)運動；刀具具有四個自由度的運動，即沿Y軸、Z軸的直線運動和繞A軸、C2軸的回轉(zhuǎn)運動。本發(fā)明采用6軸(X、Y、Z、A、C1、C2軸)5聯(lián)動(X、Y、Z、A、C2軸聯(lián)動)結(jié)構(gòu)，X、Y、Z、A、C2五個數(shù)控坐標(biāo)軸作插補運動，C1軸控制工件的分度運動，便可加工出全部齒面。本發(fā)明工件回轉(zhuǎn)軸C1軸，只完成分度運動，不參與齒面成形的插補運動，提高了大型齒輪的加工精度和加工效率。本發(fā)明可構(gòu)造成銑齒機或磨齒機，實現(xiàn)圓柱齒輪、圓錐齒輪、葉輪等具有分度特征的曲面加工。
文檔編號B23F9/02GK102151909SQ20111006653
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者毛世民, 董維新, 郭寶安 申請人:陜西秦川機械發(fā)展股份有限公司