專利名稱：一種適于軸向和徑向進(jìn)給的數(shù)控滾齒機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種教學(xué)用適于軸向和徑向進(jìn)給的數(shù)控滾齒機(jī)。
背景技術(shù)：
工業(yè)生產(chǎn)用的數(shù)控設(shè)備不僅價格昂貴，因技術(shù)保密性，很難向?qū)W生展示數(shù)控設(shè)備 開發(fā)過程等細(xì)節(jié)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉且適于展示數(shù)控 設(shè)備的軟硬件組成的適于軸向和徑向進(jìn)給的數(shù)控滾齒機(jī)。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種適于軸向和徑向進(jìn)給的數(shù)控滾齒 機(jī)，包括底座、設(shè)于底座一端的立柱、設(shè)于該立柱上的軸向進(jìn)給組件、在該軸向進(jìn)給組件的 控制下軸向位移并加工工件的滾刀組件、設(shè)于底座上的徑向進(jìn)給組件、在該徑向進(jìn)給組件 的控制下徑向位移的用于放置工件的圓周進(jìn)給組件。進(jìn)一步，所述軸向進(jìn)給組件包括軸向進(jìn)給電機(jī)、設(shè)于立柱前端面上的軸向滾珠絲 杠軸承座、垂向設(shè)于該軸向滾珠絲杠軸承座中的絲桿、設(shè)于立柱前方且于絲桿兩側(cè)的一對 圓柱導(dǎo)軌、設(shè)于絲桿頂端的軸向編碼器和與所述軸向進(jìn)給電機(jī)傳動相連的同步帶輪；所述 滾刀組件的安裝底座設(shè)于所述絲桿和圓柱導(dǎo)軌上。進(jìn)一步，所述立柱內(nèi)設(shè)有配重，該配重通過鋼絲繩經(jīng)設(shè)于立柱頂端的導(dǎo)向輪與所 述滾刀組件的安裝底座相連。該配重塊由兩根鋼絲繩經(jīng)鋼絲繩輪吊裝在軸向滑臺上，平衡 掉70-80%的滾刀組件的重量，主要為了減輕軸向進(jìn)給絲杠的軸向力。使軸向進(jìn)給滑臺運行 靈活。進(jìn)一步，所述徑向進(jìn)給組件包括徑向進(jìn)給電機(jī)、設(shè)于底座上的一對徑向?qū)к壓驮O(shè) 于該對徑向?qū)к壷g的滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)，滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)中的滾珠絲杠的末端設(shè)有徑 向編碼器；所述滾珠絲杠與徑向進(jìn)給電機(jī)傳動連接。進(jìn)一步，所述滾刀組件包括用于驅(qū)動滾刀軸的滾刀電機(jī)、通過多個固定螺栓設(shè)于 所述安裝底座上的轉(zhuǎn)盤、在轉(zhuǎn)盤上用于設(shè)置所述滾刀軸的軸承座、設(shè)于所述滾刀軸末端的 滾刀軸編碼器、設(shè)于所述安裝底座上的轉(zhuǎn)角刻度指示牌；所述滾刀電機(jī)與滾刀軸通過同步 帶傳動連接。進(jìn)一步，所述圓周進(jìn)給組件包括圓周進(jìn)給電機(jī)、設(shè)于所述一對徑向?qū)к壣喜⑴c所 述滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)相連的安裝底板、與設(shè)于該安裝底板上的所述圓周進(jìn)給電機(jī)的輸出軸 相連的圓周進(jìn)給編碼器、軸承連接在安裝底板上并與圓周進(jìn)給電機(jī)通過同步帶傳動連接的 階梯式工件軸、設(shè)于工件軸頂端的工件夾緊機(jī)構(gòu)。本實用新型具有積極的效果(1)本實用新型的數(shù)控滾齒機(jī)可為《數(shù)控技術(shù)》課 程開展實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，可用于展示數(shù)控設(shè)備組成、數(shù)控設(shè)備開發(fā)過程、數(shù)控設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè) 計、數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)、數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)、C語言開發(fā)實踐、滾齒加工實驗等教學(xué)內(nèi)容。該設(shè)備將當(dāng)前滾齒加工的先進(jìn)技術(shù)與教學(xué)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合，在滿足滾齒加工實驗教學(xué)的 同時，可大大降低教學(xué)成本。本實用新型的數(shù)控滾齒機(jī)中，滾刀軸傾角調(diào)整結(jié)構(gòu)簡單、方便、 實用。(2)傳動進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用數(shù)控控制，具有高靈敏性、良好的導(dǎo)向精度，經(jīng)濟(jì)實用。基于 工業(yè)PC機(jī)的開放式數(shù)控系統(tǒng)，硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，大屏幕液晶顯示，操作軟件界面友好、 系統(tǒng)維護(hù)及功能擴(kuò)展方便。整套設(shè)備批量生產(chǎn)成本較低。該套設(shè)備作為教學(xué)用實例，可大 幅提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)效果。(3)整機(jī)床身設(shè)計成立柱與底座用螺栓聯(lián)接，便于加工 與安裝，立柱與底座均為封閉框架焊接結(jié)構(gòu)，保證有足夠剛度，工藝性良好且節(jié)省材料。滾 刀軸采用雙支承結(jié)構(gòu)，以成對的高精度向心推力球軸承作支承，剛性好、能消除間隙，滿足 了滾齒機(jī)對滾刀高剛度、軸向定位對刀要求高的要求。軸向及徑向進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用高精度精 密滾珠絲杠副，絲杠以成對的高精度向心推力球軸承作支承，靈敏、無間隙、剛性好。軸向及 徑向進(jìn)給滑臺采用高精度的圓柱直線導(dǎo)軌和直線軸承，有足夠的運動精度及良好的導(dǎo)向精 度，經(jīng)濟(jì)適用。絲杠由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，采用同步帶傳動作一級減速，實現(xiàn)降速增大轉(zhuǎn)矩。

圖1為本實用新型的數(shù)控滾齒機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中的數(shù)控滾齒機(jī)的A向視圖。圖3為圖1中的數(shù)控滾齒機(jī)的俯視圖。圖4為本實用新型的數(shù)控滾齒機(jī)中的數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
見圖1-圖4，本實施例的數(shù)控滾齒機(jī)包括主機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)；所述主機(jī)包括底座 5、設(shè)于底座5 —端的立柱1、設(shè)于該立柱1上的軸向進(jìn)給組件2、在該軸向進(jìn)給組件2的控 制下軸向位移并加工工件11的滾刀組件3、設(shè)于底座5上的徑向進(jìn)給組件6、在該徑向進(jìn)給 組件6的控制下徑向位移的用于放置工件11的圓周進(jìn)給組件4 ；所述軸向進(jìn)給組件2包括 軸向進(jìn)給電機(jī)21，徑向進(jìn)給組件6包括徑向進(jìn)給電機(jī)61，滾刀組件3包括用于驅(qū)動滾刀軸 33的滾刀電機(jī)31，圓周進(jìn)給組件4包括圓周進(jìn)給電機(jī)41 ；所述數(shù)控系統(tǒng)包括CPU，與CPU 相連的系統(tǒng)總線，與系統(tǒng)總線相連的光耦隔離I/O電路，與光耦隔離I/O電路相連的軸向進(jìn) 給電機(jī)驅(qū)動器、徑向進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動器、圓周進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動器和PLC，該PLC與滾刀電機(jī)驅(qū)動 器相連；所述滾刀軸33上設(shè)有滾刀軸編碼器，該滾刀軸編碼器通過編碼器計數(shù)卡與所述系 統(tǒng)總線相連。光耦隔離I/O電路即為光耦隔離的信號輸入輸出電流。所述CPU的控制端連接有數(shù)控鍵盤，所述光耦隔離I/O電路的控制端連接有控制 面板。所述軸向進(jìn)給組件2還包括設(shè)于立柱1前端面上的軸向滾珠絲杠軸承座觀、垂 向設(shè)于該軸向滾珠絲杠軸承座28中的絲桿沈(即X軸)、設(shè)于立柱1前方且于絲桿沈兩側(cè) 的一對圓柱導(dǎo)軌25、設(shè)于絲桿沈頂端的軸向編碼器22和與所述軸向進(jìn)給電機(jī)21傳動相連 的同步帶輪27 ；所述滾刀組件3的安裝底座30設(shè)于所述絲桿沈和圓柱導(dǎo)軌25上。所述立柱1內(nèi)設(shè)有配重對，該配重M通過鋼絲繩23經(jīng)設(shè)于立柱1頂端的導(dǎo)向輪 與所述滾刀組件3的安裝底座30相連。所述徑向進(jìn)給組件6還包括設(shè)于底座5上的一對徑向?qū)к?2和設(shè)于該對徑向?qū)к?2之間的滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)63，滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)63中的滾珠絲杠(即Z軸)的末端設(shè) 有徑向編碼器64。所述滾刀組件3還包括通過多個固定螺栓設(shè)于所述安裝底座30上的轉(zhuǎn)盤32、在 轉(zhuǎn)盤32上用于設(shè)置所述滾刀軸33的軸承座36、設(shè)于所述滾刀軸33末端的滾刀軸編碼器 35、設(shè)于所述安裝底座30上的轉(zhuǎn)角刻度指示牌34 ；所述滾刀電機(jī)31與滾刀軸33通過同步 帶傳動連接。所述圓周進(jìn)給組件4還包括設(shè)于所述一對徑向?qū)к?2上并與所述滾珠絲杠傳動 機(jī)構(gòu)63相連的安裝底板40、與設(shè)于該安裝底板40上的所述圓周進(jìn)給電機(jī)41的輸出軸相連 的圓周進(jìn)給編碼器45、軸承連接在安裝底板40上并與圓周進(jìn)給電機(jī)41通過同步帶傳動連 接的階梯式工件軸43、設(shè)于工件軸43頂端的工件夾緊機(jī)構(gòu)47。主機(jī)的支承系統(tǒng)為型材框架焊接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊、剛度高、工藝性良好。雙支承的 滾刀軸，軸向定位串刀方便準(zhǔn)確。滾刀軸傾角調(diào)整結(jié)構(gòu)簡單、方便、實用。軸向及徑向進(jìn)給機(jī) 構(gòu)采用步進(jìn)電機(jī)、同步帶、滾珠絲杠副和圓柱直線導(dǎo)軌，具有高靈敏性、良好的導(dǎo)向精度， 經(jīng)濟(jì)實用。數(shù)控裝置所有功能集中在一臺標(biāo)準(zhǔn)PC-610工業(yè)機(jī)箱中，數(shù)字量輸入輸出卡、編 碼器采集卡安裝在母板插槽中，機(jī)箱前面板上安裝手輪、數(shù)字鍵盤、點動按鍵、急停按鈕； 上蓋板外表面上安裝各種控制信號連接器，內(nèi)表面安裝接線端子。采用電子盤，在安裝普通 硬盤位置安裝PLC。數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計，數(shù)控系統(tǒng)軟件基于DOS平臺，用C語言開發(fā)上層管 理軟件，用匯編開發(fā)多軸聯(lián)動實時控制軟件。為了降低制造成本，所有電機(jī)均采用步進(jìn)電機(jī)，其中滾刀軸通過PLC控制其啟動、 停止、定轉(zhuǎn)速運動。滾刀軸上安裝光電編碼器，滾齒加工時數(shù)控系統(tǒng)先檢測出滾刀軸轉(zhuǎn)角后 再控制工件軸轉(zhuǎn)動角度，即通過檢測滾刀軸編碼器在采樣周期內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)，再計算應(yīng) 該向工件軸驅(qū)動器發(fā)出的脈沖數(shù)。Z、x軸安裝光電編碼器，用于零點的準(zhǔn)確定位。步進(jìn)電機(jī)與工件軸間用同步帶實現(xiàn)傳動。同步帶傳動基于其具有齒輪傳動的準(zhǔn)確 傳動比，又有帶傳動中心距的靈活性。根據(jù)同步帶所需傳遞的扭矩，選HTD圓弧齒形帶一 HTD-475-5M-20 (節(jié)線長為475 mm、齒數(shù)為95、型號為5M、帶寬20 mm)。同步帶主動帶輪為 20-5M-25F，被動帶輪為72-5M-25F。主動帶輪齒數(shù)為Z主=20，被動帶輪齒數(shù)為Ztt=72，實現(xiàn) 傳動比i=72/20=3. 6的降速傳動。步進(jìn)電機(jī)90BYG350C，經(jīng)細(xì)分電路控制可達(dá)10000個脈沖電機(jī)轉(zhuǎn) 一轉(zhuǎn)。而工件軸的分度精度為0.01° /脈沖。即轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所需的脈沖數(shù)為 N=360° /0.01° =36000=4X2500X3. 6,即在同步帶傳動(傳動比i=3. 6)下，實現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn) 四轉(zhuǎn)，工件軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)。工件軸采用常規(guī)的階梯軸，用軸承7106GB^7-84 (Φ30ΧΦ55Χ17) 實現(xiàn)雙支承。上部加工出定位用心軸及外螺紋M16，用作齒輪加工時的定位與夾緊。軸承 7106GB297-84可借助修磨端蓋墊片來消除軸的徑向及軸向的間隙，以提高軸的運動精度及 動、靜剛度。徑向進(jìn)給滑臺主要由進(jìn)給傳動(即滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu))及徑向滑臺支承導(dǎo)軌組成。 徑向進(jìn)給滑臺的導(dǎo)軌采用直線軸承與直線圓柱導(dǎo)軌15。直線軸承變滑動為滾動，使磨擦力 大大降低，提高了導(dǎo)軌的靈敏性，避免了爬行，提高了導(dǎo)軌使用壽命。配重塊由兩根鋼絲繩經(jīng)鋼絲繩輪吊裝在軸向滑臺上，平衡掉70-80%的滑臺及回 轉(zhuǎn)盤等的重量，主要為了減輕軸向進(jìn)給絲杠的軸向力。使軸向進(jìn)給滑臺運行靈活。[0028]滾刀擺動角度由一手動調(diào)整機(jī)構(gòu)實現(xiàn)。要調(diào)整滾刀軸與工件軸的角度時，先松開3 個轉(zhuǎn)盤固定螺栓5，手動將轉(zhuǎn)盤2轉(zhuǎn)過一所需角度，所轉(zhuǎn)角度由轉(zhuǎn)角刻度指示牌3指示。然 后再擰緊3個固定螺栓5。本實施例的數(shù)控滾齒機(jī)在開機(jī)后首先進(jìn)入機(jī)床調(diào)整模塊并進(jìn)行回參考點操作，回 參考點是指移動部件退到機(jī)床坐標(biāo)系中的一個固定不變的極限點，從而建立機(jī)床坐標(biāo)系。 回參考點操作通過接近開關(guān)粗定位，然后由編碼器零位脈沖精定位?；貐⒖键c時機(jī)床以設(shè) 定速度向機(jī)床參考點運動，當(dāng)接近開關(guān)擋塊遮住接近開關(guān)的感應(yīng)頭時，機(jī)床減速進(jìn)入低速 運動階段，此時數(shù)控系統(tǒng)不斷查詢編碼器零位脈沖信號，當(dāng)讀到零位脈沖信號后，機(jī)床立刻 停止運動，絲杠(編碼器)準(zhǔn)確停在圓周方向固定位置一編碼器零位，此時機(jī)床準(zhǔn)確停在機(jī) 床參考點。本實施例的數(shù)控滾齒機(jī)具有點動功能按住數(shù)控系統(tǒng)操作面板各點動鍵可對Z、 X、工件軸隨意移動，當(dāng)松開點動鍵即停止運動。本實施例的數(shù)控滾齒機(jī)具有手輪功能通過手輪實現(xiàn)對各軸微調(diào)，進(jìn)入機(jī)床調(diào)整 模塊后，選擇某個軸手輪功能后，再選擇手輪倍率。然后轉(zhuǎn)動手輪，數(shù)控系統(tǒng)軟件每檢測到 手輪發(fā)出一個脈沖即向?qū)?yīng)的軸的驅(qū)動器發(fā)出η (n=l X手輪倍率)個脈沖。滾齒加工前，先進(jìn)入?yún)?shù)輸入模塊，設(shè)齒輪參數(shù)(齒數(shù)、模數(shù)、齒寬)、加工進(jìn)給速 度。滾齒加工模塊，首先徑向進(jìn)刀，在軸向進(jìn)刀，再加工開始，PLC驅(qū)動滾刀軸旋轉(zhuǎn)，工件跟 隨主軸旋轉(zhuǎn)，Z軸按設(shè)定加工速度進(jìn)給。顯然，本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而 并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明 的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以 窮舉。而這些屬于本實用新型的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型 的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求1.一種適于軸向和徑向進(jìn)給的數(shù)控滾齒機(jī)，其特征在于包括底座、設(shè)于底座一端的 立柱、設(shè)于該立柱上的軸向進(jìn)給組件、在該軸向進(jìn)給組件的控制下軸向位移并加工工件的 滾刀組件、設(shè)于底座上的徑向進(jìn)給組件、在該徑向進(jìn)給組件的控制下徑向位移的用于放置 工件的圓周進(jìn)給組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適于軸向和徑向進(jìn)給的數(shù)控滾齒機(jī)，其特征在于所述 軸向進(jìn)給組件包括軸向進(jìn)給電機(jī)、設(shè)于立柱前端面上的軸向滾珠絲杠軸承座、垂向設(shè)于該 軸向滾珠絲杠軸承座中的絲桿、設(shè)于立柱前方且于絲桿兩側(cè)的一對圓柱導(dǎo)軌、設(shè)于絲桿頂 端的軸向編碼器和與所述軸向進(jìn)給電機(jī)傳動相連的同步帶輪；所述滾刀組件的安裝底座設(shè)于所述絲桿和圓柱導(dǎo)軌上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適于軸向和徑向進(jìn)給的數(shù)控滾齒機(jī)，其特征在于所述 立柱內(nèi)設(shè)有配重，該配重通過鋼絲繩經(jīng)設(shè)于立柱頂端的導(dǎo)向輪與所述滾刀組件的安裝底座 相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的一種適于軸向和徑向進(jìn)給的數(shù)控滾齒機(jī)，其特征在 于所述徑向進(jìn)給組件包括徑向進(jìn)給電機(jī)、設(shè)于底座上的一對徑向?qū)к壓驮O(shè)于該對徑向 導(dǎo)軌之間的滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)，滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)中的滾珠絲杠的末端設(shè)有徑向編碼器; 所述滾珠絲杠與徑向進(jìn)給電機(jī)傳動連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種適于軸向和徑向進(jìn)給的數(shù)控滾齒機(jī)，其特征在于所述 滾刀組件包括用于驅(qū)動滾刀軸的滾刀電機(jī)、通過多個固定螺栓設(shè)于所述安裝底座上的轉(zhuǎn) 盤、在轉(zhuǎn)盤上用于設(shè)置所述滾刀軸的軸承座、設(shè)于所述滾刀軸末端的滾刀軸編碼器、設(shè)于所 述安裝底座上的轉(zhuǎn)角刻度指示牌；所述滾刀電機(jī)與滾刀軸通過同步帶傳動連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種適于軸向和徑向進(jìn)給的數(shù)控滾齒機(jī)，其特征在于所述 圓周進(jìn)給組件包括圓周進(jìn)給電機(jī)、設(shè)于所述一對徑向?qū)к壣喜⑴c所述滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu) 相連的安裝底板、與設(shè)于該安裝底板上的所述圓周進(jìn)給電機(jī)的輸出軸相連的圓周進(jìn)給編碼 器、軸承連接在安裝底板上并與圓周進(jìn)給電機(jī)通過同步帶傳動連接的階梯式工件軸、設(shè)于 工件軸頂端的工件夾緊機(jī)構(gòu)。
專利摘要本實用新型提供了一種適于軸向和徑向進(jìn)給的數(shù)控滾齒機(jī)，其包括主機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)；主機(jī)包括底座、設(shè)于底座一端的立柱、設(shè)于該立柱上的軸向進(jìn)給組件、在該軸向進(jìn)給組件的控制下軸向位移并加工工件的滾刀組件、設(shè)于底座上的徑向進(jìn)給組件、在該徑向進(jìn)給組件的控制下徑向位移的用于放置工件的圓周進(jìn)給組件；本數(shù)控滾齒機(jī)可為《數(shù)控技術(shù)》課程開展實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，可用于展示數(shù)控設(shè)備組成、數(shù)控設(shè)備開發(fā)過程、數(shù)控設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)、數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)、C語言開發(fā)實踐、滾齒加工實驗等教學(xué)內(nèi)容。該設(shè)備將當(dāng)前滾齒加工的先進(jìn)技術(shù)與教學(xué)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合，在滿足滾齒加工實驗教學(xué)的同時，可大大降低教學(xué)成本。
文檔編號B23Q11/00GK201900338SQ20102064564
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者丁仕燕, 劉祖朋, 毛建秋, 黃志榮 申請人:常州工學(xué)院