專利名稱：一種面齒輪數(shù)控滾齒加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型齒輪-面齒輪數(shù)控滾齒加工裝置，適用于任何軸交角的面齒輪數(shù)控滾齒加工。
背景技術(shù)：
由于面齒輪可以采用插齒、滾齒和磨齒的加工方法加工，而國外對面齒輪加工技術(shù)實行嚴格保密，致使其加工技術(shù)在國內(nèi)還未能掌握，國內(nèi)已認識到面齒輪傳動的優(yōu)點和廣泛的前景，并進行了一些基礎(chǔ)理論的工作，但由于國內(nèi)在面齒輪加工的能力方面不夠，嚴重地限制了面齒輪傳動的深入研究，阻礙了面齒輪的傳動試驗和應用的進程，目前國內(nèi)對面齒輪滾齒加工還沒有一個系統(tǒng)的研究。國內(nèi)對面齒輪的插齒加工方法比較深入，南航和北航都對傳統(tǒng)的插齒機進行了改進，實現(xiàn)了面齒輪插齒加工，北航己建立面齒輪插齒加工專用機床，但插齒效率低，且精度不高，而面齒輪數(shù)控滾齒加工技術(shù)的研究既可以提高面齒輪加工精度，又可以提高面齒輪的加工效率，但國內(nèi)還沒有面齒輪滾齒加工專用設(shè)備。因此，目前尚缺乏一種面齒輪滾齒加工方法及相應的控制裝置來加工出高精度的面齒輪，本發(fā)明為面齒輪滾齒加工專用設(shè)備的發(fā)展提供了一套較為具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，完善現(xiàn)有面齒輪加工技術(shù)，提供一種面齒輪數(shù)控滾齒加工裝置，利用其可以完成面齒輪的高效滾齒加工。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種面齒輪數(shù)控滾齒加工裝置，其特征在于包括主傳動裝置1、伺服進給裝置2、本體結(jié)構(gòu)3、檢測裝置4及控制裝置5 ；伺服進給裝置2包括X向伺服進給機構(gòu)、Y向伺服進給機構(gòu)和Z向伺服進給機構(gòu)，分別為X、Y和Z等三個方向上的機構(gòu)提供動力，其中Y向伺服進給機構(gòu)是為主傳動裝置1提供動力，主傳動裝置1是通過第一立柱58上的導軌在第一立柱58上滑動，并能過Y向伺服進給機構(gòu)中的第十二固定螺釘59與 Y向絲杠座44連接的，工作時Y向絲杠螺母43帶動Y向絲杠座44移動，從而帶動主傳動裝置1在立柱58的導軌上移動；本體結(jié)構(gòu)3起到各個方向的支承和基準作用；檢測裝置4是固定在本體結(jié)構(gòu)3上；控制裝置5是通過電機和聯(lián)軸器與各伺服進給裝置2連接并控制伺服進給裝置2及檢測裝置4完成各種運動的；所述主傳動裝置1包括主軸伺服電機6、主軸箱7、同步帶8、第一同步帶輪9和第二同步帶輪11、第一固定螺釘10、主軸12、圓螺母13、主軸軸承14及密封件15 ；主軸伺服電機6通過第一固定螺釘10連接在主軸箱7上，第一同步帶輪9通過鍵槽連接在主軸伺服電機6上，同步帶8聯(lián)接第二同步帶輪9和第二同步帶輪11，第二同步帶輪11通過鍵槽連接在主軸12上，主軸12通過圓螺母13連接在主軸箱7上，主軸軸承14和密封件15分別對主軸12起固定和密封作用；工作時，主軸伺服電機6通過同步帶8、第一同步帶輪9及第二同步帶輪11將動力傳遞給主軸12 ；所述伺服進給裝置2分為X向伺服進給機構(gòu)、Y向伺服進給機構(gòu)和Z向伺服進給機構(gòu)；所述X向機械傳動機構(gòu)包括X向伺服電機16、X向聯(lián)軸器17、X向滾珠絲杠18、X向圓螺母19、X向第一支承軸承20、第二固定螺釘21、X向卡盤22、第三固定螺釘23、X向電機座對、第四固定螺釘26、X向絲杠螺母27、X向絲杠座28、X向擋板29、X向第二支承軸承30及第五固定螺釘31 ；X向伺服電機16通過X向聯(lián)軸器17與X向滾珠絲杠18相連接， X向圓螺母19將X向滾珠絲杠18固定在X向卡盤22上，第三固定螺釘23將X向卡盤22 固定在X向電機座M上，X向電機座M通過第二固定螺釘21固定在試驗臺底座25上，第四固定螺釘26將X向絲杠座28固定在X向絲杠螺母27上，第五固定螺釘31將X向擋板 29固定在試驗臺底座25上，X向第二支承軸承30對X向滾珠絲杠18起支承作用；工作時 X向伺服電機16通過X向聯(lián)軸器17帶動X向滾珠絲杠18轉(zhuǎn)動，從而帶動X向絲杠螺母27 在X向滾珠絲杠18移動，X向絲杠螺母27帶動X向絲杠座28移動，完成X向的進給運動； X向第一支承軸承20是通過第三固定螺釘23及X向卡盤22壓在X向電機座M上。所述Y向機械傳動機構(gòu)包括Y向伺服電機33、Y向聯(lián)軸器34、Y向滾珠絲杠35、Y 向圓螺母36、Y向第一支承軸承37、第六固定螺釘38、Y向卡盤39、第七固定螺釘40、Y向電機座41、第八固定螺釘42、Y向絲杠螺母43、Y向絲杠座44、Y向擋板45、Y向第二支承軸承46及第九固定螺釘47 ；Y向伺服電機33通過聯(lián)軸器34與滾珠絲杠35相連接，圓螺母36將滾珠絲杠35固定在卡盤39上，第七固定螺釘40將Y向卡盤39固定在Y向電機座 41上，Y向電機座41通過第六固定螺釘38固定在下滑座32上，第八固定螺釘42將Y向絲杠座44固定在Y向絲杠螺母43上，第九固定螺釘47將Y向擋板45固定在下滑座32上， Y向第二支承軸承46對滾珠絲杠35起支承作用；工作時Y向伺服電機33通過Y向聯(lián)軸器 34帶動Y向滾珠絲杠35轉(zhuǎn)動，從而帶動Y向絲杠螺母43在Y向滾珠絲杠35移動，Y向絲杠螺母43帶動Y向絲杠座44移動，完成Y向的進給運動；Y向第一支承軸承37是通過第七固定螺釘40及Y向卡盤39壓在Y向電機座41上。所述Z向機械傳動機構(gòu)包括Z向伺服電機49、Z向聯(lián)軸器50、Z向滾珠絲杠51、Z 向圓螺母52、Z向第一支承軸承53、第十固定螺釘54、Z向卡盤55、第i^一固定螺釘56、電機座57、第十二固定螺釘59、Z向絲杠螺母60、Z向絲杠座61、Z向擋板62、Z向第二支承軸承63及第十三固定螺釘64 ；Z向伺服電機49通過Z向聯(lián)軸器50與Z向滾珠絲杠51相連接，Z向圓螺母52將Z向滾珠絲杠51固定在Z向卡盤55上，第i^一固定螺釘56將Z向卡盤陽固定在Z向電機座57上，電機座57通過第十固定螺釘M固定在第一立柱58上，第三者十二固定螺釘59將Z向絲杠座61固定在Z向絲杠螺母60上，第十三固定螺釘64將 Z向擋板62固定在第一立柱58上，Z向第二支承軸承63對Z向滾珠絲杠51起支承作用； 工作時Z向伺服電機49通過Z向聯(lián)軸器50帶動Z向滾珠絲杠51轉(zhuǎn)動，從而帶動絲Z向杠螺母60在Z向滾珠絲杠51上移動，Z向絲杠螺母60帶動Z向絲杠座61移動，完成Z向的進給運動；Z向第一支承軸承53是通過第十一固定螺釘56及Z向卡盤55壓在Z向電機座 57上。所述本體結(jié)構(gòu)包括第一立柱58和第二立柱67、試驗臺底座25、導軌65、上滑座 48、下滑座32及數(shù)控工作臺68 ；第一立柱58和第二立柱67與試驗臺底座25分別通過第十四固定螺釘66和第十五固定螺釘70連接，導軌65與試驗臺底座25同為一體，下滑座32 通過矩形槽與試驗臺底座25連接，上滑座48通過導軌與下滑座32相接，數(shù)控工作臺68通過螺釘69固定在上滑座48上。工作時下滑座32在導軌65上往復移動，上滑座48在下滑座32上往復移動；所述檢測裝置4包括機械傳動機構(gòu)、測頭102、數(shù)據(jù)采集卡103及信號傳輸卡104 ； 機械傳動機構(gòu)包括檢測裝置伺服電機71、聯(lián)軸器72、滾珠絲杠73、圓螺母74、檢測裝置第一支承軸承75、第十六固定螺釘76、卡盤77、第十七固定螺釘78、電機座79、第十八固定螺釘 80、絲杠螺母81、絲杠座82、擋板83、檢測裝置第二支承軸承84，第十九固定螺釘85及測頭 102 ；檢測裝置伺服電機71通過聯(lián)軸器72與滾珠絲杠73相連接，圓螺母74將滾珠絲杠73 固定在卡盤77上，第十七固定螺釘78將卡盤77固定在電機座79上，電機座79通過固定螺釘76固定在第二立柱67上，第十八固定螺釘80將絲杠座82固定在絲杠螺母81上，固定螺釘85將擋板83固定在第二立柱67上，檢測裝置第二支承軸承84對滾珠絲杠73起支承作用。工作時檢測裝置伺服電機71通過聯(lián)軸器72帶動滾珠絲杠73轉(zhuǎn)動，從而帶動絲杠螺母81在滾珠絲杠73上移動，絲杠螺母81帶動絲杠座82移動，完成檢測系統(tǒng)的機械傳動； 檢測裝置4的第一支承軸承75是通過第十七固定螺釘78及卡盤77壓在電機座79上；所述控制裝置5包括工控機86、SERCOS卡87、控制面板88、SERCOS光纖89、KE整流模塊90、Kff主軸驅(qū)動模塊91、第一至第五個KW進給驅(qū)動模塊92、93、94、95、96、PLC-IO模塊97 ；SERCOS卡87通過ISA插口安裝在工控機86上；控制面板88通過控制線與SERCOS 卡87連接，并發(fā)出各種控制指令；SERCOS卡87通過SERCOS光纖89與KE整流供電模塊90 和KW主軸驅(qū)動模塊91、KW進給第一驅(qū)動模塊92相連；KW主軸驅(qū)動模塊91與主軸電機6 連接；五個KW進給驅(qū)動模塊92、93、94、95、96通過控制線分別與進給五個伺服電機16、33、 49、98、99連接；工控機86為控制裝置的核心部件，負責控制數(shù)據(jù)的計算和產(chǎn)生，SERCOS卡 87負責數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；工作時，工控機86根據(jù)齒輪加工原理進行計算，得到各個軸的運動位置指令數(shù)據(jù)，然后通過ISA插口將指令數(shù)據(jù)寫入SERCOS卡87，SERCOS卡87將指令數(shù)據(jù)通過SERCOS光纖89發(fā)送給KW主軸驅(qū)動模塊91和KW進給第一驅(qū)動模塊92，實現(xiàn)主軸電機和進給電機的控制，并接收KW主軸驅(qū)動模塊91和KW進給第一驅(qū)動模塊92反饋的電機實際位置數(shù)據(jù)，做閉環(huán)控制；滾刀100本身的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)滾刀的切削主運動，滾刀100隨主軸箱7在第一立柱58上移動實現(xiàn)面齒輪滾齒加工的垂直進給運動，滾刀100轉(zhuǎn)動的同時面齒輪工件101圍繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)分齒運動，面齒輪工件101隨數(shù)控工作臺68的傾斜運動實現(xiàn)面齒輪加工過程中的螺旋升角的要求，面齒輪數(shù)控工作臺68隨上下滑板在床底座25上的運動完成面齒輪加工的水平進給運動。加工時，面齒輪滾刀100裝在主軸箱的主軸12上，調(diào)整主軸伺服電機6帶動主軸 12可獲得所需要范圍內(nèi)的各種轉(zhuǎn)速，完成滾齒加工過程中的主運動；主軸箱7可沿立柱58 導軌上下移動，完成滾齒加工過程中的垂直進給運動；面齒輪工件101安裝在數(shù)控工作臺 68上，可與數(shù)控工作臺68—起隨上滑座48做橫向和縱向移動，可以實現(xiàn)滾齒加工過程中的水平進給運動，并完成面齒輪滾刀100螺旋升角的要求。此外數(shù)控工作臺68選用煙臺環(huán)球有限公司生產(chǎn)的SKT14系列數(shù)控工作臺，其技術(shù)指標如下表1所示，可以實現(xiàn)滾齒加工過程中的分齒運動，并可達到較高的精度。上述運動都是由控制裝置5發(fā)送指令給各個運動機構(gòu)來實現(xiàn)的。根據(jù)面齒輪的滾齒原理，該加工裝置必須能夠?qū)崿F(xiàn)面齒輪數(shù)控滾齒加工的主運動、分齒運動、垂直進給運動和水平進給運動這四個運動。同時，由于滾刀螺旋升角存在，使得滾刀軸線必須繞面齒輪斷面旋轉(zhuǎn)一個螺旋升角的角度，為了簡化裝置結(jié)構(gòu)，采用刀具不動，工件相對于原來位置，偏置一個距離來等價完成面齒輪滾刀螺旋升角的旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是(1)相對于面齒輪插齒加工，面齒輪數(shù)控滾齒加工技術(shù)的研究既可以提高面齒輪加工精度，又可以提高面齒輪的加工效率。同時，由于滾齒原理和磨齒原理的相似或相同， 使得開展面齒輪滾齒加工技術(shù)的研究為面齒輪磨齒加工的研究奠定了基礎(chǔ)。(2)本發(fā)明的設(shè)備本體結(jié)構(gòu)中的立柱、上、下滑座均采用矩形導軌，設(shè)備的穩(wěn)定性好，適合于精加工和復雜零件加工。(3)本發(fā)明的主傳動部分由電機通過同步帶及同步帶輪帶動主軸傳遞動力，具有傳動準確、平穩(wěn)和傳動效率高等特點。(4)做工件的檢測工作時，用工件的部分運動來代替測頭的運動，簡化了整機結(jié)構(gòu)。(5)本發(fā)明采用開放式數(shù)控技術(shù)。上述的SERCOS總線是一種用于數(shù)字伺服控制裝置的現(xiàn)場總線和數(shù)據(jù)交換協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)控制計算機與數(shù)字伺服系統(tǒng)，傳感器和可編程控制器IO 口之間的實時數(shù)據(jù)通訊。1995年被確立為IEC1491 SYSTEM-Interface國際標準，它可以擴展連接多個伺服電機；加工程序由用戶用C語言編寫，這樣可以充分利用C語言的功能和資源，特別適合開放式系統(tǒng)的技術(shù)要求。


圖1為面齒輪滾齒加工各運動示意圖2為面齒輪滾齒螺旋傾角位置示意圖3為面齒輪滾齒螺旋角傾斜等價原理圖4為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖5為本發(fā)明的主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖6為本發(fā)明的X向機械傳動機構(gòu)示意圖7為本發(fā)明的Y向機械傳動機構(gòu)示意圖8為本發(fā)明的Z向機械傳動機構(gòu)示意圖9為本發(fā)明的本體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖10為本發(fā)明的檢測原理示意圖11為本發(fā)明檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖12為本發(fā)明面齒輪滾齒加工控制裝置硬件平臺組成示意圖
圖13為本發(fā)明的加工方法實現(xiàn)流程圖。
具體實施例方式
如圖1所示，根據(jù)面齒輪的滾齒原理，多軸聯(lián)動機床必須能夠?qū)崿F(xiàn)面齒輪數(shù)控滾齒加工的主運動、分齒運動、垂直進給運動和水平進給運動這四個運動。同時，由于滾刀螺旋升角存在，使得滾刀軸線必須繞面齒輪斷面旋轉(zhuǎn)一個螺旋升角的角度，如圖2所示，但由于機床結(jié)構(gòu)的限制，主軸刀具并不能完成旋轉(zhuǎn)一個螺旋升角，因此給加工帶來了不便，為解決這個問題，采用刀具不動，工件相對于原來位置，偏置一個距離來等價完成面齒輪滾刀螺旋升角的旋轉(zhuǎn)，如圖3所示。nw代表滾刀的轉(zhuǎn)速、Ii2代表工件的轉(zhuǎn)速、代表滾刀沿工件徑向的垂直進給運動速度、f2代表滾刀沿工件軸向的水平進給運動相對速度。如圖4所示，本發(fā)明包括主傳動裝置1、伺服進給裝置2、本體結(jié)構(gòu)3、檢測裝置4 及控制裝置5，主傳動裝置1是用來實現(xiàn)該裝置主運動的傳動裝置，它具有一定的轉(zhuǎn)速和一定的變速范圍，并能方便地實現(xiàn)運動的控制；伺服進給裝置2是控制裝置與本體結(jié)構(gòu)的傳動環(huán)節(jié)；本體結(jié)構(gòu)主要起到支承和基準作用，為了保證各部件之間正確的相互位置關(guān)系和相對的運動軌跡；檢測裝置4是為了對加工工件的性能進行測量，為下一步進行再加工提供數(shù)據(jù)；控制裝置5的作用是對滾刀和工件之間相對運動進行控制。伺服進給裝置2包括 X向伺服進給機構(gòu)、Y向伺服進給機構(gòu)和Z向伺服進給機構(gòu)，分別為X、Y和Z等三個方向上的機構(gòu)提供動力，在下面有較詳細的敘述，其中Y向伺服進給機構(gòu)是為主傳動裝置1提供動力，主傳動裝置是通過第一立柱58上的導軌在第一立柱58上滑動，并能過Y向伺服進給機構(gòu)中的第十二固定螺釘59與Y向絲杠座44連接的，工作時Y向絲杠螺母43帶動Y向絲杠座44移動，從而帶動主傳動裝置1在立柱58的導軌上移動；而本體結(jié)構(gòu)3是幾個分散部件的總稱，在下面有詳細地敘述，它主要起到各個方向的支承和基準作用；檢測裝置4是固定在本體結(jié)構(gòu)3上；控制裝置5是通過電機和聯(lián)軸器與各伺服進給裝置2連接并控制伺服進給裝置2及檢測裝置4完成各種運動的。如圖5所示，本發(fā)明中的主傳動裝置1包括主軸伺服電機6、主軸箱7、同步帶8、第一同步帶輪9、第一固定螺釘10、第二同步帶輪11、主軸12、圓螺母13、主軸軸承14及密封件15。主軸伺服電機6通過固定螺釘10連接在主軸箱7上，同步帶輪9通過鍵槽連接在主軸伺服電機6上，同步帶8聯(lián)接第一同步帶輪9與第二同步帶輪11，第二同步帶輪11通過鍵槽連接在主軸12上，主軸12通過圓螺母13連接在主軸箱7上，主軸軸承14和密封件15 分別對主軸12起固定和密封作用；工作時，主軸伺服電機6通過同步帶8、第一同步帶輪9 及同步帶輪6將動力傳遞給主軸12。如圖6所示，伺服進給裝置分為X向伺服進給機構(gòu)、Y向伺服進給機構(gòu)、Z向伺服進給機構(gòu)，X向機械傳動機構(gòu)包括X向伺服電機16、X向聯(lián)軸器17、X向滾珠絲杠18、X向圓螺母19、X向第一支承軸承20、第二固定螺釘21、X向卡盤22、第三固定螺釘23、X向電機座對、第四固定螺釘沈、絲杠螺母27、X向絲杠座28、X向擋板29、X向第二支承軸承30及第五固定螺釘31。X向伺服電機16通過X向聯(lián)軸器17與X向滾珠絲杠18相連接，X向圓螺母19將X向滾珠絲杠18固定在X向卡盤22上，第三固定螺釘23將X向卡盤22固定在X 向電機座M上，X向電機座M通過第二固定螺釘21固定在試驗臺底座25上，第四固定螺釘沈?qū)向絲杠座28固定在X向絲杠螺母27上，第五固定螺釘31將X向擋板四固定在試驗臺底座25上，X向第二支承軸承30對X向滾珠絲杠18起支承作用。工作時X向伺服電機16通過X向聯(lián)軸器17帶動X向滾珠絲杠18轉(zhuǎn)動，從而帶動X向絲杠螺母27在X向滾珠絲杠18移動，X向絲杠螺母27帶動X向絲杠座28移動，完成X向的進給運動。X向第一支承軸承20是通過第三固定螺釘23及X向卡盤22壓在X向電機座M上。如圖7所示，Y向機械傳動機構(gòu)包括Y向伺服電機33、Y向聯(lián)軸器34、Y向滾珠絲杠35、Y向圓螺母36、Y向第一支承軸承37、第六固定螺釘38、Y向卡盤39、第七固定螺釘 40、Y向電機座41、第八固定螺釘42、Y向絲杠螺母43、Y向絲杠座44、Y向擋板45、Y向第二支承軸承46及第九固定螺釘47。Y向伺服電機33通過Y向聯(lián)軸器34與Y向滾珠絲杠 35相連接，Y向圓螺母36將滾珠絲杠35固定在卡盤39上，第七固定螺釘40將Y向卡盤39固定在Y向電機座41上，Y向電機座41通過第六固定螺釘38固定在下滑座32上，第八固定螺釘42將Y向絲杠座44固定在Y向絲杠螺母43上，第九固定螺釘47將Y向擋板45固定在下滑座32上，Y向第二支承軸承46對Y向滾珠絲杠35起支承作用。工作時Y向伺服電機33通過Y向聯(lián)軸器34帶動Y向滾珠絲杠35轉(zhuǎn)動，從而帶動Y向絲杠螺母43在Y向滾珠絲杠35移動，Y向絲杠螺母43帶動Y向絲杠座44移動，完成Y向的進給運動，Y向第一支承軸承37是通過第七固定螺釘40及Y向卡盤39壓在Y向電機座41上。如圖8所示，Z向機械傳動機構(gòu)包括Z向伺服電機49、Z向聯(lián)軸器50、Z向滾珠絲杠51、Z向圓螺母52、Z向第一支承軸承53、第十固定螺釘M、卡盤55、第i^一固定螺釘56、 電機座57、第十二固定螺釘59、Z向絲杠螺母60、Z向絲杠座61、Z向擋板62、Z向第二支承軸承63及第十三固定螺釘64。Z向伺服電機49通過Z向聯(lián)軸器50與Z向滾珠絲杠51相連接，Z向圓螺母52將Z向滾珠絲杠51固定在Z向卡盤55上，第i^一固定螺釘56將Z向卡盤55固定在Z向電機座57上，Z向電機座57通過第十固定螺釘M固定在第一立柱58 上，第十二固定螺釘59將Z向絲杠座61固定在Z向絲杠螺母60上，第十三固定螺釘64將 Z向擋板62固定在第一立柱58上，Z向第二支承軸承63對Z向滾珠絲杠51起支承作用。 工作時Z向伺服電機49通過Z向聯(lián)軸器50帶動Z向滾珠絲杠51轉(zhuǎn)動，從而帶動Z向絲杠螺母60在Z向滾珠絲杠51上移動，Z向絲杠螺母60帶動Z向絲杠座61移動，完成Z向的進給運動。Z向第一支承軸承53是通過第i^一固定螺釘56及Z向卡盤55壓在Z向電機座 57上。如圖9所示，本體結(jié)構(gòu)3包括第一立柱58和第二立柱67、試驗臺底座25、導軌65、 上滑座48、下滑座32及數(shù)控工作臺68。第一立柱58和第二立柱67與試驗臺底座25分別通過第十三固定螺釘66和第十四固定螺釘70連接，導軌65與試驗臺底座25同為一體，下滑座32通過矩形槽與試驗臺底座25連接，上滑座48通過導軌與下滑座32相接，數(shù)控工作臺68通過螺釘69固定在上滑座48上。工作時下滑座32在導軌65上往復移動，上滑座48 在下滑座32上往復移動。圖9中101是面齒輪工件，是本發(fā)明用來被加工的對象；100是滾刀，是用來加工的工具，在以前的專利中有較詳細的說明。如圖10所示，檢測裝置4包括機械傳動機構(gòu)105、測頭102、數(shù)據(jù)采集卡103及信號傳輸卡104，測頭102是安裝在機械傳動機構(gòu)105上，數(shù)據(jù)采集卡103及信號傳輸卡104安裝在工控機86內(nèi)。工作時，工控機86通過伺服系統(tǒng)及機械傳動機構(gòu)105帶動測頭102完成對工件101的檢測，并將檢測結(jié)果通過數(shù)據(jù)采集卡103及信號傳輸卡104輸送給工控機 86，工控機86通過對檢測數(shù)據(jù)及加工要求的對比后，對伺服系統(tǒng)發(fā)出信號完成對滾刀100 及數(shù)控工作臺68下一步的控制。如圖11所示，檢測裝置4中的機械傳動機構(gòu)包括檢測裝置伺服電機71、聯(lián)軸器 72、滾珠絲杠73、圓螺母74、檢測裝置第一支承軸承75、第十六固定螺釘76、卡盤77、第十七固定螺釘78、電機座79、第十八固定螺釘80、絲杠螺母81、絲杠座82、擋板83、檢測裝置第二支承軸承84及第十九固定螺釘85。檢測裝置伺服電機71通過聯(lián)軸器72與滾珠絲杠73 相連接，圓螺母74將滾珠絲杠73固定在卡盤77上，第十六固定螺釘78將卡盤77固定在電機座79上，電機座79通過第十六固定螺釘76固定在第二立柱67上，第十八固定螺釘80 將絲杠座82固定在絲杠螺母81上，第十九固定螺釘85將擋板83固定在第二立柱67上， 檢測裝置第二支承軸承84對滾珠絲杠73起支承作用。工作時檢測裝置伺服電機71通過聯(lián)軸器72帶動滾珠絲杠73轉(zhuǎn)動，從而帶動絲杠螺母81在滾珠絲杠73上移動，絲杠螺母81 帶動絲杠座82移動，完成檢測系統(tǒng)的機械傳動。檢測裝置第一支承軸承75是通過第十七固定螺釘78及卡盤77壓在電機座79上。如圖12所示，控制裝置5包括工控機86、SERCOS卡87、控制面板88、SERCOS光纖 89、KE整流模塊90、Kff主軸驅(qū)動模塊91、Kff進給驅(qū)動模塊92、93、94、95及96、PLC-IO模塊97 ；SERCOS卡87通過ISA插口安裝在工控機86上；控制面板88通過控制線與SERCOS 卡87連接，并發(fā)出各種控制指令；SERCOS卡87通過SERCOS光纖89與KE整流供電模塊90 和KW主軸驅(qū)動模塊91、KW進給驅(qū)動模塊92相連；KW主軸驅(qū)動模塊91與主軸電機6連接； KW進給驅(qū)動模塊92、93、94、95及96通過控制線分別與進給伺服電機16、33、49、98及99連接。工控機86為控制裝置的核心部件，負責控制數(shù)據(jù)的計算和產(chǎn)生，SERCOS卡87負責數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；工作時，工控機86根據(jù)齒輪加工原理進行計算，得到各個軸的運動位置指令數(shù)據(jù)，然后通過ISA插口將指令數(shù)據(jù)寫入SERCOS卡87，SERCOS卡87將指令數(shù)據(jù)通過 SERCOS光纖89發(fā)送給KW主軸驅(qū)動模塊91和KW進給驅(qū)動模塊92，實現(xiàn)主軸電機和進給電機的控制，并接收KW主軸驅(qū)動模塊91和KW進給驅(qū)動模塊92反饋的電機實際位置數(shù)據(jù)，做閉環(huán)控制；滾刀100本身的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)滾刀的切削主運動，滾刀100隨主軸箱7在立柱58上移動實現(xiàn)面齒輪滾齒加工的垂直進給運動，滾刀100轉(zhuǎn)動的同時面齒輪工件101圍繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)分齒運動，面齒輪工件101隨數(shù)控工作臺68的傾斜運動實現(xiàn)面齒輪加工過程中的螺旋升角的要求，面齒輪數(shù)控工作臺68隨上下滑板在試驗臺底座25上的運動完成面齒輪加工的水平進給運動。加工時，面齒輪滾刀100裝在主軸箱的主軸12上，調(diào)整主軸伺服電機6帶動主軸 12可獲得所需要范圍內(nèi)的各種轉(zhuǎn)速，完成滾齒加工過程中的主運動；主軸箱7可沿立柱58 導軌上下移動，完成滾齒加工過程中的垂直進給運動；面齒輪工件101安裝在數(shù)控工作臺 68上，可與數(shù)控工作臺68—起隨上滑座48做橫向和縱向移動，可以實現(xiàn)滾齒加工過程中的水平進給運動，并完成面齒輪滾刀100螺旋升角的要求。此外數(shù)控工作臺68選用煙臺環(huán)球有限公司生產(chǎn)的SKT14系列數(shù)控工作臺，其技術(shù)指標如下表1所示，可以實現(xiàn)滾齒加工過程中的分齒運動，并可達到較高的精度。上述運動都是由控制裝置5發(fā)送指令給各個運動機構(gòu)來實現(xiàn)的。表1 數(shù)控工作臺性能參數(shù)指標
權(quán)利要求
1. 一種面齒輪數(shù)控滾齒加工裝置，其特征在于包括主傳動裝置(1)、伺服進給裝置 (2)、本體結(jié)構(gòu)(3)、檢測裝置(4)及控制裝置(5)；所述主傳動裝置(1)包括主軸伺服電機(6)、主軸箱(7)、同步帶(8)、第一同步帶輪 (9)和第二同步帶輪(11)、第一固定螺釘(10)、主軸(12)、圓螺母(13)、主軸軸承(14)及密封件(1 ；主軸伺服電機(6)通過第一固定螺釘(10)連接在主軸箱(7)上，第一同步帶輪(9)通過鍵槽連接在主軸伺服電機(6)上，同步帶(8)聯(lián)接第二同步帶輪(9)和第二同步帶輪(11)，第二同步帶輪(11)通過鍵槽連接在主軸(1 上，主軸(1 通過圓螺母(13) 連接在主軸箱(7)上，主軸軸承(14)和密封件(1 分別對主軸(1 起固定和密封作用； 工作時，主軸伺服電機(6)通過同步帶(8)、第一同步帶輪(9)及第二同步帶輪(11)將動力傳遞給主軸(12)；所述伺服進給裝置(2)分為X向伺服進給機構(gòu)、Y向伺服進給機構(gòu)和Z向伺服進給機構(gòu)；所述X向機械傳動機構(gòu)包括X向伺服電機(16)、X向聯(lián)軸器(17)、X向滾珠絲杠(18)、 X向圓螺母(19)、X向第一支承軸承00)、第二固定螺釘、X向卡盤0 、第三固定螺釘03)、X向電機座04)、第四固定螺釘06)、X向絲杠螺母(XT)、X向絲杠座08)、X向擋板09)、X向第二支承軸承(30)及第五固定螺釘(31) ；X向伺服電機(16)通過X向聯(lián)軸器 (17)與X向滾珠絲杠(18)相連接，X向圓螺母(19)將X向滾珠絲杠(18)固定在X向卡盤 (22)上，第三固定螺釘03)將X向卡盤02)固定在X向電機座04)上，X向電機座04) 通過第二固定螺釘固定在試驗臺底座0 上，第四固定螺釘06)將X向絲杠座08) 固定在X向絲杠螺母(XT)上，第五固定螺釘(31)將X向擋板09)固定在試驗臺底座05) 上，X向第二支承軸承(30)對X向滾珠絲杠(18)起支承作用；工作時X向伺服電機(16)通過X向聯(lián)軸器(17)帶動X向滾珠絲杠(18)轉(zhuǎn)動，從而帶動X向絲杠螺母、2 )在X向滾珠絲杠(18)移動，X向絲杠螺母、2 )帶動X向絲杠座08)移動，完成X向的進給運動；X向第一支承軸承00)是通過第三固定螺釘及X向卡盤0 壓在X向電機座04)上； 所述Y向機械傳動機構(gòu)包括Y向伺服電機(33)、Y向聯(lián)軸器(34)、Υ向滾珠絲杠(35)、 Y向圓螺母(36)、Y向第一支承軸承(37)、第六固定螺釘(38)、Y向卡盤(39)、第七固定螺釘(40)、Y向電機座(41)、第八固定螺釘(42)、Y向絲杠螺母(43)、Y向絲杠座(44)、Y向擋板0幻、Y向第二支承軸承G6)及第九固定螺釘G7) ；Y向伺服電機(3 通過聯(lián)軸器 (34)與滾珠絲杠(3 相連接，圓螺母(36)將滾珠絲杠(3 固定在卡盤(39)上，第七固定螺釘GO)將Y向卡盤(39)固定在Y向電機座Gl)上，Y向電機座Gl)通過第六固定螺釘(38)固定在下滑座(3 上，第八固定螺釘0 將Y向絲杠座G4)固定在Y向絲杠螺母^幻上，第九固定螺釘G7)將Y向擋板0 固定在下滑座(3 上，Y向第二支承軸承 (46)對滾珠絲杠(35)起支承作用；工作時Y向伺服電機(33)通過Y向聯(lián)軸器(34)帶動Y 向滾珠絲杠(3 轉(zhuǎn)動，從而帶動Y向絲杠螺母在Y向滾珠絲杠(3 移動，Y向絲杠螺母^幻帶動Y向絲杠座G4)移動，完成Y向的進給運動；Y向第一支承軸承(37)是通過第七固定螺釘GO)及Y向卡盤(39)壓在Y向電機座Gl)上；所述Z向機械傳動機構(gòu)包括Z向伺服電機G9)、Z向聯(lián)軸器(50)、Z向滾珠絲杠(51)、 Z向圓螺母(5 、Z向第一支承軸承(5 、第十固定螺釘(54)、Z向卡盤(5 、第十一固定螺釘(56)、電機座(57)、第十二固定螺釘(59)、Z向絲杠螺母(60)、Z向絲杠座(61)、Z向擋板(62)、Z向第二支承軸承(63)及第十三固定螺釘(64) ；Z向伺服電機09)通過Z向聯(lián)軸器(50)與Z向滾珠絲杠(51)相連接，Z向圓螺母(52)將Z向滾珠絲杠(51)固定在Z 向卡盤(55)上，第i^一固定螺釘(56)將Z向卡盤(55)固定在Z向電機座(57)上，電機座 (57)通過第十固定螺釘(54)固定在第一立柱(58)上，第三者十二固定螺釘(59)將Z向絲杠座(61)固定在Z向絲杠螺母(60)上，第十三固定螺釘(64)將Z向擋板(6 固定在第一立柱(58)上，Z向第二支承軸承(6 對Z向滾珠絲杠(51)起支承作用；工作時Z向伺服電機G9)通過Z向聯(lián)軸器(50)帶動Z向滾珠絲杠(51)轉(zhuǎn)動，從而帶動絲Z向杠螺母 (60)在Z向滾珠絲杠(51)上移動，Z向絲杠螺母(60)帶動Z向絲杠座(61)移動，完成Z 向的進給運動；Z向第一支承軸承(5 是通過第十一固定螺釘(56)及Z向卡盤(5 壓在 Z向電機座(57)上；所述本體結(jié)構(gòu)包括第一立柱(58)和第二立柱(67)、試驗臺底座(25)、導軌(65)、上滑座(48)、下滑座(3 及數(shù)控工作臺(68)；第一立柱(58)和第二立柱(67)與試驗臺底座 (25)分別通過第十四固定螺釘(66)和第十五固定螺釘(70)連接，導軌(6 與試驗臺底座0 同為一體，下滑座(3 通過矩形槽與試驗臺底座0 連接，上滑座G8)通過導軌與下滑座(3 相接，數(shù)控工作臺(68)通過螺釘(69)固定在上滑座08)上；工作時下滑座 (32)在導軌(6 上往復移動，上滑座08)在下滑座(3 上往復移動；所述檢測裝置(4)包括機械傳動機構(gòu)、測頭(102)、數(shù)據(jù)采集卡(10 及信號傳輸卡(104)；機械傳動機構(gòu)包括檢測裝置伺服電機(71)、聯(lián)軸器(72)、滾珠絲杠(73)、圓螺母(74)、檢測裝置第一支承軸承(75)、第十六固定螺釘(76)、卡盤(77)、第十七固定螺釘 (78)、電機座(79)、第十八固定螺釘(80)、絲杠螺母(81)、絲杠座(82)、擋板(83)、檢測裝置第二支承軸承(84)，第十九固定螺釘(8 及測頭(102)；檢測裝置伺服電機(71)通過聯(lián)軸器(7 與滾珠絲杠(7 相連接，圓螺母(74)將滾珠絲杠(7 固定在卡盤(77)上，第十七固定螺釘(78)將卡盤(77)固定在電機座(79)上，電機座(79)通過固定螺釘(76)固定在第二立柱(67)上，第十八固定螺釘(80)將絲杠座(8 固定在絲杠螺母(81)上，固定螺釘 (85)將擋板(8 固定在第二立柱(67)上，檢測裝置第二支承軸承(84)對滾珠絲杠(73) 起支承作用；工作時檢測裝置伺服電機(71)通過聯(lián)軸器(7 帶動滾珠絲杠(7 轉(zhuǎn)動，從而帶動絲杠螺母(81)在滾珠絲杠(7 上移動，絲杠螺母(81)帶動絲杠座(8 移動，完成檢測系統(tǒng)的機械傳動；檢測裝置的第一支承軸承(7 是通過第十七固定螺釘(78)及卡盤(77)壓在電機座(79)上；所述控制裝置( 包括工控機(86)、SERC0S卡(87)、控制面板(88)、SERC0S光纖(89)、 KE整流模塊(90)、KW主軸驅(qū)動模塊(91)、第一至第五個KW進給驅(qū)動模塊(92、93、94、95、 96)、PLC-I0模塊(97) ；SERCOS卡(87)通過I SA插口安裝在工控機(86)上；控制面板(88) 通過控制線與SERCOS卡(87)連接，并發(fā)出各種控制指令；SERCOS卡(87)通過SERCOS光纖(89)與KE整流供電模塊(90)和KW主軸驅(qū)動模塊(91)、Kff進給第一驅(qū)動模塊(92)相連；KW主軸驅(qū)動模塊(91)與主軸電機(6)連接；五個KW進給驅(qū)動模塊(92、93、94、95、96) 通過控制線分別與進給五個伺服電機(16、33、49、98、99)連接；工控機(86)為控制裝置的核心部件，負責控制數(shù)據(jù)的計算和產(chǎn)生，SERCOS卡(87)負責數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；工作時，工控機(86)根據(jù)齒輪加工原理進行計算，得到各個軸的運動位置指令數(shù)據(jù)，然后通過ISA插口將指令數(shù)據(jù)寫入SERCOS卡(87) ,SERCOS卡(87)將指令數(shù)據(jù)通過SERCOS光纖(89)發(fā)送給KW主軸驅(qū)動模塊(91)和KW進給第一驅(qū)動模塊(92)，實現(xiàn)主軸電機和進給電機的控制，并接收KW主軸驅(qū)動模塊(91)和KW進給第一驅(qū)動模塊(92)反饋的電機實際位置數(shù)據(jù)，做閉環(huán)控制；滾刀(100)本身的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)滾刀的切削主運動，滾刀(100)隨主軸箱(7)在第一立柱(58)上移動實現(xiàn)面齒輪滾齒加工的垂直進給運動，滾刀(100)轉(zhuǎn)動的同時面齒輪工件 (101)圍繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)分齒運動，面齒輪工件(101)隨數(shù)控工作臺(68)的傾斜運動實現(xiàn)面齒輪加工過程中的螺旋升角的要求，面齒輪數(shù)控工作臺(68)隨上下滑板在床底座0 上的運動完成面齒輪加工的水平進給運動。
全文摘要
一種面齒輪數(shù)控滾齒加工裝置包括主傳動裝置、伺服進給裝置、本體結(jié)構(gòu)、檢測裝置及控制裝置。主傳動裝置是用來實現(xiàn)該裝置主運動的傳動裝置，它具有一定的轉(zhuǎn)速和一定的變速范圍，并能方便地實現(xiàn)運動的控制；伺服進給裝置是控制裝置與本體結(jié)構(gòu)的傳動環(huán)節(jié)；本體結(jié)構(gòu)主要起到支承和基準作用，為了保證各部件之間正確的相互位置關(guān)系和相對的運動軌跡；檢測裝置是為了對加工工件的性能進行測量，為下一步進行再加工提供數(shù)據(jù)；控制裝置的作用是對滾刀和工件之間相對運動進行控制。
文檔編號B23F15/06GK102248228SQ20111020027
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者侯良威, 劉艷強, 張俐, 王延忠, 郇極 申請人:北京航空航天大學