齒輪加工的制造方法
【專利摘要】一種機(jī)床(2)，包括具有包括第一平坦面(10)的第一側(cè)(6)的機(jī)床基座(4)和可沿第一平坦面上的弧形路徑(B)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床立柱(20)。機(jī)床還包括第一主軸(36)，該第一主軸可沿第一直線方向(Y)運(yùn)動(dòng)并且繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(A)轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)床還包括位于機(jī)床基座的第一側(cè)的第二平坦面(12)上的機(jī)床轉(zhuǎn)塔(40)。機(jī)床轉(zhuǎn)塔可繞樞轉(zhuǎn)軸線(T)作角度運(yùn)動(dòng)(P)。機(jī)床轉(zhuǎn)塔包括定位在轉(zhuǎn)塔內(nèi)的第二主軸(42)，該第二主軸可繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(W)轉(zhuǎn)動(dòng)并且可沿第二直線方向(X)運(yùn)動(dòng)。
【專利說明】齒輪加工機(jī)
[0001]本申請(qǐng)要求2011年12月13日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/569，836號(hào)的權(quán)益，其全部內(nèi)容以參見的方式納入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及機(jī)床，并且特別是涉及用于加工諸如錐齒輪、準(zhǔn)雙曲面齒輪之類的齒輪的加工機(jī)。
[0003]發(fā)明背景
[0004]通過展成或非展成工藝來生產(chǎn)錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪的傳統(tǒng)機(jī)械式齒輪展成機(jī)包括工件支承機(jī)構(gòu)和搖臺(tái)機(jī)構(gòu)。在展成過程中，搖臺(tái)沿圍繞被稱為搖臺(tái)軸線的軸線的圓形路徑來承載圓形刀具。搖臺(tái)表示理論展成齒輪的本體，而搖臺(tái)軸線對(duì)應(yīng)于理論展成齒輪的軸線。刀具表示展成齒輪上的一個(gè)或多個(gè)齒。工件支承件使工件相對(duì)于搖臺(tái)定向，并且使工件相對(duì)于搖臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)以規(guī)定的比率進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。通常，傳統(tǒng)機(jī)械搖臺(tái)型錐齒輪展成機(jī)經(jīng)常裝有一系列線性和角度標(biāo)尺(即，設(shè)定值(settings))，這些標(biāo)尺有助于操作者將各種機(jī)器部件精確地定位在它們的適當(dāng)位置，這些機(jī)器部件可包括能使刀具主軸軸線相對(duì)于搖臺(tái)軸線傾斜的可調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
[0005]最近，已開發(fā)出減少使刀具相對(duì)于工件定向所必要的機(jī)器設(shè)定值的數(shù)目的齒輪生產(chǎn)機(jī)。這些齒輪生產(chǎn)機(jī)用線性的、轉(zhuǎn)動(dòng)的和/或樞轉(zhuǎn)的(角度)軸線的系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械搖臺(tái)型機(jī)器的一些或全部設(shè)定值和運(yùn)動(dòng)。通常，這種機(jī)器是計(jì)算機(jī)控制的多軸機(jī)器，這些機(jī)器包括用于使刀具和工件轉(zhuǎn)動(dòng)以及使刀具和工件相對(duì)彼此定位以進(jìn)行機(jī)加工的至少六個(gè)受控軸線。通常，三個(gè)直線軸線(通常彼此垂直)以及三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和/或角度(即，樞轉(zhuǎn))軸線存在于這些多軸機(jī)器上?？梢栽诿绹鴮＠?，981，402號(hào)、第6，712，566號(hào)、第5，961，260號(hào)、第7，927，048號(hào)以及美國專利申請(qǐng)公開第2006/0002775號(hào)中找到這種機(jī)器的示例。如例如在美國專利第6，752，573號(hào)中所示，類似的機(jī)器構(gòu)造還被稱為所謂的“機(jī)加工中心”。
[0006]在現(xiàn)有技術(shù)的一些機(jī)器中，一個(gè)或多個(gè)直線軸線的要求行程超過僅機(jī)加工工藝所需的行程。需要“額外”的軸線行程來獲得用于加載和/或卸載操作(手動(dòng)或自動(dòng))的必要空隙，并且會(huì)需要使用較長的軌道(導(dǎo)軌)或者包括具有較大懸伸量的機(jī)器部件。需要較長的軌道增加了機(jī)器制造的成本，并且會(huì)增大機(jī)器的總體尺寸(即，“占地面積”)。部件懸伸會(huì)威脅到機(jī)器的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)剛度。
[0007]在其它現(xiàn)有技術(shù)機(jī)器中，一個(gè)部件的角度(樞轉(zhuǎn))運(yùn)動(dòng)的方式會(huì)是麻煩的，因?yàn)樗鼱可娴轿挥跈C(jī)加工腔室內(nèi)的樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，在該腔室中，它會(huì)暴露于諸如加工流體、金屬切屑和/或磨屑之類的機(jī)加工副產(chǎn)品。在其它機(jī)器中，部件的角度運(yùn)動(dòng)會(huì)需要用于其它機(jī)器部件的較長軸線軌道和/或較長距離的直線軸線行程，以保持適當(dāng)?shù)墓ぜ?刀具定位。如上所述，需要較長的軌道及其致動(dòng)器(即，滾珠螺桿、反饋裝置等)增加了機(jī)器制造的成本，并且會(huì)增大機(jī)器的總體尺寸(即，“占地面積”)。此外，較長的行程距離會(huì)導(dǎo)致額外的循環(huán)時(shí)間來加工工件。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明涉及一種機(jī)床，該機(jī)床包括具有第一側(cè)的機(jī)床基座和可沿第一側(cè)的弧形路徑繞第一樞轉(zhuǎn)軸線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床立柱。機(jī)床還包括第一主軸，該第一主軸可沿第一直線方向運(yùn)動(dòng)并且繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)床還包括位于機(jī)床基座的第一側(cè)的機(jī)床轉(zhuǎn)塔。機(jī)床轉(zhuǎn)塔可繞第二樞轉(zhuǎn)軸線作角度運(yùn)動(dòng)。機(jī)床轉(zhuǎn)塔包括定位在轉(zhuǎn)塔內(nèi)的第二主軸，該第二主軸可繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并且可沿第二直線方向運(yùn)動(dòng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1示出設(shè)置成切削環(huán)形齒輪的根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的機(jī)床的立體圖。
[0010]圖2是本發(fā)明機(jī)床的機(jī)架的立體圖。
[0011]圖3是圖1的機(jī)床的俯視圖。
[0012]圖4示出包括覆蓋件的圖1的機(jī)床。
[0013]圖5示出為切削小齒輪而設(shè)置的本發(fā)明的機(jī)床。
[0014]圖6示出移除了覆蓋件的圖5的機(jī)床的俯視圖。
[0015]圖7示出面向刀具主軸的機(jī)床剖視圖。
[0016]圖8示出面向工件主軸的機(jī)床剖視圖。
[0017]圖9示出可轉(zhuǎn)動(dòng)地定位以在機(jī)床的外部位置處具有工件的機(jī)床轉(zhuǎn)塔。
[0018]圖10示出可轉(zhuǎn)動(dòng)地定位以在機(jī)床的外部位置處將工件交于自動(dòng)機(jī)械加載裝置的機(jī)床轉(zhuǎn)塔。
[0019]圖11示出為切削環(huán)形齒輪而設(shè)置的根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的機(jī)床的立體圖。
[0020]圖12是圖11的機(jī)床的俯視圖。
[0021]圖13示出圖11的機(jī)床的轉(zhuǎn)過的視圖，以觀察工件主軸和托架以及用于轉(zhuǎn)塔的驅(qū)動(dòng)件的后部。
[0022]圖14是示出轉(zhuǎn)塔的精調(diào)機(jī)構(gòu)的圖11的機(jī)床的局部俯視圖。
[0023]圖15是圖11的轉(zhuǎn)塔的剖視圖。
[0024]圖16示出具有為了手動(dòng)加載和/或卸載而定位的轉(zhuǎn)塔的圖11的機(jī)床。
[0025]圖17示出包括集成的加載/卸載機(jī)構(gòu)的圖11的機(jī)床。
【具體實(shí)施方式】
[0026]此說明書中使用的術(shù)語“發(fā)明”、“該發(fā)明”和“本發(fā)明”意在寬泛地涉及此說明書和下述任何專利權(quán)利要求的所有主題。包含這些術(shù)語的陳述不應(yīng)理解為限制文中所述的主題，或者限制下面任何專利權(quán)利要求的含義或范圍。此外，此說明書并不試圖在本申請(qǐng)的任何具體部分、段落、陳述或附圖中描述或限制被任何權(quán)利要求覆蓋的主題。應(yīng)參照整個(gè)說明書、所有附圖和下文的任何權(quán)利要求來理解主題。
[0027]現(xiàn)將參照僅示例地示出表示本發(fā)明的附圖對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)進(jìn)行討論。圖中，類似的結(jié)構(gòu)或部件用類似的附圖標(biāo)記來表示。為了更好地理解本發(fā)明并且便于觀察，從附圖中省去門和任何內(nèi)部或外部防護(hù)件。
[0028]在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“錐”齒輪應(yīng)理解為涵蓋包括被稱為錐齒輪、“準(zhǔn)雙曲面”齒輪以及稱為“冠狀”或“平面”齒輪的那些齒輪的充分范圍。[0029]圖1至3示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的機(jī)床2。該機(jī)床包括基座部4，該基座部具有第一側(cè)6和第二側(cè)8 (圖2)。第一側(cè)6包括一平坦面10和另一平坦面12。在圖1中所示的定向下，平坦面10和12彼此平行，并且最佳地處于水平。平坦面10、12可在同一水平面內(nèi)共面?；?較佳地由礦物燒注料(cast mineral aggregate)構(gòu)成,但還可以由諸如鑄鐵或組裝的鋼或鐵元件之類的其它材料制成。位于第一側(cè)6的漸縮槽或錐形槽14將機(jī)加工的副產(chǎn)品(例如，加工流體、切屑、磨屑、研磨膏等)引導(dǎo)通過基座4內(nèi)的開口 15，在此，副產(chǎn)品通過例如切屑去除裝置16之類的合適機(jī)構(gòu)來從機(jī)床移去。具體的去除裝置16不構(gòu)成本發(fā)明的一部分。
[0030]離開第一側(cè)6 (以圖1中所示定向中垂直地)延伸的是呈大致彎曲形狀的、較佳為圓弧形的柱形壁部18，該柱形壁部繞基座4的一部分延伸并且具有端面23。較佳地，壁部18相對(duì)于平坦面10、12大致垂直延伸。壁部18可諸如通過將基座4與壁部18鑄造為一個(gè)單元來與基座4 一體形成，或者壁部18通過諸如螺栓、粘合劑、焊接等任何合適手段附連到基座4?；?和壁部18—起構(gòu)成機(jī)床機(jī)架。機(jī)架本身的柱形結(jié)構(gòu)形成機(jī)床的外部覆蓋件的大部分，從而減少外部防護(hù)結(jié)構(gòu)和覆蓋件的成本。機(jī)床機(jī)架利用了圓柱形梁橫截面的彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)的固有強(qiáng)度。通過在機(jī)架的柱形元件內(nèi)部(而不是在某些現(xiàn)有技術(shù)機(jī)床的立柱的外部)進(jìn)行機(jī)加工過程，產(chǎn)生機(jī)架材料的更高利用率(裂斷強(qiáng)度更大，重量更小)。壁部18的大致圓筒形的柱形結(jié)構(gòu)與在塊狀柱體中發(fā)現(xiàn)的機(jī)架材料的減振特性相比可提供更有效的利用率。
[0031]機(jī)床2包括機(jī)床立柱20，該機(jī)床立柱可沿著第一側(cè)6上的弧形路徑(較佳的是在平坦面10上)通過諸如支承軌道22的弧形導(dǎo)軌沿方向B運(yùn)動(dòng)和定位。替代地，可采用盒型軌道或流體靜力軌道?；⌒芜\(yùn)動(dòng)B的中心、即樞轉(zhuǎn)軸線C(圖3)較佳地位于弧形壁部18的幾何中心。立柱20較佳地由鑄鐵制成，但也可以由諸如礦物澆注料的其它材料制成。立柱20的第一端24可成形為大致順應(yīng)于基座4內(nèi)的漸縮槽14。為了有助于立柱20的弧形運(yùn)動(dòng)和定位，可設(shè)置有位于壁18的端面28上的諸如支承軌道26的另一導(dǎo)軌。
[0032]立柱20較佳地可通過直接驅(qū)動(dòng)的分段馬達(dá)25沿方向B來運(yùn)動(dòng)和定位，該馬達(dá)具有位于壁18的通道19內(nèi)的磁板27和位于立柱20的相對(duì)外表面21上的馬達(dá)線圈29 (參見圖7)。以相反的方式,磁板27可位于立柱20的相對(duì)外表面21上,而馬達(dá)線圈29可位于壁18的通道19內(nèi)。替代地，立柱20可通過摩擦驅(qū)動(dòng)件、皮帶驅(qū)動(dòng)件、滾珠螺桿或其它合適裝置來運(yùn)動(dòng)和定位。支承軌道22和26可進(jìn)行適當(dāng)?shù)馗采w(未示出)，以防諸如上述的副產(chǎn)品機(jī)加工而造成的污染。立柱20構(gòu)造在機(jī)床機(jī)架內(nèi)部，因而，它在任何位置處同樣良好地支承，不會(huì)趨向于在某些位置加大其懸伸量。
[0033]托架30位于立柱20上，并且可通過諸如是支承軌道32的一組導(dǎo)軌和諸如伺服馬達(dá)的馬達(dá)31沿立柱20運(yùn)動(dòng)。替代地，可采用盒型軌道或流體靜力軌道。托架30沿與軸線C平行并且垂直于平坦面10的方向Y(在圖1的定向下垂直)運(yùn)動(dòng)。例如是刀具主軸的第一主軸36位于托架30內(nèi)，該第一主軸可繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線A轉(zhuǎn)動(dòng)，以使可移除地固定到主軸36的刀具38轉(zhuǎn)動(dòng)。出于說明的目的，在圖1中示出切削刀具，但刀具38也可以例如是磨削輪。主軸36較佳地經(jīng)由馬達(dá)34通過齒輪驅(qū)動(dòng)來轉(zhuǎn)動(dòng)，但主軸可通過諸如直接驅(qū)動(dòng)件或皮帶驅(qū)動(dòng)件的其它裝置來轉(zhuǎn)動(dòng)。支承軌道32可適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行覆蓋(未示出)，以防諸如上述的副產(chǎn)品機(jī)加工而造成的污染。軸線A較佳地垂直于方向Y和軸線C。[0034]機(jī)床2還包括轉(zhuǎn)塔40，該轉(zhuǎn)塔可在第一側(cè)6、較佳地在平坦面12上圍繞軸線T沿方向P作角度運(yùn)動(dòng)，該軸線T較佳地平行于軸線C，并且較佳地垂直于平坦面10和12延伸。轉(zhuǎn)塔40較佳地包括相對(duì)的開口 47和49，這些開口可通過合適的門和/或防護(hù)件(未示出)來閉合。轉(zhuǎn)塔40可由與轉(zhuǎn)塔齒輪53嚙合的外部馬達(dá)41來齒輪驅(qū)動(dòng)，但替代地可采用位于基座4內(nèi)的開口 7內(nèi)的馬達(dá)(圖2)。較佳地連同轉(zhuǎn)塔馬達(dá)41 一起包含消隙馬達(dá)55，以加強(qiáng)轉(zhuǎn)塔40的轉(zhuǎn)動(dòng)、樞轉(zhuǎn)和定位精度。第二主軸42位于轉(zhuǎn)塔40內(nèi)，第二主軸例如是工件主軸，該工件主軸定位在主軸外殼57內(nèi)并可繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線W轉(zhuǎn)動(dòng)，以通過合適的工件保持設(shè)備45使可移除地固定到主軸42的工件44轉(zhuǎn)動(dòng)(如技術(shù)人員所理解那樣)，該工件保持設(shè)備例如可通過液壓致動(dòng)器87和拉桿89 (圖15)來操作。主軸42較佳地經(jīng)由馬達(dá)48通過齒輪驅(qū)動(dòng)來轉(zhuǎn)動(dòng)，但主軸也可通過諸如直接驅(qū)動(dòng)件或皮帶驅(qū)動(dòng)件的其它裝置來進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。出于說明的目的，在圖1中示出環(huán)形齒輪。較佳地，第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線W垂直于轉(zhuǎn)塔軸線T。
[0035]主軸42和外殼57較佳地定位在托架51上，并且通過諸如支承軌道46的一組導(dǎo)軌沿方向X直線運(yùn)動(dòng)和定位，并且由例如是伺服馬達(dá)的馬達(dá)43來驅(qū)動(dòng)。替代地，可采用盒型軌道或流體靜力軌道。應(yīng)理解到，代替托架51，主軸42可駐留在套管(quill)機(jī)構(gòu)(未不出)內(nèi)。較佳地，運(yùn)動(dòng)方向X垂直于轉(zhuǎn)塔軸線T。還較佳的是,運(yùn)動(dòng)方向X和第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線W彼此平行，并且最佳地，運(yùn)動(dòng)方向X和第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線W均垂直于轉(zhuǎn)塔軸線T。支承軌道46可進(jìn)行適當(dāng)?shù)馗采w(未示出)，以防諸如上述的副產(chǎn)品機(jī)加工而造成的污染。此外，轉(zhuǎn)塔開口 47、49還包括諸如門、覆蓋件等的裝置，以防止機(jī)加工副產(chǎn)品進(jìn)入轉(zhuǎn)塔40內(nèi)部。轉(zhuǎn)塔40的轉(zhuǎn)動(dòng)可由靠近轉(zhuǎn)塔的外圓柱形形狀的固定線性刮擦件來防護(hù)。無需與現(xiàn)有技術(shù)的許多直線軸線的情況一樣的塌縮覆蓋件或風(fēng)琴狀覆蓋件。
[0036]借助機(jī)床2，運(yùn)動(dòng)的直線方向(X、Y)無需超過支持基本工藝所需的相當(dāng)大的線性行程。轉(zhuǎn)塔40繞軸線T的行程提供所需的加載/卸載間隙。這減小了由于容納附加的直線軸線行程所造成的懸伸量。特別是，沿X方向的懸伸量和總行程(工件沿其自身的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)軸線作直線運(yùn)動(dòng))比具有可比容量的現(xiàn)有技術(shù)機(jī)床小得多。同樣，針對(duì)一些大齒輪(具有最大的切削力)的X方向定位往往更接近于轉(zhuǎn)塔40，由此造成相對(duì)于轉(zhuǎn)塔支承軸承更少的懸伸量。
[0037]由單獨(dú)的對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)31、43、25、41、34和48分別來給予托架30沿方向Y的運(yùn)動(dòng)、第二主軸42沿方向X的運(yùn)動(dòng)、立柱20繞軸線C的弧形運(yùn)動(dòng)B、轉(zhuǎn)塔40繞軸線T的角度運(yùn)動(dòng)P、以及第一主軸36繞軸線A的轉(zhuǎn)動(dòng)和第二主軸42繞軸線W的轉(zhuǎn)動(dòng)。上述部件能相對(duì)彼此獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，并且可彼此同時(shí)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)中的每個(gè)較佳地與作為CNC系統(tǒng)的一部分的、諸如線性或轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器的反饋裝置相關(guān)聯(lián)，該CNC系統(tǒng)根據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)控制器(即，CNC)的指令來控制驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的操作，控制器諸如是Fanuc30i系列或者SiemenS840D系列(未示出)。
[0038]與工件嚙合的理論展成齒輪之間的關(guān)系在本發(fā)明中較佳地通過如下運(yùn)動(dòng)來保持，即，刀具軸線與工件軸線之間的角度運(yùn)動(dòng)(B、P)與刀具和工件之間沿兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)方向(X、Y)中的一個(gè)或兩個(gè)的相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)以及工件繞其軸線(W)的轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)合。在連續(xù)分度的情況下，還控制刀具軸線(A)的轉(zhuǎn)動(dòng)。一般成為本領(lǐng)域中的慣例的是，將與傳統(tǒng)機(jī)械搖臺(tái)型齒輪展成機(jī)相同的輸入?yún)?shù)用于具有不同軸線數(shù)目和/或構(gòu)造的其它機(jī)器。如在傳統(tǒng)機(jī)械搖臺(tái)型齒輪展成機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)中定義的刀具和工件的位置可使用類似于美國專利第4，981，402號(hào)或第6，712，566號(hào)中所述的方法轉(zhuǎn)變?yōu)楸景l(fā)明機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)，這些專利的內(nèi)容以參見的方式納入本文。替代地，如多軸機(jī)床(例如美國專利第4，981，402號(hào)或第6，712，566號(hào))的坐標(biāo)系統(tǒng)中定義的刀具和工件的位置可如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解那樣轉(zhuǎn)變?yōu)楸景l(fā)明機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)。
[0039]較佳地，壁部18大致從弧形導(dǎo)軌22的大致第一端11沿弧形導(dǎo)軌22的長度延伸到轉(zhuǎn)塔40 (圖3中順時(shí)針)。機(jī)床的從大致第一端11逆時(shí)針到轉(zhuǎn)塔40的部分較佳地可通過一個(gè)或多個(gè)門機(jī)構(gòu)來閉合。如果期望，可包含覆蓋件50 (圖4)。覆蓋件50較佳地通過諸如螺栓、螺釘?shù)鹊暮线m裝置在端面28處附連到壁部18。覆蓋件50可包括切去部52，以允許借助諸如用于加載和卸載刀具的吊車來接近機(jī)床的內(nèi)部。切去部52還可包括諸如一個(gè)或多個(gè)可伸縮門或者風(fēng)琴型閉合件的用于閉合的合適裝置。覆蓋件50還可容納用于提供轉(zhuǎn)塔40的附加轉(zhuǎn)動(dòng)剛度和支承的附加支承機(jī)構(gòu)54。
[0040]圖5和6分別對(duì)應(yīng)于圖1和3，只是小齒輪60示出為通過合適的工件保持設(shè)備62如由技術(shù)人員理解的那樣可移除地固定到主軸42。所示刀具38是切削刀具，但應(yīng)理解到，諸如磨削輪之類的其它刀具也可根據(jù)特定機(jī)加工工藝來使用。
[0041]圖7示出視角大致朝向托架30和主軸36的機(jī)床2的剖視圖。還可看到轉(zhuǎn)塔40通過轉(zhuǎn)塔軸承13可轉(zhuǎn)動(dòng)地定位到第二平面12上。基座4的位于軸承13徑向內(nèi)部的一部分較佳地沿軸向延伸，以形成用于附加軸承支承的軸頸17。圖8示出視角朝向定位在轉(zhuǎn)塔40內(nèi)的主軸42上的工件44的機(jī)床2的剖視圖。
[0042]圖9示出轉(zhuǎn)塔40能夠沿繞轉(zhuǎn)塔軸線T的方向P轉(zhuǎn)動(dòng)并定位的示例。轉(zhuǎn)塔40示出為從面向機(jī)床工作室的機(jī)加工位置(如圖3中所示)轉(zhuǎn)動(dòng)到從機(jī)床2向外并遠(yuǎn)離機(jī)床2的位置。較佳地，轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動(dòng)的方向是逆時(shí)針，因?yàn)樵摲较蛏婕白钌倭康男谐蹋@不是強(qiáng)制性的。在這樣的位置上，例如可實(shí)施工件的加載和/或卸載，工件保持設(shè)備可進(jìn)行改變或維修，主軸42或轉(zhuǎn)塔40內(nèi)的其它機(jī)構(gòu)也可保持在該位置。
[0043]圖10示出轉(zhuǎn)塔定位成用于加載和卸載工件44的機(jī)械手68位于機(jī)床2外并在壁部18附近的另一示例。在該示例中，轉(zhuǎn)塔40離開機(jī)床腔室的工作位置(圖3)的最短行程是轉(zhuǎn)塔順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到機(jī)械手68的位置。為了便于這種轉(zhuǎn)動(dòng)，可在壁部18內(nèi)包含可閉合開口 70，以為工件提供間隙從而在工件大到無法完全撤回到轉(zhuǎn)塔內(nèi)的情況下供其通過?？衫斫獾?，諸如工件加載裝置的自動(dòng)設(shè)備無須到達(dá)機(jī)床腔室內(nèi)部來維修工件主軸42。此外，在諸如由圖10所示位置進(jìn)行工件的加載/卸載的情況下，不會(huì)與機(jī)床操作者通常占據(jù)的位置發(fā)生干涉，機(jī)床操作者通常占據(jù)的位置一般靠近機(jī)床的“前方”或“敞開”區(qū)域(即，機(jī)床從弧形導(dǎo)軌22的大致第一端11逆時(shí)針到達(dá)轉(zhuǎn)塔40的部分)。還可看到在對(duì)應(yīng)的單獨(dú)轉(zhuǎn)塔位置處可進(jìn)行工件的加載和卸載。
[0044]圖11-17示出本發(fā)明的另一(且較佳)實(shí)施例。如圖11-14最清楚所示，移除了機(jī)床2的覆蓋件50 (圖4)并且安裝有支撐機(jī)構(gòu)80。支撐機(jī)構(gòu)80 (由例如鋼或鐵制成)包括大致三角形形狀，并且包括連接到壁18、較佳地在壁18的端部處連接的端部82、83，以及通過軸承54連接到轉(zhuǎn)塔40的轉(zhuǎn)動(dòng)連接件84。支撐機(jī)構(gòu)80還包括轉(zhuǎn)動(dòng)連接件86，從立柱20延伸的立柱臂88通過合適的軸承(未示出)可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接到該轉(zhuǎn)動(dòng)連接件。較佳地，支撐機(jī)構(gòu)80構(gòu)造和定位成使樞轉(zhuǎn)軸線C穿過轉(zhuǎn)動(dòng)連接件86和立柱臂88的連接點(diǎn)。為了加強(qiáng)機(jī)床穩(wěn)定性并簡化驅(qū)動(dòng)系設(shè)計(jì)，主軸馬達(dá)34(參見圖1)如圖11和15中可見那樣定位在托架30內(nèi)。
[0045]此外，立柱20可包括用于將立柱20附連到導(dǎo)軌26的上立柱連接支架90。支撐機(jī)構(gòu)80和上立柱連接支架90提供用于立柱20的附加支承，以使立柱20的機(jī)械剛度加大。支撐機(jī)構(gòu)80還提供立柱20和轉(zhuǎn)塔40之間的物理連接，由此進(jìn)一步穩(wěn)定機(jī)床2。如果期望，立柱20和連接支架90的上垂直延伸表面之間的區(qū)域可容納適當(dāng)寬度的墊片，以與平坦面10垂直地精確定向該立柱20。
[0046]圖13-15示出用于轉(zhuǎn)塔40的較佳的混合驅(qū)動(dòng)和定位機(jī)構(gòu)，該混合驅(qū)動(dòng)和定位機(jī)構(gòu)包括精調(diào)機(jī)構(gòu)92和粗定位機(jī)構(gòu)94。精調(diào)機(jī)構(gòu)92較佳地包括滾珠螺桿96、伺服馬達(dá)97和通過臂100連接到分開式(split)套環(huán)夾99的樞轉(zhuǎn)連接件98。分開式套環(huán)夾99圍繞轉(zhuǎn)塔40的下端延伸，并且較佳地駐留在形成于轉(zhuǎn)塔40的周緣區(qū)域內(nèi)的通道101中。分開式套環(huán)夾99可通過諸如液壓活塞(未示出)之類的任何合適裝置來打開和閉合。在分開式套環(huán)夾99處于閉合位置(即，轉(zhuǎn)塔40處于夾持位置)的情況下，滾珠螺桿96的直線運(yùn)動(dòng)能賦予轉(zhuǎn)塔40的增量式轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)，以例如在準(zhǔn)備機(jī)加工操作時(shí)或機(jī)加工操作期間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)塔40的精細(xì)轉(zhuǎn)動(dòng)和更剛性定位或運(yùn)動(dòng)。
[0047]如圖15中所示，粗定位機(jī)構(gòu)94較佳地包括具有轉(zhuǎn)子102和定子104的直接驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，以完成加載/卸載工件或維護(hù)所需的轉(zhuǎn)塔40的相當(dāng)大的轉(zhuǎn)動(dòng)量。直接驅(qū)動(dòng)馬達(dá)較佳地定位在轉(zhuǎn)塔40的下端處、最佳地定位在轉(zhuǎn)塔40的軸向延伸的圓柱形突出部106的下端區(qū)域處。轉(zhuǎn)子102位于突出部106的周緣處，而定子104位于擱置在平坦面12上的轉(zhuǎn)塔基板108的內(nèi)圓形表面上。當(dāng)需要轉(zhuǎn)塔有相當(dāng)大的轉(zhuǎn)動(dòng)量時(shí)，通過打開分開式套環(huán)夾99來使精調(diào)機(jī)構(gòu)92脫開，然后致動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)馬達(dá)102/104以使轉(zhuǎn)塔40轉(zhuǎn)動(dòng)到期望位置。應(yīng)注意至IJ，盡管轉(zhuǎn)塔基板108在圖15中設(shè)置為單獨(dú)元件，但這僅僅是出于方便的原因。轉(zhuǎn)塔基板108可與機(jī)床基座4 一體制造。
[0048]關(guān)于用于轉(zhuǎn)塔40的混合驅(qū)動(dòng)和定位機(jī)構(gòu)，發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)可一起使用精調(diào)機(jī)構(gòu)92和粗定位機(jī)構(gòu)94，以減弱諸如由于在實(shí)施轉(zhuǎn)塔40轉(zhuǎn)動(dòng)位置的精調(diào)時(shí)滾珠螺桿機(jī)構(gòu)96的操作或加工力而遇到的那些振動(dòng)。在用精調(diào)機(jī)構(gòu)92進(jìn)行定位調(diào)節(jié)的同時(shí)，粗定位機(jī)構(gòu)94的直接驅(qū)動(dòng)馬達(dá)102/104可用于選擇性產(chǎn)生設(shè)計(jì)成有效減弱轉(zhuǎn)塔內(nèi)某些檢測到的振動(dòng)的轉(zhuǎn)矩分量，這些振動(dòng)由滾珠螺桿機(jī)構(gòu)96的操作或加工力而造成，由此有助于進(jìn)一步穩(wěn)定轉(zhuǎn)塔40。作為減少外殼57、滑動(dòng)件51和轉(zhuǎn)塔40內(nèi)的動(dòng)態(tài)機(jī)床偏移的另一措施，用于主軸42的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)48較佳地定位在主軸外殼57 (圖15-17)內(nèi)，而不是如圖1到4中可見那樣從轉(zhuǎn)塔40突出。這種定位使馬達(dá)48置于由軸承13的直徑限定的區(qū)域內(nèi)，由此加強(qiáng)轉(zhuǎn)塔40的穩(wěn)定性。
[0049]盡管圖10示出用于加載和卸載工件44的機(jī)械手，但本發(fā)明(任何實(shí)施例)可呈用于其它類型的加載和卸載的合適構(gòu)造。圖16示出手動(dòng)加載/卸載工件44，在此，可看到不阻礙至工件主軸42的通路，由此使得加載和/或卸載是一種簡單的任務(wù)。替代地，圖17示出與機(jī)床集成的加載機(jī)構(gòu)110。加載機(jī)構(gòu)110包括馬達(dá)112和可轉(zhuǎn)動(dòng)加載頭114，該加載頭具有沿與馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線112垂直的方向直線運(yùn)動(dòng)的一對(duì)工件抓持件116。替代地，用一個(gè)抓持件來從主軸42移除機(jī)加工好的工件，以放置于傳送器118 (或者諸如托盤的其它容器)上，而另一抓持件從傳送器118拾取未機(jī)加工的工件，以放置于主軸42上。當(dāng)然，本發(fā)明不限于加載機(jī)構(gòu)110的構(gòu)造或操作順序。其它類型和構(gòu)造的加載/卸載機(jī)構(gòu)可與機(jī)床2集成。
[0050]應(yīng)提及可將轉(zhuǎn)塔40定位在其它轉(zhuǎn)動(dòng)位置以實(shí)施其它操作。例如，對(duì)于倒角和/或去毛刺會(huì)期望不同的轉(zhuǎn)動(dòng)位置。對(duì)于在機(jī)加工之前進(jìn)行原料劃分會(huì)期望另一位置。對(duì)于測量工件會(huì)期望又一位置。因?yàn)閮H須轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)塔40，所以使工件進(jìn)行各種操作是方便的。轉(zhuǎn)塔40還可具有附加開口，以產(chǎn)生至轉(zhuǎn)塔內(nèi)部元件的附加接近點(diǎn)，或者向機(jī)床腔室提供通道來進(jìn)行容納于轉(zhuǎn)塔內(nèi)或上的任何其它操作，諸如用于磨削輪的刀具加載和/卸載或修整單
J Li ο
[0051]在本發(fā)明機(jī)床的情況下，除了圍繞軸線T定位轉(zhuǎn)塔40外，將相同的受計(jì)算機(jī)控制的軸線T用作活動(dòng)機(jī)加工軸線。于是，僅需要較佳為彼此垂直的兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)方向(X，Y)。無須第三直線運(yùn)動(dòng)方向(通常被稱為“Ζ”方向或“Ζ軸”，“Ζ”方向或“Ζ軸”通常在傳統(tǒng)的相互垂直的機(jī)床軸線構(gòu)造中垂直于X和Y方向延伸)來定位刀具或工件主軸，由此使本發(fā)明機(jī)床與許多現(xiàn)有技術(shù)機(jī)床區(qū)分開。換言之，本發(fā)明機(jī)床不包括附加裝置(例如，馬達(dá)、導(dǎo)軌等)以使工件主軸和刀具主軸相對(duì)彼此能夠沿垂直于X和Y方向的方向(即，“Ζ”方向)作直線運(yùn)動(dòng)。
[0052]此外，成角度運(yùn)動(dòng)B (立柱20)和P (轉(zhuǎn)塔40)結(jié)合的特性允許機(jī)床2傳遞比單個(gè)樞轉(zhuǎn)軸線的行程大的總體有效結(jié)合的樞轉(zhuǎn)行程(主軸軸線A和W之間的角度)。這減少了B運(yùn)動(dòng)元件的成本，并有助于保持較小的機(jī)床占地面積。同樣，由于不在切削或磨削區(qū)域下方用機(jī)構(gòu)或支承件來支承立柱20沿其有效樞轉(zhuǎn)中心線(C軸線)的弧形運(yùn)動(dòng)B，可使得切屑排出較少地受到阻礙。
[0053]盡管參照錐齒輪切削來描述了本發(fā)明，但本發(fā)明機(jī)床還適于其它錐齒輪和/或圓柱齒輪加工方法，這包括磨削、研磨、珩磨、刮削、測量、試驗(yàn)和端面聯(lián)接制造(諸如CURVIC?聯(lián)接器，它是格里森工場的注冊(cè)商標(biāo))。關(guān)于刮削，在本發(fā)明機(jī)床上可設(shè)想采用端面銑削型刀具的方法以及被稱為滾刀剝離(hob peeling)或者動(dòng)力刮削的那些方法，盡管本發(fā)明機(jī)床的刮削方法不限于僅僅這些類型。本發(fā)明機(jī)床還可用于除了齒輪加工外的金屬加工操作。
[0054]應(yīng)理解到，關(guān)于齒輪組的匹配構(gòu)件一起運(yùn)行或者齒輪組中的一個(gè)構(gòu)件與主匹配構(gòu)件一起運(yùn)行的操作，諸如在上述研磨或試驗(yàn)中，匹配構(gòu)件中的一個(gè)可定位在第二主軸42內(nèi)，而另一匹配構(gòu)件可定位在第一主軸36內(nèi)。
[0055]盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于其特定形式。本發(fā)明旨在包括對(duì)本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的各種改型，而不偏離所附權(quán)利要求書的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)床,包括: 機(jī)床基座，所述機(jī)床基座具有第一側(cè)； 機(jī)床立柱，所述機(jī)床立柱能沿所述第一側(cè)上的弧形路徑繞第一樞轉(zhuǎn)軸線運(yùn)動(dòng)； 機(jī)床托架，所述機(jī)床托架能沿著所述立柱、沿第一直線方向運(yùn)動(dòng)； 第一主軸，所述第一主軸定位在所述機(jī)床托架上，所述第一主軸能繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)； 機(jī)床轉(zhuǎn)塔，所述機(jī)床轉(zhuǎn)塔位于所述機(jī)床基座的所述第一側(cè)，所述機(jī)床轉(zhuǎn)塔能繞第二樞轉(zhuǎn)軸線作角度運(yùn)動(dòng)； 定位在所述轉(zhuǎn)塔內(nèi)的第二主軸，所述第二主軸能繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，并且所述第二主軸能沿第二直線方向運(yùn)動(dòng)； 其中，所述第一直線方向和所述第二直線方向彼此垂直，且所述第一主軸和所述第二主軸能沿所述第一直線方向和第二直線方向中的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)彼此作直線運(yùn)動(dòng)； 以及其中，在所述機(jī)床上不存在第三直線方向，即，所述第一主軸和所述第二主軸相對(duì)彼此沿與所述第一和第二直線方向垂直的方向運(yùn)動(dòng)的方向。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)床，其特征在于，所述機(jī)床立柱能沿所述第一側(cè)的第一平坦面上的弧形路徑運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的機(jī)床，其特征在于，所述第一樞轉(zhuǎn)軸線與所述第一平坦面垂直。
4.如權(quán)利要求1所述的機(jī)床，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與所述第一直線方向垂直。
5.如權(quán)利要求1所述的機(jī)床，其特征在于，所述第一樞轉(zhuǎn)軸線和所述第一直線方向彼此平行。
6.如權(quán)利要求1所述的機(jī)床，其特征在于，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與所述第二直線方向彼此平行。
7.如權(quán)利要求1所述的機(jī)床，其特征在于，所述第一樞轉(zhuǎn)軸線和所述第二直線方向彼此平行。
8.如權(quán)利要求1所述的機(jī)床，其特征在于，所述轉(zhuǎn)塔能沿所述第一側(cè)的第二平坦面上的弧形路徑作角度運(yùn)動(dòng)。
9.如權(quán)利要求8所述的機(jī)床，其特征在于，所述第二樞轉(zhuǎn)軸線與所述第二平坦面垂直。
10.如權(quán)利要求1所述的機(jī)床，其特征在于，還包括位于所述第一側(cè)的第一平坦面和位于所述第二側(cè)的第二平坦面，所述第一平坦面和所述第二平坦面是彼此平行和彼此共面中的一種。
11.如權(quán)利要求1所述的機(jī)床，其特征在于，還包括柱形壁部，所述柱形壁部位于所述第一側(cè)，并且具有在成對(duì)的端面之間延伸的彎曲形狀，所述壁部位于所述立柱之外。
12.如權(quán)利要求11所述的機(jī)床，其特征在于，所述彎曲形狀是具有幾何中心的弧形，且所述第一樞轉(zhuǎn)軸線延伸穿過所述幾何中心。
13.如權(quán)利要求11所述的機(jī)床，其特征在于，還包括在所述轉(zhuǎn)塔、所述壁部和所述立柱之間延伸的支撐機(jī)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求13所述的機(jī)床，其特征在于，所述支撐機(jī)構(gòu)在所述成對(duì)的端面中的每個(gè)端面附近附連到所述壁部。
15.如權(quán)利要求13所述的機(jī)床，其特征在于，所述支撐機(jī)構(gòu)通過對(duì)應(yīng)的軸承連接附連到所述轉(zhuǎn)塔和所述立柱。
16.如權(quán)利要求13所述的機(jī)床，其特征在于，所述立柱能通過沿所述壁部的所述端面定位的附加導(dǎo)軌沿所述弧形路徑運(yùn)動(dòng)。
17.如權(quán)利要求16所述的機(jī)床，其特征在于，所述立柱通過連接支架與所述導(dǎo)軌連通。
18.如權(quán)利要求1所述的機(jī)床，其特征在于，所述轉(zhuǎn)塔包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括精調(diào)機(jī)構(gòu)和粗定位機(jī)構(gòu)，所述精調(diào)機(jī)構(gòu)和所述粗定位機(jī)構(gòu)能彼此獨(dú)立地或者彼此結(jié)合地操作。
19.如權(quán)利要求18所述的機(jī)床，其特征在于，所述精調(diào)機(jī)構(gòu)包括圍繞所述轉(zhuǎn)塔設(shè)置的分開式套環(huán)夾。
20.如權(quán)利要求18所述的機(jī)床，其特征在于，所述粗定位機(jī)構(gòu)包括直接驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。
21.如權(quán)利要求1所述的機(jī)床，其特征在于，還包括集成的工件加載和卸載機(jī)構(gòu)。
22.如權(quán)利要求1所述的機(jī)床，其特征在于，所述轉(zhuǎn)塔的形狀為大致圓柱形，并且包括外周表面，在所述外周表面上具有用于接近所述轉(zhuǎn)塔內(nèi)部的至少兩個(gè)位置。
23.一種在機(jī) 床上機(jī)加工錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪的方法，所述機(jī)床包括立柱、可動(dòng)地固定到所述立柱的刀具主軸、機(jī)床轉(zhuǎn)塔和可動(dòng)地固定到所述機(jī)床轉(zhuǎn)塔的工件主軸，所述方法包括: 將刀具安裝在所述刀具主軸上； 將工件安裝在所述工件主軸上； 使所述刀具繞刀具軸線轉(zhuǎn)動(dòng)； 使所述工件繞工件軸線轉(zhuǎn)動(dòng)； 使所述刀具主軸沿垂直方向運(yùn)動(dòng)； 使所述工件主軸沿水平方向運(yùn)動(dòng)； 使所述刀具主軸和所述工件主軸中的至少一個(gè)樞轉(zhuǎn)，所述刀具主軸通過所述立柱的弧形運(yùn)動(dòng)繞第一樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)，所述工件主軸通過所述轉(zhuǎn)塔的成角度運(yùn)動(dòng)繞第二樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)； 使所述刀具與所述工件配合，以在所述工件內(nèi)機(jī)加工齒槽。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，使所述刀具和所述工件配合包括:在所述工件內(nèi)機(jī)加工所有齒槽，而無需使所述刀具與所述工件脫開。
【文檔編號(hào)】B23Q1/48GK103998170SQ201280061605
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月13日
【發(fā)明者】K·E·格拉索, W·D·麥格拉森 申請(qǐng)人:格里森工場