一種利用鼓形蝸桿工具加工內(nèi)齒輪齒廓的方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種利用鼓形蝸桿工具加工內(nèi)齒輪齒廓的裝置，該裝置由機(jī)床立柱（1）、機(jī)床底座（0）組成機(jī)床床身，機(jī)床床身連接有垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元（2），蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭（3），工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元（4），工件水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元（5），蝸桿工具開合單元（6）和動(dòng)力頭擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元（7）；一種利用鼓形蝸桿工具加工內(nèi)齒輪齒廓的方法，該方法有四大步驟。本發(fā)明將鼓形蝸桿工具分成兩部分并在加工前后適時(shí)開合，可以利用大直徑工具加工小直徑內(nèi)齒輪表面并實(shí)現(xiàn)內(nèi)齒輪的連續(xù)加工，大大提高加工效率；增加鼓形蝸桿工具的回轉(zhuǎn)半徑可以減小蝸桿旋轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響，因此該方法也可以用于精密內(nèi)齒輪的加工。
【專利說明】一種利用鼓形蝸桿工具加工內(nèi)齒輪齒廓的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用鼓形蝸桿工具加工內(nèi)齒輪齒廓的方法和裝置，屬于機(jī)械傳動(dòng)和機(jī)械加工【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)齒輪是構(gòu)成行星減速器、諧波減速器的重要傳動(dòng)元件，目前一般采用插齒加工方法加工，其加工效率低、加工精度不容易提高，無法滿足高性能減速器制造的要求。采用超硬磨料成形砂輪并利用成形法磨削內(nèi)齒輪是目前實(shí)現(xiàn)硬齒面內(nèi)齒輪加工的主要工藝方法，但是這種方法受到工具尺寸和剛度、砂輪精度和成本等多種因素影響的制約，沒有也難以得到廣泛應(yīng)用。與這種情況相對(duì)應(yīng)的是外齒輪的加工方法獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，其粗加工采用滾削，精加工可采用蝸桿砂輪連續(xù)磨削，因此具有加工效率高、精度高、效率高、成本低等特點(diǎn)，在工業(yè)界獲得成功應(yīng)用。目前采用蝸桿砂輪磨削可以獲得數(shù)十秒鐘加工一個(gè)小型齒輪，采用普通低成本砂輪、可連續(xù)修整和可連續(xù)磨削是這種加工方式取得成功的關(guān)鍵。但是受到傳動(dòng)原理的限制，蝸輪蝸桿傳動(dòng)只能是外嚙合傳動(dòng)，到目前為止還沒有嚙合理論研究蝸桿和內(nèi)齒輪的嚙合關(guān)系，因?yàn)閺闹庇X上內(nèi)齒輪和蝸桿的嚙合幾乎是不可能或沒有作用的。事實(shí)上，這是一個(gè)巨大的誤區(qū)。從嚙合原理本身看，當(dāng)蝸桿的齒面足夠短時(shí)且采取合適的支撐方式時(shí)，蝸桿完全可以置于內(nèi)齒輪的內(nèi)部并與之產(chǎn)生嚙合運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然此時(shí)的蝸桿的節(jié)面一般不是圓柱面，而是一個(gè)鼓形面，鼓形的母線半徑可以具有多種不同的尺寸，但通常應(yīng)比被加工齒輪的節(jié)圓半徑小，但鼓形的回轉(zhuǎn)直徑卻可以比內(nèi)齒輪的直徑大，因此采用蝸桿內(nèi)嚙合即可以加工大齒輪也可以加工小齒輪。其中，當(dāng)蝸桿回轉(zhuǎn)直徑大于齒輪直徑時(shí)，只有一種可能，那就是將工具蝸桿制造成空心結(jié)構(gòu)，并使環(huán)狀的空心工具和齒輪環(huán)相互穿透，這樣就可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的嚙合運(yùn)動(dòng)。利用蝸桿狀工具連續(xù)加工內(nèi)齒輪可以大幅度降低加工成本，且可以加工直徑極小的各種內(nèi)齒輪或類似齒輪的周向均多齒結(jié)構(gòu)。同時(shí)可以提供一種新型的傳動(dòng)方式可大幅度減小外嚙合蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種利用鼓形蝸桿工具加工內(nèi)齒輪齒廓的方法和裝置，它是一種新型蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和利用該機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)內(nèi)齒輪高效高精度加工的方法和裝置。
[0004](I)本發(fā)明的主要方法是設(shè)計(jì)一種鼓形蝸桿工具，用于高效率地加工內(nèi)齒輪。對(duì)于大型內(nèi)齒輪，鼓形蝸桿工具可置于齒輪內(nèi)部，即其工具最大外形尺寸小于齒輪。對(duì)于小內(nèi)齒輪，鼓形蝸桿工具尺寸可以遠(yuǎn)大于內(nèi)齒輪工件尺寸，此時(shí)蝸桿為空心環(huán)狀扁平結(jié)構(gòu)，可以分成兩部分并穿過工件后連接起來在加工過程作為一個(gè)整體參與加工或通過殼體結(jié)構(gòu)使二者在加工過程保持穩(wěn)定的相對(duì)位置關(guān)系。圖la、lb、lc分別是一種利用小直徑鼓形蝸桿蝸桿加工大直徑內(nèi)齒輪的原理結(jié)構(gòu)圖的主視圖、左視圖和俯視圖.設(shè)鼓形蝸桿蝸桿的母線半徑為R0，鼓形蝸桿蝸桿的節(jié)圓最大回轉(zhuǎn)外半徑為R2，被加工內(nèi)齒輪的半徑為R1。為了加工內(nèi)齒輪，鼓形蝸桿必須傾斜一定角度G，確保鼓形蝸桿的齒形方向與被加工齒輪的齒形方向一致。當(dāng)然，當(dāng)鼓形蝸桿采用不同的螺旋角時(shí)，二者之間的軸線夾角可以增加或減少一個(gè)被加工內(nèi)斜齒輪的螺旋角。因此當(dāng)加工斜內(nèi)齒輪時(shí)，選擇鼓形蝸桿的合理螺旋線方向可以在特定情況下保證工具軸線與內(nèi)齒輪軸線成90度。圖1c中，工件01和鼓形蝸桿工具02在該圖左側(cè)構(gòu)成嚙合狀態(tài)，該鼓形蝸桿的軸線可按照?qǐng)D1b所示與被加工齒輪的軸線間具有確定的夾角G。這可以確保在鼓形蝸桿與齒輪嚙合處的節(jié)圓上的切線具有相同的方向。圖2a、2b、2c分別是一種利用大直徑鼓形蝸桿加工小直徑內(nèi)齒輪的原理結(jié)構(gòu)圖的主視圖、左視圖和俯視圖。此時(shí)，考慮到工具直徑大、工件直徑小，刀具無法完全進(jìn)入工件之中，工具的回轉(zhuǎn)半徑R2大于被加工工件的直徑R1，因此工具基體需要制造成空心環(huán)狀。為了保證鼓形蝸桿和內(nèi)齒輪的節(jié)圓在切點(diǎn)處具有共同的切線方向，鼓形蝸桿需要按照?qǐng)D2b所示安裝并使鼓形蝸桿工具的軸線和工件齒輪的軸線之間的夾角為G。G為鼓形蝸桿工具節(jié)圓最大直徑處的螺旋角。按照?qǐng)D1c或圖2c，工件01只做圍繞其自身軸線的勻速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和在水平面中的徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，鼓形蝸桿工具02、02’則一邊繞自身軸線旋轉(zhuǎn)一邊做勻速的沿著工件軸線方向軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。利用這4個(gè)基本運(yùn)動(dòng)可以完成內(nèi)齒直齒輪的連續(xù)滾削或磨削加工，同時(shí)這4個(gè)運(yùn)動(dòng)可以通過合理方式進(jìn)行組合用于加工斜齒內(nèi)齒輪。但調(diào)整角度G的運(yùn)動(dòng)也可以作為一個(gè)參與機(jī)床聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的自由度，用于與其它四軸構(gòu)成五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，可以用于齒輪修形或加工具有非常規(guī)齒廓的內(nèi)齒輪。在圖1c中，通過設(shè)計(jì)合適的蝸桿螺旋角可以使工具從工件中貫穿而過，這樣可以構(gòu)成一種比較有趣的內(nèi)嚙合蝸桿傳動(dòng)方式。圖2c中的環(huán)狀工具可以根據(jù)情況制造成多種結(jié)構(gòu)形式(方式I )，如兩半完全對(duì)稱的不需要螺釘連接但可以在軸承和殼體作用下保持穩(wěn)定和正確的相對(duì)位置關(guān)系的方式(方式2)，分解成大小不同的可通過螺釘銷釘共同作用將其在穿過工具后連接成一個(gè)部件的方式或直接保留一個(gè)小的開口容許工件進(jìn)入其內(nèi)部的方式(方式3)。其中方式3適合粗加工的情況。該環(huán)狀工具在機(jī)床的支撐方式也非常重要，一種是采用上下兩部分對(duì)開方式的滾動(dòng)或滑動(dòng)軸承分別支撐環(huán)狀工具的上下兩部分，該方案適合方式1，可采用3組以上滾動(dòng)軸承支撐連接成整體的工具的兩部分，該方法適合方式2。方式3則適合采用滑動(dòng)軸承支撐。蝸桿工具的回轉(zhuǎn)可采用消除間隙的齒輪機(jī)構(gòu)或小間隙齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)。
[0005]綜上所述，本發(fā)明一種利用鼓形蝸桿工具加工內(nèi)齒輪齒廓的方法，該方法具體步驟如下:步驟一:設(shè)計(jì)一種扁平形或長(zhǎng)度很短的鼓形蝸桿工具，如圖1c中的件02所示或圖2c中的02’所示。該蝸桿砂輪可以被做作成單頭或多頭蝸桿，且蝸桿位于一個(gè)環(huán)面上，環(huán)面的母圓半徑為圖1c或圖2c中的假想齒輪C1、C2的節(jié)圓半徑R0。圖中，C2上的輪齒的橫截面圖形是Cl上的橫截形旋轉(zhuǎn)半個(gè)齒距角(蝸桿為單頭蝸桿時(shí))或與蝸桿頭數(shù)相同的多個(gè)半齒距角后的形狀，其中間形狀是該假想齒輪截形在圍繞工具軸線旋轉(zhuǎn)的過程中同時(shí)按照上述規(guī)律連續(xù)自轉(zhuǎn)后所做的環(huán)面螺旋運(yùn)動(dòng)形成，而假想齒輪自身的正截形可以根據(jù)包絡(luò)原理求得。
[0006]步驟二:設(shè)計(jì)一種驅(qū)動(dòng)鼓形蝸桿工具連續(xù)地按照給定速度和位移運(yùn)動(dòng)的蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭。目前的機(jī)床多直接制造成多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，采用鼓形蝸桿工具加工內(nèi)齒輪，首先要解決的是鼓形蝸桿工具的傳動(dòng)和支撐問題。當(dāng)加工大直徑內(nèi)齒輪時(shí)，蝸桿可以被制作成扁平結(jié)構(gòu)并且置于被加工齒輪的內(nèi)部，蝸桿的運(yùn)動(dòng)可采用常規(guī)的角度銑削或鉆削動(dòng)力頭支撐并通過精密齒輪鏈進(jìn)行傳動(dòng)。此時(shí)鼓形蝸桿工具通過其內(nèi)孔和端面和兩組軸承簡(jiǎn)支于分立于其兩端面的支架上，鼓形蝸桿工具的一端并聯(lián)有一個(gè)外齒輪，該外齒輪可以通過一串軸線平行的直徑很小的依次嚙合的齒輪組與支架上端足夠遠(yuǎn)處的伺服電機(jī)上輸出軸上的齒輪嚙合，從而實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)對(duì)鼓形蝸桿工具的直接驅(qū)動(dòng)。由于該方式比較簡(jiǎn)單且常規(guī)，因此本發(fā)明沒有提供具體的結(jié)構(gòu)圖紙說明。
[0007]本發(fā)明重點(diǎn)介紹的是當(dāng)加工直徑很小的內(nèi)齒輪時(shí)和需要提高齒輪加工精度時(shí)，采用大直徑空心蝸桿工具加工內(nèi)齒輪的機(jī)床結(jié)構(gòu)。圖4a、4b、4c分別是一種利用大尺寸空心扁平蝸桿工具加工小直徑內(nèi)齒輪的蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭的主視圖、左視圖和俯視圖。圖4a、4b,4c中，蝸桿工具上部306通過左、右軸承319、320支撐于由件305、307、315、317組成的動(dòng)力頭上部殼體中，蝸桿工具下部303通過左、右軸承319、320的下部滾動(dòng)體支撐于由件301、302、325、326組成的動(dòng)力頭下部殼體中，上下兩部分可通過一對(duì)定位銷311來確定其連接狀態(tài)的相對(duì)位置關(guān)系，動(dòng)力頭上下部分各自殼體通過殼體連接螺釘328中連接在一起，左、右導(dǎo)向板324、328通過滑板螺釘323連接于蝸桿工具開合單元6的工作臺(tái)面上，用于控制動(dòng)力頭下部開合時(shí)能具有確定的運(yùn)動(dòng)位置和軌跡。蝸桿工具伺服電機(jī)314通過齒形帶傳動(dòng)系統(tǒng)313、334、333、332、331和齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)330、329、321、322驅(qū)動(dòng)蝸桿工具的內(nèi)齒輪使其做連續(xù)的位置速度可控的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0008]步驟三:設(shè)計(jì)一種驅(qū)動(dòng)被加工內(nèi)齒輪做位置和速度可控運(yùn)動(dòng)的工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元4。如圖5a、5b所示是一種工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元的原理結(jié)構(gòu)圖。殼體底座401和殼體蓋板402形成的密閉空間內(nèi)安裝有一對(duì)主動(dòng)齒輪406和工件托盤齒輪408，其中主動(dòng)齒輪406安裝于伺服電機(jī)407的端部，工件托盤齒輪408支撐于軸承403之上，工件托盤齒輪408的內(nèi)部正好與被加工齒輪的外直徑相同或與用于將工件齒輪安裝在工件托盤齒輪408內(nèi)的夾具的外徑相同，被加工工件齒輪404可用工件壓板組405固定在工件托盤齒輪408之上并確保該位置的穩(wěn)定性。
[0009]步驟四:設(shè)計(jì)一種具有5個(gè)自由度的內(nèi)齒輪加工機(jī)床，如圖3a、3b所示。圖中包含一個(gè)垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元2、蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3、工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元4、工件水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元5、蝸桿工具開合單元6、動(dòng)力頭擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元7等部分和一個(gè)用于支撐和連接以上各部分的機(jī)床底座O與機(jī)床立柱I。其中蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3用于驅(qū)動(dòng)蝸桿按照給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元4用于驅(qū)動(dòng)工件齒輪按照給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力頭擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元7用于控制工具和工件之間的夾角G，垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元2用于在加工直齒內(nèi)齒輪時(shí)使蝸桿工具一邊旋轉(zhuǎn)一邊做軸線方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一邊加工出齒寬方向的全部齒形，工件水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元5用實(shí)現(xiàn)徑向進(jìn)給以控制齒輪高度方向的加工精度。上述5個(gè)運(yùn)動(dòng)可以通過程序控制進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，因此該方法可以用于加工直齒內(nèi)齒輪、斜齒內(nèi)齒輪、齒形修形加工等。其要點(diǎn)在于動(dòng)力頭開合單元6可以用于控制蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3的上下兩部分適時(shí)開合，即在安裝和拆卸工件時(shí)蝸桿工具保持分開狀態(tài)，如圖6a所示，在加工齒輪時(shí)蝸桿工具可以保持圖6b所示的閉合狀態(tài)。
[0010]采用上述方法，原則上可以加工復(fù)雜的內(nèi)漸開線齒輪，也可以通過妥善設(shè)計(jì)蝸桿工具加工其它周期性內(nèi)曲線曲面結(jié)構(gòu)，如齒輪泵與馬達(dá)等的內(nèi)曲面等。所采用的傳動(dòng)方式除采用齒輪傳動(dòng)、齒形帶傳動(dòng)外也可采用摩擦傳動(dòng)或鋼帶傳動(dòng)等，這樣可以進(jìn)一步消除傳動(dòng)間隙，提高齒輪加工精度。
[0011](2)本發(fā)明包括一種利用鼓形蝸桿工具加工內(nèi)齒輪齒廓的裝置，見圖3，它是一種利用以環(huán)面為基礎(chǔ)的具有鼓形節(jié)圓母線的蝸桿工具加工小直徑內(nèi)齒輪的裝置，該裝置由機(jī)床立柱1、機(jī)床底座O組成機(jī)床床身，機(jī)床床身連接有垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元2，蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3，工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元4，工件水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元5，蝸桿工具開合單元6和動(dòng)力頭擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元7。
[0012]該機(jī)床立柱1、機(jī)床底座O是采用鑄造或焊接工藝制作的箱式金屬結(jié)構(gòu)件；
[0013]該垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元2由垂直進(jìn)給伺服電機(jī)21、垂直進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)22、垂直進(jìn)給前軸承座組件23、垂直進(jìn)給螺母24、垂直進(jìn)給螺母座25、垂直進(jìn)給絲杠26、垂直進(jìn)給后軸承座組件27、直線導(dǎo)軌28、垂直進(jìn)給工作臺(tái)29組成，其之間關(guān)系是:垂直進(jìn)給絲杠26支撐于垂直進(jìn)給前軸承座組件23、垂直進(jìn)給后軸承座組件27上，垂直進(jìn)給伺服電機(jī)21的殼體固定于垂直進(jìn)給前軸承座組件23的殼體上、其輸出軸通過垂直進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)22與垂直進(jìn)給絲杠26連接，垂直進(jìn)給螺母24支撐于垂直進(jìn)給螺母座25上，后者固定于垂直進(jìn)給工作臺(tái)29 —側(cè)。工作時(shí)，垂直進(jìn)給伺服電機(jī)21通過垂直進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)22驅(qū)動(dòng)垂直進(jìn)給絲杠26旋轉(zhuǎn)，垂直進(jìn)給絲杠26帶動(dòng)垂直進(jìn)給螺母24上下運(yùn)動(dòng)，最終通過垂直進(jìn)給螺母座25帶動(dòng)垂直進(jìn)給工作臺(tái)29上下運(yùn)動(dòng)。
[0014]該水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元5由水平進(jìn)給電機(jī)51、水平進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)52、水平進(jìn)給前軸承座組件53、水平進(jìn)給螺母54、水平進(jìn)給螺母座55、水平進(jìn)給絲杠56、水平進(jìn)給后軸承座組件57、直線導(dǎo)軌58、水平進(jìn)給工作臺(tái)59組成，其之間的關(guān)系是:水平進(jìn)給絲杠56支撐于水平進(jìn)給前軸承座組件53、水平進(jìn)給后軸承座組件57上，水平進(jìn)給電機(jī)51的殼體固定于水平進(jìn)給前軸承座組件53的殼體上、其輸出軸通過水平進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)52與水平進(jìn)給絲杠56連接，水平進(jìn)給螺母54支撐于水平進(jìn)給螺母座55上，后者固定于水平進(jìn)給工作臺(tái)59—側(cè)。工作時(shí)，水平進(jìn)給電機(jī)51通過水平進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)52驅(qū)動(dòng)水平進(jìn)給絲杠56旋轉(zhuǎn)，水平進(jìn)給絲杠56帶動(dòng)水平進(jìn)給螺母54左右運(yùn)動(dòng)，最終通過水平進(jìn)給螺母座55帶動(dòng)水平進(jìn)給工作臺(tái)59左右運(yùn)動(dòng)。
[0015]在垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元的2的垂直進(jìn)給工作臺(tái)29上安裝有一動(dòng)力頭擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元7，它主要由一個(gè)力矩電機(jī)組成，也可以采用蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)或其它類型的轉(zhuǎn)臺(tái)，其功能主要是帶動(dòng)蝸桿工具動(dòng)力頭3做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)或調(diào)整獲得蝸桿工具和工件之間的夾角G，因此其運(yùn)動(dòng)可以為聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的一部分，也可以作為調(diào)整運(yùn)動(dòng)。在只做調(diào)整運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，該單元的結(jié)構(gòu)可以采用人工或其它簡(jiǎn)單調(diào)整方式。
[0016]該蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3如圖4a、b、c所示。圖4a、4b、4c中，蝸桿工具上部306通過左、右軸承319、320支撐于由件305、307、315、317組成的動(dòng)力頭上部殼體中，蝸桿工具下部303通過左、右軸承319、320的下部滾動(dòng)體支撐于由件301、302、325、326組成的動(dòng)力頭下部殼體中，上下兩部分可通過一對(duì)定位銷311來確定其連接狀態(tài)的相對(duì)位置關(guān)系，動(dòng)力頭上下部分各自殼體通過殼體連接螺釘328連接在一起，左、右導(dǎo)向板324、327通過滑板螺釘323連接于蝸桿工具開合單元6的工作臺(tái)面上，用于控制動(dòng)力頭下部開合時(shí)能具有確定的運(yùn)動(dòng)位置和軌跡。蝸桿工具伺服電機(jī)314通過齒形帶傳動(dòng)系統(tǒng)313、334、333、332、331和齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)330、329、321、322驅(qū)動(dòng)蝸桿工具的內(nèi)齒輪使其做連續(xù)的位置速度可控的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0017]該工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元4如圖5a、5b所示。殼體底座401和殼體蓋板402形成的密閉空間內(nèi)安裝有一對(duì)主動(dòng)齒輪406和工件托盤齒輪408，其中主動(dòng)齒輪406安裝于伺服電機(jī)407的端部，工件托盤齒輪408支撐于軸承403之上，工件托盤齒輪408的內(nèi)部正好與被加工齒輪的外直徑相同或與用于將工件齒輪安裝在工件托盤齒輪408內(nèi)的夾具的外徑相同，被加工工件齒輪404可用壓板固定在工件托盤齒輪408之上并確保該位置的穩(wěn)定性。該單元的殼體連接于工件水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元5的水平進(jìn)給工作臺(tái)59之上，可以隨該工作臺(tái)做左右方向的水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和快進(jìn)快退運(yùn)動(dòng)。
[0018]該蝸桿工具動(dòng)力頭開合單元6主要由圖3a、圖4a、圖4b、圖4c所示的氣缸61、蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3中的定位銷311、用于固定和放松左、右軸承319、320的滾動(dòng)體壓緊機(jī)構(gòu)335-340以及左、右導(dǎo)向板324、327等組成。安裝和拆卸工件時(shí)，活塞336、氣缸活塞340通過滾珠壓板335、338壓住左、右軸承319、320的靠近開口處的滾動(dòng)體，氣缸61再驅(qū)動(dòng)蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭的下部分(殼體連同蝸桿工具下部303)向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)蝸桿工具303、306下上部隨同其支撐軸承和殼體分開為上下兩部分，被加工工件齒輪404隨同工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元4可以進(jìn)入蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3內(nèi)部，此后氣缸61推動(dòng)蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭下部在左、右導(dǎo)向板324、327的約束下向上運(yùn)動(dòng)，并通過定位銷311使上下兩部分回歸并保持正確的位置關(guān)系，此時(shí)放開活塞336、氣缸活塞340使軸承滾動(dòng)體處于自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)蝸桿工具伺服電機(jī)314可以通過傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)蝸桿工具303、306下上部做連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。應(yīng)該說明的是，當(dāng)采用滾動(dòng)軸承時(shí)，蝸桿工具在雙面半圈滾道的約束下只能具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度，因此此時(shí)兩半蝸桿工具并不一定要通過螺釘銷釘連接在一起，但當(dāng)將左、右軸承319、320換成滑動(dòng)軸承后，如間隙太大則需要將其兩半連接成一體。
[0019]加工齒輪時(shí)，先將被加工工件齒輪404安裝在工件回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元4中，再利用蝸桿工具開合單元6將蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3分開，使工件進(jìn)入到蝸桿工具內(nèi)部，合上蝸桿工具開合單元6后，蝸桿工具303、306下上部和被加工工件齒輪404構(gòu)成相互貫通的關(guān)系。利用動(dòng)力頭擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元7調(diào)整和控制工具和工件之間的夾角G。然后可利用工件水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元5、垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元2與蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3、工件回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元4等的四個(gè)運(yùn)動(dòng)單元再數(shù)控程序控制下進(jìn)行輪齒加工。加工完成后再利用蝸桿工具開合單元6打開蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3，拆卸下加工好的工件，然后可進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。
[0020](3)優(yōu)點(diǎn)及功效:本發(fā)明一種利用鼓形蝸桿工具加工內(nèi)齒輪齒廓的方法和裝置，其優(yōu)點(diǎn)是:1)利用環(huán)面鼓形蝸桿工具實(shí)現(xiàn)內(nèi)齒輪的連續(xù)加工，可大大提高加工效率；2)可將蝸桿工具分成兩部分并在加工前后適時(shí)開合，可以利用大直徑工具加工小直徑內(nèi)齒輪表面；3)增加蝸桿工具的回轉(zhuǎn)半徑可以減小蝸桿旋轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響，因此該方法可以用于精密內(nèi)齒輪的加工。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1a小直徑蝸桿加工大直徑內(nèi)齒輪的原理圖主視圖；
[0022]圖1b小直徑蝸桿加工大直徑內(nèi)齒輪的原理圖左視圖；
[0023]圖1c小直徑蝸桿加工大直徑內(nèi)齒輪的原理圖俯視圖；
[0024]圖2a大直徑蝸桿加工小直徑內(nèi)齒輪的原理圖主視圖；
[0025]圖2b大直徑蝸桿加工小直徑內(nèi)齒輪的原理圖左視圖；
[0026]圖2c大直徑蝸桿加工小直徑內(nèi)齒輪的原理圖俯視圖；
[0027]圖3a大直徑蝸桿工具加工小直徑內(nèi)齒輪裝置的主視圖；
[0028]圖3b大直徑蝸桿工具加工小直徑內(nèi)齒輪裝置的俯視圖；[0029]圖4a蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭的主視圖；
[0030]圖4b蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭的左視圖；
[0031]圖4c蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭的俯視圖；
[0032]圖5a工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元的主視圖；
[0033]圖5b工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元的俯視圖；
[0034]圖6a對(duì)開式蝸桿工具分開狀態(tài)的主視圖；
[0035]圖6b對(duì)開式蝸桿工具工作狀態(tài)的主視圖；
[0036]圖6c對(duì)開式蝸桿工具工作狀態(tài)的左視圖；
[0037]圖中符號(hào)說明如下:
[0038]01:被加工內(nèi)齒輪；02:加工大型內(nèi)齒輪的小型蝸桿工具；02’:加工小型內(nèi)齒輪的大型蝸桿工具；R0:環(huán)狀蝸桿工具所依附的圓環(huán)面的母圓的半徑；R1:被加工內(nèi)齒輪的節(jié)圓半徑；R2:環(huán)狀蝸桿工具所依附的圓環(huán)面的環(huán)心圓半徑與母圓半徑之和；C1:假想齒輪的正截形，即通過蝸桿軸線的平面與蝸桿工具工作面的交線延拓后的得到的一種厚度為O的齒輪，該齒輪繞母圓為R0、環(huán)心圓半徑為R2-R0的圓環(huán)面作螺旋運(yùn)動(dòng)所得到的一種特殊蝸桿就是本發(fā)明所提出的蝸桿工具的工作表面；C2:假想齒輪繞環(huán)面環(huán)心圓切線旋轉(zhuǎn)半個(gè)齒距角(單頭蝸桿)或與蝸桿頭數(shù)相同的多個(gè)半齒距角后的圖形，仍然為假想齒輪；G:交叉角，即蝸桿工具保證在嚙合點(diǎn)處切線方向一致而確定的工具蝸桿和被加工齒輪軸線之間的夾角；02s:對(duì)開式蝸桿工具的上半部分；02x:對(duì)開式蝸桿工具的下半部分。O:機(jī)床底座；I:機(jī)床立柱；2:垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元；3:蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭；4:工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元；5:工件水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元；6:蝸桿工具開合單元；61:氣缸61 ；7:動(dòng)力頭擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元；21:垂直進(jìn)給電機(jī)；22:垂直進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)；23:垂直進(jìn)給前軸承組件；24:垂直進(jìn)給螺母；25:垂直進(jìn)給螺母座；26:垂直進(jìn)給絲杠；27:垂直進(jìn)給后軸承組件；28:直線導(dǎo)軌；29:垂直進(jìn)給工作臺(tái)；51:水平進(jìn)給電機(jī)；52:水平進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)；53:水平進(jìn)給前軸承組件；54:水平進(jìn)給螺母；55:水平進(jìn)給螺母座；56:水平進(jìn)給絲杠；57:水平進(jìn)給后軸承組件；58:直線導(dǎo)軌；59:水平進(jìn)給工作臺(tái)；301:下中外殼體；302:下中內(nèi)殼體；303:蝸桿工具下部；304: ；305:上中內(nèi)殼體；306:蝸桿工具上部；307:上中外殼體；308:螺釘；309:電機(jī)調(diào)整座；310:調(diào)整螺釘；311:定位銷；312:螺釘；313:齒形帶傳動(dòng)殼體；314:蝸桿工具伺服電機(jī)；315:右上殼體；316:中上外殼體；317:左上殼體；318: ；319:左軸承；320:右軸承；321:鍵；322:輸出軸；323:滑板螺釘；324:左導(dǎo)向板；325:左下殼體；326:右下殼體；327:右導(dǎo)向板；328:殼體連接螺釘；329:輸出齒輪；330:輸出軸支撐座；331:從動(dòng)齒形帶輪；332:齒形帶；333:主動(dòng)齒形帶輪；334:齒形帶傳動(dòng)殼體蓋板；335:滾珠壓板；336:活塞；337:氣缸端蓋；338:滾珠壓板；339:氣缸端蓋；340:氣缸活塞；401 ;殼體底座；402:殼體蓋板；403:軸承；404:被加工工件齒輪；405:工件壓板組；406:主動(dòng)齒輪(小間隙或消隙齒輪)；407:伺服電機(jī)；408:工件托盤齒輪；A:蝸桿工具工作表面，滾刀刀齒切削刃或砂輪磨料所在的環(huán)面螺旋面；B:密封面；C:滾道；D:驅(qū)動(dòng)內(nèi)齒輪齒面；
【具體實(shí)施方式】
[0039]本發(fā)明包括一種利用鼓形蝸桿工具加工內(nèi)齒輪齒廓的方法和裝置。
[0040]其中，包括一種利用鼓形蝸桿工具加工內(nèi)齒輪齒廓的方法，見圖la、lb、lc、2a、2b、2c。該方法具體步驟如下:
[0041]步驟一:設(shè)計(jì)一種扁平形或長(zhǎng)度很短的鼓形蝸桿工具，如圖1c中的件02所示或圖2c中的02’所示。該蝸桿砂輪可以被做作成單頭或多頭蝸桿，且蝸桿位于一個(gè)環(huán)面上，環(huán)面的母圓半徑為圖1c或圖2c中的假想齒輪C1、C2的節(jié)圓半徑R0。圖中，C2上的輪齒的橫截面圖形是Cl上的橫截形旋轉(zhuǎn)半個(gè)齒距角(蝸桿為單頭蝸桿時(shí))或與蝸桿頭數(shù)相同的多個(gè)半齒距角后的形狀，其中間形狀是該假想齒輪截形在圍繞工具軸線旋轉(zhuǎn)的過程中同時(shí)按照上述規(guī)律連續(xù)自轉(zhuǎn)后所做的環(huán)面螺旋運(yùn)動(dòng)形成，而假想齒輪自身的正截形可以根據(jù)包絡(luò)原理求得。
[0042]步驟二:設(shè)計(jì)一種驅(qū)動(dòng)鼓形蝸桿工具連續(xù)地按照給定速度和位移運(yùn)動(dòng)的蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3。當(dāng)加工直接很小的內(nèi)齒輪時(shí)和需要提高齒輪加工精度時(shí)，采用大直徑空心蝸桿工具加工內(nèi)齒輪的機(jī)床結(jié)構(gòu)。圖4a、4b、4c分別是一種利用大尺寸空心扁平蝸桿工具加工小直徑內(nèi)齒輪的蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3的主視圖、左視圖和俯視圖。圖4a、4b、4c中，蝸桿工具上部306通過左、右軸承319、320支撐于由件305、307、315、317組成的動(dòng)力頭上部殼體中，蝸桿工具下部303通過左、右軸承319、320的下部滾動(dòng)體支撐于由件301、302、325,326組成的動(dòng)力頭下部殼體中，上下兩部分可通過一對(duì)定位銷311來確定其連接狀態(tài)的相對(duì)位置關(guān)系，動(dòng)力頭上下部分各自殼體通過殼體連接螺釘328連接在一起，左、右導(dǎo)向板324、327通過滑板螺釘323連接于蝸桿工具開合單元6的工作臺(tái)面上，用于控制動(dòng)力頭下部開合時(shí)能具有確定的運(yùn)動(dòng)位置和軌跡。蝸桿工具伺服電機(jī)314通過齒形帶傳動(dòng)系統(tǒng)313、334、333、332、331和齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)330、329、321、322驅(qū)動(dòng)蝸桿工具的內(nèi)齒輪使其做連續(xù)的位置速度可控的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0043]步驟三:設(shè)計(jì)一種驅(qū)動(dòng)被加工內(nèi)齒輪做位置和速度可控運(yùn)動(dòng)的工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元
4。如圖5a、5b所不是一種工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單兀4的原理結(jié)構(gòu)圖。殼體底座401和殼體蓋板402形成的密閉空間內(nèi)安裝有一對(duì)主動(dòng)齒輪406和工件托盤齒輪408，其中主動(dòng)齒輪406安裝于伺服電機(jī)407的端部，工件托盤齒輪408支撐于軸承403之上，工件托盤齒輪408的內(nèi)部正好與被加工齒輪的外直徑相同或與用于將工件齒輪安裝在工件托盤齒輪408內(nèi)的夾具的外徑相同，被加工工件齒輪404可用壓板固定在工件托盤齒輪408之上并確保該位置的穩(wěn)定性。
[0044]步驟四:設(shè)計(jì)一種具有5個(gè)自由度的內(nèi)齒輪加工機(jī)床，如圖3a、3b所示。圖中包含一個(gè)垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元2、蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3、工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元4、工件水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元5、蝸桿工具開合單元6、動(dòng)力頭擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元7等部分和一個(gè)用于支撐和連接以上各部分的機(jī)床底座O和機(jī)床立柱I上。其中蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3用于驅(qū)動(dòng)蝸桿按照給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元4用于驅(qū)動(dòng)工件齒輪按照給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力頭擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元7用于控制工具和工件之間的夾角G，垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元2用于在加工直齒內(nèi)齒輪時(shí)使蝸桿工具一邊旋轉(zhuǎn)一邊做軸線方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一邊加工出齒寬方向的全部齒形，工件水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元用實(shí)現(xiàn)徑向進(jìn)給以控制齒輪高度方向的加工精度。上述5個(gè)運(yùn)動(dòng)可以通過程序控制進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，因此該方法可以用于加工直齒內(nèi)齒輪、斜齒內(nèi)齒輪、齒形修形加工等。其要點(diǎn)在于蝸桿工具開合單元6可以用于控制蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3的上下兩部分適時(shí)開合，即在安裝和拆卸工件時(shí)蝸桿工具保持分開狀態(tài)，如圖6a所示，在加工齒輪時(shí)蝸桿工具可以保持圖6b所示的閉合狀態(tài)。[0045]其中，還包括一種利用鼓形蝸桿工具加工內(nèi)齒輪齒廓的裝置，如圖3a、3b、圖4a、4b、4c、圖 5a、5b、圖 6a、6b、6c 所不。
[0046]見圖3a、3b，它是一種利用以環(huán)面為基礎(chǔ)的具有鼓形節(jié)圓母線的蝸桿工具加工小直徑內(nèi)齒輪的裝置，該裝置由機(jī)床立柱1、機(jī)床底座O組成機(jī)床床身，機(jī)床床身連接有垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元2,蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3，工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元4，工件水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元5，蝸桿工具開合單元6和動(dòng)力頭擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元7。
[0047]該機(jī)床立柱1、機(jī)床底座O是采用鑄造或焊接工藝制作的箱式金屬結(jié)構(gòu)件；
[0048]該垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元2由垂直進(jìn)給電機(jī)21、垂直進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)22、垂直進(jìn)給前軸承座組件23、垂直進(jìn)給螺母24、垂直進(jìn)給螺母座25、垂直進(jìn)給絲杠26、垂直進(jìn)給后軸承座組件27、直線導(dǎo)軌28、垂直進(jìn)給工作臺(tái)29組成，其之間的關(guān)系是:垂直進(jìn)給絲杠26支撐于垂直進(jìn)給前軸承座組件23、垂直進(jìn)給后軸承座組件27上，垂直進(jìn)給電機(jī)21的殼體固定于垂直進(jìn)給前軸承座組件23的殼體上、其輸出軸通過垂直進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)22與垂直進(jìn)給絲杠26連接，垂直進(jìn)給螺母24支撐于垂直進(jìn)給螺母座25上，后者固定于垂直進(jìn)給工作臺(tái)29 —側(cè)。工作時(shí)，伺服垂直進(jìn)給電機(jī)21通過垂直進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)22驅(qū)動(dòng)垂直進(jìn)給絲杠26旋轉(zhuǎn)，垂直進(jìn)給絲杠26帶動(dòng)垂直進(jìn)給螺母24上下運(yùn)動(dòng)，最終通過垂直進(jìn)給螺母座25帶動(dòng)垂直進(jìn)給工作臺(tái)29上下運(yùn)動(dòng)。
[0049]該工件水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元5由水平進(jìn)給電機(jī)51、水平進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)52、水平進(jìn)給前軸承座組件53、水平進(jìn)給螺母54、水平進(jìn)給螺母座55、水平進(jìn)給絲杠56、水平進(jìn)給后軸承座組件57、直線導(dǎo)軌58、水平進(jìn)給工作臺(tái)59組成，其之間的關(guān)系是:水平進(jìn)給絲杠56支撐于水平進(jìn)給前軸承座組件53、水平進(jìn)給后軸承座組件57上，水平進(jìn)給電機(jī)51的殼體固定于水平進(jìn)給前軸承座組件53的殼體上、其輸出軸通過水平進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)52與水平進(jìn)給絲杠56連接，水平進(jìn)給螺母54支撐于水平進(jìn)給螺母座55上，后者固定于水平進(jìn)給工作臺(tái)59 —側(cè)。工作時(shí)，水平進(jìn)給電機(jī)51通過水平進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)52驅(qū)動(dòng)水平進(jìn)給絲杠56旋轉(zhuǎn)，水平進(jìn)給絲杠56帶動(dòng)水平進(jìn)給螺母54左右運(yùn)動(dòng)，最終通過水平進(jìn)給螺母座55帶動(dòng)水平進(jìn)給工作臺(tái)59左右運(yùn)動(dòng)O
[0050]在垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元2的垂直進(jìn)給工作臺(tái)29上安裝有一動(dòng)力頭擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元7，它主要由一個(gè)力矩電機(jī)組成，也可以采用蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)或其它類型的轉(zhuǎn)臺(tái)，其功能主要是帶動(dòng)蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)或調(diào)整獲得蝸桿工具和工件之間的夾角G，因此其運(yùn)動(dòng)可以為聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的一部分，也可以作為調(diào)整運(yùn)動(dòng)。在只做調(diào)整運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，該單元的結(jié)構(gòu)可以采用人工或其它簡(jiǎn)單調(diào)整方式。
[0051]該蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3如圖4a、b、c所示。圖4a、4b、4c中，蝸桿工具上部306通過左、右軸承319、320支撐于由件305、307、315、317組成的動(dòng)力頭上部殼體中，蝸桿工具下部303通過左、右軸承319、320的下部滾動(dòng)體支撐于由件301、302、325、326組成的動(dòng)力頭下部殼體中，上下兩部分可通過一對(duì)定位銷311來確定其連接狀態(tài)的相對(duì)位置關(guān)系，動(dòng)力頭上下部分各自殼體通過殼體連接螺釘328連接在一起，左、右導(dǎo)向板324、327通過滑板螺釘323連接于蝸桿工具開合單元6的工作臺(tái)面上，用于控制動(dòng)力頭下部開合時(shí)能具有確定的運(yùn)動(dòng)位置和軌跡。蝸桿工具伺服電機(jī)314通過齒形帶傳動(dòng)系統(tǒng)313、334、333、332、331和齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)330、329、321、322驅(qū)動(dòng)蝸桿工具的內(nèi)齒輪使其做連續(xù)的位置速度可控的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。[0052]該工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元4如圖5a、5b所示。殼體底座401和殼體蓋板402形成的密閉空間內(nèi)安裝有一對(duì)主動(dòng)齒輪406和工件托盤齒輪408，其中主動(dòng)齒輪406安裝于伺服電機(jī)407的端部，工件托盤齒輪408支撐于軸承403之上，工件托盤齒輪408的內(nèi)部正好與被加工齒輪的外直徑相同或與用于將工件齒輪安裝在工件托盤齒輪408內(nèi)的夾具的外徑相同，被加工工件齒輪404可用工件壓板組405固定在工件托盤齒輪408之上并確保該位置的穩(wěn)定性。該單元的殼體連接于工件水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元5的水平進(jìn)給工作臺(tái)59之上，可以隨該工作臺(tái)做左右方向的水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和快進(jìn)快退運(yùn)動(dòng)。
[0053]該蝸桿工具開合單元6主要由圖3a、圖4a、圖4b、圖4c所示的氣缸61、蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3中的定位銷311、用于固定和放松左、右軸承319、320的滾動(dòng)體壓緊機(jī)構(gòu)335-340以及左、右導(dǎo)向板324、327等組成。安裝和拆卸工件時(shí)，活塞336、氣缸活塞340通過滾珠壓板335、338壓住左、右軸承319、320的靠近開口處的滾動(dòng)體，氣缸61再驅(qū)動(dòng)蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3的下部分(殼體連同蝸桿工具下部303)向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)蝸桿工具306、303上下部隨同其支撐軸承和殼體分開為上下兩部分，被加工工件齒輪404隨同工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元4可以進(jìn)入蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3內(nèi)部，此后氣缸61推動(dòng)蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3下部在左、右導(dǎo)向板324、327的約束下向上運(yùn)動(dòng)，并通過定位銷311使上下兩部分回歸并保持正確的位置關(guān)系，此時(shí)放開活塞336、氣缸活塞340使軸承滾動(dòng)體處于自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)蝸桿工具伺服電機(jī)314可以通過傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)蝸桿工具306、303上下部做連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0054]加工齒輪時(shí)，先將被加工工件齒輪404安裝在工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元4中，再利用蝸桿工具開合單元6將蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3分開，使工件進(jìn)入到蝸桿工具內(nèi)部，合上蝸桿工具開合單元6后，蝸桿工具306、303上下部和被加工工件齒輪404構(gòu)成相互貫通的關(guān)系。利用動(dòng)力頭擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元7調(diào)整和控制工具和工件之間的夾角G。然后可利用工件水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元5、垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元2與蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3、工件回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元4等的四個(gè)運(yùn)動(dòng)單元再數(shù)控程序控制下進(jìn)行輪齒加工。加工完成后再利用蝸桿工具開合單元6打開蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭3，拆卸下加工好的工件，然后可進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。
【權(quán)利要求】
1.一種利用鼓形蝸桿工具加工內(nèi)齒輪齒廓的方法，其特征在于:該方法具體步驟如下:步驟一:設(shè)計(jì)一種扁平形或長(zhǎng)度很短的鼓形蝸桿工具；該蝸桿砂輪被做作成單頭或多頭蝸桿，且蝸桿位于一個(gè)環(huán)面上，環(huán)面的母圓半徑為假想齒輪(C1)、(C2)的節(jié)圓半徑RO;(C2)上的輪齒的橫截面圖形是(Cl)上的橫截形旋轉(zhuǎn)半個(gè)齒距角或與蝸桿頭數(shù)相同的多個(gè)半齒距角后的形狀，其中間形狀是該假想齒輪截形在圍繞工具軸線旋轉(zhuǎn)的過程中同時(shí)按照上述規(guī)律連續(xù)自轉(zhuǎn)后所做的環(huán)面螺旋運(yùn)動(dòng)形成，而假想齒輪自身的正截形根據(jù)包絡(luò)原理求得; 步驟二:設(shè)計(jì)一種驅(qū)動(dòng)鼓形蝸桿工具連續(xù)地按照給定速度和位移運(yùn)動(dòng)的蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭；目前的機(jī)床多直接制造成多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，采用鼓形蝸桿工具加工內(nèi)齒輪，首先要解決的是鼓形蝸桿工具的傳動(dòng)和支撐問題；當(dāng)加工大直徑內(nèi)齒輪時(shí)，蝸桿被制作成扁平結(jié)構(gòu)并且置于被加工齒輪的內(nèi)部，蝸桿的運(yùn)動(dòng)采用常規(guī)的角度銑削或鉆削動(dòng)力頭支撐并通過精密齒輪鏈進(jìn)行傳動(dòng)；此時(shí)鼓形蝸桿工具通過其內(nèi)孔和端面和兩組軸承簡(jiǎn)支于分立于其兩端面的支架上，鼓形蝸桿工具的一端并聯(lián)有一個(gè)外齒輪，該外齒輪通過一串軸線平行的直徑很小的依次嚙合的齒輪組與支架上端足夠遠(yuǎn)處的伺服電機(jī)上輸出軸上的齒輪嚙合，從而實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)對(duì)鼓形蝸桿工具的直接驅(qū)動(dòng)；鼓形蝸桿工具上部(306)通過左、右軸承(319)、(320)支撐于由件(305)、(307)、(315)、(317)組成的動(dòng)力頭上部殼體中，鼓形蝸桿工具下部(303)通過左、右軸承(319)、(320)的下部滾動(dòng)體支撐于由件(301)、(302)、(325)、(326)組成的動(dòng)力頭下部殼體中，上下兩部分通過一對(duì)定位銷(311)來確定其連接狀態(tài)的相對(duì)位置關(guān)系，動(dòng)力頭上下部分各自殼體通過殼體連接螺釘(328)中連接在一起，左、右導(dǎo)向板(324),(328)通過滑板螺釘(323)連接于蝸桿工具開合單元(6)的工作臺(tái)面上，用于控制動(dòng)力頭下部開合時(shí)能具有確定的運(yùn)動(dòng)位置和軌跡；蝸桿工具伺服電機(jī)(314)通過齒形帶傳動(dòng)系統(tǒng)(313)、(334)、(333)、(332)、(331)和齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)(330)、(329)、(321)、(322)驅(qū)動(dòng)鼓形蝸桿工具的內(nèi)齒輪使其做連續(xù)的位置速度可控的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 步驟三:設(shè)計(jì)一種驅(qū)動(dòng)被加工內(nèi)齒輪做位置和速度可控運(yùn)動(dòng)的工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元(4)；其殼體底座(401)和殼體蓋板(402)形成的密閉空間內(nèi)安裝有一對(duì)主動(dòng)齒輪(406)和工件托盤齒輪(408 )，其中主 動(dòng)齒輪(406 )安裝于伺服電機(jī)(407 )的端部，工件托盤齒輪(408 )支撐于軸承(403)之上，工件托盤齒輪(408)的內(nèi)部正好與被加工齒輪的外直徑相同或與用于將工件齒輪安裝在工件托盤齒輪(408)內(nèi)的夾具的外徑相同，被加工工件齒輪(404)用工件壓板組(405)固定在工件托盤齒輪(408)之上并確保該位置的穩(wěn)定性； 步驟四:設(shè)計(jì)一種具有5個(gè)自由度的內(nèi)齒輪加工機(jī)床，它包含一個(gè)垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元(2)、蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭(3)、工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元(4)、工件水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元(5)、蝸桿工具開合單元(6)、動(dòng)力頭擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元(7)和一個(gè)用于支撐和連接以上各部分的機(jī)床底座(O)與機(jī)床立柱(I);其中蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭(3)用于驅(qū)動(dòng)蝸桿按照給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元(4 )用于驅(qū)動(dòng)工件齒輪按照給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力頭擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元(7)用于控制工具和工件之間的夾角G，垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元(2)用于在加工直齒內(nèi)齒輪時(shí)使蝸桿工具一邊旋轉(zhuǎn)一邊做軸線方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一邊加工出齒寬方向的全部齒形，工件水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元(5)用實(shí)現(xiàn)徑向進(jìn)給以控制齒輪高度方向的加工精度；上述5個(gè)運(yùn)動(dòng)通過程序控制進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，因此該方法用于加工直齒內(nèi)齒輪、斜齒內(nèi)齒輪、齒形修形加工；其要點(diǎn)在于動(dòng)力頭開合單元(6)用于控制蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭(3)的上下兩部分適時(shí)開合，即在安裝和拆卸工件時(shí)蝸桿工具保持分開狀態(tài)，在加工齒輪時(shí)蝸桿工具可以保持閉合狀態(tài)。
2.一種利用鼓形蝸桿工具加工內(nèi)齒輪齒廓的裝置，其特征在于:該裝置由機(jī)床立柱(I)、機(jī)床底座(O)組成機(jī)床床身，機(jī)床床身連接有垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元(2)，蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭(3)，工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元(4)，工件水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元(5)，蝸桿工具開合單元(6)和動(dòng)力頭擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元(7)； 該機(jī)床立柱(I)、機(jī)床底座(O)是采用鑄造或焊接工藝制作的箱式金屬結(jié)構(gòu)件； 該垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元(2)由垂直進(jìn)給伺服電機(jī)(21)、垂直進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)(22)、垂直進(jìn)給前軸承座組件(23 )、垂直進(jìn)給螺母(24 )、垂直進(jìn)給螺母座(25 )、垂直進(jìn)給絲杠(26 )、垂直進(jìn)給后軸承座組件(27)、直線導(dǎo)軌(28)、垂直進(jìn)給工作臺(tái)(29)組成；垂直進(jìn)給絲杠(26)支撐于垂直進(jìn)給前軸承座組件(23 )、垂直進(jìn)給后軸承座組件(27 )上，垂直進(jìn)給伺服電機(jī)(21)的殼體固定于垂直進(jìn)給前軸承座組件(23的殼體上，其輸出軸通過垂直進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)(22與垂直進(jìn)給絲杠(26)連接，垂直進(jìn)給螺母(24)支撐于垂直進(jìn)給螺母座(25)上，后者固定于垂直進(jìn)給工作臺(tái)(29)—側(cè)；工作時(shí)，垂直進(jìn)給伺服電機(jī)(21)通過垂直進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)(22)驅(qū)動(dòng)垂直進(jìn)給絲杠(26 )旋轉(zhuǎn)，垂直進(jìn)給絲杠(26 )帶動(dòng)垂直進(jìn)給螺母(24 )上下運(yùn)動(dòng)，最終通過垂直進(jìn)給螺母座(25)帶動(dòng)垂直進(jìn)給工作臺(tái)(29)上下運(yùn)動(dòng)； 該水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元(5)由水平進(jìn)給電機(jī)(51)、水平進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)(52)、水平進(jìn)給前軸承座組件(53 )、水平進(jìn)給螺母(54 )、水平進(jìn)給螺母座(55 )、水平進(jìn)給絲杠(56 )、水平進(jìn)給后軸承座組件(57)、直線導(dǎo)軌(58)、水平進(jìn)給工作臺(tái)(59)組成；水平進(jìn)給絲杠(56)支撐于水平進(jìn)給前軸承座組件(53)、水平進(jìn)給后軸承座組件(57)上，水平進(jìn)給電機(jī)(51)的殼體固定于水平進(jìn)給前軸承座組件(53)的殼體上，其輸出軸通過水平進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)(52)與水平進(jìn)給絲杠(56)連接，水平進(jìn)給螺母`(54)支撐于水平進(jìn)給螺母座(55)上，后者固定于水平進(jìn)給工作臺(tái)(59) —側(cè)；工作時(shí)，水平進(jìn)給電機(jī)(51)通過水平進(jìn)給聯(lián)軸節(jié)(52驅(qū)動(dòng)水平進(jìn)給絲杠(56 )旋轉(zhuǎn)，水平進(jìn)給絲杠(56 )帶動(dòng)水平進(jìn)給螺母(54 )左右運(yùn)動(dòng)，最終通過水平進(jìn)給螺母座(55)帶動(dòng)水平進(jìn)給工作臺(tái)(59)左右運(yùn)動(dòng)； 在垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元(2)的垂直進(jìn)給工作臺(tái)(29上安裝有一動(dòng)力頭擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元(J),它主要由一個(gè)力矩電機(jī)組成，也能采用蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)或其它類型的轉(zhuǎn)臺(tái)，其功能是帶動(dòng)蝸桿工具動(dòng)力頭(3)做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)或調(diào)整獲得蝸桿工具和工件之間的夾角G，因此其運(yùn)動(dòng)為聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的一部分，在只做調(diào)整運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，該單元的結(jié)構(gòu)采用人工或其它簡(jiǎn)單調(diào)整方式； 該蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭(3)，其蝸桿工具上部(306)通過左、右軸承(319)、(320)支撐于由件(305)、(307)、(315)、(317)組成的動(dòng)力頭上部殼體中，蝸桿工具下部(303)通過左、右軸承(319)、(320)的下部滾動(dòng)體支撐于由件(301)、(302)、(325)、(326)組成的動(dòng)力頭下部殼體中，上下兩部分通過一對(duì)定位銷(311)來確定其連接狀態(tài)的相對(duì)位置關(guān)系，動(dòng)力頭上下部分各自殼體通過殼體連接螺釘(328)連接在一起，左、右導(dǎo)向板(324)、(327)通過滑板螺釘(323)連接于蝸桿工具開合單元(6)的工作臺(tái)面上，用于控制動(dòng)力頭下部開合時(shí)能具有確定的運(yùn)動(dòng)位置和軌跡；蝸桿工具伺服電機(jī)(314通過齒形帶傳動(dòng)系統(tǒng)(313)、(334)、(333)、(332)、(331)和齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)(330)、(329)、(321)、(322)驅(qū)動(dòng)蝸桿工具的內(nèi)齒輪使其做連續(xù)的位置速度可控的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 該工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元(4)，其殼體底座(401)和殼體蓋板(402)形成的密閉空間內(nèi)安裝有一對(duì)主動(dòng)齒輪(406)和工件托盤齒輪(408)，其中主動(dòng)齒輪(406)安裝于伺服電機(jī)(407)的端部，工件托盤齒輪(408)支撐于軸承(403)之上，工件托盤齒輪(408)的內(nèi)部正好與被加工齒輪的外直徑相同或與用于將工件齒輪安裝在工件托盤齒輪(408)內(nèi)的夾具的外徑相同，被加工工件齒輪(404)用壓板固定在工件托盤齒輪(408)之上并確保該位置的穩(wěn)定性；該單元的殼體連接于工件水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單元(5)的水平進(jìn)給工作臺(tái)(59)之上,隨該工作臺(tái)做左右方向的水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和快進(jìn)快退運(yùn)動(dòng)； 該蝸桿工具動(dòng)力頭開合單元(6)，由氣缸(61)、蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭(3)中的定位銷(311、用于固定和放松左、右軸承(319 )、( 320 )的滾動(dòng)體壓緊機(jī)構(gòu)(335 ) - (340 )以及左、右導(dǎo)向板(324)、(327)組成；安裝和拆卸工件時(shí)，活塞(336)、氣缸活塞(340)通過滾珠壓板(335)、(338)壓住左、右軸承(319)、(320)的靠近開口處的滾動(dòng)體，氣缸(61)再驅(qū)動(dòng)蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭的下部分向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)蝸桿工具(303)、(306)下、上部隨同其支撐軸承和殼體分開為上下兩部分，被加工工件齒輪(404)隨同工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元(4)進(jìn)入蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭(3)內(nèi)部，此后氣缸(61)推動(dòng)蝸桿工具驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭下部在左、右導(dǎo)向板(324)、(327)的約束下向上運(yùn)動(dòng)，并通過定位銷(311)使上下兩部分回歸并保持正確的位置關(guān)系，此時(shí)放開活塞(336)、氣缸活塞(340)使軸承滾動(dòng)體處于自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；此時(shí)蝸桿工具伺服電機(jī)(314)通過傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)蝸桿工具(303)、(306)下、上部做連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)采用滾動(dòng)軸承時(shí)，鼓形蝸桿工具在雙面半圈滾道的約束下只能具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度，因此此時(shí)兩半鼓形蝸桿工具并不一定要通過螺釘銷釘連接在一起，但當(dāng)將左、右軸承(319)、(320)換成滑動(dòng)軸承后，如間隙太大則需要將`其兩半連接成一體。
【文檔編號(hào)】B23F5/04GK103586546SQ201310540777
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】陳謙, 王俊嶺 申請(qǐng)人:陳謙, 王俊嶺