專利名稱：極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種銑齒機床，尤其是一種極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床，是指用于對大直徑大模數(shù)的內(nèi)、外齒輪及各種鏈輪進行高速成形銑齒的機床，屬于《數(shù)控技術(shù)與數(shù)字制造》和《切削加工工藝與設(shè)備》學(xué)科、先進制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
模數(shù)齒輪銑削加工本身并不是一種新工藝。早在上個世紀七十年代，前蘇聯(lián)就研制出KY-279型大模數(shù)開槽銑外齒機床，該機床粗銑時采用非模數(shù)盤銑刀，精銑時采用模數(shù)盤銑刀或圓錐形“勝利”齒輪滾刀。另外，柯洛明斯基重型機床廠生產(chǎn)的5345型銑齒機床使用圓錐形“勝利”齒輪滾刀，可加工出最大模數(shù)達到45mm的直齒輪。
這些大模數(shù)銑齒機并沒有得到廣泛使用的主要制約因素是銑削速度低，機械分度效率低，精度差，一般只適合加工9級以上齒輪；沒有應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，無法進行曲線鏈輪加工。
隨著科技的發(fā)展，特別是以下幾種技術(shù)的發(fā)展給銑齒技術(shù)帶來了新的生機(1)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展可以滿足銑齒所要求的各種復(fù)雜運動；高性能伺服驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展可以滿足銑齒過程中各種靜態(tài)負荷和動態(tài)負荷的變化；測量技術(shù)的發(fā)展可以滿足機床的快速和準確分度及插補加工要求。
(2)大、重型齒輪硬齒面取代軟齒面的趨勢的發(fā)展，高效率的粗加工逐步被提到重要的位置上來，而高速銑齒正好能滿足這一要求；三面刃銑刀粗銑齒加工技術(shù)的運用，減少了大模數(shù)齒輪的粗加工工作量，大大提高了加工效率。
(3)高效成形銑削的雄起以其無可比擬的優(yōu)勢展示了其即將取代展成銑削的趨勢。因此，以高速滾齒或高速銑齒開槽，淬火后直接成形磨削的工藝流程開始走向?qū)嶋H應(yīng)用階段。
數(shù)控高速銑齒機正是在這種背景下應(yīng)運而生，它能以最經(jīng)濟的價格獲得最大的效益。目前，市場上大直徑(1米以上)齒輪展成法加工均采用外齒在滾齒機床上加工，內(nèi)齒在插齒機床上加工以及成形銑齒用指狀銑刀在銑齒機床上進行齒形的加工方法。上述法普遍存在加工效率低，機床制造成本高、機床齒加工的功能單一，一種類型齒加工機床只能加工某類齒形，而鏈輪齒形則需要專用機床來加工。因此，提出一種新的用于大直徑內(nèi)、外齒輪及各種大直徑鏈輪加工的高效、多功能加工機床是齒輪加工技術(shù)發(fā)展的迫切需要。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題與不足，提供一種制造簡單、低成本、編程方便的極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床，以提高當前內(nèi)、外齒輪及各種鏈輪的加工效率，降低齒輪的制造成本。
本實用新型的技術(shù)方案如下本實用新型的極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床，包括有床身(12)、立柱(1)、水平進給拖板(11)、垂直進給拖板(4)、回轉(zhuǎn)工作臺(9)、高速銑削主軸箱(6)、主軸變頻電機(5)，回轉(zhuǎn)工作臺(9)固定在水平進給拖板(11)上，高速銑削主軸箱(6)安裝在垂直進給拖板(4)上，回轉(zhuǎn)工作臺中心構(gòu)成極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床加工工件的極點，回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)角構(gòu)成極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床加工工件的極角，回轉(zhuǎn)工作臺半徑與水平進給拖板移動坐標之和構(gòu)成極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床加工工件的極徑，實現(xiàn)平面極坐標曲面插補數(shù)控加工。
本實用新型的極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床的高速銑削主軸箱(6)分為內(nèi)齒成形銑齒加工和外齒成形銑齒加工主軸箱，兩個主軸箱與垂直進給拖板的連接尺寸具有互換性，可根據(jù)不同的加工對象更換不同的主軸箱，主軸變頻電機(5)置于箱體頂部；所述的內(nèi)齒成形加工主軸箱為U形箱形結(jié)構(gòu)，外齒成形銑削主軸箱為矩形箱形結(jié)構(gòu)；所述的高速銑削主軸箱(6)內(nèi)的銑齒刀具直徑為350～400毫米。
本實用新型的極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床的高速銑削主軸箱內(nèi)(6)的銑齒刀具直徑為400毫米時，其加工的最小、最大內(nèi)齒輪直徑分別為880毫米、3000毫米，其加工的最小、最大外齒輪直徑分別為200毫米、2500毫米；所述的銑齒刀具模數(shù)為14一次成形時，其最大銑削速度為200米/分。
本實用新型的極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床的高速成形銑削主軸箱(6)的主軸部分主要由左主軸(23)、右主軸(25)、刀桿(24)和拉刀螺桿(22)組成，銑齒刀具安裝在刀桿(24)上；主軸采用剖分式結(jié)構(gòu)，刀桿(24)與左主軸(23)、右主軸(25)采用間隙配合并且采用卸荷裝置，不承受扭矩。
本實用新型的有益效果是與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型制造簡單、成本低、編程方便、提高了當前內(nèi)、外齒輪及各種鏈輪的加工效率，從而降低了齒輪的制造成本。當高速銑削主軸箱內(nèi)的銑齒刀具直徑為400毫米時，其加工的最小、最大內(nèi)齒輪直徑分別為880毫米、3000毫米，其加工的最小、最大外齒輪直徑分別為200毫米、2500毫米；高速銑削主軸箱內(nèi)的銑齒刀具模數(shù)為14一次成形時，其最大銑削速度為200米/分。本實用新型的極坐標數(shù)控銑齒機床在極坐標下，以回轉(zhuǎn)運動加上水平和垂直方向上的兩直線進給聯(lián)動驅(qū)動取代X、Y、垂直方向三直線聯(lián)動驅(qū)動方式，本實用新型的極坐標數(shù)控銑齒機床加工效率是滾齒機床的三倍，插齒機床的四倍，能有效提高大直徑、大模數(shù)內(nèi)齒輪和鏈輪的加工效率，同時加工精度穩(wěn)定，兩個主軸箱與垂直進給拖板的連接尺寸具有互換性，更換方便，制造成本僅為同樣功能的直角坐標數(shù)控機床的三分之一。


圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的銑內(nèi)齒傳動系統(tǒng)示意圖；圖3為本實用新型的銑外齒傳動系統(tǒng)示意圖；圖4為本實用新型的銑內(nèi)齒U形主軸箱結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實用新型的銑外齒矩形主軸箱結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實用新型的主軸裝配示意圖。
圖中部件說明1、立柱，2、鏈輪鏈條，3、垂直進給交流伺服電機，4、垂直進給拖板，5、主軸變頻電機，6、高速銑削主軸箱，7、銑刀，8、被加工齒輪，9、回轉(zhuǎn)工作臺，10、回轉(zhuǎn)工作臺交流伺服電機，11、水平進給拖板，12、床身，13、水平進給交流伺服電機，14、水平進給傳動齒輪副，15、垂直進給滾珠絲杠，16、皮帶傳動副，17、水平進給滾珠絲杠，18、主軸，19、主軸箱三級傳動齒輪軸，20、主軸箱二級傳動齒輪軸，21、主軸箱一級傳動齒輪軸，22、拉刀螺桿，23、左主軸，24、刀桿，25、右主軸；Z1、Z2主軸箱一級傳動齒輪副，Z3、Z4、主軸箱二級傳動齒輪副，Z5、Z6、主軸箱三級傳動齒輪副，Z7、Z8蝸桿蝸輪副，Z9、Z10回轉(zhuǎn)工作臺傳動齒輪副，Z11、Z12水平進給傳動齒輪副。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的說明如圖1所示，本實用新型的一種極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床，包括有床身12、立柱1、水平進給拖板11、垂直進給拖板4、回轉(zhuǎn)工作臺9、高速銑削主軸箱6、主軸變頻電機5，回轉(zhuǎn)工作臺9固定在水平進給拖板11上，高速銑削主軸箱6安裝在垂直進給拖板4上，回轉(zhuǎn)工作臺9中心構(gòu)成極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床加工工件的極點，回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)角構(gòu)成極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床加工工件的極角，回轉(zhuǎn)工作臺半徑與水平進給拖板移動坐標之和構(gòu)成極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床加工工件的極徑，實現(xiàn)平面極坐標曲面插補數(shù)控加工。當工件裝夾在回轉(zhuǎn)工作臺9上時，由于回轉(zhuǎn)工作臺半徑與水平進給拖板11移動的距離之和是被加工工件的半徑，因此僅需加長水平方向的導(dǎo)軌長度就可代替直角坐標系中需X、Y兩個方向?qū)к壟渲盟苓_的加工范圍。水平進給直線運動與垂直進給直線運動通過兩個方向的交流伺服電機、精密齒輪減速箱、滾珠絲桿分別與拖板相聯(lián)接，回轉(zhuǎn)工作臺工作由交流伺服電機經(jīng)一對減速齒輪、蝸輪副來實現(xiàn)。二個直線進給運動與旋轉(zhuǎn)運動由數(shù)控系統(tǒng)控制，可實現(xiàn)空間曲面的插補運動；當以回轉(zhuǎn)工作臺為極點，工作臺半徑與水平進給拖板移動坐標之和為極徑，由數(shù)控系統(tǒng)可實現(xiàn)平面極坐標曲面插補數(shù)控加工。
本實用新型的極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床的高速銑削主軸箱6分為內(nèi)齒成形銑齒加工和外齒成形銑齒加工主軸箱，兩個主軸箱與垂直進給拖板的連接尺寸具有互換性，可根據(jù)不同的加工對象更換不同的主軸箱，主軸箱在垂直工作臺即垂直進給拖板4上定位由定位中心孔與定位銷保證其定位精度，松開主軸箱與垂直工作臺定位銷與緊定螺栓即可更換不同功能的主軸箱。主軸變頻電機置于箱體頂部，主軸變頻電機為交流變頻調(diào)速電機，動力經(jīng)三對齒輪傳遞，最后由主軸通過端面鍵傳遞給銑齒刀具，如圖2、3所示。內(nèi)齒成形加工主軸箱為U形箱形結(jié)構(gòu)，如圖4所示，外齒成形銑削主軸箱為矩形箱形結(jié)構(gòu)，如圖5所示，高速銑削主軸箱6內(nèi)的銑齒刀具直徑400毫米，其加工的最小、最大內(nèi)齒輪直徑分別為880毫米、3000毫米，其加工的最小、最大外齒輪直徑分別為200毫米、2500毫米，高速銑削主軸箱6內(nèi)的銑齒刀具模數(shù)為14，一次成形時，其最大銑削速度為200米/分。主軸箱的主軸部分主要由左主軸(23)、右主軸(25)、刀桿(24)和拉刀螺桿(22)組成，銑齒刀具安裝在刀桿(24)上；主軸采用剖分式結(jié)構(gòu)，刀桿(24)與左主軸(23)、右主軸(25)采用間隙配合并且采用卸荷裝置，不承受扭矩。
本實用新型的極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床的回轉(zhuǎn)工作臺中心軸安裝圓光柵，圓光柵與數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成高精度分度閉環(huán)控制?；剞D(zhuǎn)工作臺9采用液壓夾緊機構(gòu)，水平工作臺即水平進給拖板11與導(dǎo)軌采用四點同步液壓夾緊機構(gòu)，保證了機床的剛度，降低高速銑削加工時的顫振，提高了加工表面質(zhì)量。根據(jù)不同的工況與不同的齒形加工要求，數(shù)控系統(tǒng)PLC按給定的工況與加工要求對加工順序進行程序控制，因此機床的操作方便。極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床配以自行開發(fā)的平面極坐標數(shù)控曲面插補程序，由數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)漸開線齒廓成形銑削以及各種平面曲線所構(gòu)成齒廓的銑削，如漸開線直齒輪、斜齒輪、圓弧齒形鏈輪、鼓形齒輪等。
本實用新型極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床傳動系統(tǒng)主要包括主軸傳動系統(tǒng)、水平進給系統(tǒng)、垂直進給系統(tǒng)以及回轉(zhuǎn)工作臺進給系統(tǒng)。
水平方向的進給傳動鏈是交流伺服電機13→齒輪副14→水平滾珠絲杠副17→水平方向工作臺即水平進給拖板11；垂直方向的進給傳動鏈是交流伺服電機3→垂直滾珠絲杠副15→高速銑削主軸箱6；回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)動傳動鏈是交流伺服電機10→齒輪副Z9、Z10→蝸桿蝸輪副Z7、Z8→回轉(zhuǎn)工作臺9。水平、垂直與轉(zhuǎn)動的進給可由數(shù)控系統(tǒng)控制，可實現(xiàn)三軸聯(lián)動，以回轉(zhuǎn)運動加上水平方向、垂直方向上兩直線進給聯(lián)動驅(qū)動方式取代目前的X、Y、Z三直線聯(lián)動驅(qū)動方式，實現(xiàn)空間曲面的數(shù)控加工。當以回轉(zhuǎn)工作臺為極點，回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)角為極角、回轉(zhuǎn)工作臺半徑與水平進給拖板移動坐標之和為極徑，由數(shù)控系統(tǒng)可實現(xiàn)平面極坐標曲面插補數(shù)控加工。平面極坐標曲面插補函數(shù)包括極坐標漸開線插補、直線插補與圓弧插補。
上面所述的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本實用新型的構(gòu)思和范圍進行限定，在不脫離本實用新型設(shè)計構(gòu)思前提下，本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對本實用新型的技術(shù)方案作出的各種變型和改進，均應(yīng)落入本實用新型的保護范圍，本實用新型請求保護的技術(shù)內(nèi)容已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求1.一種極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床，其特征在于包括有床身(12)、立柱(1)、水平進給拖板(11)、垂直進給拖板(4)、回轉(zhuǎn)工作臺(9)、高速銑削主軸箱(6)、主軸變頻電機(5)，回轉(zhuǎn)工作臺(9)固定在水平進給拖板(11)上，高速銑削主軸箱(6)安裝在垂直進給拖板(4)上，回轉(zhuǎn)工作臺中心構(gòu)成極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床加工工件的極點，回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)角構(gòu)成極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床加工工件的極角，回轉(zhuǎn)工作臺半徑與水平進給拖板移動坐標之和構(gòu)成極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床加工工件的極徑，實現(xiàn)平面極坐標曲面插補數(shù)控加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床，其特征在于所述的高速銑削主軸箱(6)分為內(nèi)齒成形銑齒加工和外齒成形銑齒加工主軸箱，兩個主軸箱與垂直進給拖板的連接尺寸具有互換性，可根據(jù)不同的加工對象更換不同的主軸箱，主軸變頻電機(5)置于箱體頂部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床，其特征在于所述的內(nèi)齒成形加工主軸箱為U形箱形結(jié)構(gòu)，外齒成形銑削主軸箱為矩形箱形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床，其特征在于所述的高速銑削主軸箱(6)內(nèi)的銑齒刀具直徑為350～400毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床，其特征在于所述的高速銑削主軸箱內(nèi)(6)的銑齒刀具直徑為400毫米時，其加工的最小、最大內(nèi)齒輪直徑分別為880毫米、3000毫米，其加工的最小、最大外齒輪直徑分別為200毫米、2500毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1與2所述的極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床，其特征在于所述的高速銑削主軸箱(6)的主軸部分主要由左主軸(23)、右主軸(25)、刀桿(24)和拉刀螺桿(22)組成，銑齒刀具安裝在刀桿(24)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床，其特征在于所述的高速銑削主軸箱(6)的主軸采用剖分式結(jié)構(gòu)，刀桿(24)與左主軸(23)、右主軸(25)采用間隙配合并且采用卸荷裝置，不承受扭矩。
專利摘要本實用新型公開了一種極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床，包括有床身(12)、立柱(1)、水平進給拖板(11)、垂直進給拖板(4)、回轉(zhuǎn)工作臺(9)、高速銑削主軸箱(6)、主軸變頻電機(5)，回轉(zhuǎn)工作臺(9)固定在水平進給拖板(11)上，高速銑削主軸箱(6)安裝在垂直進給拖板(4)上，回轉(zhuǎn)工作臺中心構(gòu)成極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床加工工件的極點，回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)角構(gòu)成極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床加工工件的極角，回轉(zhuǎn)工作臺半徑與水平進給拖板移動坐標之和構(gòu)成極坐標數(shù)控多功能高速銑齒機床加工工件的極徑，實現(xiàn)平面極坐標曲面插補數(shù)控加工。本實用新型制造簡單、成本低。
文檔編號G05B19/18GK2871084SQ20052007682
公開日2007年2月21日 申請日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者黃筱調(diào), 洪榮晶, 方成剛 申請人:南京工業(yè)大學(xué)