數控臥式龍門定梁擺線齒輪銑床的制作方法
【專利摘要】一種數控臥式龍門定梁擺線齒輪銑床，其特征是包括床身（10）、立柱（1）、矩形工作臺（16）、定梁（2）、銑削主軸箱（7）、盤形銑刀（8）、立式旋轉分度工作臺（15）和尾頂針支架（11）。本數控臥式龍門定梁擺線齒輪銑床結構優化、操作方便、加工效率高、適應少齒數加工、性價比高，適用于擺線減速器行業各種批量的擺線齒輪加工。更換不同的成形刀具，也適用于其它需要加工直槽的軸類零件，如花鍵，電機轉子槽等。同樣投入產出比情況下，減少用戶投資和占地面積，增加了設備的適應范圍。
【專利說明】數控臥式龍門定梁擺線齒輪銑床
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于先進制造領域，涉及一種擺線齒輪加工機床，具體是一種數控臥式龍門定梁擺線齒輪銑床。尤其涉及利用數控臥式龍門定梁結構機床對擺線齒輪進行單分度成形銑削。
【背景技術】
[0002]利用普通滾齒機對擺線齒輪進行滾削加工是目前加工擺線齒輪的主要方法，但此法存在一些問題:
[0003]1.利用專門設計的擺線高速鋼滾刀切削加工，受限于刀具線速度和機床剛性，整體滾削加工效率低，造成投入設備數量多、操作人員多、占地面積大等缺點。
[0004]2.由于滾切嚙合原理限制，無法滾切少齒數擺線齒輪。針對少齒數擺線齒輪，目前通常利用靠模法進行仿形銑削，加工精度低、精度低，并需要備置大量的仿形靠模，投入成本大。
[0005]3.滾削濕切加工產生油煙污染車間環境，對操作工人健康不利，不符合綠色制造的發展方向。
【發明內容】
[0006]本實用新型的目的在于解決現有擺線齒輪滾削加工工藝中存在的不足，提供一種數控臥式龍門定梁擺線齒輪銑床。機床采用風冷干式切削，利用數控裝置實現加工過程全自動化，并可承受高效強力銑削。
[0007]本實用新型的技術方案如下:
[0008]一種數控臥式龍門定梁擺線齒輪銑床，包括床身10、立柱1、矩形工作臺16、定梁2、銑削主軸箱7、盤形銑刀8、立式旋轉分度工作臺15和尾頂針支架11，床身10安裝于地基上，床身10上側加工有“一山一矩”導軌，與矩形工作臺16下面的導軌形成復合滑動導軌，床身10與矩形工作臺16之間設有X軸軸向進給系統9，矩形工作臺16上方開設T形槽，用于固定立式旋轉分度工作臺15和尾頂針支架11，在床身10兩側設計有與地基連接的兩個立柱I，兩個立柱I頂部通過定梁2固連，形成定梁2龍門結構，在定梁2的前側設有垂直進給滑動導軌，通過4塊Z軸壓板5與銑削主軸箱7后側的導軌配合形成徑向進給矩形導軌畐0，在銑削主軸箱7和定梁2之間設有Z軸徑向進給系統3。
[0009]所述Z軸壓板5之間設有4個主軸鎖緊油缸6。
[0010]所述銑削主軸箱7的主軸箱體17采用整體鑄造結構，在主軸箱體17上加工有各傳動孔系，主軸變頻電機4安裝于銑削主軸箱7頂部，通過小圓弧齒同步帶輪20、圓弧齒同步帶19、大圓弧齒同步帶輪18，將扭矩傳遞至一軸21 ;—軸21扭矩通過二軸傳動系統23、三軸傳動系統24、四軸傳動系統25傳遞至主軸26上，盤形銑刀8安裝在主軸26的刀桿上，電機旋轉運動通過上述傳動軸系傳遞至盤形銑刀8上。
[0011]所述矩形工作臺16上通過T形槽固定有立式旋轉分度工作臺15和尾頂針支架11。立式旋轉分度工作臺15通過伺服電機驅動精密蝸輪副實現銑削單齒分度，立式旋轉分度工作臺15花盤T形槽上固定有三爪卡盤14，用于夾緊工件。尾頂針支架11利用內置油缸鎖緊工件。
[0012]所述盤形銑刀8由刀盤27、刀片28和刀夾29組成，刀片28通過刀夾29固定在刀盤27上，刀片28采用機夾成形不重磨涂層硬質合金，刃形為擺線，成形的刀片28利用自身的定位結構置于盤形銑刀8刀槽內，通過刀夾29緊固于刀槽內。
[0013]所述刀夾29中間有直徑90mm的內孔，與主軸箱體17的主軸26相連，并通過盤形銑刀8兩側的端面鍵進行扭矩傳遞。
[0014]本實用新型所涉及的單分度強力銑削擺線齒輪機床屬于數控成形銑削加工機床，機床利用數控裝置進行控制，配備三個伺服進給運動軸和一個變頻主運動軸。三個進給運動分別為沿工件長度方向的軸向進給運動，沿工件直徑方向的徑向進給運動，以及實現工件單分度的旋轉進給運動；主運動驅動盤狀成形銑刀進行旋轉切削運動。軸向進給運動和徑向進給運動均采用直線進給伺服系統進行驅動，分齒運動采用旋轉蝸輪副進行精密單分度運動,主運動由交流異步變頻電機進行驅動。
[0015]本實用新型采用定梁龍門結構。在機床兩側分別設置兩個獨立的立柱與地基固連，立柱采用塔式結構，內部布置蜂窩型筋板，具有良好的動、靜剛度特性，滿足擺線齒輪強力銑削要求。兩個立柱頂部采用定梁連接，定梁為復合矩形結構，內部采用箱體式多層筋板，定梁無運動副環節、結構剛性好，可抵抗齒輪強力銑削的彎曲扭矩和振動，保持銑削過程中的高精度和穩定性。定梁正面設有滑動導軌副和軸承支承座，用于安裝主軸箱和驅動主軸作徑向運動的進給系統。
[0016]機床床身位于兩個立柱之間，床身內部采用蜂窩筋板增強其動、靜態剛度，床身上側設計成“一山一矩”復合形滑動導軌，既滿足承載要求又滿足導軌精確導向定位要求。矩形工作臺面下面的“一山一矩”導軌與床身配合，在伺服電機及滾珠絲杠副驅動下實現工件的軸向進給運動；矩形工作臺面上面開有T型槽，用于固定轉臺及尾頂針支架。
[0017]主軸箱背面設有滑動導軌面與定梁正面的導軌形成徑向進給導軌副。導軌副側面采用斜鐵進行間隙調整，既保證徑向進給運動的導向精度，又滿足強力銑削的穩定性；導軌副正面采用壓板結構固定主軸箱，承受主軸箱重力及銑削力形成的傾覆力拒。銑削擺線齒輪時，刀具僅作軸向進給運動，而徑向固定不動。主軸箱徑向進給運動的重要特征在于:為進一步提高銑削效率，銑削過程中利用液壓油缸鎖緊主軸箱，將主軸箱壓緊在定梁上，使主軸箱承受強力銑削重載時不會因導軌間隙產生振動。通過伺服電機及滾珠絲杠副驅動主軸箱在定梁上作沿工件徑向的進給運動，以適應不同直徑工件的銑削。
[0018]主軸箱采用交流異步變頻電機作為動力源，通過變頻器調節電機轉速滿足不同工況下的銑削線速度要求。電機輸出轉矩由圓弧齒同步帶及帶輪輸入到主軸箱體的第一軸。主軸箱第一軸到刀具主軸之間共設有五檔齒輪，通過齒輪副進行減速增扭，滿足強力銑削的大扭矩要求。主軸箱主傳動系統的重要特征在于使用雙邊傳動消隙結構，有效地的降低傳動噪聲，提高加工表面光潔度。主軸箱內部全部米用斜齒輪傳動，并將第一軸的一側齒輪設計為軸向浮動齒輪，通過矩形鍵實現軸向浮動并傳遞扭矩，齒輪軸向浮動的動力源來自于空套在一軸上的消隙油缸。主軸箱銑削加工時，通過消隙油缸使浮動齒輪產生軸向移動，利用斜齒輪螺旋面原理形成齒輪的附加旋轉運動及雙邊傳動的約束關系，有效地消除齒輪箱內部主傳動的齒輪間隙，避免了主傳動系統在承受斷續強力切削力時產生的非線性振動，提高了加工過程質量。
[0019]本實用新型采用成形法加工擺線齒輪，所使用刀具為與工件軸截形相適應的盤形刀具。所述盤刀采用機夾硬質合金涂層刀片，刀片為成形擺線形狀，可直接加工出擺線齒形。盤刀將齒形搭接區設置于擺線齒形根部，并通過后續磨削加工去除刀片搭接區，使整個齒面端截形無尖點，美化外觀、應力集中較小。
[0020]所述盤形刀具上方配備風冷裝置，利用壓縮空氣冷卻切削區域，提高刀具使用壽命；并利用風速清潔刀具表面，防止刀具表面粘粘鐵屑對加工表面形成二次劃傷，提高銑削表面質量。
[0021]固定于矩形工作臺面前側的回轉軸用于擺線齒輪的單齒分度，所述轉臺采用精密法向直廓蝸輪副進行分度，通過伺服電機驅動可實現任意分度，滿足不同齒數的齒輪加工。轉臺分度定位后，通過液壓油缸鎖緊，承受強力銑削過程的顛覆力，保證工件銑削過程中的分度定位準確。
[0022]在旋轉分度轉臺的花盤上固定有三爪卡盤用于夾緊工件端部。在矩形工作臺后側固定有頂針裝置，用于固定工件的另一端。本實用新型按不同規格擺線齒輪的內孔設計相應裝夾芯棒，將多個工件同時固定于芯棒上，實現一次裝夾同時加工多個工件，以提高加工效率。
[0023]本實用新型的有益效果:
[0024]本實用新型的數控臥式龍門定梁擺線齒輪銑床采用模塊化設計、高剛性理念設計的機床可承受重載強力切削，配合專用擺線鑲片硬質合金盤銑刀，刀具切削線速度達到150m/min,大大提高加工效率。
[0025]本實用新型的數控臥式龍門定梁擺線齒輪銑床采用風冷切削技術，不產生切削油霧，不需要處理廢油，使車間環境得到改善，節省了冷卻液成本，符合綠色環保制造的方向。利用成形銑削原理，無銑削齒數限制，可以加工極小齒數的擺線齒輪。
[0026]本實用新型的數控臥式龍門定梁擺線齒輪銑床利用精銑成形盤銑刀可以直接對擺線齒輪齒廓進行成形加工，成形精度達國標7-8級，成形精度高、表面粗糙度優于傳統的滾削工藝。機床能夠適應800mm以內任意直徑的擺線齒輪銑削加工，且一次裝夾可以同時銑削多個齒輪，機床綜合加工效率比傳統滾削效率提高6-8倍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是本實用新型的數控臥式龍門定梁擺線齒輪銑床的整體立體結構示意圖。
[0028]圖2是本實用新型的數控臥式龍門定梁擺線齒輪銑床的側視圖。
[0029]圖3是本實用新型的主軸箱傳動結構示意圖。
[0030]圖4是本實用新型的盤形刀具的結構示意圖。
[0031]圖5是本實用新型的盤形刀具的徑向剖視圖。
[0032]圖中:1、立柱；2、定梁；3、Z軸徑向進給系統；4、主軸變頻電機；5、Z軸壓板；6、主軸鎖緊油缸；7、銑削主軸箱；8、盤形銑刀；9、X軸軸向進給系統；10、床身；11、尾頂針支架；
12、擺線齒輪工件；13、裝夾芯棒；14、三爪卡盤；15、立式旋轉分度工作臺；16、矩形工作臺；17、主軸箱體；18、大圓弧齒同步帶輪；19、圓弧齒同步帶；20、小圓弧齒同步帶輪；21、一軸；22、一軸小齒輪；23、二軸傳動系統；24、三軸傳動系統；25、四軸傳動系統；26、主軸、27為刀盤、28為刀片、29為刀夾。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖對本實用新型作進一步描述:
[0034]如圖1所示，本實用新型的數控臥式龍門定梁擺線齒輪銑床由床身10、立柱1、矩形工作臺16、定梁2、銑削主軸箱7、盤形銑刀8、立式旋轉分度工作臺15、尾頂針支架11、冷卻系統、控制系統等部分組成。
[0035]床身10安裝于地基上，床身10上側加工有“一山一矩”導軌，與矩形工作臺16下面的導軌形成復合滑動導軌，約束除工件軸向運動以外的所有自由度。床身10與矩形工作臺16之間設有X軸軸向進給系統9，通過伺服電機、行星減速器、軸承座及滾珠絲杠副形成直線進給伺服系統，滿足工件銑削過程的軸向進給運動。矩形工作臺16上方開設T形槽，用于固定立式旋轉分度工作臺15和尾頂針支架11。
[0036]在床身10兩側設計有與地基連接的兩個立柱1，兩個立柱I頂部通過定梁2固連，形成定梁2龍門結構。在定梁2的前側設有垂直進給滑動導軌，通過4塊Z軸壓板5與銑削主軸箱7后側的導軌配合形成徑向進給矩形導軌副。在銑削主軸箱7和定梁2之間設有Z軸徑向進給系統3，通過伺服電機、行星減速器、軸承座及滾珠絲杠副形成直線進給伺服系統，滿足工件銑削過程的徑向進給運動。另外，在Z軸壓板5之間設有4個主軸鎖緊油缸6，用于工件銑削過程中的鎖緊，防止強力銑削造成壓板間隙的振動，影響切削過程穩定性。
[0037]主軸箱傳動結構如圖3所示，銑削主軸箱7的主軸箱體17采用整體鑄造結構，在主軸箱體17上加工有各傳動孔系。主軸變頻電機4安裝于銑削主軸箱7頂部，通過小圓弧齒同步帶輪20、圓弧齒同步帶19、大圓弧齒同步帶輪18，將扭矩傳遞至一軸21 ;—軸21扭矩通過二軸傳動系統23、三軸傳動系統24、四軸傳動系統25傳遞至主軸26上,盤形統刀8安裝在主軸26的刀桿上。電機旋轉運動通過上述傳動軸系傳遞至盤形銑刀8上，通過變頻調速和傳動系統減速驅動銑刀實現40-170rpm之間變速，滿足不同切削工況的需求。主軸箱內部采用雙側齒輪傳動，并通過油缸實現消隙，減小切削振動。
[0038]在矩形工作臺16上通過T形槽固定有立式旋轉分度工作臺15和尾頂針支架11。立式旋轉分度工作臺15通過伺服電機驅動精密蝸輪副實現銑削單齒分度，分度完畢后利用液壓油缸和轉臺內置剎車片進行鎖緊，防止銑削力導致蝸輪副嚙合側隙振動。立式旋轉分度工作臺15花盤T形槽上固定有三爪卡盤14，用于夾緊工件。尾頂針支架11利用內置油缸鎖緊工件。
[0039]圖4為銑削擺線齒輪的盤形銑刀，由刀盤27、刀片28和刀夾29組成。刀片28通過刀夾29固定在刀盤27上。刀片28采用機夾成形不重磨涂層硬質合金，刃形為擺線，可直接銑削加工出齒廓。成形的刀片28利用自身的定位結構置于盤形銑刀8刀槽內，通過刀夾29緊固于刀槽內。刀夾29中間有直徑90mm的內孔，與主軸箱體17的主軸26相連，并通過盤形銑刀8兩側的端面鍵進行扭矩傳遞。
[0040]本實用新型銑削擺線齒輪過程如下:將多個擺線齒輪工件12同時串連于裝夾芯棒13之上并緊固，將裝夾芯棒13兩端分別固定于立式旋轉分度工作臺15的三爪卡盤14與尾頂針支架11之間。啟動機床主軸驅動盤形刀具旋轉，根據工件直徑大小通過數控徑向垂直進給軸自動將主軸箱進給至相應位置，啟動數控軸向進給軸作軸向進給，同時銑削多個工件的同一位置齒槽。統削完一個齒槽后，通過旋轉軸做單分齒，重復上述動作統削下一個齒槽。直至銑削完所有齒槽，拆卸工件。
[0041]本機床結構優化、操作方便、加工效率高、適應少齒數加工、性價比高，適用于擺線減速器行業各種批量的擺線齒輪加工。更換不同的成形刀具，也適用于其它需要加工直槽的軸類零件，如花鍵，電機轉子槽等。同樣投入產出比情況下，減少用戶投資和占地面積，增加了設備的適應范圍。
[0042]上面所述的實施例僅僅是對本實用新型的優選實施方式進行描述，并非對本實用新型的構思和范圍進行限定，在不脫離本實用新型設計構思前提下，本領域中普通工程技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變型和改進，均應落入本實用新型的保護范圍，本實用新型請求保護的技術內容已經全部記載在權利要求書中。
【權利要求】
1.一種數控臥式龍門定梁擺線齒輪銑床，其特征是包括床身(10)、立柱(I)、矩形工作臺(16)、定梁(2)、銑削主軸箱(7)、盤形銑刀(8)、立式旋轉分度工作臺(15)和尾頂針支架(11)，床身(10)安裝于地基上，床身(10)上側加工有“一山一矩”導軌，與矩形工作臺(16)下面的導軌形成復合滑動導軌，床身(10)與矩形工作臺(16)之間設有X軸軸向進給系統(9)，矩形工作臺(16)上方開設T形槽，用于固定立式旋轉分度工作臺(15)和尾頂針支架(11)，在床身(10)兩側設計有與地基連接的兩個立柱(1)，兩個立柱(I)頂部通過定梁(2)固連，形成定梁(2)龍門結構，在定梁(2)的前側設有垂直進給滑動導軌，通過4塊Z軸壓板(5)與銑削主軸箱(7)后側的導軌配合形成徑向進給矩形導軌副，在銑削主軸箱(7)和定梁(2 )之間設有Z軸徑向進給系統(3 )。
2.根據權利要求1所述的數控臥式龍門定梁擺線齒輪銑床，其特征在于所述Z軸壓板(5)之間設有4個主軸鎖緊油缸(6)。
3.根據權利要求1所述的數控臥式龍門定梁擺線齒輪銑床，其特征在于所述銑削主軸箱(7)的主軸箱體(17)采用整體鑄造結構，在主軸箱體(17)上加工有各傳動孔系，主軸變頻電機(4)安裝于銑削主軸箱(7)頂部，通過小圓弧齒同步帶輪(20)、圓弧齒同步帶(19)、大圓弧齒同步帶輪(18)，將扭矩傳遞至一軸(21);—軸(21)扭矩通過二軸傳動系統(23)、三軸傳動系統(24)、四軸傳動系統(25)傳遞至主軸(26)上，盤形銑刀(8)安裝在主軸(26)的刀桿上，電機旋轉運動通過上述傳動軸系傳遞至盤形銑刀(8)上。
4.根據權利要求1所述的數控臥式龍門定梁擺線齒輪銑床，其特征在于所述矩形工作臺(16)上通過T形槽固定有立式旋轉分度工作臺(15)和尾頂針支架(11)，立式旋轉分度工作臺(15)通過伺服電機驅動精密蝸輪副實現銑削單齒分度，立式旋轉分度工作臺(15)花盤T形槽上固定有三爪卡盤(14)，用于夾緊工件；尾頂針支架(11)利用內置油缸鎖緊工件。
5.根據權利要求1所述的數控臥式龍門定梁擺線齒輪銑床，其特征在于所述盤形銑刀(8)由刀盤(27)、刀片(28)和刀夾(29)組成，刀片(28)通過刀夾(29)固定在刀盤(27)上，刀片(28)采用機夾成形不重磨涂層硬質合金，刃形為擺線，成形的刀片(28)利用自身的定位結構置于盤形銑刀(8)刀槽內，通過刀夾(29)緊固于刀槽內。
6.根據權利要求5所述的數控臥式龍門定梁擺線齒輪銑床，其特征在于所述刀夾(29)中間有直徑90mm的內孔，與主軸箱體(17)的主軸(26)相連，并通過盤形銑刀(8)兩側的端面鍵進行扭矩傳遞。
【文檔編號】B23C5/08GK204053139SQ201320853468
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年12月23日 優先權日:2013年12月23日
【發明者】方成剛, 黃筱調, 洪榮晶, 于春建 申請人:南京工業大學, 南京工大數控科技有限公司