專利名稱：多軸多結(jié)構(gòu)選擇的自由型數(shù)控錐齒輪加工機床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于制造齒輪的機器中的螺旋錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒
輪銑齒和磨齒機床技術(shù)領(lǐng)域；特別是指一種多軸多結(jié)構(gòu)選擇的自由型
數(shù)控錐齒輪加工機床。
背景技術(shù)：
近代研究開發(fā)的具有六個空間自由度的自由型數(shù)控螺旋錐齒輪 和準(zhǔn)雙曲面齒輪加工機床，雖然能實施提高加工效率的干切削法加工 齒輪，加工質(zhì)量也有所提高。但是生產(chǎn)實踐表明，這些機床仍然很難 達到預(yù)定的齒面質(zhì)量和干切削法應(yīng)有的高生產(chǎn)效率指標(biāo)。它們的問題 又集中地表現(xiàn)在(1)切削工具達不到預(yù)期的重磨壽命；(2)現(xiàn)有專 利提供的機床在實際應(yīng)用中難于達到預(yù)定的生產(chǎn)效率；(3)被加工齒 面上時而隨機地出現(xiàn)波紋或折射波紋；(4)動剛度不足的機械系統(tǒng)， 其數(shù)控系統(tǒng)很難獲得穩(wěn)定的控制精度。自然這些問題的最佳解決尚有 待于刀具或砂輪的改進和機床主軸動態(tài)精度的提高。但是，從機床結(jié) 構(gòu)設(shè)計的角度來處理這些問題，則提高整臺機床結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動剛度以 及順暢地排除在采用"干切削法"時高速切下的高溫切屑，依然是這 類機床當(dāng)前面臨的關(guān)鍵課題。
事實上，所有加工錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪的過程，都是由工具(砂 輪或刀具)運動扮演的產(chǎn)形齒輪與被加工齒輪的共軛嚙合運動過程。
6它們最終都可歸結(jié)為工具切削(或磨削)被加工齒輪時兩者之間的一 個直線位移矢量和一個旋轉(zhuǎn)運動矢量所表達的復(fù)合相對運動。將這兩 個中的線位移矢量分解在設(shè)定的三個獨立的座標(biāo)軸X, Y, Z上就可得到 實現(xiàn)所述的共軛嚙合運動過程所必需的三個直線位移自由度上的運
動。再如圖l，圖2，圖5，圖6所示，將齒輪主軸軸線A上的旋轉(zhuǎn) 矢量"和工具主軸軸線C上的旋轉(zhuǎn)矢量c作為三個旋轉(zhuǎn)自由度中的 兩個旋轉(zhuǎn)自由度上的矢量。再將同時垂直于工具主軸軸線和齒輪主軸 軸線的方向上的旋轉(zhuǎn)矢量b (矢性積々=c x ")設(shè)定為A或C軸線 中任一軸線繞之旋轉(zhuǎn)的樞軸軸線B為第三個旋轉(zhuǎn)自由度，就可獲得在 三維空間中描述產(chǎn)形齒輪與被加工齒輪的共軛嚙合過程的六個自由 度上所需的相對運動。在信息化數(shù)控技術(shù)日漸高度完善的今天，用簡 單的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)機床在六個自由度方向的大功率，大扭矩不等速運 動，原則上已沒有數(shù)控技術(shù)上的困難。
在已公布的專利號為WO 0^66193; US 200Eyt)025597 Al， US 4981402， US5961260, US6712566B2, US7198441B1; CN1457279A， CN1958226A等專利文獻中所描述的這類機床上，所述的六個自由度 上的相對運動方向的布局，都是參照傳統(tǒng)的具有搖臺結(jié)構(gòu)的舊式機床 的布局，將樞軸軸線B上的旋轉(zhuǎn)矢量b的方向設(shè)定為直角座標(biāo)系中的 鉛垂座標(biāo)軸方向。
圖1、圖2為上述已公布的樞軸軸線B上的旋轉(zhuǎn)矢量6設(shè)在鉛垂 方向的專利中一類機床的調(diào)整位置示意主視圖和俯視圖。它們由工具 主軸按需要作垂直升降位移。但齒輪軸線本身始終保持符合人體工程學(xué)要求的固定高度不變并繞垂直的樞軸6轉(zhuǎn)動或擺動。為了能在這類 機床上加工左旋和右旋齒輪，工具主軸必須能夠上升到高出符合人體
工程學(xué)要求的高度M以上，再升高一段高度H和加工準(zhǔn)雙曲面齒輪 時的垂直位移。
圖5，圖6為己公布的樞軸軸線B上的旋轉(zhuǎn)矢量6設(shè)在鉛垂方向 的專利中另一類機床的調(diào)整位置示意主視圖和俯視圖。它們是由齒輪 主軸按需要作垂直升降位移，但工具主軸本身始終保持符合人體工程 學(xué)要求的固定高度M不變并繞垂直的樞軸6轉(zhuǎn)動或擺動。為了能在這 類機床上加工左旋和右旋齒輪，齒輪主軸也必須能夠上升到高出符合 人體工程學(xué)要求的高度以上，再升高一段高度H和加工準(zhǔn)雙曲面齒輪 時的垂直位移。
上述已公布的將樞軸軸線B上的旋轉(zhuǎn)矢量6設(shè)在鉛垂方向的專利 中的機床，沿鉛垂座標(biāo)軸方向的位移行程要比其它兩個水平的座標(biāo)軸 方向大。增加沿鉛垂的座標(biāo)軸方向的位移行程，必然需要增加機床的 高度，升高機床結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的重心，降低代表機床在高速重載下的抗振 能力的自振頻率，難于實現(xiàn)機床數(shù)控系統(tǒng)在高精度的狀態(tài)下穩(wěn)定的運 行。此外，在這類機床上，安裝工具的工具主軸箱l和安裝齒輪的齒 輪主軸箱2都是機床上沉重的運動部件，它們在承受加工負荷時還要 承受部件本身沉重的上升負荷，自然是三個直線位移方向中負荷最沉 重的部件。
此外，上述已公布的專利在結(jié)構(gòu)設(shè)計上一般都沒有考慮在經(jīng)濟不 發(fā)達地區(qū)，能以最佳的性能價格比采用當(dāng)今國內(nèi)外最先進的任一種螺旋錐齒輪加工技術(shù)的需求。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種機床重 心低、代表系統(tǒng)抗振能力的共振頻率高、齒輪加工過程處于更為穩(wěn)定 的系統(tǒng)和狀態(tài)中、可有效延長工具在兩次重磨或修整之間的工作壽 命、有效改善被加工齒面的光潔度、有效提高干切削加工齒輪生產(chǎn)效 率的多軸多結(jié)構(gòu)選擇的自由型數(shù)控錐齒輪加工機床。
本實用新型…多軸自由型螺旋錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪加工機床 是采用下述方案實現(xiàn)的將代表樞軸軸線B上的旋轉(zhuǎn)矢量6 (矢性積 6 = C x ")的方向，設(shè)定為水平座標(biāo)軸Y的方向；同時將工具主軸 設(shè)定為繞與工具主軸軸線C垂直相交的水平的樞軸軸線B轉(zhuǎn)動和擺 動，再取齒輪主軸軸線的方向為座標(biāo)系中的X軸或Z軸方向，則按右
旋定則三度空間中與之對應(yīng)的z軸或X軸方向也就唯一地確定了。
本實用新型…多軸自由型螺旋錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪加工機
床，是使安裝工具的工具主軸在工具主軸箱10內(nèi)繞自身軸線c旋轉(zhuǎn) 的同時可繞水平配置的并與工具主軸軸線垂直相交的樞軸113軸線B 轉(zhuǎn)動或擺動；樞軸安裝在立柱l上；工具主軸箱10按軸線互相垂直 的關(guān)系和樞軸113固定連結(jié)并由立柱1帶動沿床身S上與水平配置的 樞軸軸線B平行的一組直線導(dǎo)軌作Y方向的直線運動；安裝被加工錐 齒輪的齒輪主軸在齒輪主軸箱20內(nèi)繞自身軸線A旋轉(zhuǎn)；齒輪主軸箱 20依托立柱2上供垂直位移用的導(dǎo)軌安裝在立柱2上；立柱2沿床身S上與樞軸軸線B垂直的另一組水平方向的導(dǎo)軌作直線運動；所述
的兩個與樞軸軸線垂直的直線運動方向中，有一個是齒輪主軸的軸線 A的方向也就是機床部件直線位移座標(biāo)系中的X方向；機床部件直線 位移座標(biāo)系中的Z方向由已確定的X， Y方向按右旋定則確定。
本實用新型…多軸自由型螺旋錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪加工機 床，是在一個完整的機床床身S上的水平方向設(shè)有兩組相互垂直的導(dǎo) 軌； 一個底板上側(cè)表面傾斜度大于25度小于35度的立柱1依托所述 的其中一組導(dǎo)軌作直線運動；另一個具有水平底面的立柱2依托所述 的其中另一組導(dǎo)軌作直線運動；
所述工具主軸箱10通過自身的兩垂直側(cè)平面上固定連接的以所 述的水平樞軸軸線為軸線的樞軸的軸頸安裝在所述的立柱1上的兩 個軸承座103內(nèi)；在工具主軸箱10自身的兩垂直側(cè)平面和各自的軸 承座之間的一段樞軸軸頸上各套裝有一與樞軸共一軸線的圓柱齒扇， 其中一個圓柱齒扇的面向軸承座一方的端面上設(shè)有供端齒聯(lián)軸節(jié)用 的環(huán)形端齒，另一端與之對稱的圓柱齒扇上對應(yīng)的環(huán)形端齒則是一環(huán) 形摩擦端面，對應(yīng)的園柱齒扇則只是一尺寸和形狀相同的扇形板；所 述工具主軸設(shè)在工具主軸箱10內(nèi)并繞工具主軸軸線旋轉(zhuǎn)；
所述齒輪主軸箱20安裝在所述的立柱2上，并由立柱2上的 伺服電機201 ，驅(qū)動絲桿203驅(qū)動以實現(xiàn)主軸箱20沿導(dǎo)軌作Z方 向的升降運動；立柱2本身則由X軸方向的伺服電機201，絲桿203 驅(qū)動沿床身S上的X方向的水平導(dǎo)軌作直線運動；所述齒輪主軸在 齒輪主軸箱20內(nèi)由伺服電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)；所述的錐齒輪加工機床在非切削時段是由主軸箱io后端托架上 的電機105驅(qū)動托架內(nèi)的小齒輪在暫時固定的扇形齒輪106上滾動 以推動主軸箱10繞B軸旋轉(zhuǎn)，將工具主軸104的軸線方向調(diào)整到被 加工錐齒輪需要的切削(或磨削)起始位置；在負載切削(或磨削) 時段，由壓力油缸或氣缸108將活塞一端的端面齒扇嵌入扇形齒輪 106 —側(cè)的端面齒扇107中，從而將扇形齒輪106和工具主軸箱10 結(jié)成一體旋轉(zhuǎn)，并由伺服電機109，溜板110，連桿111，曲柄112 組成曲柄連桿機構(gòu)來完成工具主軸所需的繞軸線B的小于3度半的微 小擺動。
本實用新型…多軸自由型螺旋錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪加工機 床，還可以是在一個完整的機床床身S上的水平方向設(shè)有兩組相互垂 直的導(dǎo)軌； 一個底板上側(cè)表面傾斜度大于25度小于35度的立柱1依 托所述的其中一組導(dǎo)軌作直線運動；另一個具有水平底面的立柱2依 托所述的其中另一組導(dǎo)軌作直線運動；
所述的工具主軸箱10繞軸線B的旋轉(zhuǎn)和小于3度半的微小擺 動，由安裝在立柱1內(nèi)的大扭矩伺服電機120驅(qū)動；從而使工具主 軸箱IO和樞軸113在立柱l上形成一組簡潔的懸臂支撐結(jié)構(gòu)。
所述齒輪主軸箱20安裝在所述的立柱2上，并由立柱2上的 伺服電機201 ，驅(qū)動絲桿203驅(qū)動以實現(xiàn)主軸箱20沿導(dǎo)軌作Z方 向的升降運動；立柱2本身則由X軸方向的伺服電機201，絲桿203 驅(qū)動沿床身S上的X方向的水平導(dǎo)軌作直線運動；所述齒輪主軸在 齒輪主軸箱20內(nèi)由伺服電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。本實用新型…多軸自由型螺旋錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪加工機
床，所述的的立柱l另一端可再設(shè)一支撐主軸箱io的第二個支承座
13，從而將支撐主軸箱10的懸臂結(jié)構(gòu)更改為雙支承結(jié)構(gòu)。
本實用新型…多軸自由型螺旋錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪加工機 床，所述的立柱1上和主軸箱1的后端，固定設(shè)置有一個或兩個和
樞軸113的軸線B同一軸線的扇形塊114，扇形塊114的內(nèi)弧緣上開 有弧形槽，弧形槽內(nèi)套有固定安裝在立柱1上的扇形板的凸緣115; 弧形槽的兩側(cè)各有數(shù)個互相對稱的微型油缸117和活塞119;在經(jīng)輸 油孔116導(dǎo)入的油壓推力下分別從兩側(cè)將諸活塞119壓向各自對 應(yīng)的滾柱118;扇形板的凸緣兩側(cè)對應(yīng)的滾柱118將主軸箱10緊壓 在固定于立柱1上的扇形板凸緣115上；用調(diào)節(jié)活塞119的油壓力 的方法以調(diào)節(jié)主軸箱IO對立柱l的依托力度。
本實用新型…多軸自由型螺旋錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪加工機 床，所述的用大扭矩伺服電機驅(qū)動的樞軸113可由設(shè)置在立柱1的 一側(cè)的普通伺服電機109驅(qū)動絲桿，溜板IIO，連桿lll，曲柄112 來取代大扭矩伺服電機以實現(xiàn)樞軸113軸所需的旋轉(zhuǎn)或擺動。
本實用新型…多軸自由型螺旋錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪加工機 床，安裝齒輪主軸的軸線A的方向可以設(shè)定在鉛垂方向也可以設(shè)定在 水平方向。
本實用新型---多軸自由型螺旋錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪加工機 床，所述的機床上用于支撐工具主軸箱10的立柱l具有便于排屑的 上側(cè)面傾斜度大于25度、小于35度的底板；用于支撐齒輪主軸箱20的立柱2在Y方向固定不動；由設(shè)置在齒輪主軸箱20下方與立 柱2的水平直線運動方向平行的排屑槽和立柱1上側(cè)面傾斜度大于 25度、小于35度的底板構(gòu)成排屑輸送系統(tǒng)。
本實用新型的工作原理及使用方法簡述于下.-參見附圖3，附圖4，圖中所示為本實用新型設(shè)置的樞軸軸線上 的旋轉(zhuǎn)矢量6在水平面內(nèi)的機床調(diào)整位置示意左視圖和主視圖。這種 機床在加工左旋和右旋齒輪時，工具主軸是繞與其軸線垂直相交的水 平樞軸軸線上的々的旋轉(zhuǎn)矢量轉(zhuǎn)動或擺動，并沿同一方向作直線位 移；加工大節(jié)錐角的齒輪時水平配置的齒輪軸線的升降行程，只能在 符合人體工程學(xué)要求的高度以下。而且，齒輪的節(jié)錐角愈小可能上升 的高度愈低。
參見附圖7,附圖8，為本實用新型將樞軸軸線上的旋轉(zhuǎn)矢量力設(shè) 置在水平面內(nèi)的機床調(diào)整位置示意圖。但是，為了便于被加工齒輪的 自動化裝卸，同時將代表齒輪主軸軸線方向的旋轉(zhuǎn)矢量《設(shè)置在鉛垂 方向。由這樣設(shè)置的機床調(diào)整位置左視圖7和主視圖8可見，即使是 加工小節(jié)錐角的齒輪，刀盤中心的高度也只能在符合人體工程學(xué)要求 的高度以下，而且，齒輪的節(jié)錐角愈大可能上升的高度愈低。
本實用新型將安裝工具主軸的立柱1和安裝齒輪主軸的立柱2 兩個部件設(shè)置在未被從中切割過的同一個完整的床身上作相對運動； 令工具主軸軸線與樞軸軸線垂直相交，使工具主軸可能承受的軸向 力，直接作用在粗壯的樞軸上等，也是本實用新型專利提高機床系統(tǒng) 的動剛度的重要手段。本實用新型將安裝齒輪主軸箱的立柱2設(shè)定為在水平樞軸軸線 上的旋轉(zhuǎn)矢量々和Y軸方向固定不動的部件，再將排屑槽設(shè)置在床身 一側(cè)的齒輪主軸箱下方，則不僅能保有一個動剛度完好的完整床身， 同時也容易實現(xiàn)在采用"干切削法"時順暢的排除大量高溫切屑的功 能。
以上所述的六個自由度只是三度空間中的自由度。本實用新型專 利再用時間作為一個自由度來考察自由型數(shù)控螺旋錐齒輪加工機床 的工作過程，則機床上工具和齒輪之間的相對運動可分別定義為(1) 將工具和齒輪送到開始進行切削的指定位置的非切削(往后切削一詞 可泛指切削或磨削)時段的運動；(2)有切削負載時以及為了延續(xù)下 一次負載工作循環(huán)所必需的反向行程的切削時段的運動。非切削時段 是空載運行，對機床系統(tǒng)的動剛度要求不高。而切削時段是負載工作， 必需按動剛度的高標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計。但是，只有在更換所加工齒輪的規(guī)格 和類型時才需要所述的非切削時段的運動。非切削時段的行程一般都 比同一自由度的切削時段長。尤其是樞軸113的轉(zhuǎn)角，其非切削時段 的行程是切削時段的數(shù)十倍以上。而且只要不更換被加工齒輪的規(guī)格 和類型，機床將只在切削時段內(nèi)工作。本實用新型通過在兩個時段配 以不同的硬體結(jié)構(gòu)或通過控制系統(tǒng)的指令及時改變兩個不同時段的 運行條件以進一步提高機床動剛度，增加"干切削法"銑齒的生產(chǎn)效 率。
由于第三世界的倔起，錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪的生產(chǎn)廠家將會不 斷在第三世界的國家和地區(qū)建立。但是，世界不同區(qū)域的經(jīng)濟和技術(shù)水平的巨大差距不可能在短期內(nèi)彌合。為了使高效的干切削法和傳統(tǒng) 的濕切削法； 一次安裝齒輪就能同時完成一個齒輪的粗，精加工過程， 齒輪副傳動噪音低但不能磨齒的"連續(xù)分度法"，和一般要經(jīng)兩次甚 至三次安裝才能加工完一個齒輪，但是在銑削加工后的齒輪能夠再作 磨齒加工的"間歇分度法"等生產(chǎn)技術(shù)，能在同一結(jié)構(gòu)類型的機床上 以最佳的性能價格比提供給經(jīng)濟技術(shù)條件不同的國家，區(qū)域和企業(yè)， 本實用新型專利特別為同一功能申請了必要的可供選用的結(jié)構(gòu)。
本實用新型專利以上述背景和分析結(jié)果為依據(jù)，在遵從齒輪生產(chǎn) 現(xiàn)場長期形成的操作習(xí)慣和操作位置的前提下，組建一類機床結(jié)構(gòu)。 與己公布的上述同類機床專利相比，在其它條件相同的情況下具有以 下優(yōu)勢
1) 降低整個機床系統(tǒng)的重心，在不增加機床成本的條件下使代 表系統(tǒng)抗振能力的自振頻率升高。提高數(shù)控機床機械系統(tǒng)的自振頻率 會帶以下技術(shù)效果
3.容易實現(xiàn)本專利所述的連續(xù)分度切削法所必需的數(shù)控系統(tǒng)
在高控制精度條件下的穩(wěn)定運行；
b.延長工具在兩次重磨或修整之間的工作壽命；
C.改善被加工齒面的光潔度；
d.將"干切削法"加工錐齒輪這一新技術(shù)的生產(chǎn)效率提高到一 個新水平；
2) 將必須付出的成本資源著重使用在加強機床負載加工齒輪時 段的動剛度上，使這一過程能在更為穩(wěn)定的系統(tǒng)和狀態(tài)中進行；3) 可以在需要時將齒輪主軸軸線設(shè)置在鉛垂方向以便于用機械 手自動化裝卸被加工齒輪；
4) 使經(jīng)濟和技術(shù)水平不同的國家，地區(qū)和用戶，在性能價格比 適合他們的前題下采用當(dāng)代最先進的任一種錐齒輪加工技術(shù)。

附圖1為鉛垂樞軸和工具主軸軸線作垂直升降的機床調(diào)整位置 示意主視圖。
附圖2為鉛垂樞軸和工具主軸軸線作垂直升降的機床調(diào)整位置 示意俯視圖。
附圖3為水平樞軸和齒輪主軸軸線作垂直升降的機床調(diào)整位置 示意左視圖。
附圖4為水平樞軸和齒輪主軸軸線作垂直升降的機床調(diào)整位置 示意主視圖。
附圖5為鉛垂樞軸和齒輪主軸軸線作垂直升降的機床調(diào)整位置 示意主視圖。
附圖6為鉛垂樞軸和齒輪軸線主軸作垂直升降的機床調(diào)整位置 示意俯視圖
附圖7為水平樞軸和齒輪軸線設(shè)置在鉛垂方向作垂直升降的機 床調(diào)整位置示意左視圖。
附圖8為水平樞軸和齒輪軸線設(shè)置在鉛垂方向作垂直升降的機 床調(diào)整位置示意主視圖。
附圖9為雙支承水平樞軸帶端齒離合器和曲柄連桿機構(gòu)的機床立體圖。
附圖10為附圖9中立柱1的右視立體圖。
附圖11為附圖9中立柱1的右視平面圖。
附圖12為附圖11中A-A局部剖視平面圖。
附圖13為懸臂式大力矩伺服電機直接驅(qū)動的臥式機床立體圖。
附圖14為附圖13中立柱1的沿樞軸軸線的水平剖視圖。
附圖15為附圖14的左視圖。
附圖16為附圖14的K部局部結(jié)構(gòu)放大圖。
附圖17為雙支承座的大力矩伺服電機直接驅(qū)動的臥式機床立 體圖。
附圖18為曲柄連桿機構(gòu)從立柱一側(cè)驅(qū)動樞軸旋轉(zhuǎn)和微量擺動 的立體圖。
附圖19為曲柄連桿機構(gòu)從立柱一側(cè)驅(qū)動樞軸旋轉(zhuǎn)和微量擺動的 右視平面圖。
其中附圖1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8中，3…操作者足底線，
4- 1—左旋齒輪的加工工具中心，4-2—右旋齒輪的加工工具中心，
5- 1--左旋齒輪的加工工具節(jié)點軌跡，5-2—右旋齒輪的加工工具 節(jié)點軌跡，7…齒輪，7-1--左旋齒輪，7-2—右旋齒輪，8—齒輪 中心，9…樞軸中心，M—人體工程學(xué)的合理高度，A—齒輪軸線， B…樞軸軸線，C…加工工具軸線。
具體實施方式實施方案1本方案用于齒輪尺寸規(guī)格較大，或當(dāng)大扭矩伺服電機直接驅(qū)動的 主軸類結(jié)構(gòu)在價格上尚相對地十分昂貴，當(dāng)?shù)剡€未具備完全獨立制造 安裝這類主軸結(jié)構(gòu)的技術(shù)。但一般機械制造技術(shù)資源比較豐富的國家 和地區(qū)。在那里，存在著資金不寬裕的齒輪生產(chǎn)廠家企望購置既能用 高效的"干切削法"也能用傳統(tǒng)的"濕切削法"，可用"連續(xù)分度法" 也可用"間歇分度法"的錐齒輪加工機床。
如附圖9，附圖IO,附圖ll，附圖12所示，該機床在一個完整 的床身S上有一個底板上側(cè)表面傾斜大于25度至35度的立柱1和 另一個有水平底面的立柱2。立柱1用床身S上沿水平的Y軸方向 設(shè)置的導(dǎo)軌101，由伺服電機102和滾珠絲杠驅(qū)動其作直線運動。 安裝工具的工具主軸104設(shè)在主軸箱10內(nèi)，由同一軸線C上的伺 服電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。主軸箱IO通過在自身兩側(cè)的垂直惻面上固定連接 的并以軸線B為軸線的支撐樞軸軸頸113安裝在所述的立柱1兩端 的軸承座103內(nèi)。主軸箱IO在空載調(diào)整運動時段由電機105驅(qū)動主 軸箱10后段托架內(nèi)的一個小齒輪，在暫時依托在固定不動的連干 111曲柄112支撐的扇形齒輪106上滾動，以帶動的工具主軸箱10 繞樞軸113的線軸B旋轉(zhuǎn)，從而將工具主軸104的方向調(diào)整到被加 工錐齒輪需要的切削(或磨削)起始位置。與此同時，由伺服電機 201絲桿203等，驅(qū)動安裝主軸箱2的立柱2沿X方向運動；伺服電 機202驅(qū)動絲桿204將主軸箱20沿立柱2上傾斜上升的導(dǎo)軌，把齒 輪在鉛垂的Z方向送到相應(yīng)的切削(或磨削)起始位置。
在負載切削(或磨削)時段，首先由固定在主軸箱IO后端兩側(cè)的托架上的壓力油缸108將活塞一端的端面齒扇嵌入扇形齒輪106 —
側(cè)的端面齒扇107中，使扇形齒輪106和工具主軸箱10結(jié)成一體， 由伺服電機109驅(qū)動絲桿，螺母使溜板110上的軸承座帶動連桿111 和固定在扇形齒輪106上的曲柄112等，驅(qū)動的扇形齒輪106，使扇 形齒輪106不僅用于推動工具主軸箱10在切削時段完成所需的繞軸 線B的小于3度半的擺動，而且同時成為機床在切削時段的吸振裝置。
當(dāng)用"間歇分度"的"展成法"加工時，齒輪主軸自身的角位移， 工具主軸104的軸線繞B軸旋轉(zhuǎn)的角位移；齒輪主軸箱2沿X, Z軸 方向的直線位移，以及立柱1沿Y方向的直線位移等，皆由產(chǎn)形齒 輪與工件齒輪共軛嚙合關(guān)系經(jīng)理論計算確定。工具和工具主軸的轉(zhuǎn)速 則完全由切削用量所選定的切削(或磨削)速度確定。
無論是用"展成法"或"成形法"，只要是用"間歇分度"，在完 成一個齒面或齒槽的切削(或磨削)運動之后，齒輪都要從切削(或 磨削)位置上退出并在完成一次分齒運動之后再切削(或磨削)另一 齒面或齒槽。并依此循環(huán)到完成所有齒槽的加工為止。
用"連續(xù)分度"的"展成法"加工時，工具的轉(zhuǎn)速雖然也由切削 用量所選定的切削速度確定，但齒輪的轉(zhuǎn)速則是由工具的轉(zhuǎn)速，工具 上的刀齒組數(shù)和齒輪齒數(shù)的比值，以及產(chǎn)形齒輪與齒輪共軛嚙合運動 關(guān)系等相合成的結(jié)果。其它沿X， Y， Z方向的直線位移和工具主軸箱 10繞樞軸軸線B的旋轉(zhuǎn)位移將完全按產(chǎn)形齒輪與被加工齒輪共軛嚙 合運動關(guān)系確定。用"連續(xù)分度"的"成形法"加工時，只存在工具 的旋轉(zhuǎn)運動，和按工具的轉(zhuǎn)速，工具的刀齒組數(shù)和齒輪齒數(shù)的比值等確定的齒輪轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的齒輪旋轉(zhuǎn)運動，以及工具沿齒高方向逐漸切入 齒胚的直線運動。用"連續(xù)分度"加工時，所有切削時段的運動都將 連續(xù)進行到切削完成所有齒面為止。
所有驅(qū)動軸X， Y， Z， A， B， C的各伺服電機的運動都由相應(yīng)的 長光柵或圓光柵讀數(shù)監(jiān)控反饋至同一數(shù)控系統(tǒng)作閉環(huán)控制。 實施方案2
如附圖13 ，附圖14，附圖15，附圖16所示，在本實施方案中， 齒輪主軸A，轉(zhuǎn)動工具主軸的軸線方向的樞軸B，以及帶動工具旋 轉(zhuǎn)的工具主軸C本身，全都用大扭矩伺服電機直接驅(qū)動去完成實施 相應(yīng)的三個旋轉(zhuǎn)運動。全部采用大扭矩伺服電機直接驅(qū)動以后，工具 主軸箱10和樞軸B將在立柱1上形成一組簡潔的懸臂結(jié)構(gòu)。直接 安裝在立柱1內(nèi)的樞軸113，將由大扭矩伺服電機120驅(qū)動。并按控 制系統(tǒng)指令完成主軸箱10繞樞軸113的軸線B的在非切削時段和 切削(或磨削)時段的旋轉(zhuǎn)運動和小于3度半的微小擺動。
本實施方案的其余特征則和實施方案1完全相同。 實施方案3
參見附圖17，本實用新型中，所述的的立柱l另一端可再設(shè)一 支撐主軸箱10的第二個支承座13，從而將支撐主軸箱10的懸臂結(jié) 構(gòu)更改為雙支承結(jié)構(gòu)。 實施方案4
參見附圖13、附圖14、附圖15、附圖16、附圖17,本方案在 主軸箱10的后端設(shè)有結(jié)構(gòu)12。所述結(jié)構(gòu)12由兩個和樞軸113的軸線B同一軸線的扇形塊114組成。扇形塊114的內(nèi)弧緣上開有弧形 槽?；⌒尾蹆?nèi)套有固定安裝在立柱1上的扇形板的凸緣115?；⌒尾?114兩側(cè)各有三個或多個互相對稱的微型油缸117和活塞119。壓力 油經(jīng)油孔116進入油缸117。在油壓的推力下分別從兩側(cè)將諸活塞119 壓向各自對應(yīng)的滾柱118。使扇形板的凸緣兩側(cè)對應(yīng)的滾柱118將主 軸箱10緊壓在固定于立柱l上的扇形板凸緣上。通過控制系統(tǒng)的指 令改變液壓油在切削時段和非切削時段的壓力，使非切削時段的運動 更為順暢。而在切削時段立柱1能給懸臂結(jié)構(gòu)支撐的主軸箱10提供 更強有力的支撐力度。本實施方案刻意在加強立柱1對主軸箱10 的支撐力度。 實施方案5
參見附圖13、附圖17、附圖18，附圖19，本方案除齒輪主軸箱 20內(nèi)的驅(qū)動齒輪主軸的大扭矩伺服電機或必要時工具主軸也用大扭 矩伺服電機驅(qū)動以外，其余所有的運動全部采用普通伺服電機驅(qū)動。 本方案中，所述樞軸113由立柱1 一側(cè)的伺服電機109驅(qū)動絲桿螺 母，帶動溜板110，連桿lll，曲柄112來實現(xiàn)其相應(yīng)的擺動和轉(zhuǎn)動。 立柱1沿Y方向的直線運動由伺服電機102驅(qū)動。本實施方案的其余 特征也和實施方案1和實施方案2完全相同。 實施方案6
參見附圖9、附圖13、附圖17，本實用新型所述的機床上用于 支撐工具主軸箱10的立柱1具有便于排屑的上側(cè)面傾斜度大于25 度、小于35度的底板；用于支撐齒輪主軸箱20的立柱2在Y方向固定不動；由設(shè)置在齒輪主軸箱20下方與立柱2的水平直線運動方 向平行的排屑槽和立柱1上側(cè)面傾斜度大于25度、小于35度的底
板構(gòu)成排屑輸送系統(tǒng)。
權(quán)利要求1、多軸多結(jié)構(gòu)選擇的自由型數(shù)控錐齒輪加工機床，其特征是安裝工具的工具主軸在工具主軸箱(10)內(nèi)繞自身軸線(C)旋轉(zhuǎn)的同時可繞水平配置的并與工具主軸軸線垂直相交的樞軸(113)軸線(B)轉(zhuǎn)動或擺動；樞軸安裝在立柱(1)上；工具主軸箱(10)按軸線互相垂直的關(guān)系和樞軸(113)固定連結(jié)并由立柱(1)帶動沿床身(S)上與水平配置的樞軸軸線(B)平行的一組直線導(dǎo)軌作Y方向的直線運動；安裝被加工錐齒輪的齒輪主軸在齒輪主軸箱(20)內(nèi)繞自身軸線(A)旋轉(zhuǎn)；齒輪主軸箱(20)依托立柱(2)上供垂直位移用的導(dǎo)軌安裝在立柱(2)上；立柱(2)沿床身(S)上與樞軸軸線(B)垂直的另一組水平方向的導(dǎo)軌作直線運動；所述的兩個與樞軸軸線垂直的直線運動方向中，有一個是齒輪主軸的軸線(A)的方向也就是機床部件直線位移座標(biāo)系中的X方向；機床部件直線位移座標(biāo)系中的Z方向由已確定的X，Y方向按右旋定則確定。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸多結(jié)構(gòu)選擇的自由型數(shù)控錐齒輪 加工機床，其特征是在一個完整的機床床身(S)上的水平方向設(shè) 有兩組相互垂直的導(dǎo)軌； 一個底板上側(cè)表面傾斜度大于25度小于35 度的立柱(1)依托所述的其中一組導(dǎo)軌作直線運動；另一個具有水 平底面的立柱(2)依托所述的其中另一組導(dǎo)軌作直線運動；所述工具主軸箱(10)通過自身的兩垂直側(cè)平面上固定連接的以 所述的水平樞軸軸線為軸線的樞軸的軸頸安裝在所述的立柱(1)上的兩個軸承座(103)內(nèi)；在工具主軸箱(10)自身的兩垂直側(cè)平面 和各自的軸承座之間的一段樞軸軸頸上各套裝有一與樞軸共一軸線 的園柱齒扇，其中一個圓柱齒扇的面向軸承座一方的端面上設(shè)有供端 齒聯(lián)軸節(jié)用的環(huán)形端齒，另一端與之對稱的園柱齒扇上對應(yīng)的環(huán)形端 齒則是一環(huán)形摩擦端面，對應(yīng)的圓柱齒扇則只是一尺寸和形狀相同的 扇形板；所述工具主軸設(shè)在工具主軸箱(IO)內(nèi)并繞工具主軸軸線旋 轉(zhuǎn)；所述齒輪主軸箱(20)安裝在所述的立柱(2)上，并由立柱 (2)上的伺服電機(201)，驅(qū)動絲桿(203)驅(qū)動以實現(xiàn)主軸 箱(20)沿導(dǎo)軌作Z方向的升降運動；立柱(2)本身則由X軸方 向的伺服電機(201)，絲桿(203)驅(qū)動沿床身(S)上的X方向的 水平導(dǎo)軌作直線運動；所述齒輪主軸在齒輪主軸箱(20)內(nèi)由伺服 電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)；所述的錐齒輪加工機床在非切削時段是由主軸箱(10)后端托 架上的電機(105)驅(qū)動托架內(nèi)的小齒輪在暫時固定的扇形齒輪(106) 上滾動以推動主軸箱(10)繞(B)軸旋轉(zhuǎn)，將工具主軸(104)的 軸線方向調(diào)整到被加工錐齒輪需要的切削(或磨削)起始位置；在負 載切削(或磨削)時段，由壓力油缸或氣缸(108)將活塞一端的端 面齒扇嵌入扇形齒輪(106) —側(cè)的端面齒扇(107)中，從而將扇形 齒輪(106)和工具主軸箱(10)結(jié)成一體旋轉(zhuǎn)，并由伺服電機(109)， 溜板(110)，連桿(111)，曲柄(112)組成曲柄連桿機構(gòu)來完成工 具主軸所需的繞軸線(B)的小于3度半的微小擺動。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多軸多結(jié)構(gòu)選擇的自由型數(shù)控錐齒輪 加工機床，其特征是在一個完整的機床床身(S)上的水平方向設(shè) 有兩組相互垂直的導(dǎo)軌； 一個底板上側(cè)表面傾斜度大于25度小于35 度的立柱(1)依托所述的其中一組導(dǎo)軌作直線運動；另一個具有水 平底面的立柱(2)依托所述的其中另一組導(dǎo)軌作直線運動；所述的工具主軸箱(10)繞軸線(B)的旋轉(zhuǎn)和小于3度半 的微小擺動，由安裝在立柱(1)內(nèi)的大扭矩伺服電機(120)驅(qū)動; 從而使工具主軸箱(10)和樞軸(113)在立柱(1)上形成一組 簡潔的懸臂支撐結(jié)構(gòu)；所述齒輪主軸箱(20)安裝在所述的立柱(2)上，并由立柱 (2)上的伺服電機(201)，驅(qū)動絲桿(203)驅(qū)動以實現(xiàn)主軸 箱(20)沿導(dǎo)軌作Z方向的升降運動；立柱(2)本身則由X軸方 向的伺服電機(201)，絲桿(203)驅(qū)動沿床身(S )上的X方向的 水平導(dǎo)軌作直線運動；所述齒輪主軸在齒輪主軸箱(20)內(nèi)由伺服 電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多軸多結(jié)構(gòu)選擇的自由型數(shù)控錐齒輪 加工機床，其特征是所述的的立柱(1)另一端可再設(shè)一支撐主軸 箱(10)的第二個支承座(13)，從而將支撐主軸箱(10)的懸臂 結(jié)構(gòu)更改為雙支承結(jié)構(gòu)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的多軸多結(jié)構(gòu)選擇的自由型數(shù)控錐 齒輪加工機床，其特征是所述的立柱(1)上和主軸箱(10)的后 端,固定設(shè)置有一個或兩個和樞軸(113)的軸線(B)同一軸線的扇形塊(114)，扇形塊(114)的內(nèi)弧緣上開有弧形槽，弧形槽內(nèi)套有 固定安裝在立柱(1)上的扇形板的凸緣(115);弧形槽的兩側(cè)各有 數(shù)個互相對稱的微型油缸(117)和活塞(119);在經(jīng)輸油孔(116) 導(dǎo)入的油壓推力下分別從兩側(cè)將諸活塞(119)壓向各自對應(yīng)的滾 柱(118);扇形板的凸緣兩側(cè)對應(yīng)的滾柱(118)將主軸箱(10)緊 壓在固定于立柱(1)上的扇形板凸緣(115)上；用調(diào)節(jié)活塞(119 ) 的油壓力的方法以調(diào)節(jié)主軸箱(10)對立柱(1)的依托力度。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多軸多結(jié)構(gòu)選擇的自由型數(shù)控錐齒輪 加工機床，其特征是所述的用大扭矩伺服電機驅(qū)動的樞軸(113) 可由設(shè)置在立柱(1)的一側(cè)的普通伺服電機(109)驅(qū)動絲桿，溜 板(110)，連桿(111)，曲柄(112)來取代大扭矩伺服電機以實現(xiàn) 樞軸(113)軸所需的旋轉(zhuǎn)或擺動。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項所述的多軸多結(jié)構(gòu)選擇的自由型 數(shù)控錐齒輪加工機床，其特征是安裝齒輪主軸的軸線(A)的方向 可以設(shè)定在鉛垂方向也可以設(shè)定在水平方向。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l-4任意一項任意一項所述的多軸多結(jié)構(gòu)選擇 的自由型數(shù)控錐齒輪加工機床，其特征是所述的機床上用于支撐 工具主軸箱(10)的立柱(1)具有便于排屑的上側(cè)面傾斜度大于 25度、小于35度的底板；用于支撐齒輪主軸箱(20)的立柱(2) 在Y方向固定不動；由設(shè)置在齒輪主軸箱(20)下方與立柱(2)的 水平直線運動方向平行的排屑槽和立柱(1)上側(cè)面傾斜度大于25 度、小于35度的底板構(gòu)成排屑輸送系統(tǒng)。
專利摘要一種多軸多結(jié)構(gòu)選擇的自由型數(shù)控錐齒輪加工機床，其床身上安裝有一個沿Y方向的水平直線導(dǎo)軌作直線運動的立柱1，和另一個沿與Y方向垂直的水平方向的直線導(dǎo)軌作直線運動的立柱2。立柱1用于支撐軸線B配置在水平面內(nèi)的樞軸113。安裝工具主軸的工具主軸箱10固定連接在樞軸上。工具主軸箱10可繞和工具主軸軸線C垂直相交的水平樞軸軸線B旋轉(zhuǎn)。立柱2用于支撐齒輪主軸箱20，安裝齒輪的齒輪主軸在齒輪主軸箱20內(nèi)繞軸線A旋轉(zhuǎn)。齒輪主軸箱20可在立柱2上作鉛垂方向的直線升降。本實用新型可有效降低整個機床系統(tǒng)的重心，提高代表系統(tǒng)抗振性能的自振頻率；使機床的數(shù)控和機械系統(tǒng)易于在高精度狀態(tài)下穩(wěn)定地完成加工齒輪的運行過程。
文檔編號B23F9/00GK201361747SQ20092006299
公開日2009年12月16日 申請日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者鄭昌啟 申請人:湖南創(chuàng)遠蓋爾數(shù)控機床有限公司