專利名稱：大模數(shù)高效高精度多工位可調(diào)式數(shù)控銑齒機(jī)及數(shù)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大模數(shù)數(shù)控銑齒機(jī)及數(shù)控方法，是一種加 工齒輪內(nèi)齒的銑床，特別是加工風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳軸承內(nèi)孔直齒。屬齒輪的制 造類(B23F)、控制或調(diào)節(jié)系統(tǒng)類(G05B)。(二)
背景技術(shù)：
針對(duì)目前國(guó)內(nèi)對(duì)清潔能源的巨大需求，正大量開發(fā)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。風(fēng)電 機(jī)組的變漿軸承內(nèi)圈內(nèi)孔為與風(fēng)電機(jī)組的變槳減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的小齒輪嚙合 的內(nèi)直齒3.1，內(nèi)孔直徑4>>1600咖(見圖6)，內(nèi)直齒模數(shù)m=12mm， Z=139。 為加工出此內(nèi)直齒，按常規(guī)方法，用插齒機(jī)加工一件零件需要36小時(shí)，接近 5個(gè)工作日(每天按7小時(shí)計(jì)算)，按目前用戶需求的生產(chǎn)效率是6件/天， 按此要求需要12臺(tái)插齒機(jī)，以303萬元/臺(tái)(2.5米數(shù)控插齒機(jī))，共需4848 萬元，需要12名操作工，按每臺(tái)機(jī)床占地4米X2. 5米計(jì)算，共占地2520A/2 。 由此可以看出，采用常規(guī)插齒機(jī)加工費(fèi)用大，占地面積大，用工多。為滿足上述風(fēng)電機(jī)組的變漿軸承大模數(shù)內(nèi)齒輪要求高效率加工需求，在 國(guó)內(nèi)也可以購(gòu)到所需機(jī)床，但價(jià)格昂貴高達(dá)1400萬元/臺(tái)，且專用刀具也達(dá)26 萬元/套件。顯然，選用插齒機(jī)和外購(gòu)機(jī)床要滿足所需求的高效高精度是現(xiàn)有人 力物力無法實(shí)現(xiàn)的。
發(fā)明內(nèi)容:本發(fā)明提出的大模數(shù)高效高精度多工位可調(diào)式數(shù)控銑齒機(jī) 及數(shù)控方法，就是解決與現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)組的變槳軸承內(nèi)齒模數(shù)、內(nèi)徑相同或相 近的內(nèi)齒輪的加工問題，既要滿足這種大模數(shù)內(nèi)齒加工精度，又要滿足現(xiàn)要 求的效率和能提供的投入。為此必須進(jìn)行自主開發(fā)新型數(shù)控銑齒機(jī)。其技術(shù)方案如下大模數(shù)高效高精度多工位可調(diào)式數(shù)控銑齒機(jī)，其特征是A、 該銑齒機(jī)包括如下部分中心底部設(shè)由伺服電機(jī)1.1和蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng) 的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)l(選用精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái))，數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)上放隨其轉(zhuǎn)動(dòng)的帶齒輪的工件3 和固定工件的銑齒工裝2;圍繞數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)在其周向可配置24個(gè)工位的加工 體，每工位加工體裝有銑頭4、立柱5和其下面支撐立柱的數(shù)控下滑臺(tái)6;立 柱5上裝有可相對(duì)立柱豎向移動(dòng)的立柱滑臺(tái)5.1，銑頭4固定于立柱滑臺(tái)5.1， 設(shè)驅(qū)動(dòng)立柱滑臺(tái)和銑頭豎向移動(dòng)的立柱伺服電機(jī)5.3和豎向傳動(dòng)件；設(shè)驅(qū)動(dòng)立 柱5并帶動(dòng)立柱滑臺(tái)5.1和銑頭4同時(shí)相對(duì)數(shù)控下滑臺(tái)6徑向移動(dòng)的立柱進(jìn) 刀電機(jī)5.2和徑向傳動(dòng)件滾珠絲杠。B、 銑頭4從上至下設(shè)有驅(qū)動(dòng)用變頻電機(jī)4.1、順次傳動(dòng)連接的傳動(dòng)裝置 4.2、傳動(dòng)系統(tǒng)末級(jí)主軸4.3以及裝在其上的大模數(shù)硬質(zhì)合金成型銑刀4.4;C、數(shù)控系統(tǒng)包括工鵬制計(jì)飾7.1和型號(hào)為MPC08的通用工鵬動(dòng)控制卡7.2。上述具體優(yōu)化結(jié)構(gòu)和數(shù)控銑齒機(jī)的控制方法等下面結(jié)合附圖再詳細(xì)描述。①本發(fā)明提供的銑齒機(jī)，采用單齒廓大模數(shù)硬質(zhì)合金成形銑刀和多工位加工， 總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為滿足所需的高效率和較低投入提供了一種優(yōu)化的組合機(jī)床。② 數(shù)控系統(tǒng)采用開放式數(shù)控系統(tǒng)，方便于根據(jù)需要調(diào)整多工位數(shù)目。③ 采用國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和型號(hào)為MPC08的通用工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制 卡，并根據(jù)專用機(jī)床的實(shí)際需要，量體裁衣地開發(fā)出￥€++高效實(shí)用應(yīng)用程序， 適當(dāng)?shù)厥∪チ藝?guó)內(nèi)外現(xiàn)有的數(shù)控系統(tǒng)中帶有的而又用不到的功能,從而節(jié)約了 大量的開發(fā)費(fèi)用；實(shí)現(xiàn)了加工過程的高效功能，且操作也很方便；同時(shí)數(shù)控轉(zhuǎn) 臺(tái)在數(shù)控系統(tǒng)控制下能完成Z=139個(gè)齒的加工分度工作，分度精度正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn) 分別為15秒，重復(fù)定位精度為正反轉(zhuǎn)4秒，保證了軸承設(shè)計(jì)精度要求，即轉(zhuǎn) 臺(tái)分度精度可達(dá)到等于小于4"。④ 數(shù)控下滑臺(tái)位置控制采用滾珠絲杠螺距i^補(bǔ)^^序，徑向進(jìn)給精度能夠達(dá)到 O.Olmm。程序中提供的徑向進(jìn)給量(粗加工一次進(jìn)給25.35mm，精加工一次進(jìn)給 lmm)，保證了高效高精度的切削加工。⑤ 采用新研制的大模數(shù)大尺寸硬質(zhì)合金成型銑刀，同時(shí)解決了精銑刀工藝上 關(guān)鍵的問題，使加工的內(nèi)齒精度達(dá)國(guó)標(biāo)7級(jí)。又由于銑刀用優(yōu)化材質(zhì)和變頻調(diào) 速，實(shí)現(xiàn)粗銑刀切削速度為110m/min，進(jìn)給速度為300mm/min，切屑厚度 0.245mm/Z;精銑刀切削速度為160m/min，進(jìn)給速度為190mm/min，切屑厚度 0.1mm/Z。實(shí)現(xiàn)高速高效。⑥ 設(shè)2-6工位，多個(gè)銑刀同時(shí)加工內(nèi)齒，提高工效2-6倍。⑦ 數(shù)控下滑座的地腳螺栓孔個(gè)數(shù)為兩個(gè)及以上，實(shí)現(xiàn)可調(diào)整數(shù)控下滑臺(tái)6和 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)1的相對(duì)位置，可以加工不同尺寸的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)為可調(diào)式。⑧ 綜上所述本發(fā)明銑齒機(jī)基本做到了加工精度高加工時(shí)間短，(若用兩工位) 由原來14小時(shí)/件到現(xiàn)在4.5小時(shí)/件，提高工效2.5倍，并且成本大大降低。 若用插齒機(jī)加工需要4848萬元，現(xiàn)用專機(jī)100多萬元左右，節(jié)約了大量的資 金。即用此專機(jī)加工的產(chǎn)品能滿足工藝要求，也滿足了用戶的需求。

圖1本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)及布置示意圖 圖2圖1A向視圖(俯視圖) 圖3圖1B向視圖(徑向從內(nèi)向外) 圖4硬質(zhì)合金成型銑刀4,4形狀圖 圖5銑頭4結(jié)構(gòu)6銑刀4.4和軸承內(nèi)圈工件3加工位置示圖 圖7 ￥0++專用程序流程圖 圖8開放式數(shù)控系統(tǒng)7框圖具體實(shí)施例方式見圖1，見圖2，圖3，圖6，本實(shí)施例銑齒機(jī)結(jié)構(gòu)如下: 中心底部設(shè)精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)1,它由伺服電機(jī)L1驅(qū)動(dòng)，經(jīng)蝸輪蝸桿減速后帶動(dòng) 轉(zhuǎn)動(dòng)。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)1上放置工件，風(fēng)電機(jī)組的變漿軸承內(nèi)圈3，軸線豎向Z向放 置；見圖6,內(nèi)孔直徑4)為1600mm，內(nèi)直齒3. 1模數(shù)npl2mm， Z=139。裝設(shè)銑齒工裝2夾緊固定工件，此工裝按軸承加工工藝要求設(shè)計(jì)，保證加工定位要求。 圍繞數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)周向均勻配置兩個(gè)工位加工體，每工位加工體裝有銑頭4、立 柱5和數(shù)控下滑臺(tái)6。立柱上裝有可相對(duì)立柱豎向移動(dòng)的立柱滑臺(tái)5.1，銑頭 4固定于立柱滑臺(tái)5.1上，立柱滑臺(tái)由立柱伺服電機(jī)5.3經(jīng)絲杠傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)豎向 移動(dòng)，并帶動(dòng)銑頭4豎直方向快進(jìn)和工進(jìn)。加工時(shí)徑向進(jìn)給時(shí)，由立柱進(jìn)刀電 機(jī)5.2驅(qū)動(dòng)，經(jīng)滾珠絲杠帶動(dòng)立柱5并經(jīng)立柱滑臺(tái)帶動(dòng)銑頭4同時(shí)相對(duì)數(shù)控 下滑臺(tái)6徑向進(jìn)給移動(dòng)。數(shù)控下滑臺(tái)6的數(shù)控下滑座地腳螺栓孔在徑向X方向個(gè)數(shù)為兩個(gè)及以上, 由此可調(diào)整數(shù)控下滑座的地腳螺栓孔與地基的不同安裝位置，從而調(diào)整數(shù)控 下滑座和數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的徑向相對(duì)位置。見圖5,銑頭4從上至下設(shè)有驅(qū)動(dòng)用變頻電機(jī)4.1、順次傳動(dòng)連接的傳動(dòng)裝 置4.2、下端傳動(dòng)系統(tǒng)末級(jí)主軸4.3以及裝在其上的大模數(shù)硬質(zhì)合金成型銑刀 4.4。傳動(dòng)裝置4.2由箱體和其內(nèi)的一對(duì)傳動(dòng)傘齒輪4.21,4.22、六對(duì)傳動(dòng)斜齒 輪4.23,4.24,4.25,4.26,4.27,4.28和八根傳動(dòng)軸等組成。見圖4，圖6，銑刀為大模數(shù)硬質(zhì)合金成型銑刀4.4直徑①4=400 mm,厚度 b4=100 mm,斜角P 2=20° 。銑刀4.4的刀盤材質(zhì)為鋼和防震材料組成；成型 刀片材料為精加工為L(zhǎng)C610T，粗加工為L(zhǎng)C225T 。見圖8,本發(fā)明采用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(以下簡(jiǎn)述為工控機(jī)7.1)加運(yùn)動(dòng)控制卡 模式的開放式數(shù)控系統(tǒng)7包括如下部分①通用工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制卡7.2選用型號(hào) MPC 0 8卡，插入工控機(jī)的PCI插槽中，安裝￥0++專用程序7.3。由此被控 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的分度精度達(dá)到《4"，徑向進(jìn)給精度達(dá)到O.Olmm。②在工控機(jī)7.1 內(nèi)裝入數(shù)/模轉(zhuǎn)換卡即D / A卡和可編程序控制器P L C:工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制卡7.2 發(fā)出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換卡和P L C共同控制兩立柱5進(jìn)刀電機(jī)5.2、驅(qū)動(dòng) 兩刀具4.4的變頻電機(jī)4.1、冷卻電機(jī)和潤(rùn)滑電機(jī)等。③設(shè)與工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制卡 7.2連接的轉(zhuǎn)接板7.4與數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)伺服電機(jī)1.1、兩個(gè)立柱伺服電機(jī)5.3等連接 并發(fā)出信號(hào)進(jìn)行控制。另外也可以通過手脈發(fā)出數(shù)字信號(hào)，通過轉(zhuǎn)接板7.4控 制數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)1伺服電機(jī)1.1和兩個(gè)立柱5伺服電機(jī)5.3等，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的點(diǎn)動(dòng)調(diào) 整。 設(shè)與裝入工控機(jī)的輸入/輸出卡(1/0卡)連接的轉(zhuǎn)接板7.5，它與限位開 關(guān)連接，用于處理機(jī)床限位開關(guān)量及原點(diǎn)信號(hào)。轉(zhuǎn)接板7.5并與機(jī)床操作鍵連 接。⑤電源7.6由三相380伏經(jīng)變壓器一組降壓為220伏供工控機(jī);另一路分 別經(jīng)兩濾波器向全部驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電。轉(zhuǎn)接板7.4和7.5由開關(guān)電源供電并控制。 見圖7， ￥0++語言的專用程序7.3，由如下步驟組成 ①開機(jī)；②機(jī)床回原點(diǎn)；③水平方向進(jìn)刀:包括在下滑臺(tái)位置控制滾珠絲杠螺距 誤差的補(bǔ)償程序；包括豎向粗精加工內(nèi)齒時(shí)，徑向進(jìn)給程序粗加工時(shí)一次進(jìn)刀 25.4 mm，精加工時(shí)一次進(jìn)刀lmm;④轉(zhuǎn)臺(tái)分度完成:一個(gè)齒分度完成；⑤豎直方向 快進(jìn)；⑥豎直方向工進(jìn)采用不同速度，工進(jìn)速度隨時(shí)間增加為快-慢-快；⑦退 刀加工完一個(gè)齒:刀盤退刀豎直升至快進(jìn)起始位置；⑦進(jìn)入相鄰下一個(gè)齒的加工: 返回到轉(zhuǎn)臺(tái)分度，數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)周向轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距，重復(fù)上述^⑦步驟；⑧循環(huán)上述 步驟直到一個(gè)工件加工完成；⑨停止加工，卸裝工件。
權(quán)利要求
1.大模數(shù)高效高精度多工位可調(diào)式數(shù)控銑齒機(jī)，其特征是A.該銑齒機(jī)包括如下部分中心底部設(shè)由伺服電機(jī)(1.1)和蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)(1)，數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)上放隨其轉(zhuǎn)動(dòng)的帶齒的工件(3)和固定工件的銑齒工裝(2)；圍繞數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)在其周向可配置2-6個(gè)工位的加工體；每工位加工體裝有銑頭(4)、立柱(5)和其下面支撐立柱的數(shù)控下滑臺(tái)(6)；立柱(5)上裝有可相對(duì)立柱豎向移動(dòng)的立柱滑臺(tái)(5.1)，銑頭(4)固定于立柱滑臺(tái)(5.1)，設(shè)驅(qū)動(dòng)立柱滑臺(tái)和銑頭豎向移動(dòng)的立柱伺服電機(jī)(5.3)和豎向傳動(dòng)件；設(shè)驅(qū)動(dòng)立柱(5)并帶動(dòng)銑頭(4)同時(shí)相對(duì)數(shù)控下滑臺(tái)(6)徑向移動(dòng)的立柱進(jìn)刀電機(jī)(5.2)和徑向傳動(dòng)件滾珠絲杠；B.銑頭(4)從上至下設(shè)有驅(qū)動(dòng)用變頻電機(jī)(4.1)、順次傳動(dòng)連接的傳動(dòng)裝置(4.2)、傳動(dòng)系統(tǒng)末級(jí)主軸(4.3)以及裝在其上的大模數(shù)硬質(zhì)合金成型銑刀(4.4)；C.數(shù)控系統(tǒng)采用包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(7.1)和通用工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制卡(7.2)的開放式數(shù)控系統(tǒng)(7)。
2. 按權(quán)利要求1所述銑齒機(jī)，其特征是在數(shù)控下滑臺(tái)(6)的數(shù)控下滑座地腳 螺栓孔在徑向X方向個(gè)數(shù)為兩個(gè)及以上。
3. 按權(quán)利要求1所述銑齒機(jī)，其特征是大模數(shù)硬質(zhì)合金成型銑刀(4.4)直徑① 4為400 mm,厚度b4為100 mm，壓力角P 4為20° 。
4.按權(quán)利要求1所述銑齒機(jī)，其特征是銑刀(4.4)的刀盤材質(zhì)為鋼和防震材 料組成；成型刀片材料精加工為L(zhǎng)C610T，粗加工為L(zhǎng)C225T。
5..按權(quán)利要求1所述銑齒機(jī)，其特征是所述傳動(dòng)裝置(4，2)內(nèi)除錐齒輪外的 全部傳動(dòng)齒輪均采用斜齒輪。
6. 按權(quán)利要求1所述銑齒機(jī)數(shù)控方法，其特征是開放式數(shù)控系統(tǒng)(7)內(nèi)設(shè)有 ￥0++語言的應(yīng)用程序(7.3)，有如下步驟①開機(jī)；②機(jī)床回原點(diǎn)；③水平方向進(jìn)刀；④轉(zhuǎn)臺(tái)分度完成；⑤豎直方向 快進(jìn)；⑥豎直方向工進(jìn)工進(jìn)速度隨時(shí)間增加為快--慢-快；⑦退刀加工完一 個(gè)齒:刀盤退刀豎直升至快進(jìn)起始位置；⑧進(jìn)入相鄰下一個(gè)齒的加工返回 到轉(zhuǎn)臺(tái)分度，數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)周向轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距，重復(fù)上述④ ⑦步驟；⑨循環(huán)上述 步驟,一個(gè)工件加工完成；⑩停止加工卸裝工件。
7. 按權(quán)利要求6所述銑齒機(jī)數(shù)控方法，其特征是在③水平方向進(jìn)刀中徑向 進(jìn)給程序有粗加工時(shí)一次進(jìn)給25.35mm，精加工時(shí)一次進(jìn)給1mm。
8. 按權(quán)利要求6所述銑齒機(jī)數(shù)控方法，其特征是在③水平方向進(jìn)刀中設(shè)有 控制下滑臺(tái)位置的滾珠絲杠螺距誤差補(bǔ)償程序。
全文摘要
大模數(shù)高效高精度多工位可調(diào)式數(shù)控銑齒機(jī)及數(shù)控方法。設(shè)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，其上放齒輪工件和銑齒工裝；周向設(shè)2-6個(gè)工位，每工位有銑頭、立柱和可相對(duì)徑向移動(dòng)的數(shù)控下滑臺(tái)；銑頭與立柱間裝可相對(duì)豎向切削的立柱滑臺(tái)。銑頭從上至下有變頻電機(jī)、傳動(dòng)裝置、主軸及銑刀。總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多工位功效提高。用大模數(shù)硬質(zhì)合金成型銑刀和材質(zhì)，精度達(dá)國(guó)標(biāo)7級(jí)，且實(shí)現(xiàn)一次徑向切削的高速加工。采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制卡的開放式數(shù)控系統(tǒng)，并提供了量體裁衣地VC++專用程序，節(jié)約大量開發(fā)費(fèi)用；使轉(zhuǎn)臺(tái)分度精度≤4″，進(jìn)給精度達(dá)0.01mm。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了大模數(shù)銑齒機(jī)高效高精度加工，與常規(guī)插齒機(jī)比，采用兩工位提高工效2.5倍，成本由4848萬元下降為100多萬元?？捎糜诖竽?shù)齒輪，特別是風(fēng)力發(fā)電變槳軸承內(nèi)齒的加工。
文檔編號(hào)B23F1/06GK101219490SQ200810045270
公開日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2008年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月28日
發(fā)明者文鑒恒 申請(qǐng)人:文鑒恒