專利名稱：力矩電機直驅(qū)銑齒主軸箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種齒輪機械加工設(shè)備，特別涉及一種圓柱齒輪數(shù)控銑齒機的力矩電機直驅(qū)銑齒主軸箱。
背景技術(shù)：
大型圓柱齒輪廣泛應用于礦山、冶金、化工等行業(yè)的機械傳動，是非常重要的機械制造基礎(chǔ)件。傳統(tǒng)的大型圓柱齒輪加工方式通常采用滾削或插削，效率很低。近年來隨著數(shù)控技術(shù)、刀具技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，利用數(shù)控成形銑齒機銑削大齒輪的工藝逐步被推廣應用。數(shù)控成形銑齒機配置鑲有不重磨刀片的成形盤銑刀，利用無瞬心包絡(luò)法直接將齒形銑削成形，是一種高效率的大型齒輪加工機床。該機床由床身、立柱、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和主軸箱等幾個主要部件組成，要求整機具備高剛度、高可靠性，能夠適應連續(xù)工作制下的強力切削負載。·數(shù)控銑齒機的主軸箱是機床極其重要的一個組成部件，它不僅決定了齒輪銑削過程的動力參數(shù)，而且其自身精度和剛度很大程度上影響齒輪成形銑削的精度。常見的銑齒機主軸箱均采用齒輪傳動結(jié)構(gòu)，即通過伺服主軸電機、減速齒輪傳動后驅(qū)動成形盤銑刀實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)主運動。齒輪傳動的主軸箱存在以下幾個問題采用齒輪傳動的主軸箱為了滿足小直徑內(nèi)齒圈的銑削，同時受制于盤銑刀直徑制約，其箱體結(jié)構(gòu)強度和齒輪強度在設(shè)計過程中往往被削弱。另一方面，由于強力銑齒是一個斷續(xù)切削的過程，切削力幅值大、變化范圍大，且隨著銑齒過程表現(xiàn)出較強的非對稱性和周期性。因此，強力銑齒的負載特性容易造成主軸箱產(chǎn)生諧振，形成盤銑刀在銑削過程的讓刀，從而影響了齒輪銑削的精度和表面粗糙度。主軸箱中采用了多級斜齒輪傳動，傳動鏈長，對主軸箱的各齒輪安裝孔、各孔之間的中心距及形位公差要求極高，制造困難，成本高。在實際生產(chǎn)過程中，由于齒輪箱體、齒輪、傳動軸等多個中間環(huán)節(jié)的制造誤差，造成傳動系統(tǒng)產(chǎn)生較大的累積反向間隙，齒輪之間無法形成有效地預載。齒輪銑削過程中的高頻激振負載作用在具有反向間隙及無預載的齒輪柔性體上，極容易使得這種帶間隙的雙線滯回系統(tǒng)產(chǎn)生強烈非線性振蕩，從而產(chǎn)生極大的噪聲污染，并降低了工件的加工精度及表面粗糙度。另外，由于強烈振蕩形成的強力沖擊使齒輪表面載荷嚴重集中，容易產(chǎn)生局部應力過高，導致齒面點蝕損壞，縮短了主軸箱的使用壽命。
發(fā)明內(nèi)容針對齒輪傳動的主軸箱存在整體結(jié)構(gòu)剛性差、噪音大、齒輪易點蝕，加工表面有振紋等技術(shù)問題，本實用新型提出了一種基于力矩電機、同步帶傳動的力矩電機直驅(qū)銑齒主軸箱。這種主軸箱利用同步帶的傳動特性有效地克服了齒輪傳動主軸箱存在的問題，其具體技術(shù)方案如下一種力矩電機直驅(qū)銑齒主軸箱，包括低速大扭矩力矩電機I、主動同步帶輪軸3、第一主動同步帶輪4、第二主動同步帶輪8、主軸箱體9、電機支架21、第一同步帶10、第二同步帶20、盤形銑刀11、被動同步帶輪軸14和刀桿15，所述低速大扭矩力矩電機I與主動同步帶輪軸3連接，主動同步帶輪軸3的兩端分別設(shè)有第一主動同步帶輪4和第二主動同步帶輪8，第一主動同步帶輪4和第二主動同步帶輪8設(shè)置在主軸箱體9內(nèi)，第一主動同步帶輪4和第二主動同步帶輪8分別和第二同步帶20和第一同步帶10連接,第一主動同步帶輪4和第二主動同步帶輪8連接被動同步帶輪軸14，被動同步帶輪軸14內(nèi)設(shè)有刀桿15，刀桿15上設(shè)有盤形銑刀11。所述低速大扭矩力矩電機I通過聯(lián)軸器2與主動同步帶輪軸3連接。所述主動同步帶輪軸3上設(shè)有第一帶輪軸軸承5和第二帶輪軸軸承7，第一帶輪軸軸承5和第二帶輪軸軸承7外部設(shè)置帶輪軸支架6。所述被動同步帶輪軸14上設(shè)有內(nèi)軸承蓋12和外軸承蓋18?！に霰粍油綆л嗇S14上設(shè)有內(nèi)唇形密封13和外唇形密封17。所述被動同步帶輪軸14上設(shè)有鎖緊螺母16和主軸軸承19。所述第一同步帶10和第二同步帶20之間設(shè)有皮帶張緊組件22。所述盤形銑刀11與工件23接觸。力矩電機驅(qū)動的銑齒主軸箱包括主軸箱體、帶水冷的力矩電機及電機支架、雙邊同步帶傳動系統(tǒng)、皮帶張緊系統(tǒng)、主軸支承結(jié)構(gòu)、盤形銑刀等幾個主要組成部分。各個部分的具體技術(shù)方案分述如下主傳動系統(tǒng)方案主傳動系統(tǒng)將力矩電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩通過中間環(huán)節(jié)傳遞到盤形銑刀上，實現(xiàn)齒輪銑削主運動。其傳動鏈路為大扭矩直驅(qū)力矩電機一大同步帶輪一圓弧齒同步帶一小同步帶輪一主軸一盤形銑刀。整體鑄鋼的象鼻式箱體利用ZG270-500鑄鋼一次性將主軸箱體整體鑄造成形，箱體呈倒U字形，包括與垂直進給拖板連接的后部過度部分，安裝刀盤的前部支撐結(jié)構(gòu)，以及連接箱體前后部分的中間過渡箱體。低速大扭矩力矩電機驅(qū)動主軸額定轉(zhuǎn)速為150rpm的交流永磁同步低速大扭矩力矩電機安裝在主軸箱體的頂部，電機輸出軸通過脹緊套與大同步帶輪相連，再利用同步帶將與主軸固連的小同步帶輪和大同步帶輪相嚙合，使得主軸獲得IOOrpm的額定轉(zhuǎn)速，滿足盤形銑刀轉(zhuǎn)速要求。力矩電機配置有獨立的水冷系統(tǒng)。雙邊同步帶傳動結(jié)構(gòu)力矩電機輸出軸分別與布置在箱體兩側(cè)的兩個大同步帶輪相連，再通過兩個獨立傳動的圓弧齒同步帶分別與布置在刀盤兩側(cè)的兩個小同步帶輪相連，兩個小同步帶輪從盤形刀盤的兩側(cè)同時驅(qū)動刀盤作旋轉(zhuǎn)主運動。在兩側(cè)同步帶上分別裝有由調(diào)整杠桿和滾動軸承組成的皮帶張緊裝置，通過調(diào)節(jié)杠桿的位置實現(xiàn)皮帶張緊功倉泛。主軸支撐及刀盤鎖緊結(jié)構(gòu)盤形銑刀具有內(nèi)孔和端面鍵槽，刀盤通過內(nèi)孔安裝在刀桿上，刀盤的端面鍵槽與和小同步帶輪相連的端面鍵相配合實現(xiàn)扭矩傳遞。安裝刀盤的刀桿兩端分別支撐在刀盤兩側(cè)的主軸上，主軸由成對安裝的圓錐滾子軸承支撐在主軸箱的主軸孔中，滿足主軸、刀桿和刀盤的支撐和旋轉(zhuǎn)要求。設(shè)計成階梯狀的刀桿一端加工有鎖緊螺紋，通過鎖緊螺母拉緊刀桿、刀盤和主軸組件，即可夾緊刀盤。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下優(yōu)點[0022]本實用新型通過張緊的圓弧齒同步帶將低速大扭矩力矩電機和盤形銑刀直接相連，傳動路徑短，傳動效率高；張緊的同步帶可實現(xiàn)無側(cè)隙的平穩(wěn)傳動，避免了波動切削負載造成傳動系統(tǒng)的非線性振動，降低了切削噪音，改善了切削齒面的表面粗糙度，避免了齒輪傳動中齒面沖擊點 蝕的危險。本實用新型的整體式的鑄鋼箱體具有很高的動、靜剛度特性。高的靜剛度可以有效的降低由于非對稱切削力造成的主軸箱側(cè)向讓刀，提高了齒輪加工的精度；高的動剛度使得主軸箱低階模態(tài)不容易為波動負載所激振，延長了刀具的切削壽命。本實用新型的整個主軸箱僅有箱體、力矩電機、主軸系統(tǒng)和同步帶傳動系統(tǒng)等組成，減少了大量高精度齒輪、軸承等中間傳動元件，降低了主軸箱體加工的工作量和精度要求，同時也減少了主軸箱的裝配工作量，縮短了整個主軸箱的制造周期，極大的降低了主軸箱的制造成本。

圖I是本實用新型主軸箱的正面剖視圖。圖2是本實用新型主軸箱的側(cè)視圖。圖中1為低速大扭矩力矩電機；2為聯(lián)軸器；3為主動同步帶輪軸；4為第一主動同步帶輪、8為第二主動同步帶輪；5為第一帶輪軸軸承、7為第二帶輪軸軸承；6為帶輪軸支架；9為主軸箱體；10為第一同步帶、20為第二同步帶；11為盤形統(tǒng)刀；12為內(nèi)軸承蓋、18為外軸承蓋；13為內(nèi)唇形密封、17為外唇形密封；14為被動同步帶輪軸；15為刀桿；16為鎖緊螺母；19為主軸軸承；21為電機支架；22為皮帶張緊組件；23為工件。
具體實施方案為了進一步了解本實用新型的內(nèi)容、特點和功能，通過以下的施行實例，并結(jié)合附圖說明如下一種力矩電機直驅(qū)銑齒主軸箱，包括低速大扭矩力矩電機I、主動同步帶輪軸3、第一主動同步帶輪4、第二主動同步帶輪8、主軸箱體9、電機支架21、第一同步帶10、第二同步帶20、盤形銑刀11、被動同步帶輪軸14和刀桿15，所述低速大扭矩力矩電機I與主動同步帶輪軸3連接，主動同步帶輪軸3的兩端分別設(shè)有第一主動同步帶輪4和第二主動同步帶輪8，第一主動同步帶輪4和第二主動同步帶輪8設(shè)置在主軸箱體9內(nèi)，第一主動同步帶輪4和第二主動同步帶輪8分別和第二同步帶20和第一同步帶10連接,第一主動同步帶輪4和第二主動同步帶輪8連接被動同步帶輪軸14，被動同步帶輪軸14內(nèi)設(shè)有刀桿15，刀桿15上設(shè)有盤形銑刀11。低速大扭矩力矩電機I通過聯(lián)軸器2與主動同步帶輪軸3連接。主動同步帶輪軸3上設(shè)有第一帶輪軸軸承5和第二帶輪軸軸承7，第一帶輪軸軸承5和第二帶輪軸軸承7外部設(shè)置帶輪軸支架6。被動同步帶輪軸14上設(shè)有內(nèi)軸承蓋12和外軸承蓋18。被動同步帶輪軸14上設(shè)有內(nèi)唇形密封13和外唇形密封17。被動同步帶輪軸14上設(shè)有鎖緊螺母16和主軸軸承19。第一同步帶10和第二同步帶20之間設(shè)有皮帶張緊組件22。[0036]盤形銑刀11與工件23接觸。如圖I、圖2所示，整體鑄造的主軸箱體9呈到U字形，主軸箱體9左邊與機床垂直拖板連接，主軸箱體9右邊安裝刀盤、動力傳遞系統(tǒng)等部件。實際加工過程中，將主軸箱體9右部置于工件23的孔內(nèi)，進行由下至上的順銑或由上至下的逆銑。如圖I所示，用螺釘將電機支架21固定在箱體的左邊并將電機支架的上平面與主軸箱上平面找平。低速大扭矩力矩電機I安裝在電機支架21上，電機輸出軸通過聯(lián)軸器2與主動同步帶輪軸3連接。主動同步帶輪軸3通過一對角接觸球軸承，即第一帶輪軸軸承5和第二帶輪軸軸承7支撐在帶輪軸支架6上與力矩電機同步旋轉(zhuǎn)，并將第一主動同步帶輪4和第二主動同步帶輪8通過脹套分別固定在軸的兩端。帶輪軸 支架6安裝在主軸箱體9上平面，支撐整個主動同步帶輪軸系，安裝時通過調(diào)整帶輪軸支架下部的墊板22保證軸系的中心高與電機輸出軸等高。圖I下部是主軸箱刀具支撐系統(tǒng)。刀具為盤狀成形銑刀11，用內(nèi)孔和刀桿15實現(xiàn)小間隙配合以減低銑削過程中的徑向跳動，刀具四周鑲有不重磨的硬質(zhì)合金刀片，刀具磨損后直接更換新刀片。刀桿15呈階梯狀，分別支撐在左右主軸上，為便于更換刀盤，刀桿15與左右主軸孔之間采用小間隙配合。左右主軸結(jié)構(gòu)形式相同，僅以右端主軸為例介紹。被動同步帶輪軸14內(nèi)孔與刀桿軸右端配合，右主軸兩端分別用兩個高精度圓錐滾子主軸軸承19支撐在主軸箱體的軸承孔上，實現(xiàn)右主軸的旋轉(zhuǎn)運動；右主軸中段外圓上加工有圓弧齒形，起到被動同步帶輪軸的作用，實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩傳遞。在第一主動同步帶輪4和第二主動同步帶輪8和被動同步帶輪軸14之間,用第一同步帶10和第二同步帶20實現(xiàn)傳動連接；第一同步帶10和第二同步帶20分別通過圖2中兩組完全相同的皮帶張緊組件22實現(xiàn)皮帶預緊，保證圓弧齒同步帶處于正確的嚙合位置。兩組同步帶實現(xiàn)雙邊同步驅(qū)動，可實現(xiàn)扭矩均載，減小同步帶傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸，增大主軸箱的設(shè)計尺寸，提高主軸箱的切削動、靜剛度。為了防止切削過程中的刀盤振動，刀盤在切削過程中需要鎖緊。鎖緊結(jié)構(gòu)通過壓在刀盤左端面的刀桿左端軸肩和刀桿的右端鎖緊螺紋來實現(xiàn)。刀盤鎖緊時，并緊鎖緊螺母16，刀桿左端軸肩將盤形銑刀11和被動同步帶輪軸14固定在一起，并通過右端的被動同步帶輪軸14的左端面實現(xiàn)刀盤的軸向定位。為傳遞切削扭矩，刀盤的兩個端面設(shè)有端面鍵槽，左右主軸與刀盤接觸的端面設(shè)有端面鍵，通過端面鍵和鍵槽的配合，實現(xiàn)電機扭矩到刀盤的傳遞。本實用新型的工作過程如下按要求檢查雙側(cè)同步帶的張緊情況，刀桿主軸系統(tǒng)的徑跳和軸向竄動，確認主軸箱體9工作狀態(tài)良好。松開鎖緊螺母16，從左端抽出刀桿15，將盤形銑刀11用刀盤托架放置在主軸箱體9中間，裝上刀桿15并擰緊鎖緊螺母16，更換刀盤的硬質(zhì)合金刀片。啟動力矩電機，將低速大扭矩力矩電機I調(diào)速至合適的轉(zhuǎn)速，低速大扭矩力矩電機I通過主軸箱體9雙側(cè)的圓弧齒同步帶傳遞系統(tǒng)將扭矩分別傳遞至左右主軸，實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的均載傳遞，滿足大功率強力切削的需要。由于同步帶具有彈性、無側(cè)隙的嚙合特點，能夠有效地降低并吸收切削過程中的振動，保證切削齒面的粗糙度和齒形切削精度。左右主軸通過端面鍵將扭矩進一步傳遞到刀具上克服切削抗力。刀具按圖2標識方向為逆時針旋轉(zhuǎn)，當主軸箱體9相對于工件向上運動時實現(xiàn)順統(tǒng),反之為逆統(tǒng)。[0046]經(jīng)實驗驗證，本實施例采用直徑400mm的硬質(zhì)合金成形盤銑刀，力矩電機轉(zhuǎn)速為IOOrpm,切削齒輪模數(shù)20，一次全齒深切削，穩(wěn)定軸向切削走刀速度可達300mm/min，切削過程穩(wěn)定，噪音低于90dB，表面粗糙度達I. 6。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1.一種力矩電機直驅(qū)銑齒主軸箱，其特征是包括低速大扭矩力矩電機(I)、主動同步帶輪軸(3)、第一主動同步帶輪(4)、第二主動同步帶輪(8)、主軸箱體(9)、電機支架(21)、第一同步帶(10)、第二同步帶(20)、盤形銑刀(11)、被動同步帶輪軸(14)和刀桿(15)，所述低速大扭矩力矩電機(I)與主動同步帶輪軸(3)連接，主動同步帶輪軸(3)的兩端分別設(shè)有第一主動同步帶輪(4)和第二主動同步帶輪(8),第一主動同步帶輪(4)和第二主動同步帶輪(8)設(shè)置在主軸箱體(9)內(nèi)，第一主動同步帶輪(4)和第二主動同步帶輪(8)分別和第二同步帶(20)和第一同步帶(10)連接,第一主動同步帶輪(4)和第二主動同步帶輪(8)連接被動同步帶輪軸(14)，被動同步帶輪軸(14)內(nèi)設(shè)有刀桿(15)，刀桿(15)上設(shè)有盤形銑刀(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的力矩電機直驅(qū)銑齒主軸箱，其特征在于所述低速大扭矩力矩電機(I)通過聯(lián)軸器(2 )與主動同步帶輪軸(3 )連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的力矩電機直驅(qū)銑齒主軸箱，其特征在于所述主動同步帶輪軸(3)上設(shè)有第一帶輪軸軸承(5)和第二帶輪軸軸承(7)，第一帶輪軸軸承(5)和第二帶輪軸軸承(7)外部設(shè)置帶輪軸支架(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的力矩電機直驅(qū)銑齒主軸箱，其特征在于所述被動同步帶輪軸(14)上設(shè)有內(nèi)軸承蓋(12)和外軸承蓋(18)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的力矩電機直驅(qū)銑齒主軸箱，其特征在于所述被動同步帶輪軸(14)上設(shè)有內(nèi)唇形密封(13)和外唇形密封(17)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的力矩電機直驅(qū)銑齒主軸箱，其特征在于所述被動同步帶輪軸(14)上設(shè)有鎖緊螺母(16)和主軸軸承(19)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的力矩電機直驅(qū)銑齒主軸箱，其特征在于所述第一同步帶(10)和第二同步帶(20)之間設(shè)有皮帶張緊組件(22)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的力矩電機直驅(qū)銑齒主軸箱，其特征在于所述盤形銑刀(11)與工件(23)接觸。
專利摘要一種力矩電機直驅(qū)銑齒主軸箱，其特征是包括低速大扭矩力矩電機(1)、主動同步帶輪軸(3)、第一主動同步帶輪(4)、第二主動同步帶輪(8)、主軸箱體(9)、電機支架(21)、第一同步帶(10)、第二同步帶(20)、盤形銑刀(11)、被動同步帶輪軸(14)和刀桿(15)，本實用新型通過張緊的圓弧齒同步帶將低速大扭矩力矩電機和盤形銑刀直接相連，傳動路徑短，傳動效率高；張緊的同步帶可實現(xiàn)無側(cè)隙的平穩(wěn)傳動，避免了波動切削負載造成傳動系統(tǒng)的非線性振動，降低了切削噪音，改善了切削齒面的表面粗糙度，避免了齒輪傳動中齒面沖擊點蝕的危險。
文檔編號B23B19/00GK202726068SQ20122027803
公開日2013年2月13日 申請日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者方成剛, 黃筱調(diào), 洪榮晶, 于春建 申請人:南京工大數(shù)控科技有限公司