一種直驅(qū)零傳動(dòng)全數(shù)控臥式滾齒機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種滾齒機(jī)制造技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種直驅(qū)零傳動(dòng)全數(shù)控臥式滾齒機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]在齒輪機(jī)制造加工技術(shù)領(lǐng)域中，齒輪是廣泛用于各種傳動(dòng)軸動(dòng)力傳遞的通用零部件，傳統(tǒng)制造加工工藝大多使用滾齒機(jī)進(jìn)行粗加工，然后進(jìn)行精細(xì)磨削加工，由于滾齒機(jī)精度與效率均不能滿足齒輪工藝水平的需要，造成齒輪生產(chǎn)加工效率低、成本高。
[0003]現(xiàn)有的數(shù)控臥式滾齒機(jī)床一般是在普通的機(jī)械式滾齒機(jī)床上進(jìn)行改裝，將機(jī)械式滾齒機(jī)床上的普通電機(jī)更換成伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，各軸傳動(dòng)鏈還是通過齒輪、渦輪等機(jī)械部件傳動(dòng)，所以其加工精度上沒有提高，只是降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提升生產(chǎn)效率；現(xiàn)有的數(shù)控臥式滾齒機(jī)床，有部分軸是通過伺服電機(jī)傳動(dòng)的，雖然各軸傳動(dòng)鏈中多級(jí)齒輪等機(jī)械部件傳動(dòng)有所簡(jiǎn)化，但還是采用機(jī)械式傳動(dòng)較多，仍然無法徹底消除累積誤差與分度誤差的影響；采用機(jī)械式傳動(dòng)，傳動(dòng)誤差大、傳動(dòng)精度低、加工速度慢、設(shè)備故障率高、維修復(fù)雜。齒輪加工精度決定了齒輪應(yīng)用中所發(fā)揮的作用，在整體加工過程中，只要有一個(gè)軸的傳動(dòng)存在非直驅(qū)模式，就會(huì)影響到整體機(jī)床的加工精度的提高，而齒輪本身也會(huì)存在磨損，從而進(jìn)一步增加傳動(dòng)齒輪軸的加工精度，也會(huì)影響到整個(gè)機(jī)床的使用壽命。
[0004]發(fā)明專利CN102825340A，公開了一種數(shù)控滾齒機(jī)，是通過普通數(shù)滾流齒機(jī)進(jìn)行改造，將普通數(shù)控滾齒機(jī)中的展成運(yùn)動(dòng)部件的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)電機(jī)主軸與滾刀主軸、電機(jī)與工作臺(tái)的之間的零傳動(dòng)；借此來提高普通數(shù)控滾齒機(jī)的加工精度；缺點(diǎn)是對(duì)普通數(shù)控滾齒機(jī)的改進(jìn)存在先天不足，僅僅實(shí)現(xiàn)了電機(jī)與滾刀軸、工作臺(tái)的零傳動(dòng)，對(duì)于其它主軸的控制與傳動(dòng)仍然存在加工誤差，是較早期的技術(shù)改造，難以實(shí)現(xiàn)高精度加工。
[0005]發(fā)明專利CN101298106A，公開了一種零傳動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)，其驅(qū)動(dòng)滾刀旋轉(zhuǎn)的第二主軸與伺服電機(jī)直接連接，滾刀絲杠螺母中的絲杠與相應(yīng)的伺服電機(jī)直接連接，但是驅(qū)動(dòng)工件主軸C的方式仍然為是通過一齒輪組驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，只能是有限減小傳動(dòng)誤差。
[0006]實(shí)用新型專利CN202726203U，公開了一種全自動(dòng)七軸雙直驅(qū)數(shù)控干切滾齒機(jī)，機(jī)床的所有移動(dòng)軸均為數(shù)控軸，刀具主軸B和工件主軸C雙直驅(qū)技術(shù)；但缺點(diǎn)是:刀架體上的伺服電機(jī)連接減速機(jī)，減速機(jī)通過聯(lián)軸器連接滾珠絲杠，滾珠絲杠上裝有左支架和右支架，直驅(qū)的刀架體仍然有滾珠絲杠傳動(dòng)，也就是說控制刀具主軸B位移的進(jìn)刀軸X與走刀軸Z均沒有實(shí)現(xiàn)直驅(qū)方式，所以無法避免累積誤差的分度誤差的產(chǎn)生，加工精度無法提高。雖然是全數(shù)控，但是并非是全直驅(qū)。
[0007]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中，臥式滾齒機(jī)床的工件主軸與刀具主軸以及相關(guān)的三座標(biāo)軸控制上，還或多或少的保留著齒輪傳動(dòng)方式，也正是因?yàn)樵陉P(guān)鍵的工件主軸與刀具主軸方向上，沒有根本性的改革，致使目前制造加齒輪工工藝的精度不夠好，生產(chǎn)的效率不高，臥式滾齒機(jī)床的運(yùn)行穩(wěn)定性不良，難以實(shí)施齒輪的二次加工；缺乏一種高效率高精度全數(shù)控的臥式滾齒機(jī)床，來滿足實(shí)際制造與生產(chǎn)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種直驅(qū)零傳動(dòng)全數(shù)控臥式滾齒機(jī)床，針對(duì)齒輪制造加工中所存在的缺陷問題，徹底去除數(shù)控臥式滾齒機(jī)床刀具主軸的二個(gè)中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)齒輪和工件主軸的二個(gè)中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)齒輪，在關(guān)系到被加工工件的精度軸上，全部采用直驅(qū)式零傳動(dòng)模式，從根本上避免由于齒輪傳動(dòng)造成的累積誤差和分度誤差，提高工件的加工精度；采用全數(shù)控方式提高整體臥式滾齒機(jī)床的批量生產(chǎn)效率；分齒與差動(dòng)實(shí)行全閉環(huán)控制，確保整臺(tái)臥式滾齒機(jī)床的穩(wěn)定性運(yùn)行；優(yōu)化整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和對(duì)刀功能，實(shí)現(xiàn)高精度高效率的齒輪制造加工和二次滾齒加工。
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種直驅(qū)零傳動(dòng)全數(shù)控臥式滾齒機(jī)，包括滾齒機(jī)構(gòu)成①、滾齒機(jī)組件②、位置與連接③、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)④、傳動(dòng)系統(tǒng)⑤、數(shù)控系統(tǒng)⑥和配套裝置⑦，以及性能和功能特征⑧，其特征在于:
[0010]所述直驅(qū)零傳動(dòng)全數(shù)控臥式滾齒機(jī)的整體加工精度和效率，與滾齒機(jī)的各項(xiàng)要素緊密相關(guān)，從整體的硬件、結(jié)構(gòu)、位置、連接、驅(qū)動(dòng)方式、傳動(dòng)模式、數(shù)控措施，到整體所體現(xiàn)出來的性能和功能都會(huì)直接影響到滾齒機(jī)的加工精度與效率；在這方面符合木桶原理，只要其中有一塊短板，則整桶水平就無法升高；只要有一個(gè)軸向在結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)、控制等要素中存在缺陷，整體滾齒機(jī)的加工精度和效率以及相關(guān)的功能也就無法得到提升。為此本發(fā)明在上述的各項(xiàng)要素中均提出了相對(duì)應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，從而才能在整體滾齒機(jī)的加工精度和效率上，真正實(shí)現(xiàn)顯著的、質(zhì)的提升。
[0011]①所述滾齒機(jī)的構(gòu)成，包括機(jī)床體、工件控制部、刀具部、位移控制部、防護(hù)罩、尾座箱、排屑裝置、冷卻裝置、液壓裝置和電氣柜。
[0012]所述滾齒機(jī)是按照范成法亦稱展成法進(jìn)行齒輪加工的；所述范成法是根據(jù)一對(duì)齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，兩輪的齒廓互為共軛曲線的原理來加工的。齒輪滾刀切齒時(shí)，滾刀的形狀像一個(gè)螺旋，其在輪坯端面上的投影是一齒條，當(dāng)滾刀連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于一根無限長(zhǎng)的投影齒條向前移動(dòng)。加工直齒圓柱齒輪時(shí)，由于滾刀的螺旋線必須與直齒輪的齒向一致，因此需要把滾刀軸線傾斜一個(gè)螺旋升角；滾刀與輪坯的相對(duì)運(yùn)動(dòng)有兩個(gè)，一個(gè)是范成運(yùn)動(dòng)，為切制出所需齒數(shù)，另一個(gè)是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，滾刀沿輪坯軸線方向移動(dòng)。
[0013]所述機(jī)床體上設(shè)有驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的直驅(qū)式工件主軸箱，所述工件主軸箱中設(shè)置有工件主軸C，即C軸；所述機(jī)床體上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)滾刀旋轉(zhuǎn)的直驅(qū)式刀具主軸箱，所述的刀具主軸箱設(shè)置有刀具主軸B，即B軸；所述機(jī)床體上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)刀具主軸箱按加工要求沿著X、Y、Z方向平移的平移裝置，驅(qū)動(dòng)刀具主軸箱按加工要求沿著YZ平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的刀具角度調(diào)整裝置，即A軸；所述的Χ、Υ、Ζ在空間內(nèi)兩兩垂直，進(jìn)刀軸X沿前后方向設(shè)置，竄刀軸Y沿上、下方向設(shè)置，走刀軸Z沿左右方向設(shè)置。在機(jī)床體前方還設(shè)置有激光對(duì)刀裝置，便于工件重新裝夾后的二次加工。
[0014]所述機(jī)床體的另一端設(shè)有可移動(dòng)尾座箱，尾座箱通過滑動(dòng)面可在機(jī)床體上移動(dòng)。尾座箱上設(shè)有尾座頂尖，尾座頂尖與直驅(qū)式工件主軸C同軸相對(duì)設(shè)置，通過尾座套筒由油缸組件驅(qū)動(dòng)可沿其軸向伸縮移動(dòng)，頂緊或松開待加工工件的回轉(zhuǎn)中心。在尾座箱體左端與尾座套筒之間，設(shè)置有4個(gè)剎緊油缸，消除尾座套筒與尾座箱體之間的間隙。
[0015]所述的機(jī)床體上方設(shè)置有防護(hù)罩，可開啟與關(guān)閉，用于整機(jī)的防護(hù)；所述所述機(jī)床體中間設(shè)置有排屑口，所述排屑口與自動(dòng)排屑裝置連通，并自動(dòng)將加工鐵屑排出機(jī)床體之外；在所述的機(jī)床體之外，還配套設(shè)置有冷卻裝置、液壓裝置和電氣柜，為本發(fā)明滾齒機(jī)提供配套裝備。
[0016]②所述滾齒機(jī)組件，包括:六個(gè)主軸，主軸箱，進(jìn)給箱，拖板機(jī)構(gòu),連軸結(jié),托架托板坐寸ο
[0017]所述機(jī)床體上，設(shè)置有工件主軸C ;刀具主軸B軸；刀角調(diào)節(jié)主軸A ;所述工件主軸C設(shè)置于工作臺(tái)上并與工作臺(tái)面平行，所述刀具主軸B設(shè)置于刀具主軸箱上并與工作臺(tái)面垂直，所述刀角調(diào)節(jié)軸A設(shè)置于進(jìn)刀軸X進(jìn)給箱上并與工作臺(tái)面平行，用于調(diào)整控制刀具角度；所述刀具主軸箱設(shè)置于三維控制臺(tái)上，所述三維控制臺(tái)設(shè)置于機(jī)床體中部；所述三維工作臺(tái)上設(shè)置有X、Y、Z三個(gè)移動(dòng)軸，所述走刀軸Z為沿工作臺(tái)平行方向移動(dòng)的軸，所述進(jìn)刀軸X設(shè)置于X進(jìn)給箱中，控制前后方向的進(jìn)給移動(dòng)；所述竄刀軸Y設(shè)置于所述刀具主軸B的后方，與所述刀具主軸B平行設(shè)置，控制刀具主軸箱的上下移動(dòng)。所述走刀軸Z設(shè)置有走刀軸Z托板機(jī)構(gòu)；所述竄刀軸Y設(shè)置有竄刀軸Y板機(jī)構(gòu)。所述工件主軸C設(shè)置有工件主軸箱；所述進(jìn)刀軸X設(shè)置有進(jìn)刀軸X主軸箱；所述刀具主軸B設(shè)置有刀具主軸箱。各種主軸與驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)部分通過連軸結(jié)或者板托架連接。
[0018]③所述滾齒機(jī)的位置與連接，
[0019]所述的刀具平移裝置和刀角調(diào)節(jié)裝置包括可沿走刀軸Z方向平移的走刀軸Z托板機(jī)構(gòu)、可沿進(jìn)刀軸X方向平移的進(jìn)刀軸X進(jìn)給箱、可沿竄刀軸Y平移的竄刀軸Y拖板機(jī)構(gòu)。以及驅(qū)動(dòng)刀具主軸箱在YZ平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的刀具角度調(diào)整裝置。走刀軸Z托板機(jī)構(gòu)通過直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副設(shè)置在機(jī)床體上，進(jìn)刀軸X進(jìn)給箱通過滑動(dòng)導(dǎo)軌副設(shè)置在走刀軸Z托板機(jī)構(gòu)上，竄刀軸Y拖板機(jī)構(gòu)設(shè)置在進(jìn)刀軸X進(jìn)給箱前端，刀角調(diào)節(jié)軸A通過渦輪副設(shè)置在進(jìn)刀軸X進(jìn)給箱左上部。
[0020]所述的直驅(qū)式工件主軸箱設(shè)置在機(jī)床體的一端，工件主軸C (旋轉(zhuǎn)軸)，由空心伺服電機(jī)通過連接件直接同軸驅(qū)動(dòng)。工件主軸C為空心軸，其右端設(shè)有伸縮夾緊式工件夾頭組件。
[0021]直驅(qū)式工件主軸C的轉(zhuǎn)速由上位控制系統(tǒng)依據(jù)直驅(qū)式刀具主軸B的轉(zhuǎn)速根據(jù)展成法加工原理自動(dòng)跟隨。工件主軸C的實(shí)際圓周位置由同軸安裝的高精度編碼器確定。
[0022]直驅(qū)式刀具主軸箱包括刀具主軸箱體、刀具主軸B、刀桿、空心伺服電機(jī)、連接器、刀桿拉桿、高精度編碼器和托架；刀具主軸B設(shè)置為B軸(旋轉(zhuǎn)軸)，由空心伺服電機(jī)通過連接器直接驅(qū)動(dòng)。刀具主軸B的實(shí)際圓周位置由同軸高精度編碼器確定。刀桿通過拉桿拉緊，在刀桿上可安裝不同規(guī)格的滾刀，在刀桿尾端設(shè)有刀桿托架。
[0023]走刀軸Z拖板機(jī)構(gòu)包括走刀軸Z托板座、走刀軸Z伺服電機(jī)、走刀軸Z滾珠絲杠副。走刀軸Z伺服電機(jī)通過連軸結(jié)直接驅(qū)動(dòng)走刀軸Z滾珠絲杠副，通過滾珠絲杠副上的絲母連接座驅(qū)動(dòng)刀具縱向走刀。走刀軸Z拖板機(jī)構(gòu)通過直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副設(shè)置于機(jī)床體上。
[0024]進(jìn)刀軸X進(jìn)給機(jī)構(gòu)通過貼塑導(dǎo)軌設(shè)置在走刀軸Z拖板機(jī)構(gòu)上。包括進(jìn)刀軸X進(jìn)給箱、進(jìn)刀軸X伺服電機(jī)、進(jìn)刀軸X滾珠絲杠副。進(jìn)刀軸X伺服電機(jī)通過連軸結(jié)直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)刀軸X滾珠絲杠副，進(jìn)刀軸X絲母連接座固定在走刀軸Z托板座上，進(jìn)刀軸X滾珠絲杠設(shè)置于進(jìn)刀軸X進(jìn)給箱上；通過滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)驅(qū)