CN202861548U - 超大规格齿圈数控成形铣齿机 - Google Patents

Abstract

一种超大规格齿圈数控成形铣齿机，其特征在于包括数控回转工作台（1）、径向进给滑座、立柱（5）和垂直拖板（6），径向进给滑座包括径向进给滑座底座（2）和径向进给系统（3），径向进给滑座底座（2）通过T形螺栓和数控回转工作台（1）上的T形槽固定成一个整体，立柱（5）下部的导轨与径向进给滑座底座（2）上的导轨相配合形成径向移动的滑动导轨副。本实用新型提供了一种结构新颖数控铣齿机，具有结构简单、整机设计科学合理、机床制造成本较低、加工效率高的特点，同时具备加工内直齿、外直齿、内斜齿和外斜齿的功能的超大规格齿圈数控成形铣齿机。

Description

超大规格齿圈数控成形铣齿机

技术领域

本实用新型涉及一种齿轮机械加工设备，特别涉及一种大规格内/外齿圈数控成形加工的超大规格齿圈数控成形铣齿机。 

背景技术

在矿山、冶金、化工等行业广为使用的超大规格外齿圈（直径大于5000以上）通常利用大型滚齿机展成滚削加工。滚齿机工作时，滚刀架按工件螺旋角调整一个角度后沿立柱导轨作轴向进给运动，立柱沿床身导轨移动作径向进给运动，工件装在工作台上由分度蜗轮副驱动做旋转分度运动，通过运动合成机构将滚刀主运动、轴向进给运动和转台分度运动按齿轮啮合过程进行合成完成齿轮加工。滚齿机传动系统既有外链、内链，又有运动合成机构，运动极其复杂，机床成本高。传统大直径齿圈滚齿过程通常将工件安装在回转工作台上，为满足切削刚性和工件安装需要，要求工作台直径必须与工件直径相适应，但是大直径、高精度、重载转台制造难度极大。另外，传统滚削通常采用高速钢刀具，切削线速度和刀具耐用度均较低，还需要大量润滑冷却液，机床总体切削效率低且不环保。 

对于上述行业中使用的超大规格内齿圈，由于国内3米以上的大规格插齿机资源极其稀缺，使得内齿加工极其困难，甚至不可能加工，由此限制了大规格内齿圈的使用，内啮合传动的优越性也得不到有效地发挥。 

因此需要一种新的齿形加工方式和加工机械解决超大规格齿圈的加工，既 能大幅度提高外齿圈加工效率，又能解决内齿圈加工困难的瓶颈，同时能降低大规格齿轮机床的制造难度和制作成本。 

发明内容：

针对超大规格齿圈制齿过程中出现的技术问题，本实用新型提供了一种结构新颖数控铣齿机，具有结构简单、整机设计科学合理、机床制造成本较低、加工效率高的特点，同时具备加工内直齿、外直齿、内斜齿和外斜齿的功能的超大规格齿圈数控成形铣齿机。 

本实用新型利用齿轮成形铣削法通过成形盘铣刀与工件之间的无瞬心包络运动实现齿面成形加工，机床的运动分配形式包括：成形盘铣刀旋转实现机床主运动，刀具沿工件轴向进给运动实现全齿宽切削，刀具沿工件径向运动实现全齿深切削，刀具倾角实现斜齿轮的螺旋角，数控工作台回转实现齿轮的单分度铣削。 

本实用新型的超大规格齿圈数控成形铣齿机的具体技术方案为： 

一种超大规格齿圈数控成形铣齿机，包括数控回转工作台1、径向进给滑座、立柱5和垂直拖板6，径向进给滑座包括径向进给滑座底座2和径向进给系统3，径向进给滑座底座2通过T形螺栓和数控回转工作台1上的T形槽固定成一个整体，立柱5下部的导轨与径向进给滑座底座2上的导轨相配合形成径向移动的滑动导轨副，并通过径向进给系统3中的丝杠螺母副与立柱5的后部连接，通过交流伺服电机、滚珠丝杠驱动立柱5实现径向进给运动，垂直拖板6上通过旋转销装配到有内齿主轴箱9或外齿主轴箱15，内齿主轴箱9和垂直拖板6的下方分别安装扇形蜗轮13和蜗杆支架组件14，蜗杆支架组件14包括伺服电机、行星减速器和蜗杆。 

所述装有内齿主轴箱9或外齿主轴箱15的垂直拖板6装配在立柱5前侧的滑动导轨上，并通过丝杠螺母副连接垂直进给系统7。 

所述内齿主轴箱9或外齿主轴箱15的刀杆芯轴上装配有成形盘铣刀10，成形盘铣刀10上镶有硬质合金刀片，数控回转工作台1的周围布置有工件支撑座4，工件支撑座4通过机床垫铁和地脚螺栓固定在机床安装基础的T形槽上。 

所述工件支撑座4上安装有工件11。将内齿主轴箱9换成外齿主轴箱15，其余结构方案不变，即可实现外齿圈的成形铣削加工。 

主运动：机床采用成形盘铣刀铣削齿轮，安装在主轴刀杆上的成形盘铣刀通过主轴箱顶部的变频电机带动多级减速齿轮传动，驱动刀具实现旋转主运动。 

单分度运动：双蜗轮副驱动的重型、高精度、零侧隙数控转台安装在地基上，通过伺服电机驱动双蜗轮副带动工作台精确旋转实现刀具的单分度运动，并承受机床移动部件的重量和切削载荷。 

径向进给运动：径向进给滑座装配在数控转台上，利用伺服电机、减速器和滚珠丝杠螺母副组成的径向进给系统推动装配在径向进给滑座上的立柱，实现刀具沿工件的径向进给运动，满足全齿深切削的要求。 

轴向进给运动：立柱前侧设有滑动导轨，通过立柱顶部的垂直进给系统结构同径向进给系统，推动安装在立柱前侧滑动导轨上的垂直拖板和主轴箱，实现刀具沿工件的轴向进给运动，满足全齿宽切削的要求。 

螺旋角运动：安装成形盘铣刀的主轴箱装配在垂直拖板上，在主轴箱下方设有扇形蜗轮副，蜗轮与主轴箱通过螺栓连接，蜗杆通过蜗杆支架与拖板相连接，伺服电机通过行星减速器驱动蜗轮副旋转时，与蜗轮固连的主轴箱实现倾角转动，满足铣削斜齿的螺旋角运动。 

齿圈安装在与地基固连的工件支撑座上，多个工件支撑座按工件直径大小布置在数控转台周围，调节支撑座的分布直径可满足不同直径的齿圈加工。为了克服切削抗力，齿圈通过压板、等高块、T形螺栓组件固定到工件支撑座上。 

为满足内/外齿切削的需要，主轴箱分为内齿铣齿主轴箱和外齿铣齿主轴箱两种。铣削内齿时可用内齿主轴箱直接铣削内齿；铣削外齿时，需要更换为勾头式外齿主轴箱跨在齿圈上进行外齿铣削。 

本实用新型具有以下特出的优点： 

本实用新型的超大规格齿圈数控成形铣齿机采用镶片式硬质合金刀片的成形盘铣刀，切削线速度比传统的高速钢刀具提高4-5倍；采用无瞬心包络法，各轴运动由数控轴直接驱动，传动链短，无展成运动，齿形直接成形；本实用新型的超大规格齿圈数控成形铣齿机使制齿效率比传统工艺提高6倍以上。 

利用内齿铣齿主轴箱，可简单实现超大规格内齿圈的加工，解决了传统工艺中超大规格内齿圈无法加工的困难。 

采用扇形蜗轮副驱动主轴箱实现成形盘铣刀的倾角运动，通过电子齿轮功能实现轴向进给运动和分度回转运动的联动，既满足了外齿斜齿轮的加工，也特别解决了超大规格内齿斜齿轮加工困难的问题。 

利用较小直径的数控转台可以满足超大规格齿圈的高效切削，机床的整机重量只有传统大型滚齿机、插齿机的二分之一左右，降低了机床制造难度，节省了机床制造成本，减小了机床占地面积。 

超大规格的齿圈重量通常比机床的移动部件立柱、拖板、主轴箱等重量之和大很多，采用工件固定的方式可以降低数控转台的驱动力矩，减小驱动系统的弹性变形，从而有效地提高转台的分度精度，获得更好的加工效果。 

附图说明：

图1是本实用新型铣削内齿的主视图。 

图2是本实用新型铣削内齿的俯视图。 

图3是本实用新型的主轴箱组件、扇形蜗轮副及立柱的侧视图。 

图4是本实用新型铣削外齿的主视图。 

图中：1为数控回转工作台，2为径向进给滑座底座，3为径向进给系统，4为工件支撑座，5为立柱，6为垂直拖板，7为垂直进给系统，8为主轴电机，9为内齿主轴箱，10为成形盘铣刀，11为工件，12为压板组件，13为扇形蜗轮，14为蜗杆支架组件，15为外齿主轴箱。 

具体实施方式：

下面结合附图介绍一种实施实例对本实用新型做进一步描述： 

一种超大规格齿圈数控成形铣齿机，包括数控回转工作台1、径向进给滑座、立柱5和垂直拖板6，数控回转工作台1通过机床垫铁和地脚螺栓固定在机床安装基础上，实现单齿分度的动作，装配时先将工作台台面调整水平。径向进给滑座包括径向进给滑座底座2和径向进给系统3，径向进给滑座底座2通过T形螺栓和数控回转工作台1上的T形槽固定成一个整体，立柱5下部的导轨与径向进给滑座底座2上的导轨相配合形成径向移动的滑动导轨副，并通过径向进给系统3中的丝杠螺母副与立柱5的后部连接，通过交流伺服电机、滚珠丝杠驱动立柱5实现径向进给运动，满足全齿深的切削要求。垂直拖板6上通过旋转销装配到有内齿主轴箱9或外齿主轴箱15，内齿主轴箱9和垂直拖板6的下方分别安装扇形蜗轮13和蜗杆支架组件14，蜗杆支架组件14包括伺服电机、行星减速器和蜗杆。等传动原件，伺服电机驱动蜗杆旋转即可带动内齿主轴箱9 实现螺旋角运动。 

装有内齿主轴箱9或外齿主轴箱15的垂直拖板6装配在立柱5前侧的滑动导轨上，并通过丝杠螺母副连接垂直进给系统7。垂直进给系统7的伺服电机旋转，即可驱动垂直拖板6及与之相固连的内齿主轴箱9实现轴向进给运动。 

内齿主轴箱9或外齿主轴箱15的刀杆芯轴上装配有成形盘铣刀10，成形盘铣刀10上镶有硬质合金刀片，刀片磨损后直接进行更换，无需重磨。数控回转工作台1的周围布置有工件支撑座4，工件支撑座4通过机床垫铁和地脚螺栓固定在机床安装基础的T形槽上。调节工件支撑座4的分布直径可以满足不同直径范围的齿圈加工。 

工件支撑座4上安装有工件11。利用百分表将工件圆心与数控回转工作台1的回转中心找正同心后，通过压板12进行夹紧。 

在图4中，将内齿主轴箱9换成外齿主轴箱15，其余结构方案不变，即可实现外齿圈的成形铣削加工。 

本实用新型的工作原理为： 

本实用新型的超大规格齿圈数控成形铣齿机采用SP轴、Z轴、X轴、A轴、C轴5个工作轴方向。 

机床开机，将立柱5移动至径向进给滑座最右端的参考点，垂直拖板及主轴箱移至立柱最上端的参考点，同时完成数控回转工作台和主轴箱螺旋角旋转轴的回零操作，所有数控轴回零后建立起机床坐标系。 

将工件吊至工件支撑座4上，将百分表吸在内齿主轴箱9上，旋转数控回转工作台，找正工件11，使工件11圆心与数控回转工作台1的回转中心重合，用压板夹紧工件。 

松开内齿主轴箱9与拖板之间的固定螺钉，利用A轴伺服电机轴驱动扇形蜗轮副使主轴箱旋转至工件要求的螺旋角及螺旋方向，拧紧主轴箱与拖板之间的螺钉，固定内齿主轴箱9。 

在机床数控系统界面上输入工件的相关参数（如齿数、模数、齿宽等），生成零件加工的G代码，使机床进入自动加工模式，并启动加工程序。 

启动主轴电机8，成形盘铣刀10旋转；立柱5沿工件11径向移动至径向初始加工位置，垂直拖板沿工件轴向移动至轴向初始加工位置；垂直进给系统和数控回转工作台按工件规定的螺旋角度及螺旋方向实现螺旋插补运动，完成全齿宽方向的切削进给运动，加工出一个齿槽。 

立柱5沿工件11径向退刀至安全位置，垂直拖板6沿沿工件轴向上升到轴向初始加工位置；数控回转工作台实现铣削下一个齿的单分度运动，同时立柱与工件径向移动至径向初始加工位置。重复上一步的过程，实现第二个齿槽的铣削加工。 

如此一直重复上述过程，直到铣削完整个齿圈。 

经实验验证，本实施例结构紧凑、整机重量轻，动态切削刚性高，螺旋角度调整方便，各数控轴运动平稳，完全满足8级精度的内直齿、外直齿、内斜齿和外斜齿齿轮精铣加工要求，加工效率为传统滚插效率的6倍以上。 

Claims (4)

1.一种超大规格齿圈数控成形铣齿机，其特征在于包括数控回转工作台（1）、径向进给滑座、立柱（5）和垂直拖板（6），径向进给滑座包括径向进给滑座底座（2）和径向进给系统（3），径向进给滑座底座（2）通过T形螺栓和数控回转工作台（1）上的T形槽固定成一个整体，立柱（5）下部的导轨与径向进给滑座底座（2）上的导轨相配合形成径向移动的滑动导轨副，并通过径向进给系统（3）中的丝杠螺母副与立柱（5）的后部连接，通过交流伺服电机、滚珠丝杠驱动立柱（5）实现径向进给运动，垂直拖板（6）上通过旋转销装配到有内齿主轴箱（9）或外齿主轴箱（15），内齿主轴箱（9）和垂直拖板（6）的下方分别安装扇形蜗轮（13）和蜗杆支架组件（14），蜗杆支架组件（14）包括伺服电机、行星减速器和蜗杆。

2.根据权利要求1所述的超大规格齿圈数控成形铣齿机，其特征在于所述装有内齿主轴箱（9）或外齿主轴箱（15）的垂直拖板（6）装配在立柱（5）前侧的滑动导轨上，并通过丝杠螺母副连接垂直进给系统（7）。

3.根据权利要求1所述的超大规格齿圈数控成形铣齿机，其特征在于所述内齿主轴箱（9）或外齿主轴箱（15）的刀杆芯轴上装配有成形盘铣刀（10），成形盘铣刀（10）上镶有硬质合金刀片，数控回转工作台（1）的周围布置有工件支撑座（4），工件支撑座（4）通过机床垫铁和地脚螺栓固定在机床安装基础的T形槽上。

4.根据权利要求3所述的超大规格齿圈数控成形铣齿机，其特征在于所述工件支撑座（4）上安装有工件（11）。 

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