一種螺旋錐齒輪加工機床

1.一種螺旋錐齒輪加工機床，其特征在于：包括可水平平移運動的第一主軸(5)、可水平平移運動以及垂直平移運動的第二主軸(6)以及一具有下水平表面(1)、前垂直表面(2)以及上水平表面(3)的橫梁(4)，所述第一主軸(5)與下水平表面(1)相連，第二主軸(6)與前垂直表面(2)以及上水平表面(3)相連，第一主軸(5)的水平平移運動與第二主軸(6)的水平平移運動相互垂直，第一主軸軸線(Ⅰ)通過回轉(zhuǎn)機構(gòu)可以在與下水平表面(1)垂直的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，第二主軸軸線(Ⅲ)與下水平表面(1)垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種螺旋錐齒輪加工機床，其特征在于：所述橫梁(4)的下水平表面(1)上設(shè)置有下滑板(7)，下滑板(7)上設(shè)置有第一直線導軌副，下滑板(7)通過第一直線導軌副與下水平表面(1)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種螺旋錐齒輪加工機床，其特征在于：所述下滑板(7)上設(shè)置有回轉(zhuǎn)機構(gòu)，第一主軸(5)與回轉(zhuǎn)機構(gòu)前端的回轉(zhuǎn)軸相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種螺旋錐齒輪加工機床，其特征在于：所述回轉(zhuǎn)軸軸線(Ⅱ)與第一主軸軸線(Ⅰ)相互垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種螺旋錐齒輪加工機床，其特征在于：所述橫梁(4)上設(shè)置有上滑板(8)，橫梁(4)的前垂直表面(2)和上水平表面(3)上各設(shè)置有至少一條第二直線導軌副，上滑板(8)通過第二直線導軌副與前垂直表面(2)以及上水平表面(3)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種螺旋錐齒輪加工機床，其特征在于：所述上滑板(8)具有與橫梁(4)的前垂直平面(2)相平行的垂直表面區(qū)域，垂直表面區(qū)域設(shè)置有至少兩條第三直線導軌副，第二主軸(6)與第三直線導軌副相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種螺旋錐齒輪加工機床，其特征在于：所述橫梁(4)的下水平表面(1)兩側(cè)設(shè)置有用于與機床基礎(chǔ)固定的平面區(qū)域(17)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種螺旋錐齒輪加工機床，其特征在于：所述平面區(qū)域(17)通過支座與機床基礎(chǔ)相固定，支座為兩個分離的獨立支座或連接成一體的整體支座。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種螺旋錐齒輪加工機床，其特征在于：所述第一主軸(5)為工件主軸，第二主軸(6)為刀具主軸，構(gòu)造為傳統(tǒng)的立式機床，或者第一主軸(5)為刀具主軸，第二主軸(6)為工件主軸，構(gòu)造為倒置式機床。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種螺旋錐齒輪加工機床，其特征在于：所述刀具主軸安裝的刀具為銑刀盤或砂輪盤。

一種螺旋錐齒輪加工機床\n技術(shù)領(lǐng)域\n[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)控齒輪加工機床領(lǐng)域，具體涉及一種螺旋錐齒輪加工機床。\n背景技術(shù)\n[0002] 螺旋錐齒輪的齒線形式有兩種：圓弧齒和延伸外擺線齒，相應的有兩類加工方法，即端面銑削（face milling）和端面滾削（face hobbing）。端面銑削法采用的產(chǎn)形輪只有一個齒，同時只能加工被加工齒輪的一個齒槽，加工完成后分度加工下一個齒槽，故又稱為單齒分度法。端面銑削法中刀盤轉(zhuǎn)速可根據(jù)需要的切削速度自由選取，與展成運動無關(guān)。端面滾削法采用的產(chǎn)形輪具有多個齒（齒數(shù)就是所用到盤的頭數(shù)），可以連續(xù)展成，故又稱為連續(xù)分度法。由于連續(xù)展成，刀盤轉(zhuǎn)速必須滿足傳動比要求。\n[0003] 不管采用端面銑削法還是端面滾削法，螺旋錐齒輪副中齒數(shù)較少的小輪都用展成法加工；齒數(shù)多的大輪用展成法或成形法加工。\n[0004] 機械型螺旋錐齒輪加工機床的展成傳動鏈、分度傳動鏈和調(diào)整機構(gòu)非常復雜。\n[0005] 數(shù)控螺旋錐齒輪加工機床采用三個直線數(shù)控軸和三個旋轉(zhuǎn)數(shù)控軸，通過軟件控制完成螺旋錐齒輪加工的展成運動、分度運動和機床調(diào)整，大大簡化了機床結(jié)構(gòu)。采用端面銑削法加工時，刀盤可以不參與聯(lián)動，最多需要五軸聯(lián)動。采用端面滾削法加工時，刀盤必須參與聯(lián)動，故最多需要六軸聯(lián)動。\n[0006] 公開號為CN1457279的中國專利申請公開了一種生產(chǎn)錐齒輪的機器，它包括：一機柱，機柱具有第一和第二豎直表面區(qū)域；一可移動地安裝于所述機柱的所述第一豎直表面區(qū)域、水平延伸的工件主軸；一可移動地安裝于所述機柱的所述第二豎直表面區(qū)域、水平延伸的刀具主軸；所述工件主軸和所述刀具主軸最多可在三個不同的方向上彼此相對平移；所述工件主軸和所述刀具主軸至少可繞一條豎直樞轉(zhuǎn)軸線彼此相對以角度方式運動。\n[0007] 該結(jié)構(gòu)機床結(jié)構(gòu)緊湊，但是其不足在于：機柱立式布置，底面固定，加工較大工件直徑時，機柱較高，其靜態(tài)剛度和動態(tài)剛度不易提高。\n[0008] 公開號為CN202151732U的中國專利申請描述了一種螺旋錐齒輪加工機床。包括床身，立柱，水平滑臺，刀具箱。所述立柱設(shè)有一個開口朝下的U形通槽并坐裝在所述床身上，所述U形通槽的寬度、深度、厚度方向依次定義為空間笛卡爾直角坐標系的Y軸、Z軸、X軸方向；在所述U形通槽內(nèi)設(shè)有驅(qū)動第一回轉(zhuǎn)軸箱體沿X軸方向作直線運動的第一直線驅(qū)動軸；在所述立柱上設(shè)有驅(qū)動水平滑臺沿Y軸方向作直線運動的第二直線驅(qū)動軸；在所述水平滑臺上設(shè)有驅(qū)動刀具箱沿Z軸方向作直線運動的第三直線驅(qū)動軸；在第一回轉(zhuǎn)軸箱體內(nèi)設(shè)置有回轉(zhuǎn)機構(gòu)，回轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動工件箱轉(zhuǎn)動。\n[0009] 該結(jié)構(gòu)的機床具有龍門式機床的特征和優(yōu)點，但是其不足在于：切削刀具和工件之間的切削力傳遞路徑較長，要提高剛性，需要較大的零件結(jié)構(gòu)尺寸。\n發(fā)明內(nèi)容\n[0010] 本發(fā)明的目的在于提供一種螺旋錐齒輪加工機床，該加工機床可以進一步提高機床的靜、動態(tài)剛度，改善機床的熱特性。\n[0011] 為達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案。\n[0012] 包括可水平平移運動的第一主軸、可水平平移運動以及垂直平移運動的第二主軸以及一水平放置的具有下水平表面、前垂直表面以及上水平表面等至少三個安裝導軌的基本表面區(qū)域的橫梁，所述第一主軸與下水平表面相連，第二主軸與前垂直表面以及上水平表面相連，第一主軸的水平平移運動與第二主軸的水平平移運動相互垂直，第一主軸軸線可以在與下水平表面垂直的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，第二主軸軸線與下水平表面垂直。第一主軸相對所述第二主軸可以在三個不同的方向進行相對移動，所述三個不同的平移運動方向互相垂直，所述第一主軸沿所述三個不同方向中的第一方向線性移動，所述第二主軸沿所述三個不同方向中的第二方向和第三方向線性移動。\n[0013] 所述橫梁的下水平表面上設(shè)置有下滑板，下滑板上設(shè)置有與第一方向平行的第一直線導軌副，下滑板通過第一直線導軌副與下水平表面相連，使下滑板可以沿第一方向（垂直于橫梁方向）線性移動。\n[0014] 所述下滑板上設(shè)置有回轉(zhuǎn)軸線與第一方向平行的回轉(zhuǎn)機構(gòu)，第一主軸與回轉(zhuǎn)機構(gòu)前端的回轉(zhuǎn)軸相連。\n[0015] 所述回轉(zhuǎn)軸軸線與第一主軸軸線相互垂直。\n[0016] 第一主軸除可繞自身軸線轉(zhuǎn)動外，還可以繞回轉(zhuǎn)軸的軸線在垂直平面內(nèi)擺動。\n[0017] 所述橫梁上設(shè)置有上滑板，橫梁的前垂直表面和上水平表面上各設(shè)置有至少一條與第二方向平行的第二直線導軌副，上滑板通過第二直線導軌副與前垂直表面以及上水平表面相連，使上滑板可以沿第二方向線性移動。\n[0018] 所述上滑板具有與橫梁的前垂直平面相平行的垂直表面區(qū)域，垂直表面區(qū)域設(shè)置有至少兩條與第三方向平行的第三直線導軌副，第二主軸與第三直線導軌副相連，使第二主軸可以沿第三方向線性移動。\n[0019] 所述橫梁的下水平表面兩側(cè)設(shè)置有用于與機床基礎(chǔ)固定的平面區(qū)域。\n[0020] 所述平面區(qū)域通過支座與機床基礎(chǔ)相固定，支座為兩個分離的獨立支座或連接成一體的整體支座。\n[0021] 所述第一主軸為工件主軸，這時第二主軸為刀具主軸，構(gòu)造為傳統(tǒng)的立式機床，或者第一主軸為刀具主軸，這時第二主軸為工件主軸，構(gòu)造為倒置式機床。\n[0022] 所述刀具主軸安裝的刀具為切削用銑刀盤或磨削用砂輪盤，前者將所述的螺旋錐齒輪加工機床構(gòu)造為銑齒機，后者將所述的螺旋錐齒輪加工機床構(gòu)造為磨齒機。\n[0023] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點：\n[0024] 1.與公開號為CN1457279的專利所述技術(shù)相比（如圖1所示），本發(fā)明采用立式布局，所述橫梁采用兩端支承，具有更好的剛性。\n[0025] 2.與公開號為CN1457279的專利所述技術(shù)相比（如圖1所示），本發(fā)明可以構(gòu)造為倒置式機床，易于實現(xiàn)自動上下料功能。\n[0026] 3.與公開號為CN202151732U的專利所述技術(shù)相比（如圖2、圖3所示），本發(fā)明所述的第一主軸通過下滑板可移動地連接于橫梁的下水平表面，第二主軸通過上滑板可移動地連接于橫梁的前垂直表面和上水平表面，第一主軸和第二主軸之間的切削力不需要通過龍門（開口朝下的U通槽）、床身，切削力傳遞路徑短，具有更好的剛性。\n[0027] 4.與公開號為CN202151732U的專利所述技術(shù)相比（如圖2、圖3所示），本發(fā)明所述的下滑板的運動副設(shè)置在橫梁的下水平表面的區(qū)域，上滑板的運動副設(shè)置在橫梁的前垂直表面和上水平表面，兩運動副的空間位置接近，由于溫度變化引起的熱變形對機床精度影響小。\n[0028] 5.下滑板的運動副設(shè)置在橫梁的下水平表面的區(qū)域，運動副與切削點的空間位置接近，運動副的誤差引起的加工誤差小。\n[0029] 6.本發(fā)明的運動副易于防護。\n[0030] 7.本發(fā)明采用立式布局，工件裝卸方便，易于排屑。\n附圖說明\n[0031] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的第一種機床結(jié)構(gòu)；\n[0032] 圖2、圖3是現(xiàn)有技術(shù)中的第二種機床結(jié)構(gòu)；\n[0033] 圖4、圖5是本發(fā)明所述實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；\n[0034] 圖6是本發(fā)明所述實施例2（倒置式）的結(jié)構(gòu)示意圖；\n[0035] 圖中：下水平表面1，前垂直表面2，上水平表面3，橫梁4，第一主軸5，第二主軸\n6，下滑板7，上滑板8，垂直滑板9，第一伺服電機10-1，第二伺服電機10-2，第三伺服電機\n10-3，第四伺服電機10-4，第五伺服電機10-5，第六伺服電機10-6，主軸體殼11，第一直線導軌12-1，第二直線導軌12-2，第三直線導軌12-3，第一滾珠絲桿13-1，第二滾珠絲桿\n13-2，第三滾珠絲桿13-3，工件14，第一安裝基準面15-1，第二安裝基準面15-2，刀具16，平面區(qū)域17，第一主軸軸線I，回轉(zhuǎn)軸軸線II，第二主軸軸線III。\n具體實施方式\n[0036] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。\n[0037] 實施例1\n[0038] 參見圖4以及圖5，為了便于觀察組成機床各個構(gòu)件之間的關(guān)系，圖中表示的機床未標示出支座和防護罩。\n[0039] 螺旋錐齒輪加工機床包括一個橫梁4，橫梁4的優(yōu)選結(jié)構(gòu)為一整體結(jié)構(gòu)，諸如鑄件，也可以是鋼板焊接件，橫梁4包括至少三個基本表面區(qū)域，即下水平表面1、前垂直表面\n2和上水平表面3，三個基本表面區(qū)域相互定位成所需要的角度；優(yōu)選布置方案為前垂直表面2垂直于下水平表面1，上水平表面3平行于下水平表面1。\n[0040] 下水平表面1設(shè)置第一主軸5，該第一主軸5的上部具有第一安裝基準面15-1，第一主軸5可以繞第一主軸軸線I旋轉(zhuǎn)，其優(yōu)選的驅(qū)動方案為一直接驅(qū)動第一伺服電機10-1驅(qū)動，并對第一伺服電機10-1進行液體冷卻，第一主軸5通過第一軸承(圖中未表示)可旋轉(zhuǎn)地固定于主軸體殼11，主軸體殼11通過第二軸承(圖中未表示)可旋轉(zhuǎn)地固定于下滑板7，主軸體殼11可以繞回轉(zhuǎn)軸軸線II擺動，其優(yōu)選的驅(qū)動方案為一直接驅(qū)動第二伺服電機10-2驅(qū)動，并對第二伺服電機10-2進行液體冷卻，下滑板7上面安裝著兩根第一直線導軌12-1，第一直線導軌12-1與回轉(zhuǎn)軸軸線II平行布置，第一直線導軌12-1的滑塊固定在橫梁4的下水平表面1，下滑板7與第一主軸5一起可在固連于橫梁4的第一直線導軌12-1的滑塊中沿下水平表面1的寬度方向（機床的第一方向）運動，下滑塊7沿下水平表面1的寬度方向的運動由第三伺服電機10-3通過一直接連接的第一滾珠絲桿13-1來驅(qū)動，也可以采用直線電機直接驅(qū)動，通過工裝將一工件14安裝于第一主軸5上部的第一安裝基準面\n15-1上。\n[0041] 在橫梁4的前垂直表面2和上水平表面3各安裝一根第二直線導軌12-2，第二直線導軌12-2沿橫梁4的長度方向布置，上滑板8為倒置的L形結(jié)構(gòu)，上滑板8在與前垂直表面2和上水平表面3相貼合的表面區(qū)域固定連接著第二直線導軌12-2的滑塊，上滑板8可以沿橫梁4的長度方向運動，也就是沿機床的第二方向運動，上滑板8沿橫梁4的長度方向的運動由第四伺服電機10-4通過一直接連接的第二滾珠絲桿13-2來驅(qū)動，也可以采用直線電機直接驅(qū)動。\n[0042] 在上滑板8的前垂直表面區(qū)域內(nèi)安裝兩根第三直線導軌12-3，第三直線導軌12-3沿橫梁4的高度方向布置，第三直線導軌12-3的滑塊固定連接著垂直滑板9，垂直滑板9可以沿橫梁4的高度方向運動，也就是沿機床的第三方向運動，垂直滑板9沿橫梁4的高度方向的運動由第五伺服電機10-5通過一直接連接的第三滾珠絲桿13-3來驅(qū)動，在第五伺服電機10-5上安裝有制動裝置(圖中未表示)，也可以在第三滾珠絲桿13-3上安裝制動裝置，該制動裝置在機床未通電時，將垂直滑板9夾緊在上滑板8的合適位置。\n[0043] 在垂直滑板9上安裝著第二主軸6，該第二主軸6可繞第二主軸軸線III旋轉(zhuǎn)，其優(yōu)選的驅(qū)動方案為一直接驅(qū)動第六伺服電機10-6驅(qū)動，并對第六伺服電機10-6進行液體冷卻，該第二主軸6的下部具有一第二安裝基準面15-2，通過工裝將一刀具16可拆卸地安裝于第二主軸6的下部的第二安裝基準面15-2上。\n[0044] 實施例1所述的加工機床，工件可以沿橫梁4的寬度方向運動——第一方向運動，刀具可以沿橫梁4的長度方向運動和高度方向運動——第二方向運動和第三方向運動。第一方向、第二方向和第三方向的優(yōu)化布置方案是相互垂直。\n[0045] 本發(fā)明所述的加工機床，通過使用一橫梁4作為第一主軸5和第二主軸6的公用支承件，使第一主軸的軸線可以在垂直平面內(nèi)擺動。本實施例中將第一主軸作為工件主軸，第二主軸作為刀具主軸。\n[0046] 實施例2\n[0047] 參見圖6，實施例2中將第一主軸作為刀具主軸，第二主軸作為工件主軸，構(gòu)造成所謂的倒置式機床。這類機床更加適合于小規(guī)格工件、需要自動裝夾工件的情況。\n[0048] 第一主軸5沿第一方向的運動、第二主軸6沿第二方向的運動、第二主軸6沿第三方向的運動、第一主軸5繞回轉(zhuǎn)軸軸線II的擺動、第一主軸5的轉(zhuǎn)動和第二主軸6的轉(zhuǎn)動分別由獨立的伺服電機驅(qū)動。上述構(gòu)件能夠獨立運動，也可以同時運動。作為優(yōu)選的控制方案，每一運動都采用閉環(huán)控制。\n[0049] 在本發(fā)明中，刀具和工件之間的相對運動可以是三軸聯(lián)動，四軸聯(lián)動，五軸聯(lián)動，六軸聯(lián)動，保證理論產(chǎn)形輪與工件之間的嚙合關(guān)系。所述橫梁的下水平表面兩側(cè)設(shè)置有用于與機床基礎(chǔ)固定的平面區(qū)域，所述平面區(qū)域通過支座與機床基礎(chǔ)相固定，支座為兩個分離的獨立支座或連接成一體的整體支座，所述刀具主軸安裝的刀具為銑刀盤或砂輪盤。