一種螺旋錐齒輪加工機床技術領域

《一種螺旋錐齒輪加工機床》涉及數(shù)控加工設備，特別是指一種螺旋錐齒輪加工機床，進一步是指加工螺旋錐齒輪的銑齒機和磨齒機。

附圖1是2011年前技術的一種機床結構；

附圖2、3是《一種螺旋錐齒輪加工機床》機床一種實施例的結構示意圖。

1-床身、2-立柱、3-工件箱、9-水平滑臺、6-刀具箱。

一種螺旋錐齒輪加工機床專利目的

《一種螺旋錐齒輪加工機床》的目的在于克服2011年前技術存在的上述缺陷，提出一種結構簡單，穩(wěn)定性及可靠性好、效率高、占地面積小、防護與排屑容易，工件和刀具的裝卸方便的螺旋錐齒輪加工機床。

一種螺旋錐齒輪加工機床技術方案

《一種螺旋錐齒輪加工機床》是采用下述技術方案實現(xiàn)的，一種螺旋錐齒輪加工機床，包括床身，立柱，水平滑臺，刀具箱，所述立柱坐裝在所述床身上，在所述立柱上設有一個開口朝下的U形通槽，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形通槽內設有至少一根軸線與所述X軸方向平行并可繞自身軸線回轉的第一直線驅動軸；在所述第一直線驅動軸上安裝有第一回轉軸箱體，所述第一直線驅動軸驅動所述第一回轉軸箱體沿所述X軸方向作直線運動；

在所述立柱上設有至少一根軸線與所述Y軸方向平行并可繞自身軸線回轉的第二直線驅動軸；所述水平滑臺安裝在所述第二直線驅動軸上，所述第二直線驅動軸驅動所述水平滑臺沿所述Y軸方向作直線運動；

在所述水平滑臺上設有至少一根軸線與所述Z軸方向平行并可繞自身軸線回轉的第三直線驅動軸；所述刀具箱安裝在所述第三直線驅動軸上，所述第三直線驅動軸驅動所述刀具箱沿所述Z軸方向作直線運動。

《一種螺旋錐齒輪加工機床》中，所述第一回轉軸箱體內設置有回轉機構，所述回轉機構驅動設于所述第一回轉軸箱體中的第一回轉軸轉動，所述第一回轉軸的一端設有工件箱；所述回轉機構內設有驅動裝置；所述驅動裝置選自力矩電機、齒輪傳動機構、曲柄連桿傳動機構、蝸輪蝸桿傳動機構中的一種。

《一種螺旋錐齒輪加工機床》中，所述工件箱上設有一根軸線與所述第一回轉軸的軸線垂直的工件主軸，所述工件主軸的一端設有安裝被加工工件的工件承載臺，另一端或中間位置與設于工件箱中的工件主軸的驅動裝置連接。

《一種螺旋錐齒輪加工機床》中，在所述U形槽的槽中設有兩根軸線方向與X軸方向平行的所述第一導向導軌，所述第一回轉軸箱體通過其底面設置的第一導向槽與所述第一導向導軌匹配接觸實現(xiàn)沿Z軸方向的支撐及Y軸方向的定位并提供所述第一回轉軸箱體沿所述X軸方向作直線運動的導向。

《一種螺旋錐齒輪加工機床》中，在所述立柱上設有軸線方向與所述Y軸方向平行的第二導向導軌，所述水平滑臺通過其一個側面設置的導向槽與所述第二導向導軌匹配接觸實現(xiàn)沿Z軸方向的支撐定位并提供所述水平滑臺沿所述Y軸方向作直線運動的導向。

《一種螺旋錐齒輪加工機床》中，在所述水平滑臺上設有軸線方向與所述Z軸方向平行的第三導向導軌，所述刀具箱通過其一個側面設置的導向槽與所述第三導向導軌匹配接觸實現(xiàn)沿Y軸方向的定位并提供所述刀具箱沿所述Z軸方向作直線運動的導向。

《一種螺旋錐齒輪加工機床》中，所述刀具箱上設有一根軸線與所述第三驅動軸的軸線平行的刀具主軸，所述刀具主軸的一端設有安裝刀具的刀具座，另一端或中間位置與設于刀具箱中的刀具主軸的驅動裝置連接。

《一種螺旋錐齒輪加工機床》中，在所述第一回轉軸箱體上與所述工件箱之間設有靜壓輔助支撐。

《一種螺旋錐齒輪加工機床》的技術原理是，螺旋錐齒輪在加工過程中，其齒面的形成取決于刀具和工件的相對運動，而刀具與工件的相對位置完成由三個直線驅動軸，即第一直線驅動軸、第二直線驅動軸、第三直線驅動軸和三個轉動軸，即第一回轉軸、刀具主軸、工具主軸來確定，六軸的設定只要保證刀具和工件能處于任何需要的相對位置即可。該發(fā)明在研究了三個直線驅動軸和三個回轉軸的各種可能的設定方式并分析其優(yōu)缺點后確定。該發(fā)明加工螺旋錐齒輪的過程是：

1、在刀具箱（6）的刀具主軸上安裝好刀具，在工件箱（3）的工件主軸上安裝好螺旋錐齒輪，啟動程序后計算機首先控制第一回轉軸轉動，帶動工件箱（3）繞第一回轉軸回轉一個角度，回轉角度的大小就是螺旋錐齒輪剛開始加工時的輪坯安裝角。

2、計算機控制第一回轉軸箱體（19）沿X軸運動、水平滑臺（9）沿Y軸運動，刀具箱（6）沿Z軸運動，將刀具快速移動到齒輪加工的啟始位置，刀具按給定的速度回轉，如濕切需要開啟冷卻液。

3、在程序控制下，第一直線驅動軸、第二直線驅動軸、第三直線驅動軸、刀具主軸、工件主軸五軸聯(lián)動使刀具和被加工工件做嚙合的展成運動以加工出齒面。

4、一個齒槽加工好之后，刀具箱沿Z軸方向上升使被加工工件與刀具脫離接觸，工件主軸旋轉使齒輪分度到第二個輪齒加工的起始位置，然后X、Y、Z、B各軸在不發(fā)生干涉的原則下快速退回到齒輪加工的起始位置。

5、加工第二個齒槽，如此循環(huán)往復，直到加工完成所有的輪齒。

6、各軸都回到原始位置，（工作門打開后）工作人員取下加工好的齒輪并換上待加工的齒輪。

7、如果是數(shù)控磨齒機，在預備時間或加工過程中還要利用砂輪修整器來修整砂輪。

一種螺旋錐齒輪加工機床改善效果

1、第一回轉軸回轉臺可采用力矩電機或齒輪傳動機構、曲柄連桿傳動機構、蝸輪蝸桿傳動機構等常用精密回轉臺驅動方式驅動；

2、第一回轉軸通過旋轉±90°來實現(xiàn)螺旋錐齒輪的左右旋加工，此方法大大縮短了X軸的行程。

3、立柱的固定不動，確保了機床的高剛性。

4、機床在加工左、右旋螺旋錐齒輪時，其加工點不再分布在工件的上下位置，而是分布在工件的左右位置，這樣使得機床的加工點在高度方向始終保持很低的位置，且此位置剛性好、易排屑、易觀察，是機床的最優(yōu)加工點。

5、機床設計為立式結構，Z軸行程、X軸行程相當短，這也使得機床結構緊湊，占地面積小。

6、由于X軸向前移動，裝卸工件時操作人員與工件可以實現(xiàn)0距離裝卸，非常方便。

7、機床總體布局采用立式結構，工件和刀具的裝卸很方便，而且工件便于實現(xiàn)機械手自動裝卸；

8、設備造價降低、性能穩(wěn)定、可靠；加工的切屑直間落在機床排屑槽內，容易排屑并且容易于實現(xiàn)干切削；

9、整機零件少，工藝性能好，占地面積小，防護容易，造型美觀。

2011年前技術中，螺旋錐齒輪加工設備有機械型螺旋錐齒輪加工機床和數(shù)控螺旋錐齒輪加工機床。機械型螺旋錐齒輪加工機床的結構和調整環(huán)節(jié)是齒輪機床中最復雜的。參見附圖1，2011年前數(shù)控螺旋錐齒輪加工機床利用計算機直接控制三個直線軸（即X、Y、Z軸）和三個轉動軸（即A、B、C軸），以模擬機械型螺旋錐齒輪的加工運動，從而加工出螺旋錐齒輪。數(shù)控螺旋錐齒輪加工機床將復雜的機械結構轉換為軟件控制，實現(xiàn)了螺旋錐齒輪加工的信息化和智能化。上述結構是用刀具箱沿Y軸，工件箱沿X軸的聯(lián)動來模擬刀具繞搖臺軸線的回轉，將刀傾機構的功能改為B軸的擺動來實現(xiàn)。這種結構沒有充分發(fā)揮數(shù)控技術的作用，存在以下主要缺陷：

1、該結構由于立柱不動，刀具箱通過層層疊加的滑板安裝在立柱（8）上，為了能讓安裝于水平滑臺（10）上的刀具箱（13）上的刀具（26）加工到工件，不得已將刀具主軸（25）伸得很長，從而加大了刀具（26）受力點與主軸軸承支撐距離的懸伸比，導致刀具主軸（25）剛性也不太好。

2、該機床結構設計在加工左、右旋螺旋錐齒輪時，機床的加工點分別在工件（27）的上下位置，從而導致機床的加工點位置變化很大，刀具箱在Y方向行程很長，加工點的位置也很高，這些對機床整體加工剛性不是很好。

3、該結構X、Y、Z三個直線運動軸設計得比較分散，導致機床占地面積大，不好防護。

4、該結構X軸滑板（28）在加工過程中由于要沿X向滑動，X向導軌（16、17）需要安裝在床身（1）上，導致排屑槽（29）不能開通到整個加工區(qū)域，這種結構雖然能在X軸上安裝盔甲式的鋼防護，但是鐵屑掉在防護上面還是不好清理，這種情況特別是銑齒的時候，大量的鐵屑特別容易堆積在機床上。

5、為了環(huán)保和節(jié)約，螺旋錐齒輪銑齒的發(fā)展方向是干切削，即在加工時不加冷卻液，切削速度很快，熱量被切削帶走，這就要求灼熱的切削不能落在床身上，以免造成機床的熱變形，圖1的裝置很難做到這一點。

6、機床零件多，占地面積大，工件裝卸不方便。

公開號為CN1457279的專利申請公開說明書記載了一種生產錐齒輪的機器，該機器將刀具主軸和工件主軸全設計在一個立柱上，其結構不僅導致制造成本高，而且裝配的工藝性不好。

1.一種螺旋錐齒輪加工機床，包括床身，立柱，水平滑臺，刀具箱，其特征在于：所述立柱坐裝在所述床身上，在所述立柱上設有一個開口朝下的U形通槽，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形通槽內設有至少一根軸線與所述X軸方向平行并可繞自身軸線回轉的第一直線驅動軸；在所述第一直線驅動軸上安裝有第一回轉軸箱體，所述第一直線驅動軸驅動所述第一回轉軸箱體沿所述X軸方向作直線運動；在所述立柱上設有至少一根軸線與所述Y軸方向平行并可繞自身軸線回轉的第二直線驅動軸；所述水平滑臺安裝在所述第二直線驅動軸上，所述第二直線驅動軸驅動所述水平滑臺沿所述Y軸方向作直線運動；在所述水平滑臺上設有至少一根軸線與所述Z軸方向平行并可繞自身軸線回轉的第三直線驅動軸；所述刀具箱安裝在所述第三直線驅動軸上，所述第三直線驅動軸驅動所述刀具箱沿所述Z軸方向作直線運動。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種螺旋錐齒輪加工機床，其特征在于：所述第一回轉軸箱體內設置有回轉機構，所述回轉機構驅動設于所述第一回轉軸箱體中的第一回轉軸轉動，所述第一回轉軸的一端設有工件箱；所述回轉機構內設有驅動裝置；所述驅動裝置選自力矩電機、齒輪傳動機構、曲柄連桿傳動機構、蝸輪蝸桿傳動機構中的一種。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種螺旋錐齒輪加工機床，其特征在于：所述工件箱上設有一根軸線與所述第一回轉軸的軸線垂直的工件主軸，所述工件主軸的一端設有安裝被加工工件的工件承載臺，另一端或中間位置與設于工件箱中的工件主軸的驅動裝置連接。

4.根據(jù)權利要求3所述的一種螺旋錐齒輪加工機床，其特征在于：在所述U形槽的槽中設有兩根軸線方向與X軸方向平行的所述第一導向導軌，所述第一回轉軸箱體通過其底面設置的第一導向槽與所述第一導向導軌匹配接觸實現(xiàn)沿Z軸方向的支撐及Y軸方向的定位并提供所述第一回轉軸箱體沿所述X軸方向作直線運動的導向。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種螺旋錐齒輪加工機床，其特征在于：在所述立柱上設有軸線方向與所述Y軸方向平行的第二導向導軌，所述水平滑臺通過其一個側面設置的導向槽與所述第二導向導軌匹配接觸實現(xiàn)沿Z軸方向的支撐定位并提供所述水平滑臺沿所述Y軸方向作直線運動的導向。

6.根據(jù)權利要求5所述的一種螺旋錐齒輪加工機床，其特征在于：在所述水平滑臺上設有軸線方向與所述Z軸方向平行的第三導向導軌，所述刀具箱通過其一個側面設置的導向槽與所述第三導向導軌匹配接觸實現(xiàn)沿Y軸方向的定位并提供所述刀具箱沿所述Z軸方向作直線運動的導向。

7.根據(jù)權利要求6所述的一種螺旋錐齒輪加工機床，其特征在于：所述刀具箱上設有一根軸線與所述第三驅動軸的軸線平行的刀具主軸，所述刀具主軸的一端設有安裝刀具的刀具座，另一端或中間位置與設于刀具箱中的刀具主軸的驅動裝置連接。

8.根據(jù)權利要求1-7任意一項所述的一種螺旋錐齒輪加工機床，其特征在于：在所述第一回轉軸箱體上與所述工件箱之間設有靜壓輔助支撐。

《一種螺旋錐齒輪加工機床》的機床包括采用端面銑齒或磨齒方法加工弧齒錐齒輪、弧齒準雙曲面齒輪的機床。

參見附圖2，《一種螺旋錐齒輪加工機床》一種螺旋錐齒輪加工機床，包括床身1，立柱2，工件箱3，水平滑臺9，刀具箱6，所述立柱2坐裝在所述床身1上，在所述立柱2上設有一個開口朝下的U形通槽，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形通槽內設有一根軸線與所述X軸方向平行并可繞自身軸線回轉的第一直線驅動軸16；在所述第一直線驅動軸16上安裝有第一回轉軸箱體19，所述第一直線驅動軸16驅動所述第一回轉軸箱體19沿所述X軸方向作直線運動；在所述U形槽的槽中設有兩根軸線方向與X軸方向平行的所述第一導向導軌15，所述第一回轉軸箱體19通過其底面設置的第一導向槽與所述第一導向導軌15匹配接觸實現(xiàn)沿Z軸方向的支撐及Y軸方向的定位并提供所述第一回轉軸箱體19沿所述X軸方向作直線運動的導向；所述第一回轉軸箱體19內設置有回轉機構，所述回轉機構驅動設于所述第一回轉軸箱體19中的第一回轉軸17轉動，所述回轉機構內設有蝸輪蝸桿傳動機構；所述第一回轉軸17的一端設有所述工件箱3，所述工件箱3上設有一根軸線與所述第一回轉軸17的軸線垂直的工件主軸，所述工件主軸的一端設有安裝被加工工件的工件承載臺4，另一端或中間位置與設于工件箱3中的工件主軸的驅動裝置連接；

在所述立柱2上設有一根軸線與所述Y軸方向平行并可繞自身軸線回轉的第二直線驅動軸11；所述水平滑臺9安裝在所述第二直線驅動軸11上，所述第二直線驅動軸11驅動所述水平滑臺9沿所述Y軸方向作直線運動；在所述立柱2上設有軸線方向與所述Y軸方向平行的第二導向導軌10，所述水平滑臺9通過其一個側面設置的導向槽與所述第二導向導軌10匹配接觸實現(xiàn)沿Z軸方向的支撐定位并提供所述水平滑臺沿所述Y軸方向作直線運動的導向；

在所述水平滑臺9上設有一根軸線與所述Z軸方向平行并可繞自身軸線回轉的第三直線驅動軸8；所述刀具箱6安裝在所述第三直線驅動軸8上，所述第三直線驅動軸8驅動所述刀具箱6沿所述Z軸方向作直線運動；在所述水平滑臺9上設有軸線方向與所述Z軸方向平行的第三導向導軌7，所述刀具箱6通過其一個側面設置的導向槽與所述第三導向導軌7匹配接觸實現(xiàn)沿Y軸方向的定位并提供所述刀具箱沿所述Z軸方向作直線運動的導向；所述刀具箱6上設有一根軸線與所述第三直線驅動軸8的軸線平行的刀具主軸5，所述刀具主軸5的一端設有安裝刀具的刀具座，另一端或中間位置與設于刀具箱6中的刀具主軸的驅動裝置連接；在所述第一回轉軸箱體19與所述工件箱3之間設有靜壓輔助支撐13。

2016年12月7日，《一種螺旋錐齒輪加工機床》獲得第十八屆中國專利優(yōu)秀獎。 2100433B

螺旋錐齒輪分為兩種，一種是弧齒錐齒輪，其大輪軸線和小輪軸線相交；一種是準雙曲面螺旋錐齒輪，其大輪軸線和小輪軸線有一定偏置距。生產螺旋錐齒輪世界級公司主要是美國的格里森公司和瑞士的奧利康公司。螺旋錐齒輪因其重疊系數(shù)大、承載能力強、傳動比高、傳動平穩(wěn)、噪聲小等優(yōu)點廣泛應用于汽車、航空、礦山等機械傳動領域。我國廣泛應用的是格里森齒制的螺旋錐齒輪。因其嚙合原理及其復雜，我國從上世紀七十年代組織大批人力物力進行螺旋錐齒輪的相關研究，在此領域的著名學者有曾韜、唐進元、方宗德、吳序堂、王小椿等。

在錐齒輪中，根據(jù)輪齒的齒長方向來看，有直齒輪和曲線齒輪。齒長輪廓與節(jié)錐面交線為直線的是直齒錐齒輪，如果是一段曲線，則統(tǒng)稱為曲線齒輪。螺旋錐齒輪應該是曲線齒錐齒輪的同義語。根據(jù)曲線的不同螺旋錐齒輪現(xiàn)行有三種，分屬于不同的公司。美國格里森公司設計的準雙曲面齒輪（包括圓弧齒錐齒輪），瑞士奧利康公司的延伸外擺線齒輪以及德國克林根貝格的準漸開線齒輪。

簡單來說，日美車系都裝備格里森制齒輪如BUICK、TOYOTA。而歐洲車系如BENZ、BMW及AUDI則采用奧利康齒輪 。

螺旋錐齒輪是一種可以按穩(wěn)定傳動比平穩(wěn)、低噪音傳動的傳動零件，在不同的地區(qū)有不同的名字，又叫弧齒傘齒輪、弧齒錐齒輪、螺傘錐齒輪、圓弧錐齒輪、螺旋傘齒輪等。螺旋錐齒輪傳動效率高，傳動比穩(wěn)定，圓弧重疊系數(shù)大，承載能力高，傳動平穩(wěn)平順，工作可靠，結構緊湊，節(jié)能省料，節(jié)省空間，耐磨損，壽命長，噪音小。在各種機械傳動中，以螺旋錐齒輪的傳動效率為最高，對各類傳動尤其是大功率傳動具有很大的經濟效益；傳遞同等扭矩時需要的傳動件傳動副最省空間，比皮帶、鏈傳動所需的空間尺寸小；螺旋錐齒輪傳動比永久穩(wěn)定，傳動比穩(wěn)定往往是各類機械設備的傳動中對傳動性能的基本要求；螺旋錐齒輪工作可靠，壽命長 。

汽車齒輪加工機床可分為圓柱齒輪和錐齒輪加工機床兩大類，具有不同的精度水平和適用范圍。

圓柱齒輪加工機床按工藝方式可分為滾齒、插齒、剃齒、珩齒、磨齒、擠齒、倒角機床等；錐齒輪加工機床按工藝方式可分為銑齒、刨齒、拉齒、磨齒、研齒、倒角、滾動檢驗、淬火機床等。中國齒輪加工機床已基本形成了較完整的系列，已開發(fā)出技術含量具有國際水準的螺旋錐齒輪六軸數(shù)控磨床，但齒輪機床總體制造水平在精度、壽命、穩(wěn)定性、數(shù)控技術應用等方面與歐美相比存在較大差距。