专利名称：零传动数控滚齿机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种滚齿机，特别涉及一种零传动数控滚齿机。
背景技术：
齿轮是最重要的机械传动元件，被广泛应用于各类机械中，而滚齿则是齿 轮加工中的一种重要手段。随着科学技术的发展，对现代机床提出了越来越高 的要求，主要体现为高效、高精度和环保加工。普通数控滚齿机由于其原理和 结构限制而难以达到上述要求。滚齿加工是在滚齿机上用滚刀加工齿轮；滚齿 加工原理是滚刀和齿坯模拟一对螺旋齿轮作啮合运动。滚齿机加工齿轮因为滚 刀作连续的旋转切削而具有切削速度较高、可加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮 等优点。滚齿机是传动关系最为复杂的机床之一，现有技术的滚齿机尽管己经 通过数控技术使传动链大为縮短，但在滚齿展成运动中仍然保留了部分机械传 动链，这些机械传动环节不但影响加工精度，还影响机床精度的保持性；更为 关键的是，保留的机械传动链已成为了提高滚齿速度的瓶颈，限制了更环保的 干式滚齿工艺的实施，因为高速是干式滚齿的必备条件之一。
因此，需要一种滚齿机，取消普通数控滚齿机中限制滚齿精度和速度提高 的机械传动环节，能够实现电机与滚刀主轴以及电机与工作台的零传动，消除 其中传动元件的制造误差以及间隙和装配误差对于齿轮加工的影响，能够提高 机床的加工精度和加工速度，并且提高机床的精度保持性，同时为干式滚齿提 供必要的重要条件
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种零传动数控滚齿机，通过取消普通数 控滚齿机中展成运动部件的传动机构，实现了电机与滚刀主轴以及电机与工作 台的零传动，消除了滚齿展成运动中传动元件的制造误差以及间隙和装配误差 对于齿轮加工的影响，它不仅可以大幅度提高机床的加工精度和加工速度，同 时，由于其机械结构简单，在设计时更有利于提高机床的刚性，完全解决机械 传动链中存在的磨损问题，进而提高了机床的精度保持性。同时，滚齿速度瓶 颈的打开，辅之以其它技术手段，使机床具备了干式滚齿的机床条件。
本发明的零传动数控滚齿机，包括床身、主轴系统、滚刀进给及滚刀角调 整系统和控制系统；所述主轴系统包括滚刀主轴功能部件和工件主轴功能部件， 所述滚刀主轴功能部件为伺服电机I的转子与滚刀主轴集成为一体，工件主轴 功能部件为伺服电机II的转子与工件主轴集成为一体。
进一步，所述滚刀进给及滚刀角调整系统包括径向进给装置、轴向进给装
置、切向串刀装置和滚刀安装角调整装置，所述径向进给装置采用伺服电机ni
通过同步齿形带I驱动径向进给滚珠丝杠的结构；轴向进给装置采用伺服电机
iv通过同步齿形带n驱动轴向进给滚珠丝杠的结构；切向串刀装置采用伺服电
机V通过减速器驱动串刀直线运动滚珠丝杠的结构；滚刀角度调整装置采用伺 服电机VI驱动蜗轮蜗杆的结构；
进一步，所述工件主轴端部联结工件芯棒，工件芯棒端部设置相对顶紧装
置；
进一步，所述床身上与加工件相对应设置排屑口，所述工件主轴功能部件
靠近加工件的一端和排屑口表面涂有隔热涂层；
进一步，加工件侧设置冷风装置或/和真空吸尘装置，床身上设置循环水流
进一步，所述排屑口入口尺寸为加工工件最大尺寸的2—4倍；
进一步，滚齿机为卧式布局结构；
进一步，所述排屑口下端设置连续排屑装置；进一步，所述连续排屑装置采用输送带结构；
进一步，所述控制系统为CNC控制系统；滚刀主轴功能部件、工件主轴功 能部件、轴向进给装置、切向串刀装置和滚刀安装角调整装置设置有与控制系 统相连的光电编码器，径向进给装置设置有与控制系统相连的直线光栅。
本发明的有益效果主要体现在以下2个方面
1) 精度和效率本发明的零传动数控滚齿机，通过取消普通数控滚齿机中 展成运动部件的传动机构，将滚刀主轴以及工作台设计为零传动形式的功能部 件，消除了滚齿机展成运动中的机械传动链，避免了展成运动中机械传动元件 的制造误差以及间隙和装配误差对于齿轮加工的影响，它不仅可以大幅度提高 机床的加工精度和加工速度，同时，由于其机械结构简单，在设计时更有利于 提高机床的刚性，完全解决机械传动链中存在的磨损问题，进而提高了机床的 精度保持性。采用零传动功能部件，突破了滚齿加工的速度瓶颈，使滚齿速度 可大大地大于传统结构的数控滚齿机，縮短了切削时间；工作台的轴向、径向 进给运动以及串刀都是通过伺服电机和滚珠丝杠来实现，使进给系统具有较高 的传动精度和定位精度，还具有良好的快速响应性，避免爬行，还能保证工作 台低速运动的稳定性，从而使得工作台运动均匀、平稳、无振动、达到高定位 精度以及高重复性精度和两主轴的联动精度。伺服电机和滚珠丝杠的连接采用 同步齿形带实现，具有缓冲、吸振等功能，利于提高加工精度。
2) 干切适应性能够适应环保的干式滚齿要求，已成为现代先进滚齿机的 重要标志，对切削热的合理处理是干式滚齿的最重要要求，零传动突破了滚齿 加工的速度瓶颈，而提高的滚齿速度十分有利于减少切屑变形发热；采用大排 屑口、在工件主轴部件的部分表面以及在床身排屑口表面刷涂隔热涂层，可以 用减小热传导的方式使得切屑热量尽量不传递给工艺系统，减小了工艺系统的 热变形；将切削液系统换装为冷风装置或/和真空吸尘装置，可以降低切削温度 或吸走干切粉尘；卧式机床布局使热切屑最大限度自然下落而少接触工件主轴； 排屑口入口尺寸为加工工件最大尺寸的2—4倍，采用大排屑口结构，排屑顺畅，消除热切屑对工件主轴或床身的变形影响，可以使得切屑热量不传递给工艺系 统，减小了工艺系统的热变形；在排屑口下端设置连续排屑装置，减少了热切 屑在机内的停留时间；床身上设有循环水流动槽以保持床身热平衡。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图l为本发明的结构示意图2为本发明排屑口和工件主轴结构示意图。
具体实施例方式
图1为本发明的结构示意图，图2为本发明排屑口和工件主轴结构示意图， 如图所示本实施例的零传动数控滚齿机采用卧式布局，包括床身1、主轴系统、 滚刀进给系统、滚刀安装角调整装置和CNC控制系统18;
主轴系统包括滚刀主轴功能部件12和工件主轴功能部件19，所述滚刀主轴 功能部件12为伺服电机I 12a的转子与滚刀主轴集成为一体，工件主轴功能部 件19为伺服电机II19a的转子与工件主轴集成为一体，实现零传动；所述工件 主轴功能部件19端部联结工件芯棒17，工件芯棒17端部设置相对顶紧装置14;
滚刀进给系统包括径向进给装置、轴向进给装置和切向串刀装置，径向进 给装置采用伺服电机I1126通过同步齿形带I 27驱动径向进给滚珠丝杠29带动 径向滑板30，从而带动滚刀15完成径向进给运动；轴向进给装置采用伺服电机 IV22通过同步齿形带I123驱动轴向进给滚珠丝杠24带动轴向滑板34，从而带 动滚刀15完成轴向进给运动；所述径向滑板30的滑轨设置在轴向滑板34上； 切向串刀装置采用伺服电机V 7通过减速器8驱动串刀直线运动滚珠丝杠9带动 滚刀架转盘10完成滚刀15串刀运动；
滚刀角度调整装置采用伺服电机VI 3驱动蜗轮蜗杆5完成滚刀15安装角调 整运动；所述滚刀主轴功能部件12、工件主轴功能部件19、径向进给装置、轴向进 给装置、切向串刀装置和滚刀安装角调整装置分别设置位置检测反馈装置，所 述反馈信号数值分别输入控制系统18，所述控制系统18的命令信号输出端分别 与伺服电机'112、伺服电机I119、伺服电机I1126、伺服电机IV22、伺服电机V7 和伺服电机VI3相联，各个运动部件的联动由所述控制系统18中的"电子齿轮 箱"功能实现；
所述位置检测反馈装置中，径向进给位置信号采集装置为直线光栅28，其 它位置信号采集装置为光电编码器，分别为光电编码器Ill、光电编码器I120、 光电编码器IV25、光电编码器V6和光电编码器VI 2。
床身1上与加工件16相对应设置排屑口 31，工件主轴功能部件19靠近加 工件16的一端和排屑口 31表面涂有隔热涂层32，排屑口 31入口尺寸为加工工 件最大尺寸的4倍，大于加工件切屑飞溅范围，避免热切屑对加工精度的影响； 加工件16侧设置冷风装置21和真空吸尘装置35，床身1上设置循环水流动槽 4以保持床身热平衡。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的 宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种零传动数控滚齿机，其特征在于包括床身(1)、主轴系统、滚刀进给及滚刀角调整系统和控制系统(18)；所述主轴系统包括滚刀主轴功能部件(12)和工件主轴功能部件(19)，所述滚刀主轴功能部件(12)为伺服电机I(12a)的转子与滚刀主轴集成为一体，工件主轴功能部件(19)为伺服电机II(19a)的转子与工件主轴集成为一体。
2. 根据权利要求1所述的零传动数控滚齿机，其特征在于所述滚刀进给 及滚刀角调整系统包括径向进给装置、轴向进给装置、切向串刀装置和滚刀安 装角调整装置，所述径向进给装置采用伺服电机III(26)通过同步齿形带I (27) 驱动径向进给滚珠丝杠(29)的结构；轴向进给装置采用伺服电机IV (22)通 过同步齿形带II (23)驱动轴向进给滚珠丝杠(24)的结构；切向串刀装置采 用伺服电机V (7)通过减速器(8)驱动串刀直线运动滚珠丝杠(9)的结构； 滚刀角度调整装置采用伺服电机VI (3)驱动蜗轮蜗杆(5)的结构。
3. 根据权利要求2所述的零传动数控滚齿机，其特征在于所述工件主轴 功能部件(19)端部联结工件芯棒(17)，工件芯棒(17)端部设置相对顶紧装 置(14)。
4. 根据权利要求3所述的零传动数控滚齿机，其特征在于所述床身(1) 上与加工件(16)相对应设置排屑口 (31)，所述工件主轴功能部件(19)靠近 加工件(16)的一端和排屑口 (31)表面涂有隔热涂层(32)。
5. 根据权利要求4所述的零传动数控滚齿机，其特征在于加工件侧设置 冷风装置(21)或/和真空吸尘装置(35)，床身(1)上设置循环水流动槽(4)。
6. 根搪权利要求5所述的零传动数控滚齿机，其特征在于:所述排屑口(31) 入口尺寸为加工工件最大尺寸的2—4倍。
7. 根据权利要求6所述的零传动数控滚齿机，其特征在于滚齿机为卧式 布局结构。
8. 根据权利要求7所述的零传动数控滚齿机，其特征在于:所述排屑口(31) 下端设置连续排屑装置(33)。
9. 根据权利要求8所述的零传动数控滚齿机，其特征在于所述连续排屑 装置(33)采用输送带结构。
10. 根据权利要求9所述的零传动数控滚齿机，其特征在于所述控制系 统(18)为CNC控制系统；滚刀主轴功能部件(12)、工件主轴功能部件(19)、 轴向进给装置、切向串刀装置和滚刀安装角调整装置设置有与控制系统(18) 相连的光电编码器，径向进给装置设置有与控制系统(18)相连的直线光栅(28)。
全文摘要
本发明公开了一种零传动数控滚齿机，包括床身、主轴系统、滚刀进给及滚刀角调整系统和控制系统；主轴系统包括滚刀主轴功能部件和工件主轴功能部件，滚刀主轴功能部件为伺服电机I的转子与滚刀主轴集成为一体，工件主轴功能部件为伺服电机II的转子与工件主轴集成为一体，本发明能够消除展成运动传动元件的制造误差以及间隙和装配误差对于齿轮加工的影响，可以大幅度提高机床的加工精度和加工速度，本发明结构简单，能提高机床整体刚性，解决机械传动链中的磨损问题，提高了精度的保持性，使滚齿速度可大大地大于传统结构的数控滚齿机，缩短了切削时间，在此基础上，通过采取一系列的配套技术措施，使该机床具备了干式滚齿所需的机床条件。
文档编号B23F23/00GK101298106SQ200810069879
公开日2008年11月5日 申请日期2008年6月24日 优先权日2008年6月24日
发明者张根保, 健 王, 强 黄 申请人:重庆大学