专利名称：数控齿轮的开坯方法及专用设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种齿轮的切削加工方法，特别是一种数控床加工齿轮的开坯方法以及专用设备。
背景技术：
传统的齿轮加工，是根据范成法，将齿轮坯料直接用滚齿机，滚切成齿轮，齿与齿之间的部分，全部加工成铁屑(a)(见图1)，由于滚切量大，需要几刀甚至十几刀才能将齿轮坯料滚切成齿轮，滚切时间长，耗电量大，生产量低。对精度要求不高的齿轮采用成形刀具及成形法加工，但刀具成本高，加工精度较低。
还有的在粗加工时(开坯)时使用指形单铣刀进行切削加工，铣刀材质采用高速工具钢，切削时必须在充分冷却的条件下进行，切削速度不能超过40米/分，其工作过程是作回转运动的铣刀沿床身的垂直导轨上下运动，将卡在回转工作台上的工件进行切削加工，由于加工量大，进给速度受到限制，切削后的凹槽部分也全部成为铁屑，加工效率低且耗费电能；每种模数的工件必须使用同模数的刀具，因此刀具用量大、类型多，操作麻烦， 工效低。发明内容
本发明目的是针对上述加工齿轮技术存在的不足，提供一种用于大模数齿轮开坯，能够缩短齿轮在滚齿机上的加工周期，降低能耗又提高齿轮生产产量的数控齿轮的开坯方法及其专用设备。
本发明所提出的数控床加工齿轮的开坯方法，是基于齿轮一定的跨齿数的两齿廓，有公共法线原理，用两把平行的圆形锯片刀(A)，在专用的数控设备上，将齿轮坯料的齿与齿之间的部分切下(见图2)，只留少量的滚切余量§。然后，再由滚齿机将余量滚切掉， 加工成齿轮。两把圆形锯片刀的距离是公法线长度L加上2倍的滚切余量§。由于齿与齿之间的部分变成了整块废料b，只有少部分坯料加工成铁屑a(见图幻，因此大大缩短了整个齿轮的加工周期，提高了生产效率。根据上述技术构思本发明提出了一种数控齿轮的开坯方法，其特征在于齿轮的开坯包括如下方法
(1)根据齿轮模数确定刀的切割深度，采用二把锯片刀(A)同时对齿轮工件进行切削加工，两把锯片刀的内侧距离等于工件的公法线长度L加上2倍的滚切余量§，保证齿轮中心线位于两把锯片刀的距离中心；
(2)锯片刀㈧在旋转过程中由下向上切割，两把锯片刀分别沿着工件轮齿的两个不同齿面切割成齿槽§，切割完成后两把锯片刀(A)同时离开该齿槽；
(3)两把锯片刀(A)再回到齿轮坯料下面的轮齿预切割位，同时齿轮坯料相对于刀具也旋转到下一个齿位，两把锯片刀(A)再次进给到切割深度位置，进行第二个齿不同齿面的切割，如此重复步骤(2) (3)的过程，当两把刀切割的齿槽相交时，废料(b)自然脱落，完成整个齿轮的开坯。
本发明设计开坯的齿轮为直齿轮或斜齿轮，斜齿轮开坯时要将两把锯片刀转动角度，使刀片平面与齿轮轴线夹角同斜齿轮螺旋角一致，并使该转动角度固定。
本发明根据上述齿轮开坯方法所设计的开坯设备，包括驱动工作台、滑台、立柱、 槽形横梁、弓形滑板、主轴刀箱、配重和数控系统，驱动工作台与滑台水平连接，位于滑台上方的立柱底面的横凹轨与滑台凸轨相配合，其特征在于立柱侧面设有立柱纵凸轨，与立柱纵凸轨相配合安装带有纵凹横凸轨的槽形横梁，横梁凹轨与立柱纵凸轨相配合；横梁水平凸轨与弓形滑板上的水平凹轨相配合，该凹、凸轨的运动方向与立柱纵导轨相垂直；在弓形滑板的水平凹轨背面设有圆形平轨，该圆形平轨与主轴刀箱上的刀箱平轨相配合以实现刀具转角，刀箱的输出轴上装有圆形锯片刀。
所述的驱动工作台的底座上设有环形下导轨，下导轨面上开有静压油槽，蜗杆及蜗轮各自与底座及盘面固定，蜗轮下面设有与下导轨相对应接触的环形上导轨，盘面中心装有定心轴，在蜗杆驱动下的蜗轮带动盘面绕定心轴作360°旋转。
本发明加工的开坯件直径从2米到8米，开坯齿轮厚度达1米，开坯齿轮模数为 15 40，工作环境温度不限；经测算，齿轮经开坯再进行滚齿，与传统的齿轮加工相比，同规格齿轮从坯料到成品加工，提高功效5-8倍，节电30% -60%，模数越大，省时、省电越明显，节电节能达40% -60% ；加工的废料可作金属材料回收利用，比碎屑利用率提高30 40%。运行平稳定可靠。本发明开坯机床是专为大模数齿轮的开坯而设计，可缩短齿轮在滚齿机上的加工周期，提高滚齿机的产量，降低电耗，本数控齿轮开坯机分度精确，位移准确， 滚切余量均勻。
图1为现有齿轮工件加工示意图。
图2为本发明齿轮工件加工原理示意图。
图3为加工过程中齿轮坯料示意图。
图4、图5和图6为直齿轮加工过程示意图。
图7、图8和图9为斜齿轮加工过程示意图。
图10为本发明数控开坯机床沿图11中C-C向剖面示意图。
图11为沿图10中B-B向剖面结构示意图。
图12为工作台剖面结构示意图。
图13为弓形滑板结构示意图。
图14为主轴刀箱结构示意图。
图15为本发明开坯机床主部件装配结构示意图。
具体实施方式
实施例1
直齿轮开坯将齿轮坯料装卡在工作台上并找正，根据齿轮模数确定刀的切割深度；两把圆形锯片刀A的距离，调整固定到公法线长度L加上2倍滚切余量§的位置，而且要保证齿轮中心线位于两把锯片刀的距离中心，即齿轮中心线通过两把圆形锯片刀的距离中心(见图4)；圆形锯片刀在旋转中由下向上进行切割，两把锯片刀分别沿着工件轮齿的两个不同齿面切割成齿槽§，切割完成后两把锯片刀A同时离开该齿槽；然后，两把圆形锯片刀A再回到齿轮坯料的下面的轮齿预切割位置(见图5)，于此同时，齿轮坯料相对于刀具也旋转到下一个齿位，两把圆形锯片刀A再次进给到两个不同齿面的切割深度位置，进行第二个齿的切割，依次往复；当两把刀切割的齿槽相交时，废料(b)自然脱落，完成整个直齿轮的开坯(见图6)。
实施例2
斜齿轮开坯将齿轮坯料装卡在工作台上并找正，根据斜齿轮模数确定刀的切割深度；两把圆形锯片刀A的距离，调整固定到斜齿轮公法线长度L加上2倍滚切余量§的位置，而且要保证齿轮中心线位于两把锯片刀的距离中心，即齿轮中心线通过两把圆形锯片刀的距离中心；将两把圆形锯片刀A转动角度，使刀片平面与齿轮轴线夹角和斜齿轮螺旋角一致，并固定该转动角度(见图7)；
圆形锯片刀在旋转中由下向上进行切割，两把锯片刀分别沿着工件轮齿的两个不同齿面切割齿槽§，同时根据齿轮螺旋角的正切函数转动齿轮坯料，切割完成后两把锯片刀A同时离开该齿槽；然后，两把圆形锯片刀A再回到齿轮坯料的下面的轮齿预切割位置 (见图8)，于此同时，齿轮坯料相对于刀具也旋转到下一个齿位，两把圆形锯片刀A再次进给到两个不同齿面的切割深度位置，进行第二个齿的切割，依次往复；当两把刀切割的齿槽相交时，废料(b)自然脱落，自此完成整个斜齿轮的开坯(见图9)。
实施例3
参见图10 15，本发明齿轮开坯数控机床主要由驱动工作台1、滑台2、立柱3、槽形横梁4、两个弓形滑板5、两个主轴刀箱6、配重7和数控系统8组成。
驱动工作台1是由高强度灰口铸铁铸造的底座1-1和盘面1-2，蜗杆1-3、蜗轮1_4 和定心轴1-5组成(见图10、图12)，驱动工作台1的底座1-1上设有环形下导轨1-6，下导轨面上开有静压油槽1-7，蜗杆1-3与底座1-1固定，蜗轮1-4与盘面1-2固定，蜗轮1_4 下面设有与下导轨1-6相对应接触的环形上导轨1-8，盘面1-2中心装有定心轴1-5，在伺服电机的驱动下，蜗杆1-3驱动蜗轮1-4带动盘面1-2绕定心轴1-5作360°旋转。
驱动工作台1与滑台2水平连接，滑台2上面设计两个矩形滑台凸轨2-1，
滑台上方为立柱3，立柱3上设计有水平的矩形水平凹导轨，立柱侧面设有竖直的矩形纵凸轨3-2，两导轨的走向成90度夹角。立柱3底面的横凹轨3-1与滑台凸轨2-1相配合，以实现立柱3以及与立柱3相结合的槽形横梁4、两个弓形滑板5、两个主轴刀箱6、配重7的水平向左右滑动。槽形横梁4设计有竖直矩形凹轨4-1和水平矩形凸轨4-2(见图 15)，两导轨的走向成90度夹角，横梁凹轨4-1与立柱纵凸轨3-2相配合，进而实现槽形横梁4以及与槽形横梁4相结合的两个弓形滑板5、两个主轴刀箱6的垂直滑动。弓形滑板5 上设有水平的矩形凹轨5-1和圆形平轨5-2(见图13)，横梁水平凸轨4-2与弓形滑板5上的水平凹轨5-1相配合，实现弓形滑板5及与弓形滑板5结合的主轴刀箱6水平前后滑动， 该凹轨5-1、凸轨4-2的运动方向与立柱纵导轨相垂直；主轴刀箱6设有圆形刀箱平轨6-1， 在弓形滑板的水平凹轨5-1背面设有圆形平轨5-2，该圆形平轨与主轴刀箱6上的刀箱平轨 6-1相配合(见图14)，以实现锯片刀转角，刀箱的输出轴上装有圆形锯片刀A。
机床主轴刀箱6的动力，是选用11千瓦三相异步电动，并配有变频系统，可实现无极变速；箱体内设有冷却系统，保证润滑油的冷却及润滑；机床全部运动件的驱动电机，均选用伺服电机，既可实现运动部件的单独动作，也可以实现三坐标方向联动；槽形横梁4 的上下运动和立柱3的水平运动，采用运动平稳、位移准确的滚珠丝杠传动；为便于更换刀头，圆形锯片刀采用机夹刀具；槽形横梁4以及与槽形横梁4相结合的两个弓形滑板5、两个主轴刀箱6的垂直滑动，由配重7减轻提升阻力。
权利要求
1.一种数控齿轮的开坯方法，其特征在于齿轮的开坯包括如下方法(1)根据齿轮模数确定刀的切割深度，采用二把锯片刀(A)同时对齿轮工件进行切削加工，两把锯片刀的内侧距离等于工件的公法线长度L加上2倍的滚切余量§，保证齿轮中心线位于两把锯片刀的距离中心；(2)锯片刀(A)在旋转过程中由下向上切割，两把锯片刀分别沿着工件轮齿的两个不同齿面切割成齿槽§，切割完成后两把锯片刀(A)同时离开该齿槽；(3)两把锯片刀(A)再回到齿轮坯料下面的轮齿预切割位，同时齿轮坯料相对于刀具也旋转到下一个齿位，两把锯片刀(A)再次进给到切割深度位置，进行第二个齿不同齿面的切割，如此重复步骤0)(3)的过程，当两把刀切割的齿槽相交时，废料(b)自然脱落，完成整个齿轮的开坯。
2.按照权利要求1所述的一种数控齿轮的开坯方法，其特征在于所述开坯的齿轮为直齿轮或斜齿轮，斜齿轮开坯时要将两把锯片刀(A)转动角度，使刀片平面与齿轮轴线夹角同斜齿轮螺旋角一致，并使该转动角度固定。
3.根据权利要求1或2所述的数控齿轮开坯方法的专用设备，包括驱动工作台、滑台、 立柱、槽形横梁、弓形滑板、主轴刀箱、配重和数控系统，驱动工作台(1)与滑台( 水平连接，位于滑台上方的立柱(3)底面的横凹轨(3-1)与滑台凸轨相配合，其特征在于 立柱侧面设有立柱纵凸轨(3-2)，与立柱纵凸轨相配合安装带有纵凹横凸轨的槽形横梁 G)，横梁凹轨与立柱纵凸轨(3-2)相配合；横梁水平凸轨(4-2)与弓形滑板(5)上的水平凹轨(5-1)相配合，该凹、凸轨的运动方向与立柱纵导轨相垂直；在弓形滑板的水平凹轨(5-1)背面设有圆形平轨(5-2)，该圆形平轨与主轴刀箱(6)上的刀箱平轨(6-1)相配合以实现刀具转角，刀箱的输出轴上装有圆形锯片刀(A)。
4.根据权利要求3所述的数控齿轮开坯方法所用的设备，其特征是驱动工作台(1) 的底座(1-1)上设有环形下导轨(1-6)，下导轨面上开有静压油槽(1-7)，蜗杆(1-3)及蜗轮(1-4)各自与底座(1-1)及盘面(1-2)固定，蜗轮下面设有与下导轨相对应接触的环形上导轨(1-8)，盘面中心装有定心轴(1-5)，在蜗杆驱动下的蜗轮带动盘面(1- 绕定心轴作360°旋转。
全文摘要
本发明公开一种数控床加工齿轮的开坯方法以及专用设备。是基于齿轮一定的跨齿数的两齿廓，有公共法线原理，用两把平行的圆形锯片刀，在专用的数控设备上，将齿轮坯料的齿与齿之间的部分切下，只留少量的滚切余量§，再由滚齿机将余量滚切掉，加工成齿轮，两把锯片刀的距离是公法线长度L加上2倍的滚切余量§。本发明开坯机床是专为大模数齿轮的开坯而设计，可缩短齿轮在滚齿机上的加工周期，提高滚齿机的产量；加工的开坯件直径从2米到8米，开坯齿轮厚度达1米，开坯齿轮模数为15～40，经测算，齿轮经开坯再进行滚齿，与传统的齿轮加工相比，同规格齿轮从坯料到成品加工，提高功效5-8倍，节电节能达40％-60％。
文档编号B23F17/00GK102513615SQ20111043702
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者付贵臣, 张海义 申请人:付贵臣, 张海义