蜗杆复合加工机床的制作方法

本发明涉及一种加工机床，特别涉及一种蜗杆复合加工机床。

背景技术：

蜗杆传动具备多齿接触、重合度大、承载能力高、使用寿命长及一定条件下的自锁性等优点，为当前动力传动及精密传动的主要发展方向，在航空航天、船舶航海、矿山冶金、煤矿化工等领域应用广泛。

蜗杆传动根据蜗杆的外形可分为圆柱蜗杆传动、锥蜗杆传动、环面蜗杆传动和鼓形蜗杆传动四大类。目前的蜗杆加工机床多为圆柱蜗杆加工机床，环面蜗杆加工机床较少，而锥蜗杆和鼓形蜗杆的加工则只能在上述两类机床上进行改造完成，从而造成四大类蜗杆齿面的加工困难，除圆柱蜗杆齿面外的另外三类蜗杆齿面加工精度低，阻碍了蜗杆传动的进一步推广和大面积应用。

申请号为200610095040.4的中国专利“能虚拟中心距的环面蜗杆数控机床”提出利用虚拟回转中心原理构建蜗杆数控机床的运动轴，能够实行小中心距机床加工大中心距环面蜗杆，且选择不同的数控轴联动可以实现环面蜗杆、鼓形蜗杆、圆柱蜗杆及锥蜗杆等所有螺旋面的车削、铣削或磨削加工。但该机床存在调整不便、刚性不足、加工精度低、不能在线检测及修正加工的问题。

专利号为ZL201410393515.5的中国专利“具有在线检测与修正功能的环面蜗杆加工机床”提出一种环面蜗杆加工机床，实现了环面蜗杆齿面加工过程中的在线检测及修正加工功能，能从根本上解决目前环面蜗杆齿面加工精度低的问题，但是无法对圆柱蜗杆、锥蜗杆及鼓形蜗杆进行加工。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种蜗杆复合加工机床，能够用于加工所有类型的蜗杆，通用性强，一机多用，同时能够实现在线检测及修正加工，加工精度较高。

本发明的蜗杆复合加工机床，包括底座及设在底座上的加工单元和检测单元；

所述底座呈“T”形并包括Z向座及与Z向座相垂直的X向座；所述Z向座上设有沿其长度方向设置的Z向导轨及Zc向导轨，所述Zc向导轨位于Z向导轨的外侧；所述X向座上设有沿其长度方向设置的X向导轨；

所述加工单元包括工作台及平台，所述工作台安装在Z向导轨上并由Z向电机驱动沿Z向导轨移动；所述平台安装在X向导轨上并由X向电机驱动沿X向导轨移动；

所述工作台上设有床头箱、尾架箱、驱动顶针Ⅰ及驱动顶针Ⅱ，床头箱内固定有驱动电机Ⅰ，驱动电机Ⅰ与驱动顶针Ⅰ传动连接，驱动顶针Ⅱ设在尾架箱上并与驱动顶针Ⅰ对应；待加工蜗杆被顶持在驱动顶针Ⅰ与驱动顶针Ⅱ之间并由驱动顶针Ⅰ带动绕C向转动；

所述平台上设有回转台Ⅰ，所述回转台Ⅰ由B向电机通过蜗轮蜗杆传动副带动沿B向水平旋转；所述回转台Ⅰ上设有龙门式双立柱Ⅰ，龙门式双立柱Ⅰ的两立柱Ⅰ上设有沿其高度方向设置的Y向导轨，横梁Ⅰ安装在Y向导轨上并由Y向电机驱动沿Y向导轨移动；所述横梁Ⅰ上安装有回转台Ⅱ，所述回转台Ⅱ由A向电机通过蜗轮蜗杆传动副带动沿A向水平旋转；所述回转台Ⅱ上安装有电主轴，所述电主轴包括主轴及驱动主轴旋转的SP轴向电机，所述主轴末端安装有加工刀具；

所述检测单元包括龙门式双立柱Ⅱ、带测微功能的测头及设在尾架箱内的驱动电机Ⅱ；所述龙门式双立柱Ⅱ安装在Zc向导轨上并由Zc向电机驱动沿Zc向导轨移动；所述龙门式双立柱Ⅱ的两立柱Ⅱ上设有沿其高度方向设置的Yc向导轨，滑块安装在Yc向导轨上并由Yc向电机驱动沿Yc向导轨移动；所述滑块上设有与X向导轨平行的Xc向导轨，横梁Ⅱ安装在Xc向导轨上并由Xc向电机驱动沿Xc向导轨移动；所述横梁Ⅱ靠近待加工蜗杆的一端安装所述测头；驱动电机Ⅱ与驱动顶针Ⅱ传动连接并带动驱动顶针Ⅰ绕Cc向转动，所述测头为三维扫描测头结构。

进一步，所述床头箱上安装有用于修整加工刀具的修整器。

进一步，所述Z向导轨为滚动导轨结构，所述Z向电机通过滚珠丝杆传动副驱动工作台沿Z向导轨移动。

进一步，所述X向导轨为滚动导轨结构，所述X向电机通过滚珠丝杆传动副驱动平台沿X向导轨移动。

进一步，所述Y向导轨为滚动导轨结构，所述Y向电机通过滚珠丝杆传动副驱动横梁Ⅰ沿Y向导轨移动。

进一步，所述Zc向导轨为滚动导轨结构，所述Zc向电机通过滚珠丝杆传动副驱动龙门式双立柱Ⅱ沿Zc向导轨移动。

进一步，所述Yc向导轨为滚动导轨结构，所述Yc向电机通过滚珠丝杆传动副驱动滑块沿Yc向导轨移动。

进一步，所述Xc向导轨为滚动导轨结构，所述Xc向电机通过滚珠丝杆传动副驱动横梁Ⅱ沿Xc向导轨移动。

进一步，所述加工刀具为盘状砂轮、指状砂轮、盘状铣刀或者指形铣刀。

进一步，所述加工刀具为平面状、渐开面状、圆柱面状或者圆锥面状。

本发明的有益效果：本发明的蜗杆复合加工机床，具有十一个全闭环数控运动轴，其中七个运动轴构成加工单元，加工过程中五轴联动，另外四个运动轴构成检测单元，检测过程中四轴联动，视不同被加工蜗杆情况而选择不同的联动轴，能够用于加工所有类型的蜗杆，通用性强，一机多用，同时能够实现在线检测及修正加工，加工精度较高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的立体图；

图4为本发明的的运动轴示意图。

具体实施方式

如图所示：本发明的蜗杆复合加工机床，包括底座及设在底座上的加工单元和检测单元；底座作为承载主体，用于支撑其它部件；加工单元用于实现蜗杆的加工，检测单元用于实现对加工的检测，除此之外，还具有与两单元配合的控制单元，控制单元通过控制相关运动轴的配合运动而实现不同的功能；控制单元采用双通道系统，能够控制加工单元加工完成齿面后，控制检测单元检测齿面精度并进行误差溯源分析，调整加工单元的机床参数及加工工艺参数后进行修正加工，进而提高齿面加工精度。

所述底座呈“T”形并包括Z向座1a及与Z向座1a相垂直的X向座1b；所述Z向座1a上设有沿其长度方向设置的Z向导轨22及Zc向导轨21，所述Zc向导轨位于Z向导轨的外侧；所述X向座1b上设有沿其长度方向设置的X向导轨23；X、Z为位于水平面内两相互垂直的移动轴；Z向导轨在Z向座表面延伸，Zc向导轨则从Z向座1a的一端延伸至X向座1b的侧边；“T”形结构的底座有利于实现机床的紧凑化。

所述加工单元包括工作台20及平台5，所述工作台20安装在Z向导轨上并由Z向电机2驱动沿Z向导轨移动；所述平台5安装在X向导轨上并由X向电机驱动沿X向导轨移动；所述Z向导轨为滚动导轨结构，所述Z向电机2通过滚珠丝杆传动副驱动工作台20沿Z向导轨移动；Z向电机2、X向电机均为伺服电机结构；滚珠丝杆传动副即，Z向电机2的输出轴通过联轴器与一丝杆相连，丝杆中部安装螺母，工作台20与螺母固连；X向导轨为滚动导轨结构，所述X向电机通过滚珠丝杆传动副驱动平台5沿X向导轨移动。

所述工作台20上设有床头箱3、尾架箱15、驱动顶针Ⅰ4及驱动顶针Ⅱ14，床头箱3内固定有驱动电机Ⅰ，驱动电机Ⅰ与驱动顶针Ⅰ4传动连接，驱动顶针Ⅱ14设在尾架箱15上并与驱动顶针Ⅰ4对应；待加工蜗杆13被顶持在驱动顶针Ⅰ4与驱动顶针Ⅱ14之间并由驱动顶针Ⅰ4带动绕C向转动；驱动电机Ⅰ为伺服电机结构；床头箱3、尾架箱15分别位于工作台20长度方向的两侧；驱动电机Ⅰ与驱动顶针Ⅰ4之间可通过转台相连。

所述平台5上设有回转台Ⅰ6，所述回转台Ⅰ6由B向电机通过蜗轮蜗杆传动副带动沿B向水平旋转；所述回转台Ⅰ6上设有龙门式双立柱Ⅰ7，龙门式双立柱Ⅰ7的两立柱Ⅰ上设有沿其高度方向设置的Y向导轨，横梁Ⅰ12安装在Y向导轨上并由Y向电机驱动沿Y向导轨移动；所述横梁Ⅰ12上安装有回转台Ⅱ8，所述回转台Ⅱ8由A向电机通过蜗轮蜗杆传动副带动沿A向水平旋转；所述回转台Ⅱ8上安装有电主轴10，所述电主轴10包括主轴11及驱动主轴11旋转的SP轴向电机，所述主轴11末端安装有加工刀具9；Y为垂直于XZ平面的移动轴；所述Y向导轨为滚动导轨结构，所述Y向电机通过滚珠丝杆传动副驱动横梁Ⅰ12沿Y向导轨移动；蜗轮蜗杆传动副即，B向电机的输出轴通过联轴器连接分度蜗杆，分度蜗杆与分度蜗轮配合，回转台Ⅰ6通过平键及推力球轴承精密安装于蜗轮轴上，并由B向电机驱动分度蜗杆传动分度蜗轮进而带动回转台Ⅰ6绕B向转动；沿B向水平旋转即以回转台Ⅰ6的中心轴为旋转轴而旋转；B向电机、A向电机及SP轴向电机均为伺服电机结构；加工刀具9可为为盘状砂轮、指状砂轮、盘状铣刀或者指形铣刀，加工刀具9为平面状、渐开面状、圆柱面状或者圆锥面状，通过选择不同的加工刀具9，可实现圆柱蜗杆、圆锥蜗杆、环面蜗杆及鼓形蜗杆四大类中所有形式蜗杆齿面的包络展成磨削，能实现渐开线齿轮、摆线齿轮、特殊新型齿轮等其他形式螺旋面的成形磨削加工，具备进行相应扩展的功能；此外，所述床头箱3上安装有用于修整加工刀具9的修整器，修整器实现所有形式蜗杆所对应滚刀的磨削、铲磨、刃磨；例如，当加工刀具9为砂轮时(主轴末端通过锥度安装盘形砂轮)，修整器采用金刚碟轮，能够铲磨蜗轮滚刀。

所述检测单元包括龙门式双立柱Ⅱ19、带测微功能的测头16及设在尾架箱15内的驱动电机Ⅱ；所述龙门式双立柱Ⅱ19安装在Zc向导轨上并由Zc向电机驱动沿Zc向导轨移动；所述龙门式双立柱Ⅱ19的两立柱Ⅱ上设有沿其高度方向设置的Yc向导轨，滑块18安装在Yc向导轨上并由Yc向电机驱动沿Yc向导轨移动；所述滑块18上设有与X向导轨平行的Xc向导轨，横梁Ⅱ17安装在Xc向导轨上并由Xc向电机驱动沿Xc向导轨移动；所述横梁Ⅱ17靠近待加工蜗杆13的一端安装所述测头16；驱动电机Ⅱ与驱动顶针Ⅱ14传动连接并带动驱动顶针Ⅰ4绕Cc向转动，所述测头16为三维扫描测头结构；Zc向电机、Yc向电机、驱动电机Ⅱ均为伺服电机结构；所述Zc向导轨为滚动导轨结构，所述Zc向电机通过滚珠丝杆传动副驱动龙门式双立柱Ⅱ19沿Zc向导轨移动；所述Yc向导轨为滚动导轨结构，所述Yc向电机通过滚珠丝杆传动副驱动滑块沿Yc向导轨移动；所述Xc向导轨为滚动导轨结构，所述Xc向电机通过滚珠丝杆传动副驱动横梁Ⅱ17沿Xc向导轨移动；工作台20处于龙门式双立柱Ⅱ19的两立柱Ⅱ之间。

本机床具有十一个全闭环数控运动轴，分别为：工作台20的横向移动轴Z轴、加工刀具9的前后移动轴X轴、加工刀具9的上下移动轴Y轴、测头的横向移动轴Zc轴、测头的前后移动轴Xc轴、测头的上下移动轴Yc轴、主轴的旋转SP轴、加工刀具9的倾角调整轴A轴、加工刀具9的回转运动轴B轴、工件头架驱动顶针Ⅰ4的回转轴C轴及工件尾座驱动顶针Ⅱ14的回转运动轴Cc轴。

其中Z轴、X轴、Y轴、A轴、B轴、C轴及SP轴等构成加工单元，视不同被加工蜗杆情况而需要不同的联动轴：

1)圆柱蜗杆齿面，Z轴及C轴两轴联动；

2)锥蜗杆齿面，Z轴、X轴及C轴三轴联动；

3)鼓形蜗杆齿面、平面及锥面包络环面蜗杆齿面，Z轴、X轴、B轴及C轴四轴联动；

4)渐开面包络环面蜗杆齿面，Z轴、Y轴、X轴、B轴及C轴五轴联动。

其中Zc轴、Xc轴、Yc轴、及Cc轴等构成检测单元，在检测过程中，需要Zc轴、Xc轴、Yc轴及Cc轴等四轴联动。

本实施例中，各电机的位置可根据需要而定，只要能实现相关的驱动效果即可。

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。