专利名称：电脑自动分度装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于普通铣床的电脑自动分度装置。
已有的数控分度头只适合于数控铣床和加工中心，不能用于普通铣床。
已有普通铣床利用分度头来加工分度工件，必须人工对分度头和机床进行操作，如加工齿轮，事前必须进行计算，更换分度板，调整分度头，而加工中每加工一个齿槽必须人工转动分度手柄并使插销准确插入分度盘孔，并反复操作机床工作台的进给和退回。如工件的齿数与分度盘不一致，或加工螺旋齿轮，还需要计算并安装挂轮组，不但加工前需化费很多时间来进行复杂的计算和调整，而且加工过程中也需要精力高度集中以免出废品。
本实用新型的目的在于提出一种能安装在普通铣床上对直齿或螺旋齿圆柱齿或圆锥齿轮，或离合器，或凸轮等工件进行全自动加工循环的自动分度装置。这种分度装置只须从控制器键盘输入齿数、螺旋角、齿槽长度等参数，就可自动进行进刀，退刀，分度的循环直至加工完成。如在这种自动分度装置上增配主轴脉冲发生器，还可以用滚刀加工直斜齿圆柱齿轮，花键，蜗轮，以及用飞刀加工蜗轮。如增配锥齿轮刨齿或铣齿附件，还可以加工直齿或弧齿园锥齿轮。增配外接伺服电机并把该电机用传动机构与铣床工作台升降或横向丝杠相连，还可以以柱面坐标形式加工三维曲面。
本实用新型通过下述方法实现目的。
方法是对已有机械分度头进行改进，取消分度盘，分度手柄及其附属机构，增加一个伺服电机，并把该伺服电机的出力轴直接地或经一对齿轮或同步齿轮和同步齿带与分度蜗杆联动，这个伺服电机由一个电脑控制器控制驱动以实现自动分度，除此以外，还增设了第二个伺服电机，这个伺服电机通过齿轮、同步齿带等传动元件与工作台进给丝杠相连以使铣床工作台能在电脑控制下自动进退。
两个伺服电机受同一个电脑控制器内的程序控制，协调动作。采用不同的程序就可实现直齿圆柱或圆锥齿轮，花键，以及螺旋齿轮、凸轮、齿轮倒角等的自动加工。
电脑控制器上有显示器，用于检查输入数据，显示工作状态，以及向操作者提示机床调整的过程和参数，有键盘，用于输入加工参数，选择加工程序以及编制特殊工件的加工程序。还有软盘驱动器，用于保存或与计算机交换数据和程序。
分度头的分度机构，如分度蜗轮、蜗杆的加工误差，可以由电脑控制器根据实测误差值进行校正，这样在制造工艺和精度相等的条件下，本装置所加工工件的分度精度可以比手动分度头高2－4倍。
普通铣床所用普通丝杠及传动机构不可避免有反向间隙。在加工直齿轮、花键类工件时这一反向间隙对加工质量没有影响。但在加工螺旋齿轮、或凸轮类工件时，反向间隙将影响加工质量。电脑控制器内设置的消隙程序将根据操作者输入的实测反向间隙值，在工作台反向时自动予先移动相当于反向间隙的距离以保证加工表面符合设计要求。
在本分度装置的电脑控制器上还可增设一个脉冲输入接口，在这个接口上可以连接一个主轴脉冲发生器，该主轴脉冲发生器与铣床主轴联动或与刀具安装在一起以捡测刀具旋转的角度，电脑控制器将按照输入脉冲的频率，(实际为工具旋转的速度)来控制分度主轴伺服电机以及铣床工作台进给伺服电机以相应的速率运转，这样就可以用滚齿刀以展成法来加工齿轮、花键、螺旋齿轮，蜗轮等工件。还可以用飞刀加工蜗轮，加工中不必象滚齿机上用飞刀加工蜗轮那样，工件每转一周，就得停机一次调整刀具轴向位置及工件的角度，而是从始至终自动完成。
在电脑控制器上，还可增设一个外接伺服电机驱动接口，在这个接口上可以外接第三个伺服电机。该伺服电机可以安装在铣床适当部位，并通过同步齿带驱动工作台升降或横向进给丝杠，这样，利用一定的程序，使电脑控制器同时控制三个伺服电机，铣床上就能自动加工出更复杂的工件，甚至在圆柱面上或圆锥面上铣刻图案，文字或三维曲面。如让第三个伺服电机通过蜗杆，蜗轮等机构驱动一个锥齿轮刨齿或铣齿附件的摇台回转，那本分度装置还能使铣床具有加工直齿或弧齿锥齿轮的能力。
以下结合附图和实例对本装置进行进一步的说明
图1为电脑自动分度装置的结构图图2为本装置用滚齿刀加工齿轮的示意图。
图3为本装置用飞刀加工蜗轮的示意图。
图4为锥齿轮刨齿附件的构造图。
图5为本装置加工直齿锥齿轮的示意图。
图6为锥齿轮铣齿附件的构造图。
图7为电脑控制器和分度头制成一体的电脑分度装置外形图。
图1中(1)为分度头体，(2)为底座，松开底座两边的夹箍，分度头体可以绕垂直于分度轴的水平轴回转并固定在任意角度上。(3)为分度主轴，其上固定有蜗轮(4)蜗杆(5)与(4)啮合，(5)的外端装有齿轮(6)，它与伺服电机(8)轴上的小齿轮(7)啮合，这样伺服电机(8)就能驱动分度主轴(3)低速回转。伺服电机(9)朝后安装在壳体(10)中，(10)的外部带有燕尾，因而可以方便的插在底座(2)后部制出的燕尾槽中，或从其中抽出。伺服电机(9)的出力轴上装有小同步齿轮(11)，它通过同步齿带(12)与装在铣床工作台纵向丝杠(16)上的同步齿轮(14)相连。燕尾中部装一个调节螺丝(13)，调节(13)可以使同步齿带合理张紧。(17)为分度主轴夹紧电磁铁，它通过夹紧机构(18)(19)使分度主轴在回转时被放松，在分度完成后被夹紧。(20)为电脑控制器。其上有显示器(21)，键盘(22)，与分度头两个伺服电机及夹紧电磁铁连结用的接口(23)以及主轴脉冲发生器输入接口和第三伺服电机驱动接口(24)，(25)。(26)为与上位计算机连结用的通讯接口。(27)为软盘驱动器。
伺服电机可以采用步进电机，也可采用带有位置反馈装置(如光电码盘)的直流或交流伺服电机。
如采用每转400步的步进电机，齿轮(6)、(7)齿数比为101蜗轮(4)为40齿，蜗杆(5)为单头，那么步进电机每步相当于回转角8.1秒，在100mm的圆周上相当于0.00195m。齿轮(14)、(15)齿数比为7.51，工作台丝杠螺距为6mm，那么电机(9)每步相当于工作台移动0.002mm。当电机工作频率为0～800HZ变化时，工作台的速度为0～960mm／分。
如步进电机有足够力矩并采用细分驱动电路，那么可采用弹性联轴器把蜗杆和电机轴直接连结。
本装置可完成直齿圆柱、圆锥齿轮、花键轴、离合器、鼠齿盘或齿距不均等工件的自动加工、也可进行螺旋齿圆柱齿轮、凸轮、齿轮倒角的自动加工。
本装置的控制器内置有一些常用另件加工程序，适合加工典型工件，如齿轮，离合器，齿轮倒角等。操作者只要按另件选择相应的加工程序，并输入加工参数，如齿轮的齿数、螺旋角、铣刀开始位置(分度位置)、最终位置等，就可开始加工。对特殊工件，如不等分工件，或凸轮，则可以输入专门编制的程序进行加工。该程序可以从键盘打入，也可在上位计算机上输入，调试和存储，再通过电缆或软盘从控制器的通讯接口(26)或软驱(27)输入到控制器中。
当不需要自动控制工作台纵向运动而需要控制机床其它坐标的运动时可以把伺服电机(9)连同其外壳(10)从分度头上抽下并装插到固定在机床其它位置或附件上的电机底座上，并用齿轮和同步齿带把电机轴和要控制的机构联接起来。电机底座有几种不同的形状以适合在机床不同位置安装。
图2说明了本装置用滚刀加工齿轮的布置。图中(43)为主轴脉冲发生器的旋转码盘，它通过适配套装在铣刀杆(45)上。更换适配套，(43)可以装在不同尺寸的刀杆上。(46)为光电传感器，它装在固定架(47)的圆柱(48)上，以便装卸与调整。(46)通过电缆与控制器上的脉冲输入接口(44)相连。(49)为待加工齿轮，(50)为电脑分度装置，它的通过齿轮及同步齿带(51)(52)(53)与铣床工作台丝杠联动。
加工前需要输入加工齿轮的齿数、摸数、螺旋角，滚刀的螺旋角等，并按显示器上的提示调整工作台的偏角，设置主轴转速和工作台进给速度，把工作台摇到开始加工位置，并按齿深升起工作台，就可按控制器上的运行按键，开始加工过程。加工中，分度主轴将随刀具回转而回转，工作台也将随刀具回转而缓慢进给切入直至齿槽达到预定长度。
如加工蜗轮，工作台纵向将固定不动，而工作台横向则需要受到电脑控制，以便自动完成切入进给和展或过程。这时需要在铣床升降台上安装一个伺服电机并用同步齿带或齿轮把电机轴与横向进给机构连接起来。
图3表示本装置用飞刀展成法滚削蜗轮的布置。图中(54)为飞刀(55)为待加工的蜗轮，(56)为带有外壳的伺服电机，(57)为工作台横向进给丝杠，(58)为大同步轮，(59)为同步齿带，(60)为小同步轮，(62)为带有燕尾槽的底座，(63)为调节螺丝，(64)为摇手柄。这里控制器接口(65)可以是第二个伺服电机接口，也可以是第三伺服电机接口。加工过程从飞刀位于蜗轮毛坯(55)一侧开始，分度主轴将按刀具每转一周，回转相当一个齿的角度，以实现分度运动，与此同时，工作台缓慢横向进给，使工件沿刀具轴线缓慢向前切入，而分度主轴又应根据展成原理，按工件切入距离，增加回转角度，以实现展成运动。这样随着刀具的转动和工件的缓慢切入，工件根据刀具转角和工作台移动距离进行回转，直至飞刀从蜗轮另一侧出来，蜗轮加工即完成。
在本装置中还可以增加一个锥齿轮切削附件，把该切削附件的摇台回转机构用伺服电机驱动，并用电缆把它与控制器的伺服电机驱动接口连接，就能用展成法加工直齿或弧齿锥齿轮。
图4说明了本装置加工锥齿轮的布置。
图中(68)是锥齿轮刨削附件的底座，它利用铣床主轴端盖定位，利用后部压板(67)，用四个螺栓(69)固定在铣床垂直导轨上。(70)为摇台，它可以在底座(68)的圆导轨上回转。(71)为分度蜗轮，它与摇台固成一体。(72)是蜗杆，它与(71)啮合，一端伸出底座并通过齿轮对(73)(74)与伺服电机(75)连动。伺服电机(75)通过电缆和控制器的第二伺服电机接口相联。
动力轴(77)插在铣床主轴锥孔中并用拉杆(78)紧固。偏心盘(79)偏心地安装在动力轴(77)端部，偏心盘(79)在动力轴端的角度可以调整以改变偏心距和刨刀冲程的大小。
连杆(81)一头套在偏心盘的销轴(82)上，另一端套在杠杆(83)的销轴(84)上。杠杆(83)与摆动盘(85)为整体。在摇台平面上装有两个导轨板(86)(87)，它们用螺钉固定在摇台的环形T形槽上，并可绕摇台中心调整角度。(88)(89)是两个装刀滑块，它们分别在两个导轨中滑动。两个滑块通过两个连杆(90)(91)与摆盘(85)上的两个销轴连接。这样在铣床主轴回转时，偏心销轴(82)经连杆(81)带动摆盘(85)往复摆动。而(85)的摆动又经连杆(90)(91)带动两个滑块(88)(89)的相向滑动。左右刨刀(92)(93)就分别装在滑块(88)(89)上。摇台中心有锥孔，其中可以插一顶尖，用于调整加工位置。
图5说明了本装置加工直齿锥齿轮的布置。
图中(95)为安装到铣床床身上的锥齿轮刨齿附件，(96)为工件，(97)为电脑分度装置，(98)为控制器，(99)为伺服电机联接电缆，它接到控制器的第二伺服电机接口。
加工前需输入工件的大端模数，节圆直径，节锥顶距，材质及硬度等并按照显示器的提示调整左右导轨板的夹角，分度头的仰角，刀片位置，切削速度，进给速度以及把工件中心对准摇台中心等。
加工中分度主轴和摇台将在控制器控制下按展成原理，从起点开始同步回转一定角度，以完成一个齿的展成加工，然后同步反向回转到原来位置，分度主轴再回转一个齿的角度，以完成或分度运动，接着进行下一齿的展成加工，这样依次重复直至完成整个齿轮的加工。
图6为弧齿锥齿轮铣削附件的构造图。
图中(114)为铣齿附件底座，它利用铣床主轴端盖定位，用螺栓拉紧后部压板(115)固定在铣床垂直导轨上。(100)为摇台，它可以在底座的环形导轨中滑动回转。(101)为蜗轮，它与摇台固成一体。蜗杆(102)与蜗轮啮合，并经传动齿轮与伺服电机(103)连动。(103)经电缆(116)与控制器的第二伺服电机接口相连。在摇台上有一偏心孔，其中安装了一个偏心轴座(104)，它可以在摇台的偏心孔中转动，并固定。偏心轴座(104)的中心安装有一个传动轴(105)，该传动轴上的齿轮(107)与用拉杆(117)装牢在铣床主轴中的齿轮(108)啮合，另一个齿轮(109)与铣刀轴(110)上的齿轮(111)啮合，铣刀轴(110)内孔可安装铣齿刀盘(115)，(110)经轴承(112)(113)偏心地安装在偏心轴座(104)的孔中。这样当偏心轴座在摇台上转动以调整铣刀的偏心距时，从铣刀轴到动力源－－铣床主轴之间的传动始终保持准确啮合。
用本附件和前述电脑分度装置加工弧齿锥齿轮的布置及过程与图5所示完全相同。弧齿锥齿轮加工前的计算和机床的调整十分复杂。利用本装置控制器上的显示器，可以根据输入的加工数据为操作者提示机床调整的程序和调整参数，甚至显示刀具应有尺寸和位置，这将使弧齿锥齿轮加工前的调整过程大简化。
在一般情况下，电脑控制器与分度头需成做两个部件，相互以电缆连接。如控制器内的驱动电源采用无变压器电路，控制器的体积可做得较小从而与分度头做成一体。为减小体积，软驱可用一个为存储卡插座代替，存储卡是带有静态RAM，电池和接插件等的小电路，可以写入，读出和长期保存数据，因而也可代替软盘作为控制器和上位计算机之间的数据或程序媒介。
图7为分度头和控制器制成一体的电脑分度装置外形图。
图7中，(120)为显示器，(121)为键盘，(122)为电源线，(123)为主轴脉冲输入接口，(124)为第二伺服电机接口，(125)为第三伺服电机接口，(126)为与上位机通迅接口，(127)为第二伺服电机。(128)为存储卡插座。
图7所示的电脑分度装置和图4所示锥齿轮加工附件即为本发明最佳实施例。
权利要求1.电脑分度装置由电动分度头和电脑控制器所组成，电动分度头的分度主轴(3)装在壳体(1)内，(1)可在底座(2)上转动，并由左右夹箍夹紧在底座(2)上。(3)上装有蜗轮(4)，蜗杆(5)与(4)啮合，其特征在于蜗杆(5)直接地，或经传动齿轮(6)，(7)与伺服电机(8)的出力轴联动，伺服电机(8)经电缆与控制器(20)的一个电机驱动接口连接。
2.按权利要求1所述之电脑分度装置，其特征在于该装置内还有第二个伺服电机(9)，电脑控制器(20)具有两个独立的伺服电机驱动接口，分别与两个伺服电机相联。
3.按权利要求1和2所述之电脑分度装置，其特征在于它的第二个伺服电机(9)安装在一个独立的外壳(10)中，(10)装插在底座(2)后部，其出力轴上装有小齿轮(11)，该齿轮通过同步齿带(12)或中间齿轮与装在工作台纵向进给丝杠轴端的大齿轮(14)联接。
4.按权利要求1所述之电脑分度装置，其特征在于其控制器(20)上有一个主轴脉冲信号输入接口(24)。
5.按权利要求1和2所述的电脑分度装置，其特征在于控制器(20)上有一个第三伺服电机驱动接口(25)。
6.按权利要求1所述之电脑分度装置，其特征在于配有一个锥齿轮刨齿附件，该附件由底座(68)，回转摇台(70)，左右导轨(86)(87)，安装刨刀的左右滑块(88)(89)，连杆(90)(91)，摆盘(84)，偏心盘(79)等构成，一个伺服电机(75)装在附件的底座(68)上，(75)的出力轴经分度传动机构(74)(73)(72)(71)与回转摇台(70)联动，以驱动摇台回转。
7.按权利要求1和7所述之电脑分度装置，其特征在于安装刨刀的左右滑块(88)(89)经传动机构(90)(91)(85)(83)(84)(81)与直接安装在铣床主轴上的偏心盘(79)上的偏心销(82)联接，以从主轴获得切削动力。
8.按权利要求1所述之电脑分度装置，其特征在于配有一个弧齿锥齿轮铣齿附件，该附件由底座(96)，回转摇台(100)，偏心盘(104)，刀盘主轴(110)，中间轴(105)，传动齿轮等构成，一个伺服电机(103)装在附件的底座(96)上，其出力轴，经分度传动机构(101)(102)等与回转摇台(100)联动。
9.按权利要求1和8所述之电脑分度装置，其特征在于刀盘主轴(110)经一对齿轮(111)(109)与中间轴(105)联动，而中间轴上的齿轮(107)又与直接装在铣床主轴上的齿轮(108)啮合，以从铣床主轴获得切削动力。
10.按权利要求1所述之电脑分度装置，其特征在于所述控制器(20)安装在分度头底座壳体内。
11.按权利要求1所述之电脑分度装置，其特征在于所述控制器(20)上带有一个存储卡插座(128)。
专利摘要一种可用于普通铣床的电脑自动分度装置，其电脑控制器除可以控制分度头主轴的回转外，还可通过第二伺服电机同时控制机床工作台的直线运动，因而可实现直齿、斜齿齿轮，花键轴，鼠齿盘，凸轮等分度工件的自动加工。电脑控制器还可以外接一个主轴脉冲发生器，使分度主轴和机床工作台与刀具的转动同步运行，因而可用展成法滚削齿轮、蜗轮等。本装置和一个伞齿轮刨削或铣削附件连用，将使普通铣床具有用展成法加工直齿或弧齿伞齿轮的能力。
文档编号B23Q16/02GK2191741SQ9324254
公开日1995年3月15日 申请日期1993年10月16日 优先权日1993年10月16日
发明者邵文远 申请人:邵文远