一种直驱式零传动全数控花键轴铣床的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种传动轴行业中花键轴制造加工技术装备领域，特别涉及一种直驱式零传动全数控花键轴铣床。
【背景技术】
[0002]在传动轴制造加工技术领域中，花健轴是广泛用于各种传动轴之间连接的通用零部件，传统制造加工工艺大多使用滚齿机进行粗加工，然后进行精细磨削加工，由于滚齿机精度与效率均不能满足花键轴工艺水平的需要，造成花键轴生产加工效率低、成本高、难以批量生产。
[0003]现有的数控花键轴铣床一般是在普通的机械式铣床上进行改装，将机械式铣床上的普通电机更换成伺服电机或步进电机，各轴传动链还是通过齿轮等机械部件传动，所以其加工精度上没有提高，只是降低劳动强度，提升生产效率；现有的数控花键轴铣床，有部分轴是通过伺服电机传动的，虽然各轴传动链中多级齿轮等机械部件传动有所简化，但还是采用机械式传动较多，仍然无法彻底消除累积误差与分度误差的影响；采用机械式传动，传动误差大、传动精度低、加工速度慢、设备故障率高、维修复杂。花键轴加工精度决定了传动轴所发挥的作用，不但会对花键轴本身的使用与磨损有影响，也同时会影响到传动轴的使用寿命和磨损。
[0004]行业中相关的技术改进与结构优化，发明专利CN102658393A，一种花键铣床装置，公开了一种利用传统铣床改造来加工相应花键轴工件的装置，缺点是传统铣床的齿轮传动链产生的累积误差与分度误差是无法避免的；发明专利CN102825310A，一种立式双面铣床，公开了一种同时多边角加工技术，提高加工花键轴生产效率的铣床，但其整体传动方式仍然是多级齿轮传动，其加工的精度与分度误差有限。实用新型专利CN202763222U，一种加工轧辊轴花键的分度装置，公开了一种渐开线花键轴的加工，尤其适用于大型轧辊轴花键的加工装置，缺点是装置本身精度完全受限于相应的花键轴铣床的总体误差限制。
[0005]现有技术中，花键轴铣床的工件轴与刀具轴以及相关的三座标轴控制上，还或多或少的保留着齿轮传动方式，也正是因为在关键的工件轴与刀具轴方向上，没有根本性的改革，致使目前花键轴制造加工工艺的精度不够好，生产的效率不高，花键轴铣床的运行稳定性不良，难以实施花键轴部件的二次加工；缺乏一种高效率高精度全数控的花键轴加工铣床，来满足实际制造与生产的需要。
【发明内容】
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供了一种直驱式零传动全数控花键轴铣床，针对花键轴制造加工中所存在的缺陷问题，彻底去除数控花键轴铣床刀具轴B的四个中间传动环节齿轮和工件轴C的二个中间传动环节齿轮，在关系到被加工工件的精度轴上，全部采用直驱式零传动模式，从根本上避免由于齿轮传动造成的累积误差和分度误差，提高工件的加工精度；采用全数控方式提高整体花键轴铣床的批量生产效率；分齿与差动实行全闭环控制，确保整台花键轴铣床的稳定性运行；优化整机的结构设计和对刀功能，实现高精度高效率的花键轴制造加工和二次滚铣加工。
[0007]为达到上述目的，本发明的技术方案如下:一种直驱式零传动全数控花键轴铣床，包括传动系统、数控系统、构造系统和配套装置组成；其特征在于:
[0008]所述的传动系统设计技术方案是:由六个伺服轴:刀角度调整轴A ;刀具主轴B ；工件主轴C;进刀轴X ;窜刀轴Y和走刀轴Z ;构成了直驱式零传动全数控花键轴铣床的主体结构；所述的6个伺服轴通过上位数控系统按范成法滚铣原理进行数控运行；上位数控系统依据工艺参数，输出对应的脉冲给各伺服轴驱动对应的伺服电机，对应轴的编码器或光栅尺将位置信号反馈给上位数控系统。并采用15寸真彩触控屏做为操作界面，直观、方便；各操作轴的具体技术方案如下:
[0009]B轴:由B轴空心伺服电机直接驱动(零传动)刀具轴旋转；(直驱);
[0010]C轴:由C轴空心力矩伺服电机(DD)直接驱动(DDR)(零传动)工件轴旋转；(直驱)；
[0011]X轴:由X轴伺服电机直接驱动滚珠丝杠47带动刀具实现刀具轴径向进刀；(直驱)；
[0012]Z轴:由Z轴伺服电机直接驱动滚珠丝杠41带动刀具实现刀具轴纵向走刀；(直驱)；
[0013]Y轴:由Y轴伺服电机通过减速机30驱动T型丝杠28实现刀具轴上下整体窜刀；
[0014]A轴:由A轴伺服电机通过减速机53驱动涡杆351驱动涡轮352实现铣头角度调難
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[0015]所述空心力矩电机简称DD，所述空心力矩电机直接驱动负载简称DDR ；DDR的优点是无需中间传动环节如皮带、齿轮箱等，无反向间隙、力矩电机为空心轴等。
[0016]本发明直驱式零传动数控花键轴铣床应用内装式电机即直驱技术，刀具轴采用空心伺服电机直接套装在刀具主轴上，主轴尾部同轴安装一个位置编码器反馈主轴位置；工件轴则采用大扭矩空心力矩电机(DDR)直接套装在工件主轴上，由电机自有的与转子直连的高精度位置编码器反馈工件轴的位置。这样工件和刀具之间不存在任何机械传动元件，称之为“零传动”；反馈元件直接检测滚刀和工轴位置，构成了真正意义的全闭环。可以得到理想的分度精度和很好的表面质量。
[0017]所述的范成法亦称展成法，共轭法或包络法；它是根据一对齿轮啮合传动时，两轮的齿廓互为共轭曲线的原理来加工的。花键轴、齿轮滚刀切齿时，滚刀的形状像一个螺旋，其在轮坯端面上的投影是一齿条，当滚刀连续转动时，相当于一根无限长的投影齿条向前移动。加工花键轴、直齿圆柱齿轮时，由于滚刀的螺旋线必须与花键轴、直齿轮的齿向一致，因此需要把滚刀轴线倾斜一个螺旋升角；滚刀与轮坯的相对运动有两个，一个是范成运动，为切制出所需齿数z，另一个是进给运动，滚刀沿轮坯轴线方向移动。
[0018]所述的构造系统、数控系统和配套装置的技术方案是:在铣床体上设有驱动工件旋转的直驱式工件主轴箱，所述工件主轴箱中设置有工件主轴，即C轴；所述铣床体上设置有驱动滚刀旋转的直驱式刀具主轴箱，所述的刀具主轴箱设置有刀具主轴，即B轴；所述铣床体上设置有驱动刀具主轴箱按加工要求沿着X、Y、Z轴方向平移的平移装置，驱动刀具主轴箱按加工要求沿着YZ平面内旋转的刀具角度调整装置，即A轴；所述的X、Y、Z轴在空间内两两垂直，X轴沿前后方向设置，Y轴沿上、下方向设置，Z轴沿左右方向设置。在铣床体前方还设置有红外线对刀装置，便于工件重新装夹后的二次加工。
[0019]本发明中的全闭环控制有刀具轴(B轴)、工件轴(C轴)、径向进刀(X轴)和轴向进刀(Z轴);刀具轴编码器直接检测刀具轴的当前实际位置并反馈给上位数控系统，上位数控系统通过刀具轴编码器得到刀具轴的当前实际位置，不需另外设置检测元件。
[0020]所述的工件轴力矩伺服电机编码器直接检测工件轴的当前实际位置并反馈给上位数控系统，上位数控系统通过工件轴编码器得到工件轴的当前实际位置，不需另外设置检测元件。
[0021]X轴方向设置有光栅尺检测X轴进给箱实际位置；Z轴方向设置有光栅尺检测Z轴进给箱实际位置。
[0022]所述的刀具平移装置和刀角调节装置包括可沿Z轴方向平移的Z轴托板机构、可沿X轴方向平移的X轴进给箱、可沿Y轴平移的Y轴拖板机构。以及驱动刀具主轴箱在YZ平面内转动的刀具角度调整装置。Z轴托板机构通过滑动导轨副设置在铣床体上，X轴进给箱通过滑动导轨副设置在Z轴托板机构上，Y轴拖板机构设置在X轴进给箱前端，A轴通过涡轮副设置在X轴进给箱左上部。
[0023]所述的直驱式工件主轴箱设置在铣床体的一端，工件主轴设置为C轴(旋转轴)，由力矩型空心伺服电机通过连接件直接同轴驱动。工件主轴为空心轴，其右端设有顶尖套，带动工件的拨盘。
[0024]直驱式工件主轴的转速由上位控制系统依据直驱式刀具主