一种数控机床齿轮变速箱的制作方法

本实用新型涉及机床技术领域，具体涉及一种数控机床齿轮变速箱。

背景技术：

工件回转直径400~500mm的简式数控卧式车床是市场占有量大、切削扭矩大、用途广泛、性价比优良的机床，市场价格8~9万元/台，此机床有一不足，主轴箱采用手动高、中、低三挡齿轮换挡+档内电机变频变速,转速范围分别为（162～1620rpm）（66～660rpm）（21～210rpm），在加工盘套类工件大范围转速变速时需程序暂停、主轴停止转动，手动在高、中、低三挡切换，之后再次启动程序加工，降低了生产效率和操作宜人性，自动化程度低，当一人多机操作时，不足之处尤为明显。

市场有类似机床，主轴采用自动变速，通过电磁离合器或液压缸离合齿轮换挡+档内变频电机变速，价格10.5~12.8万元/台，性价比不如简式数控卧式车床，市场需求很少。若保持简式数控卧式车床价格基本不变，并实现主轴为自动换档、档内无级变速无疑是很大的进步，可实现盘套类零件在主轴20~1600rpm的自动变速加工，提高效率和操作宜人性，自动化程度高，并可一人多机操作。

技术实现要素：

针对上述背景技术中的问题，本实用新型提出了一种结构设计简单、合理，能有效提高机床的加工效率，且保证了机床加工精度，使用性能稳定、可靠且性价比高，能产生良好的社会效益的数控机床齿轮变速箱。

本实用新型的技术方案如下：

上述的数控机床齿轮变速箱，包括箱体及安装于所述箱体内的输入轴组件和输出轴组件；所述变速箱还包括安装于所述箱体内侧的气缸组件、拨叉组件和滑移齿轮组件；

所述气缸组件包括双向气缸体、左活塞杆、右活塞杆和信号感应轴；所述双向气缸体水平固定安装于所述箱体的左端内侧；所述左活塞杆一端伸入所述双向气缸体的左端内侧，另一端向所述箱体的左端外侧伸出且伸出端安装有信号感应轴；所述右活塞杆一端伸入所述双向气缸体的右端内侧，另一端与所述拨叉组件匹配连接；

所述拨叉组件匹配位于所述气缸组件水平方向一侧，其包括拨叉轴、拨叉和止转轴；所述拨叉轴一端穿入所述箱体的右端内壁，另一端与所述右活塞杆的顶端匹配连接；所述拨叉固定于所述拨叉轴上且一端连接于所述止转轴；所述拨叉随所述右活塞杆在水平方向同步移动；所述止转轴水平穿过所述拨叉的上端并与所述拨叉的上端滑动配合；

所述滑移齿轮组件匹配位于所述拨叉组件一侧，其包括花键轴、第一滑移齿轮、第二滑移齿轮、第三滑移齿轮和第四滑移齿轮；所述花键轴水平设置于所述箱体内侧；所述第一滑移齿轮、第二滑移齿轮和第三滑移齿轮从左往右依次通过U型键安装于所述花键轴上；所述第一滑移齿轮的左部沿圆周径向开设有滑槽；所述拨叉的另一端与所述滑槽的左、右内槽壁滑动配合；所述第四滑移齿轮连接于所述第二滑移齿轮的左端外部；所述第一滑移齿轮、第二滑移齿轮、第三滑移齿轮和第四滑移齿轮组成一体成为移动副，并在所述花键轴上被所述拨叉沿轴向同步移动到位；

所述输入轴组件匹配位于所述滑移齿轮组件一侧，所述输出轴组件匹配位于所述滑移齿轮组件另一侧；所述滑移齿轮组件在所述拨叉的拨动下与所述输入轴组件和输出轴组件匹配连接。

所述数控机床齿轮变速箱，其中：所述输入轴组件包括输入轴、输入轴轴承、第一输入齿轮、第二输入齿轮及输入皮带轮；所述输入轴水平设置于所述箱体内侧，其左端穿过所述箱体的左侧壁并向所述箱体外侧伸出；所述输入轴的左端通过所述输入轴轴承与所述箱体的左侧壁连接，所述输入轴的右端通过另一所述输入轴轴承与所述箱体的右侧壁连接；所述第一输入齿轮和第二输入齿轮匹配安装在所述输入轴上；所述第一输入齿轮与所述一滑移齿轮匹配啮合，所述第二输入齿轮与所述第二滑移齿轮匹配啮合；所述输入皮带轮匹配安装于向所述箱体外侧伸出的所述输入轴的左端，所述输入皮带轮通过皮带与外部变频主电机的动力输出端匹配连接。

所述数控机床齿轮变速箱，其中：所述输出轴组件包括输出轴、第一输出齿轮、第二输出齿轮和第三输出齿轮；所述输出轴为空心轴结构且水平穿设于所述箱体内侧，其内侧沿轴向匹配安装有回转油缸拉杆；所述输出轴的右端穿过所述箱体的右侧壁且穿出端安装有普通卡盘连接法兰或液压卡盘连接法兰；所述输出轴的左端穿过所述箱体的左侧壁且穿出端安装有回转油缸连接法兰；所述第一输出齿轮和第二输出齿轮从左往右依次匹配安装于所述输出轴上；所述第一输出齿轮与所述第四滑移齿轮匹配啮合；所述第二输出齿轮与所述第三滑移齿轮匹配啮合；所述第三输出轴齿轮匹配安装在所述输出轴的左端位于所述箱体左侧内部的轴体上。

所述数控机床齿轮变速箱，其中：所述数控机床齿轮变速箱还包括回转油缸和双向转子泵；所述回转油缸匹配安装于所述回转油缸连接法兰上；所述双向转子泵匹配设置在所述输出轴下侧并处于所述箱体内部，其动力输出端安装有编码器轴；所述编码器轴一端通过轴承连接于所述箱体的左部，另一端与所述双向转子泵的动力输出端匹配连接；所述编码器轴上匹配安装有编码器轴齿轮并所述通过编码器轴齿轮与所述第三输出轴齿轮匹配啮合。

所述数控机床齿轮变速箱，其中：所述箱体的左端外壁匹配设置有传感器支架；所述传感器支架的左右两侧匹配安装有两个接近传感器；所述箱体在左端外壁上设置有气动二位四通电磁阀和气动三联件；所述气动三联件一端连接外部气压源，另一端匹配连接所述气动二位四通电磁阀。

所述数控机床齿轮变速箱，其中：所述双向气缸体水平固定安装于所述箱体的左端内侧；其左腔和右腔分别通过两个气管接头与所述气动二位四通电磁阀的两个气管连接；当压缩空气经过所述气动二位四通电磁阀进入所述双向气缸体左腔后，所述左活塞杆和右活塞杆一起同步向右移动，以实现所述滑移齿轮组件的啮合和变速切换。

所述数控机床齿轮变速箱，其中：所述左活塞杆向所述箱体左端外侧伸出的一端还安装有感应轴支架；所述感应轴支架随所述左活塞杆一起移动；所述信号感应轴匹配安装于所述感应轴支架的端部。

所述数控机床齿轮变速箱，其中：所述拨叉的中段通过轴用弹性卡圈固定于所述拨叉轴上。

有益效果：

本实用新型数控机床齿轮变速箱结构设计简单、合理，性能稳定、故障少，维修方便，能有效提高机床的加工效率并保证机床加工精度，使用性能稳定、可靠且性价比高，自动化程度高，在当今一人多机操作成为趋势时，能减少机床操作工数量并产生良好的社会效益。

本实用新型气源为车间常备0.4-0.6Mpa压缩空气，能大幅降低机床制造费用和生产费用（若选用油缸换档变速，需配置液压站约0.25万元/台，另有电力和液压油消耗，故障率也较多，另有部分用户配置手动卡盘不需要配置液压站）。本实用新型使机床成为自动化加工程度高的机床，同一零件加工时将20-1600rpm范围转速编制在数控程序内使得主轴自动变速，既满足主轴高速时的低粗糙度值的切削、又满足主轴低速时的大扭矩高金属去除率的切削，加工精度和效率高；性价比远好于原手动三挡主轴变速（档内变频电机变速）、半自动化程度低的机床；原手动三挡机床加工同一零件时，当主轴大范围变速时需主轴停转、程序暂停，在进行手动换档，再启动程序加工。

附图说明

图1为本实用新型数控机床齿轮变速箱的右视图；

图2为本实用新型数控机床齿轮变速箱的图1中A-A方向的剖视图；

图3为本实用新型数控机床齿轮变速箱的图1中B-B方向的剖视图；

图4为本实用新型数控机床齿轮变速箱的图1中局部结构示意图；

图5为本实用新型数控机床齿轮变速箱的图1中C-C方向的剖视图；

图6为本实用新型数控机床齿轮变速箱的图1中F-F方向的剖视图；

图7为本实用新型数控机床齿轮变速箱的左视图；

图8为本实用新型数控机床齿轮变速箱的图7中D区域的放大结构示意图。

图中：1箱体、2气缸组件、3拨叉组件、4滑移齿轮组件、5输入轴组件、6输出轴组件、7双向转子泵、8回转油缸、11装配壁、12传感器支架、13接近传感器、14气动二位四通电磁阀、15气动三联件、21双向气缸体、22左活塞杆、23右活塞杆、24感应轴支架、25信号感应轴、211气管接头、31拨叉轴、32拨叉、 33止转轴、231铰连接轴、232配合销、331止转轴堵盖、41花键轴、42第一滑移齿轮、43第二滑移齿轮、44第三滑移齿轮、45第四滑移齿轮、411第一轴承、412第二轴承、413花键轴右端堵盖、414M20顶丝、415止退压紧螺钉、51输入轴、52输入轴轴承、53第一输入齿轮、54第二输入齿轮、55输入皮带轮、56隔套、61输出轴、62第一输出齿轮、63第二输出齿轮、64第三输出轴齿轮、611回转油缸拉杆、612普通卡盘连接法兰、613液压卡盘连接法兰、614回转油缸连接法兰、71编码器轴、72编码器轴齿轮。

具体实施方式

如图1至8所示，本实用新型数控机床齿轮变速箱，包括箱体1、气缸组件2、拨叉组件3、滑移齿轮组件4、输入轴组件5、输出轴组件6、双向转子泵7和回转油缸8。

该箱体1内部具有容置空间，其内部靠近中段竖直延伸有装配壁11，左、右端均为封闭结构；其中，该箱体1在左端外壁上还匹配设置有传感器支架12；该传感器支架12左右两侧匹配安装有两个接近传感器13；同时，该箱体1在左端外壁上还设置有气动二位四通电磁阀14和气动三联件15；该气动三联件15一端连接外部气压源，另一端匹配连气动二位四通电磁阀14。

该气缸组件2匹配安装于该箱体1的左端内侧，其包括双向气缸体21、左活塞杆22、右活塞杆23、感应轴支架24和信号感应轴25。

该双向气缸体21位于箱体1内侧且水平固定安装于该箱体1的左端内侧，该双向气缸体21的左腔和右腔分别与两个气管接头211接通，气管接头211与气动二位四通电磁阀14的两个气管连接；当压缩空气进入双向气缸体21左腔后，左活塞杆22和右活塞杆23一起同步向右移动，实现滑移齿轮组件4的啮合和变速切换。

该左活塞杆22一端伸入双向气缸体21的左端内侧，另一端向箱体1的左端外侧伸出且伸出端安装有感应轴支架24；该感应轴支架24随该左活塞杆22一起移动，该信号感应轴25匹配安装于感应轴支架24的端部并可调整位置。当信号感应轴25移动至与位于传感器支架12右侧的接近传感器13轴向位置重合时，数控系统接到位于传感器支架12右侧的接近传感器13到位信号，数控统即自动执行下一段程序。

该右活塞杆23一端伸入双向气缸体21的右端内侧，另一端与拨叉组件3匹配连接。

该拨叉组件3安装于该箱体1内部，其包括拨叉轴31、拨叉32和止转轴33。其中，该拨叉轴31一端活动穿入箱体1的右端内壁，另一端活动穿过箱体1的装配壁11与双向气缸21的右活塞杆23顶端通过铰连接轴231配合销232匹配连接。该拨叉32通过轴用弹性卡圈固定于拨叉轴31上且一端连接于止转轴33；该拨叉32随双向气缸21的右活塞杆23在水平方向同步移动。该止转轴33水平设置于箱体1内部且匹配位于拨叉轴31上方，其水平穿过该拨叉32的上端并与该拨叉32的上端滑动配合；该止转轴33的轴向一端固定连接于箱体1的装配壁11。轴向另一端连接于箱体1的右侧壁并通过安装在端部上的止转轴堵盖331轴向固定。

该滑移齿轮组件4安装于该箱体1内部且匹配位于该拨叉组件3一侧，其包括花键轴41、第一滑移齿轮42、第二滑移齿轮43、第三滑移齿轮44和第四滑移齿轮45。其中，该花键轴41水平设置于该箱体1内侧，其一端通过第一轴承411连接于箱体1的装配壁11，另一端通过第二轴承412连接于箱体1的右侧壁且端部通过对应固定在箱体1右侧外壁上的花键轴右端堵盖413罩住；该花键轴右端堵盖413、M20顶丝414配以止退压紧螺钉415匹配固定在第二轴承412的外圈右侧端，使第二轴承412的外圈轴向固定。该第一滑移齿轮42、第二滑移齿轮43和第三滑移齿轮44通过U型键从左往右依次安装于该花键轴41上；该第一滑移齿轮42左部沿圆周径向开设有的滑槽；该拨叉32的另一端与第一滑移齿轮42左部的滑槽左、右内槽壁滑动配合；该第四滑移齿轮45通过平键和螺钉连接于第二滑移齿轮43的左端外部；该第一滑移齿轮42、第二滑移齿轮43、第三滑移齿轮44和第四滑移齿轮45组成一体成为移动副，并在花键轴41上被该拨叉组件3的拨叉32轴向同步移动到位（低速挡）。当第一滑移齿轮42、第二滑移齿轮43、第三滑移齿轮44和第四滑移齿轮45在花键轴41上被拨叉32轴向向左同步移动到位时（高速挡），信号感应轴25与位于传感器支架12左侧的接近传感器13轴向位置重合，数控系统接到位于传感器支架12左侧的接近传感器13到位信号，数控系统即自动执行下一段程序。

该输入轴组件5安装于该箱体1内侧且匹配位于滑移齿轮组件4一侧，其包括输入轴51、输入轴轴承52、第一输入齿轮53、第二输入齿轮54和输入皮带轮55。

其中，该输入轴51水平设置于该箱体1内侧，其左端穿过箱体1的左侧壁并向箱体1外侧伸出，中段轴体穿过箱体1的装配壁11，右端与箱体1的右侧壁连接且端部通过对应固定在箱体1右侧外壁上的输入轴右端堵盖和M20顶丝和薄型压盖将轴承外圈轴向固定；该输入轴51的左端与箱体1的左侧壁之间通过一对输入轴轴承52（2个）连接，中段轴体通过一个输入轴轴承52与箱体1的装配壁11连接，右端与箱体1的右侧壁之间通过一个输入轴轴承52连接。该第一输入齿轮53和第二输入齿轮54从左往右依次匹配安装在位于箱体1的装配壁11与右侧壁之间的输入轴51的轴体上：同时，该输入轴51位于第一输入齿轮53轴向左端与箱体1的装配壁11之间的轴体上还套设有隔套56，该输入轴51位于第一输入齿轮53轴向右端与第二输入齿轮54轴向左端之间的轴体上套设有另一隔套56，该输入轴51位于第二输入齿轮54轴向右端与箱体1的右侧壁之间的轴体上也套设有一个隔套56。该第一输入齿轮53与该滑移齿轮组件4的第一滑移齿轮42匹配啮合，第二输入齿轮54与该滑移齿轮组件4的第二滑移齿轮43匹配啮合。该输入皮带轮55匹配安装于该输入轴51伸出箱体1外侧的左端，其通过皮带与外部变频主电机的动力输出端匹配连接。

该输出轴组件6安装于该箱体1内侧且匹配位于滑移齿轮组件4另一侧，其包括输出轴61、第一输出齿轮62、第二输出齿轮63和第三输出轴齿轮64；其中，该输出轴61水平穿设于该箱体1内侧且为空心轴结构，该输出轴61内侧沿轴向匹配安装有回转油缸拉杆611，该输出轴61的右端穿过箱体1的右侧壁且穿出端安装有普通卡盘连接法兰612或液压卡盘连接法兰613，该输出轴61的左端穿过箱体1的左侧壁且穿出端安装有回转油缸连接法兰614，该输出轴61通过回转油缸连接法兰614匹配连接有回转油缸8，该输出轴61的左端位于箱体1左侧内部的轴体上安装有第三输出轴齿轮64；该第一输出齿轮62和第二输出齿轮63从左往右依次匹配安装于该输出轴61右侧轴体上；该第一输出齿轮62与该滑移齿轮组件4的第四滑移齿轮45匹配啮合；该第二输出齿轮63与该滑移齿轮组件4的第三滑移齿轮44匹配啮合。当换高速挡时，数控系统指令外部变频电机、皮带使该输入轴组件5的输入皮带轮55带动输入轴51进入30rpm的±30°转动，以便第一滑移齿轮42、第二滑移齿轮43、第三滑移齿轮44和第四滑移齿轮45顺利啮入第一输入齿轮53、第二输入齿轮54、第一输出齿轮62和第二输出齿轮63。

该双向转子泵7匹配设置在靠近输入轴组件5的输入皮带轮55一侧箱体内部，其动力输出端安装有编码器轴71；该编码器轴71一端通过轴承连接于箱体1的左部（即箱体1的左侧壁及左侧内部的延伸壁），另一端与该双向转子泵7的动力输出端匹配连接；该编码器轴71上匹配安装有编码器轴齿轮72并通过编码器轴齿轮72与该输出轴61左端轴体上的第三输出轴齿轮匹配啮合。

本实用新型的换挡原理：

本实用新型数控机床齿轮变速箱在数控系统指令下换档到20-320rpm的低速挡位时，拨叉组件3的拨叉32拨动第一滑移齿轮42、第二滑移齿轮43、第三滑移齿轮44和第四滑移齿轮45同步向右移动，输入轴51上的第二输入齿轮54与花键轴41上的第二滑移齿轮43实现第一级减速，花键轴41上的第三滑移齿轮44与输出轴61的第二输出齿轮63实现第二级减速，实现了齿轮副的低速挡传动，20-320rpm的转速由外部变频主电机按数控系统的数控程序指令实现。

本实用新型数控机床齿轮变速箱在数控系统指令下换档到320-1600rpm的高速挡位时，拨叉组件3的拨叉32拨动第一滑移齿轮42、第二滑移齿轮43、第三滑移齿轮44和第四滑移齿轮45同步向左移动，输入轴51上的第一输入齿轮53与花键轴41上的第一滑移齿轮42实现第一级变速，花键轴41上的第四滑移齿轮45与输出轴61的第一输出齿轮62实现第二级变速，实现了齿轮副的高速挡传动，320-1600rpm的转速由外部变频主电机按数控系统的数控程序指令实现。

本实用新型结构设计简单、合理，能有效机床的加工效率，且保证了机床加工精度，使用性能稳定、可靠且性价比高，能产生良好的社会效益。