专利名称：极坐标数控多功能高速铣齿机床的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种铣齿机床，尤其是一种极坐标数控多功能高速铣齿机床，是指用于对大直径大模数的内、外齿轮及各种链轮进行高速成形铣齿的机床，属于《数控技术与数字制造》和《切削加工工艺与设备》学科、先进制造技术领域。
背景技术：
模数齿轮铣削加工本身并不是一种新工艺。早在上个世纪七十年代，前苏联就研制出KY-279型大模数开槽铣外齿机床，该机床粗铣时采用非模数盘铣刀，精铣时采用模数盘铣刀或圆锥形“胜利”齿轮滚刀。另外，柯洛明斯基重型机床厂生产的5345型铣齿机床使用圆锥形“胜利”齿轮滚刀，可加工出最大模数达到45mm的直齿轮。
这些大模数铣齿机并没有得到广泛使用的主要制约因素是铣削速度低，机械分度效率低，精度差，一般只适合加工9级以上齿轮；没有应用数控技术，无法进行曲线链轮加工。
随着科技的发展，特别是以下几种技术的发展给铣齿技术带来了新的生机(1)数控技术的发展可以满足铣齿所要求的各种复杂运动；高性能伺服驱动技术的发展可以满足铣齿过程中各种静态负荷和动态负荷的变化；测量技术的发展可以满足机床的快速和准确分度及插补加工要求。
(2)大、重型齿轮硬齿面取代软齿面的趋势的发展，高效率的粗加工逐步被提到重要的位置上来，而高速铣齿正好能满足这一要求；三面刃铣刀粗铣齿加工技术的运用，减少了大模数齿轮的粗加工工作量，大大提高了加工效率。
(3)高效成形铣削的雄起以其无可比拟的优势展示了其即将取代展成铣削的趋势。因此，以高速滚齿或高速铣齿开槽，淬火后直接成形磨削的工艺流程开始走向实际应用阶段。
数控高速铣齿机正是在这种背景下应运而生，它能以最经济的价格获得最大的效益。目前，市场上大直径(1米以上)齿轮展成法加工均采用外齿在滚齿机床上加工，内齿在插齿机床上加工以及成形铣齿用指状铣刀在铣齿机床上进行齿形的加工方法。上述法普遍存在加工效率低，机床制造成本高、机床齿加工的功能单一，一种类型齿加工机床只能加工某类齿形，而链轮齿形则需要专用机床来加工。因此，提出一种新的用于大直径内、外齿轮及各种大直径链轮加工的高效、多功能加工机床是齿轮加工技术发展的迫切需要。
发明内容
本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的问题与不足，提供一种制造简单、低成本、编程方便的极坐标数控多功能高速铣齿机床，以提高当前内、外齿轮及各种链轮的加工效率，降低齿轮的制造成本。
本实用新型的技术方案如下本实用新型的极坐标数控多功能高速铣齿机床，包括有床身(12)、立柱(1)、水平进给拖板(11)、垂直进给拖板(4)、回转工作台(9)、高速铣削主轴箱(6)、主轴变频电机(5)，回转工作台(9)固定在水平进给拖板(11)上，高速铣削主轴箱(6)安装在垂直进给拖板(4)上，回转工作台中心构成极坐标数控多功能高速铣齿机床加工工件的极点，回转工作台转角构成极坐标数控多功能高速铣齿机床加工工件的极角，回转工作台半径与水平进给拖板移动坐标之和构成极坐标数控多功能高速铣齿机床加工工件的极径，实现平面极坐标曲面插补数控加工。
本实用新型的极坐标数控多功能高速铣齿机床的高速铣削主轴箱(6)分为内齿成形铣齿加工和外齿成形铣齿加工主轴箱，两个主轴箱与垂直进给拖板的连接尺寸具有互换性，可根据不同的加工对象更换不同的主轴箱，主轴变频电机(5)置于箱体顶部；所述的内齿成形加工主轴箱为U形箱形结构，外齿成形铣削主轴箱为矩形箱形结构；所述的高速铣削主轴箱(6)内的铣齿刀具直径为350～400毫米。
本实用新型的极坐标数控多功能高速铣齿机床的高速铣削主轴箱内(6)的铣齿刀具直径为400毫米时，其加工的最小、最大内齿轮直径分别为880毫米、3000毫米，其加工的最小、最大外齿轮直径分别为200毫米、2500毫米；所述的铣齿刀具模数为14一次成形时，其最大铣削速度为200米/分。
本实用新型的极坐标数控多功能高速铣齿机床的高速成形铣削主轴箱(6)的主轴部分主要由左主轴(23)、右主轴(25)、刀杆(24)和拉刀螺杆(22)组成，铣齿刀具安装在刀杆(24)上；主轴采用剖分式结构，刀杆(24)与左主轴(23)、右主轴(25)采用间隙配合并且采用卸荷装置，不承受扭矩。
本实用新型的有益效果是与现有技术相比较，本实用新型制造简单、成本低、编程方便、提高了当前内、外齿轮及各种链轮的加工效率，从而降低了齿轮的制造成本。当高速铣削主轴箱内的铣齿刀具直径为400毫米时，其加工的最小、最大内齿轮直径分别为880毫米、3000毫米，其加工的最小、最大外齿轮直径分别为200毫米、2500毫米；高速铣削主轴箱内的铣齿刀具模数为14一次成形时，其最大铣削速度为200米/分。本实用新型的极坐标数控铣齿机床在极坐标下，以回转运动加上水平和垂直方向上的两直线进给联动驱动取代X、Y、垂直方向三直线联动驱动方式，本实用新型的极坐标数控铣齿机床加工效率是滚齿机床的三倍，插齿机床的四倍，能有效提高大直径、大模数内齿轮和链轮的加工效率，同时加工精度稳定，两个主轴箱与垂直进给拖板的连接尺寸具有互换性，更换方便，制造成本仅为同样功能的直角坐标数控机床的三分之一。
图1为本实用新型的整体结构示意图；图2为本实用新型的铣内齿传动系统示意图；图3为本实用新型的铣外齿传动系统示意图；图4为本实用新型的铣内齿U形主轴箱结构示意图；图5为本实用新型的铣外齿矩形主轴箱结构示意图；图6为本实用新型的主轴装配示意图。
图中部件说明1、立柱，2、链轮链条，3、垂直进给交流伺服电机，4、垂直进给拖板，5、主轴变频电机，6、高速铣削主轴箱，7、铣刀，8、被加工齿轮，9、回转工作台，10、回转工作台交流伺服电机，11、水平进给拖板，12、床身，13、水平进给交流伺服电机，14、水平进给传动齿轮副，15、垂直进给滚珠丝杠，16、皮带传动副，17、水平进给滚珠丝杠，18、主轴，19、主轴箱三级传动齿轮轴，20、主轴箱二级传动齿轮轴，21、主轴箱一级传动齿轮轴，22、拉刀螺杆，23、左主轴，24、刀杆，25、右主轴；Z1、Z2主轴箱一级传动齿轮副，Z3、Z4、主轴箱二级传动齿轮副，Z5、Z6、主轴箱三级传动齿轮副，Z7、Z8蜗杆蜗轮副，Z9、Z10回转工作台传动齿轮副，Z11、Z12水平进给传动齿轮副。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步的说明如图1所示，本实用新型的一种极坐标数控多功能高速铣齿机床，包括有床身12、立柱1、水平进给拖板11、垂直进给拖板4、回转工作台9、高速铣削主轴箱6、主轴变频电机5，回转工作台9固定在水平进给拖板11上，高速铣削主轴箱6安装在垂直进给拖板4上，回转工作台9中心构成极坐标数控多功能高速铣齿机床加工工件的极点，回转工作台转角构成极坐标数控多功能高速铣齿机床加工工件的极角，回转工作台半径与水平进给拖板移动坐标之和构成极坐标数控多功能高速铣齿机床加工工件的极径，实现平面极坐标曲面插补数控加工。当工件装夹在回转工作台9上时，由于回转工作台半径与水平进给拖板11移动的距离之和是被加工工件的半径，因此仅需加长水平方向的导轨长度就可代替直角坐标系中需X、Y两个方向导轨配置所能达的加工范围。水平进给直线运动与垂直进给直线运动通过两个方向的交流伺服电机、精密齿轮减速箱、滚珠丝杆分别与拖板相联接，回转工作台工作由交流伺服电机经一对减速齿轮、蜗轮副来实现。二个直线进给运动与旋转运动由数控系统控制，可实现空间曲面的插补运动；当以回转工作台为极点，工作台半径与水平进给拖板移动坐标之和为极径，由数控系统可实现平面极坐标曲面插补数控加工。
本实用新型的极坐标数控多功能高速铣齿机床的高速铣削主轴箱6分为内齿成形铣齿加工和外齿成形铣齿加工主轴箱，两个主轴箱与垂直进给拖板的连接尺寸具有互换性，可根据不同的加工对象更换不同的主轴箱，主轴箱在垂直工作台即垂直进给拖板4上定位由定位中心孔与定位销保证其定位精度，松开主轴箱与垂直工作台定位销与紧定螺栓即可更换不同功能的主轴箱。主轴变频电机置于箱体顶部，主轴变频电机为交流变频调速电机，动力经三对齿轮传递，最后由主轴通过端面键传递给铣齿刀具，如图2、3所示。内齿成形加工主轴箱为U形箱形结构，如图4所示，外齿成形铣削主轴箱为矩形箱形结构，如图5所示，高速铣削主轴箱6内的铣齿刀具直径400毫米，其加工的最小、最大内齿轮直径分别为880毫米、3000毫米，其加工的最小、最大外齿轮直径分别为200毫米、2500毫米，高速铣削主轴箱6内的铣齿刀具模数为14，一次成形时，其最大铣削速度为200米/分。主轴箱的主轴部分主要由左主轴(23)、右主轴(25)、刀杆(24)和拉刀螺杆(22)组成，铣齿刀具安装在刀杆(24)上；主轴采用剖分式结构，刀杆(24)与左主轴(23)、右主轴(25)采用间隙配合并且采用卸荷装置，不承受扭矩。
本实用新型的极坐标数控多功能高速铣齿机床的回转工作台中心轴安装圆光栅，圆光栅与数控系统构成高精度分度闭环控制。回转工作台9采用液压夹紧机构，水平工作台即水平进给拖板11与导轨采用四点同步液压夹紧机构，保证了机床的刚度，降低高速铣削加工时的颤振，提高了加工表面质量。根据不同的工况与不同的齿形加工要求，数控系统PLC按给定的工况与加工要求对加工顺序进行程序控制，因此机床的操作方便。极坐标数控多功能高速铣齿机床配以自行开发的平面极坐标数控曲面插补程序，由数控系统实现渐开线齿廓成形铣削以及各种平面曲线所构成齿廓的铣削，如渐开线直齿轮、斜齿轮、圆弧齿形链轮、鼓形齿轮等。
本实用新型极坐标数控多功能高速铣齿机床传动系统主要包括主轴传动系统、水平进给系统、垂直进给系统以及回转工作台进给系统。
水平方向的进给传动链是交流伺服电机13→齿轮副14→水平滚珠丝杠副17→水平方向工作台即水平进给拖板11；垂直方向的进给传动链是交流伺服电机3→垂直滚珠丝杠副15→高速铣削主轴箱6；回转工作台的转动传动链是交流伺服电机10→齿轮副Z9、Z10→蜗杆蜗轮副Z7、Z8→回转工作台9。水平、垂直与转动的进给可由数控系统控制，可实现三轴联动，以回转运动加上水平方向、垂直方向上两直线进给联动驱动方式取代目前的X、Y、Z三直线联动驱动方式，实现空间曲面的数控加工。当以回转工作台为极点，回转工作台转角为极角、回转工作台半径与水平进给拖板移动坐标之和为极径，由数控系统可实现平面极坐标曲面插补数控加工。平面极坐标曲面插补函数包括极坐标渐开线插补、直线插补与圆弧插补。
上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。
权利要求1.一种极坐标数控多功能高速铣齿机床，其特征在于包括有床身(12)、立柱(1)、水平进给拖板(11)、垂直进给拖板(4)、回转工作台(9)、高速铣削主轴箱(6)、主轴变频电机(5)，回转工作台(9)固定在水平进给拖板(11)上，高速铣削主轴箱(6)安装在垂直进给拖板(4)上，回转工作台中心构成极坐标数控多功能高速铣齿机床加工工件的极点，回转工作台转角构成极坐标数控多功能高速铣齿机床加工工件的极角，回转工作台半径与水平进给拖板移动坐标之和构成极坐标数控多功能高速铣齿机床加工工件的极径，实现平面极坐标曲面插补数控加工。
2.根据权利要求1所述的极坐标数控多功能高速铣齿机床，其特征在于所述的高速铣削主轴箱(6)分为内齿成形铣齿加工和外齿成形铣齿加工主轴箱，两个主轴箱与垂直进给拖板的连接尺寸具有互换性，可根据不同的加工对象更换不同的主轴箱，主轴变频电机(5)置于箱体顶部。
3.根据权利要求2所述的极坐标数控多功能高速铣齿机床，其特征在于所述的内齿成形加工主轴箱为U形箱形结构，外齿成形铣削主轴箱为矩形箱形结构。
4.根据权利要求2或3所述的极坐标数控多功能高速铣齿机床，其特征在于所述的高速铣削主轴箱(6)内的铣齿刀具直径为350～400毫米。
5.根据权利要求4所述的极坐标数控多功能高速铣齿机床，其特征在于所述的高速铣削主轴箱内(6)的铣齿刀具直径为400毫米时，其加工的最小、最大内齿轮直径分别为880毫米、3000毫米，其加工的最小、最大外齿轮直径分别为200毫米、2500毫米。
6.根据权利要求1与2所述的极坐标数控多功能高速铣齿机床，其特征在于所述的高速铣削主轴箱(6)的主轴部分主要由左主轴(23)、右主轴(25)、刀杆(24)和拉刀螺杆(22)组成，铣齿刀具安装在刀杆(24)上。
7.根据权利要求6所述的极坐标数控多功能高速铣齿机床，其特征在于所述的高速铣削主轴箱(6)的主轴采用剖分式结构，刀杆(24)与左主轴(23)、右主轴(25)采用间隙配合并且采用卸荷装置，不承受扭矩。
专利摘要本实用新型公开了一种极坐标数控多功能高速铣齿机床，包括有床身(12)、立柱(1)、水平进给拖板(11)、垂直进给拖板(4)、回转工作台(9)、高速铣削主轴箱(6)、主轴变频电机(5)，回转工作台(9)固定在水平进给拖板(11)上，高速铣削主轴箱(6)安装在垂直进给拖板(4)上，回转工作台中心构成极坐标数控多功能高速铣齿机床加工工件的极点，回转工作台转角构成极坐标数控多功能高速铣齿机床加工工件的极角，回转工作台半径与水平进给拖板移动坐标之和构成极坐标数控多功能高速铣齿机床加工工件的极径，实现平面极坐标曲面插补数控加工。本实用新型制造简单、成本低。
文档编号G05B19/18GK2871084SQ20052007682
公开日2007年2月21日 申请日期2005年10月28日 优先权日2005年10月28日
发明者黄筱调, 洪荣晶, 方成刚 申请人:南京工业大学