专利名称：伺服差动式插齿机传动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种插齿机的传动装置，特别是用于加工斜齿轮(或称螺旋齿轮)的 插齿机传动装置。
背景技术：
斜齿轮(或称螺旋齿轮)在啮合过程中具有传动平稳、振动和噪音较小的特点，在 高速、重载、低噪音传动中被广泛采用。插齿是一种具有诸多优势且不可替代的齿轮加工方 法。插齿是加工斜齿轮的常用方法，加工时，除刀轴与工件之间有范成运动外，为了实 现螺旋齿的加工，插齿刀轴还必须有附加的旋转运动，且该旋转运动的转向是正、反向频繁 改变的。目前关于插齿机的刀轴的附加转动，一般是采用螺旋槽螺旋导轨，让刀轴在上下 直线往复运动的同时，还须沿螺旋槽运动，在螺旋槽作用下强制性使刀轴产生正反向的附 加转动。这种机械螺旋槽式附加转动的主要缺陷是刀轴与螺旋槽频繁摩擦，不仅螺旋导轨 易磨损，而且增加功率消耗；改变加工的斜齿轮螺旋角时，螺旋槽导轨必须随之更换，不能 适应加工不同螺旋角齿轮的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种伺服差 动式插齿机传动装置，该装置不仅能克服螺旋导轨易磨损的缺陷，而且可以方便地适应加 工不同螺旋角的斜齿轮的需要。本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为伺服差动式插齿机传动 装置，它包括有曲柄滑块机构、蜗杆蜗轮传动机构、刀轴、刀轴传动机构；刀轴12的上端部 与曲柄滑块机构中的滑块4由运动副6相连接，刀轴12的下端固定安装有插齿刀13 ；蜗杆 蜗轮传动机构中的蜗轮传动轮7和蜗轮8空套在刀轴12上；其特征在于曲柄滑块机构中 的滑块4上设有位移检测装置，位移检测装置的输出端由第二电缆28与伺服传动装置的信 号处理与控制器27的输入端相连，伺服传动装置的电动机25的输出轴由联轴器与差动传 动装置的差动主轴20相连；差动传动装置的差动输入轮23由第二传动带或第二传动链24 与蜗杆蜗轮传动机构中的蜗轮传动轮7相连，差动传动装置的双联输出传动轮19通过第一 传动带或第一传动链14与刀轴传动机构的刀轴传动轮10相连，刀轴传动机构设置在刀轴 12上。曲柄滑块机构包括曲柄盘1、连杆2、滑块4、曲柄回转轴33，曲柄回转轴33由轴承 支承于插齿机床机身3上，曲柄盘1与曲柄回转轴33固定连接，曲柄盘1与曲柄回转轴33 相互垂直，曲柄回转轴33的一端由联轴器或传动机构与插齿机床主电机的输出轴连接，曲 柄盘1与连杆2的一端铰链连接，连杆2的另一端与滑块4的一端铰链连接，滑块4安设在 插齿机床机身3上，滑块4与插齿机床机身3构成滑动副。
位移检测装置包括旋转编码器29、齿轮30、齿条组件5 ；齿条组件5固定安装在曲 柄滑块机构的滑块4上；齿轮30的齿轮传动轴的两端部分别由轴承与插齿机床机身3相 连，齿轮30与齿条组件5的齿条相啮合；旋转编码器29位于齿轮30处，旋转编码器29安 设在齿轮30的传动轴上，旋转编码器29的输出端由第二电缆28与伺服传动装置的信号处 理与控制器27的输入端相连。伺服传动装置包括电动机25、第一电缆26、信号处理与控制器27，电动机25的输 出轴由联轴器与差动传动装置的差动主轴20相连，电动机25由第一电缆26与信号处理与 控制器27的电源控制输出端相连。差动传动装置包括差动主轴20、差动主轴齿轮21、差动输入轮23、双联行星齿轮、 双联输出轮18，差动主轴齿轮21固定安装在差动主轴20上，差动输入轮23空套在差动主 轴20上，差动输入轮23由第二传动带或第二传动链24与蜗杆蜗轮传动机构中的蜗轮传动 轮7相连；双联行星齿轮的支承轴固定安装在差动输入轮的轮体22上，双联行星齿轮由第 一行星齿轮15和第二行星齿轮16组成，双联行星齿轮的第一行星齿轮15与差动主轴齿轮 21相啮合，双联行星齿轮的第二行星齿轮16与双联输出轮18相啮合，双联输出轮18与双 联输出传动轮19固定连接，双联输出轮18和双联输出传动轮19空套在差动主轴20上，双 联输出传动轮19通过第一传动带或第一传动链14与刀轴传动轮10相连。蜗杆蜗轮传动机构包括蜗轮传动轮7、蜗轮8、蜗杆9，蜗轮8与蜗轮传动轮7固定 连接，蜗轮8和蜗轮传动轮7均空套在刀轴12上，蜗杆9与蜗轮8相啮合。刀轴传动机构包括滑动套11、刀轴传动轮10，刀轴12上固定安装有滑动套11，刀 轴传动轮10套在滑动套11上，滑动套11上沿刀轴12的轴线方向设有滑槽，刀轴传动轮10 上的滑块位于滑槽内。位移检测装置包括光栅标尺31、光栅读数头32，光栅标尺31固定安装在曲柄滑块 机构的滑块4上；光栅读数头32位于光栅标尺31处，光栅读数头32的输出端由第二电缆 28与伺服传动装置的信号处理与控制器27的输入端相连；光栅读数头32安设在插齿机床 机身3上。本发明的有益效果是(1)消除了传统机械式螺旋槽导轨与刀轴的频繁的摩擦， 本发明能克服螺旋导轨易磨损的缺陷；(2)加工斜齿轮的螺旋角可以方便地改变，通过改 变信号处理与控制器的控制软件的相应参数，就可改变电机的转速转向，从而改变附加往 复旋转运动的速度，适应加工不同螺旋角的斜齿轮的需要。(3)由于采用机械传动，各运动 的同步性好，插齿机控制系统简化。
图1为本发明实施例1的结构示意图；图2为本发明实施例2的结构示意图；图中1为曲柄盘，2为连杆，3为插齿机床机身，4为滑块，5为齿条组件，6为运动 副，7为蜗轮传动轮，8为蜗轮，9为蜗杆，10为刀轴传动轮，11为滑动套；12为刀轴，13为插 齿刀，14为第一传动带或第一传动链，15为第一行星齿轮，16为第二行星齿轮，17为行星齿 轮轴，18为双联输出齿轮，19为双联输出传动轮，20为差动传动装置的差动主轴，21为差动 主轴齿轮，22为差动输入轮的轮体，23为差动输入轮，24为第二传动带或第二传动链；
25为电动机，26为第一电缆，27为信号处理与控制器，28为第二电缆，29为旋转编 码器，30为齿轮；31为光栅标尺，32为光栅读数头，33为曲柄回转轴。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明的实施例。实施例1 如图1所示，伺服差动式插齿机传动装置，它包括有曲柄滑块机构、位移检测装 置、伺服传动装置、差动传动装置、蜗杆蜗轮传动机构、刀轴、刀轴传动机构；曲柄滑块机构包括曲柄盘1、连杆2、滑块4、曲柄回转轴33，曲柄回转轴33由轴承 支承于插齿机床机身3上(曲柄回转轴33能旋转)，曲柄盘1与曲柄回转轴33固定连接， 曲柄盘1与曲柄回转轴33相互垂直，曲柄回转轴33的一端由联轴器或传动机构与插齿机 床主电机的输出轴连接(曲柄盘由插齿机床主电机驱动，插齿机床主电机设置在插齿机床 机身3上)，曲柄盘1与连杆2的一端铰链连接，连杆2的另一端与滑块4的一端铰链连接， 滑块4安设在插齿机床机身3上，滑块4与插齿机床机身3构成滑动副(即插齿机床机身 3上设有滑槽，滑块4位于滑槽内，滑块4能沿滑槽作直线运动)；位移检测装置包括旋转编码器29、齿轮30、齿条组件5 ；齿条组件5固定安装在曲 柄滑块机构的滑块4上；齿轮30的齿轮传动轴的两端部分别由轴承与插齿机床机身3相连 (即齿轮30能旋转)，齿轮30与齿条组件5的齿条相啮合；旋转编码器29位于齿轮30处， 旋转编码器29安设在齿轮30的传动轴上，旋转编码器29的输出端由第二电缆28与伺服 传动装置的信号处理与控制器27的输入端相连；位移检测装置的位移信号发生部件(齿条组件5)安装在曲柄滑块机构的滑块上， 随滑块上下运动；位移检测部件(旋转编码器29)安设在插齿机床机身上，其功能是拾取位 移信号，并传送至处理器；伺服传动装置包括电动机25、第一电缆26、信号处理与控制器27，电动机25的输 出轴由联轴器与差动传动装置的差动主轴20相连，电动机25由第一电缆26与信号处理与 控制器27信号处理与控制器27的电源控制输出端相连(电动机25的输出轴旋转带动差 动主轴20旋转)；信号处理与控制器27可采用现有技术；信号处理与控制器的功能是对位移检测信号进行处理，并对电动机的运动进行控 制；电动机的功能是根据信号处理与控制器发出的控制信号进行运动，驱动差动传动装置 的差动主轴20 ；差动传动装置包括差动主轴20、差动主轴齿轮21、差动输入轮23、双联行星齿轮、 双联输出轮18，差动主轴齿轮21固定安装在差动主轴20上，差动输入轮23空套在差动主 轴20上，差动输入轮23由第二传动带或第二传动链24与蜗杆蜗轮传动机构中的蜗轮传动 轮7相连(差动输入轮23的运动由蜗杆蜗轮传动机构中的蜗轮传动轮7通过第二传动带 或第二传动链所驱动)；双联行星齿轮的支承轴固定安装在差动输入轮的轮体22上，双联 行星齿轮由第一行星齿轮15和第二行星齿轮16组成，双联行星齿轮的第一行星齿轮15与 差动主轴齿轮21相啮合，双联行星齿轮的第二行星齿轮16与双联输出轮18相啮合，双联 输出轮18与双联输出传动轮19固定连接，双联输出轮18和双联输出传动轮19空套在差 动主轴20上，双联输出传动轮19通过第一传动带或第一传动链14与刀轴传动轮10相连(驱动刀轴传动轮)；蜗杆蜗轮传动机构包括蜗轮传动轮7、蜗轮8、蜗杆9，蜗轮8与蜗轮传动轮7固定 连接，蜗轮8和蜗轮传动轮7均空套在刀轴12上(可以绕刀轴12回转)，蜗杆9与蜗轮8 相啮合(蜗杆的运动受机床范成运动电机及其传动机构所驱动)；刀轴12的上端部与曲柄滑块机构中的滑块4由运动副6(球面副，万向节)相连 接(刀轴可以绕自身轴线作旋转运动)，刀轴12的下端固定安装有插齿刀13 ；刀轴传动机构包括滑动套11、刀轴传动轮10，刀轴12上固定安装有滑动套11，刀 轴传动轮10套在滑动套11上，滑动套11上沿刀轴12的轴线方向设有滑槽，刀轴传动轮10 上的滑块位于滑槽内(刀轴传动轮10与滑动套11之间既可直线滑动，同时刀轴传动轮10 又可驱动滑动套11和刀轴12 —起旋转运动)。在图1中，曲柄回转轴33带动曲柄盘1旋转时，连杆2带动滑块4和齿条组件5 上下运动，齿轮30与齿条组件5啮合而产生旋转运动，旋转编码器29与齿轮30安装在同 一传动轴上，旋转编码器29将滑块4的上下运动位移信号转换为旋转编码信号，并传送至 信号处理与控制器27中，从而控制电动机25的运动，再通过连轴器驱动差动传动装置的差 动主轴20 ；同时，机床范成运动由电机通过系列传动装置驱动蜗杆9运动，通过蜗轮8、蜗轮 传动轮7、第二传动带或第二传动链24、差动输入轮23，将范成运动输送到差动传动装置 中；这样，差动传动装置将差动主轴20的往复旋转运动与差动输入轮23的旋转运动 进行合成，由差动传动装置的双联输出传动轮19将此合成运动输出，通过第一传动带或第 一传动链14驱动刀轴传动轮10旋转，再通过滑动套11驱动刀轴12和插齿刀13运动，完 成插齿加工。其中，随着滑块与刀轴的上下往复运动，差动主轴20产生往复旋转运动，实现 了插齿机床的附加往复旋转运动。通过改变信号处理与控制器27的控制软件的相应参数， 就可改变电机25的转速转向，从而改变附加往复旋转运动的速度，适应加工不同螺旋角斜 齿轮的需要。图1中，位移信号发生部件采用的是齿条组件5的齿条，位移检测部件采用的是与 齿条组件的齿条啮合的齿轮及旋转编码器。实施例2 如图2所示，与实施例1基本相同，不相同之处在于位移检测装置包括光栅标尺 31、光栅读数头32，光栅标尺31固定安装在曲柄滑块机构的滑块4上；光栅读数头32位于 光栅标尺31处，光栅读数头32的输出端由第二电缆28与伺服传动装置的信号处理与控制 器27的输入端相连；光栅读数头32安设在插齿机床机身3上。当滑块4与光栅标尺31 —起上下运动时，光栅读数头32读取上下运动的位移信 号，并传送至信号处理与控制器27中，从而控制电动机25的运动，再通过联轴器驱动差动 传动装置的差动主轴20。图2中，位移信号发生部件采用的是光栅尺，固定安装在滑块上。位移检测部件采 用的是光栅读数头。实施例3 与实施例1或实施例2基本相同，不相同之处在于刀轴传动机构包括滑动套11、
7刀轴传动轮10，刀轴12上固定安装有滑动套11，刀轴传动轮10套在滑动套11上，滑动套 11上沿刀轴12的轴线方向设有键或凸起的滑块，刀轴传动轮10上的孔内设有滑槽，键或凸 起的滑块位于滑槽内(刀轴传动轮10与滑动套11之间既可直线滑动，同时刀轴传动轮10 又可驱动滑动套11和刀轴12 —起旋转运动)。
权利要求
伺服差动式插齿机传动装置，它包括有曲柄滑块机构、蜗杆蜗轮传动机构、刀轴、刀轴传动机构；刀轴(12)的上端部与曲柄滑块机构中的滑块(4)由运动副(6)相连接，刀轴(12)的下端固定安装有插齿刀(13)；蜗杆蜗轮传动机构中的蜗轮传动轮(7)和蜗轮(8)空套在刀轴(12)上；其特征在于曲柄滑块机构中的滑块(4)上设有位移检测装置，位移检测装置的输出端由第二电缆(28)与伺服传动装置的信号处理与控制器(27)的输入端相连，伺服传动装置的电动机(25)的输出轴由联轴器与差动传动装置的差动主轴(20)相连；差动传动装置的差动输入轮(23)由第二传动带或第二传动链(24)与蜗杆蜗轮传动机构中的蜗轮传动轮(7)相连，差动传动装置的双联输出传动轮(19)通过第一传动带或第一传动链(14)与刀轴传动机构的刀轴传动轮(10)相连，刀轴传动机构设置在刀轴(12)上。
2.根据权利要求1所述的伺服差动式插齿机传动装置，其特征在于曲柄滑块机构包 括曲柄盘⑴、连杆⑵、滑块⑷、曲柄回转轴(33)，曲柄回转轴(33)由轴承支承于插齿机 床机身⑶上，曲柄盘⑴与曲柄回转轴(33)固定连接，曲柄盘⑴与曲柄回转轴(33)相 互垂直，曲柄回转轴(33)的一端由联轴器或传动机构与插齿机床主电机的输出轴连接，曲 柄盘(1)与连杆(2)的一端铰链连接，连杆(2)的另一端与滑块(4)的一端铰链连接，滑块 (4)安设在插齿机床机身(3)上，滑块(4)与插齿机床机身(3)构成滑动副。
3.根据权利要求1所述的伺服差动式插齿机传动装置，其特征在于位移检测装置包 括旋转编码器(29)、齿轮(30)、齿条组件(5)；齿条组件(5)固定安装在曲柄滑块机构的 滑块(4)上；齿轮(30)的齿轮传动轴的两端部分别由轴承与插齿机床机身(3)相连，齿轮 (30)与齿条组件(5)的齿条相啮合；旋转编码器(29)位于齿轮(30)处，旋转编码器(29) 安设在齿轮(30)的传动轴上，旋转编码器(29)的输出端由第二电缆(28)与伺服传动装置 的信号处理与控制器(27)的输入端相连。
4.根据权利要求1所述的伺服差动式插齿机传动装置，其特征在于伺服传动装置包 括电动机(25)、第一电缆(26)、信号处理与控制器(27)，电动机(25)的输出轴由联轴器与 差动传动装置的差动主轴(20)相连，电动机(25)由第一电缆(26)与信号处理与控制器 (27)信号处理与控制器(27)的电源控制输出端相连。
5.根据权利要求1所述的伺服差动式插齿机传动装置，其特征在于差动传动装置包 括差动主轴(20)、差动主轴齿轮(21)、差动输入轮(23)、双联行星齿轮、双联输出轮(18)， 差动主轴齿轮(21)固定安装在差动主轴(20)上，差动输入轮(23)空套在差动主轴(20) 上，差动输入轮(23)由第二传动带或第二传动链(24)与蜗杆蜗轮传动机构中的蜗轮传动 轮(7)相连；双联行星齿轮的支承轴固定安装在差动输入轮的轮体(22)上，双联行星齿轮 由第一行星齿轮(15)和第二行星齿轮(16)组成，双联行星齿轮的第一行星齿轮(15)与差 动主轴齿轮(21)相啮合，双联行星齿轮的第二行星齿轮(16)与双联输出轮(18)相啮合， 双联输出轮(18)与双联输出传动轮(19)固定连接，双联输出轮(18)和双联输出传动轮 (19)空套在差动主轴(20)上，双联输出传动轮(19)通过第一传动带或第一传动链(14)与 刀轴传动轮(10)相连。
6.根据权利要求1所述的伺服差动式插齿机传动装置，其特征在于蜗杆蜗轮传动机 构包括蜗轮传动轮(7)、蜗轮(8)、蜗杆(9)，蜗轮(8)与蜗轮传动轮(7)固定连接，蜗轮(8) 和蜗轮传动轮(7)均空套在刀轴(12)上，蜗杆(9)与蜗轮(8)相啮合。
7.根据权利要求1所述的伺服差动式插齿机传动装置，其特征在于刀轴传动机构包括滑动套(11)、刀轴传动轮(10)，刀轴(12)上固定安装有滑动套(11)，刀轴传动轮(10)套 在滑动套(11)上，滑动套(11)上沿刀轴(12)的轴线方向设有滑槽，刀轴传动轮(10)上的 滑块位于滑槽内。
8.根据权利要求1所述的伺服差动式插齿机传动装置，其特征在于刀轴传动机构包 括滑动套(11)、刀轴传动轮(10)，刀轴(12)上固定安装有滑动套(11)，刀轴传动轮(10)套 在滑动套(11)上，滑动套(11)上沿刀轴(12)的轴线方向设有键或凸起的滑块，刀轴传动 轮(10)上的孔内设有滑槽，键或凸起的滑块位于滑槽内。
9.根据权利要求1所述的伺服差动式插齿机传动装置，其特征在于位移检测装置包 括光栅标尺(31)、光栅读数头(32)，光栅标尺(31)固定安装在曲柄滑块机构的滑块(4) 上；光栅读数头(32)位于光栅标尺(31)处，光栅读数头(32)的输出端由第二电缆(28)与 伺服传动装置的信号处理与控制器(27)的输入端相连；光栅读数头(320安设在插齿机床 机身(3)上。
全文摘要
本发明涉及一种插齿机的传动装置。伺服差动式插齿机传动装置，它包括有曲柄滑块机构、蜗杆蜗轮传动机构、刀轴、刀轴传动机构；其特征在于曲柄滑块机构中的滑块上设有位移检测装置，位移检测装置的输出端由第二电缆与伺服传动装置的信号处理与控制器的输入端相连，伺服传动装置的电动机的输出轴由联轴器与差动传动装置的差动主轴相连；差动传动装置的差动输入轮由第二传动带或第二传动链与蜗杆蜗轮传动机构中的蜗轮传动轮相连，差动传动装置的双联输出传动轮通过第一传动带或第一传动链与刀轴传动机构的刀轴传动轮相连，刀轴传动机构设置在刀轴上。该装置不仅能克服螺旋导轨易磨损的缺陷，而且可以方便地适应加工不同螺旋角的斜齿轮的需要。
文档编号B23F23/00GK101982279SQ20101052272
公开日2011年3月2日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者席程琳, 张智明, 徐巧, 朱贵儒, 柳威, 梅顺齐, 王健伟, 赵建, 郝瑞欣 申请人:武汉纺织大学