可重构齿轮复合加工中心的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种可重构齿轮复合加工中心，包括有刀具主运动SP1轴系统、金刚滚轮修整SP2轴系统、径向进给X轴系统、轴向进给Z轴系统、切向进给Y轴系统、螺旋角分度A轴系统、工作台分度C轴系统、后立柱辅助定位Z2轴系统、自动换刀系统和在线测量系统。该机床具有成形铣齿、展成滚齿、成形磨齿以及五轴联动铣削的高精度复合加工功能，同时能够铣削或者磨削轴类、盘类零件的外圆和端面，能够满足中小型外齿圆柱直斜齿轮、螺旋齿轮、各类异型齿面以及自由曲面的粗精加工，一机多用，单件产品的加工效率提高30％以上，节约设备投入50％，减少厂房占地面积60％。
【专利说明】可重构齿轮复合加工中心
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种齿轮加工机床，更具体地说涉及一种可重构齿轮复合加工中心， 属于先进制造【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 齿轮是机械行业的基础件，近几年，齿轮行业的下游产业蓬勃发展，包括汽车、工 程机械、风电核电火电能源装置、轨道交通、机器人、航空航天及武器装备、船舶及海洋工 程装备等；2007?2013七年中齿轮行业销售额一直保持大幅增长，截止2013年年产值突 破2000亿元大关，但高效高精制齿机床仍基本依赖进口，而且硬质合金刀具、齿加工装备 使用、加工工艺参数、齿轮检测装备等方面与发达国家的差距明显，产品的整体质量稳定性 差，生产效率低，能耗高。
[0003] 齿轮的常用加工方式包括：成形统齿、滚齿、插齿、弟I]齿、磨齿以及无瞬心包络统削 等；从毛坯到最终精加工的工序复杂，周期长，多个工序、多次装夹导致加工精度难以保证。 而复合机床的最大特点是加工工序复合，一次装夹能够完成零件的多个甚至全部工序。齿 轮绝对数量的大幅增加，加上硬齿面比率的不断攀升，导致硬齿面齿轮在双重因数增长的 驱动下，磨齿加工的需求量在不断增加，国内的硬齿面比率仅为7%，约为国外硬齿面比率 的一般左右，所以这种增长会延续很长时间。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于解决上述现存问题，提供一种可重构齿轮复合加工中心，是一 种具有成形铣齿、展成滚齿、成形磨齿以及五轴联动铣削的复合加工机床，在机械、电气和 软件方面均具有可重构的特性，一次装夹完成齿轮加工的多种工序，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】。
[0005] 本发明的可重构齿轮复合加工中心属国内首创，除了能够成形铣齿、展成滚齿、成 形磨齿以及五轴联动铣削的复合加工以外，还能够铣削或者磨削轴类、盘类零件的外圆和 端面。该机床的突出优点在于：一台机床能够完成外齿圆柱直斜齿轮、螺旋齿轮、各类异型 齿面以及自由曲面的粗精加工，而且机械、电气和软件各模块采用可重构设计方法，满足不 同用户和不同工艺的要求；软齿面齿轮一次装夹完成所有工序，单价产品的加工效率提高 100%以上，硬齿面齿轮加工效率提高30%以上，齿轮精加工精度达到GB3?7级，节约设备 投入50 %，减少厂房占地面积60 %。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] -种可重构齿轮复合加工中心，总体为立式布局，进给传动系统包括径向进给X 轴系统、轴向进给Z轴系统、切向进给Y轴系统、螺旋角分度A轴系统、工作台分度C轴系统 和后立柱辅助定位Z2轴系统，此外还包括刀具主运动SP1轴系统、金刚滚轮修整SP2轴系 统、自动换刀系统和在线测量系统。
[0008] 所述的可重构齿轮复合加工中心，其特征是包括有床身1、立柱5、Z轴进给拖板9、 Y轴进给拖板13、A轴分度台面15、回转工作台19和后立柱22 ;立柱5安装于床身1上，回 转工作台19、金刚滚轮修整SP2轴系统和后立柱22固定于床身1上，Z轴进给拖板9安装 于立柱5上，Y轴进给拖板13与Z轴进给拖板9相连，A轴分度台面15安装于Y轴进给拖 板13之上，刀具主运动SP1轴系统与A轴分度台面15固定连接，在线测量系统固定于Y轴 进给拖板13上，自动换刀系统固定在后立柱22上，后立柱辅助定位Z2轴系统与后立柱22 相连；
[0009] 所述的径向进给X轴系统的传动链包括：X轴电机2、X轴滚珠丝杠3和立柱5,所 述X轴电机2通过X轴滚珠丝杠3与立柱5连接；
[0010] 所述的轴向进给Z轴系统的传动链包括：Z轴电机6、Z轴滚珠丝杠7和Z轴进给 拖板9,Z轴电机6通过Z轴滚珠丝杠7与Z轴进给拖板9连接；
[0011] 所述的切向进给Y轴系统的传动链包括：Y轴电机10、Y轴滚珠丝杠11和Y轴进 给拖板13,Y轴电机10通过Y轴滚珠丝杠11与Y轴进给拖板13连接；
[0012] 所述的螺旋角分度A轴系统的传动链包括:A轴电机14和A轴分度台面15,A轴 电机14通过双导程精密蜗轮副连接A轴分度台面15 ;
[0013] 所述的工作台分度C轴系统为力矩电机直驱传动方式；
[0014] 上述5个进给系统均设有直线光栅或者圆光栅，构成高精度闭环控制。
[0015]所述的后立柱辅助定位Z2轴系统的传动链包括：后立柱22和顶针支架装置23， 后立柱22通过双向作用液压油缸连接顶针支架装置23。
[0016] 所述的刀具主运动SP1轴系统为电主轴直驱方式，带有位置反馈传感器；
[0017]所述的金刚滚轮修整SP2轴系统的传动链包括：交流伺服电机28以及通过金刚轮 主轴与交流伺服电机28连接的金刚滚轮29,半闭环控制方式；SP2轴在修整砂轮时使用，为 单金刚轮修整方式。
[0018] 所述的自动换刀系统的传动链包括：刀具主运动系统SP1、刀库25、自动换刀装置 27和打刀缸30 ;刀库25内的刀具26包括成形盘铣刀、端面铣刀、滚齿刀、矩形砂轮、碗型或 蝶形砂轮、棒刀、球刀等，通过打刀缸30和自动换刀装置27快速更换刀具。
[0019] 所述的在线测线系统的传动链包括：切向进给Y轴系统和在线测头18,在线测头 18固定于Y轴进给拖板上，通过Y轴伺服进给系统进行测头位置补偿。
[0020] 本发明的可重构齿轮复合加工中心的成形铣齿刀具直径<P63?150mm，主轴转速 150?1000r/min;滚齿最大规格Cp100X100mm,主轴转速150?600r/min;磨齿砂轮直径 (p160?250_，主轴转速2000?5000r/min;包络铣削的棒刀直径〇 3?10_，主轴转速 2000 ?6000r/min。
[0021] 本发明的可重构齿轮复合加工中心，利用电子齿轮、RTCP功能及自主研发的可重 构齿轮复合加工软件，能够完成所有典型齿轮加工的工艺，包括成形铣齿、展成滚齿、成形 磨齿以及五轴联动铣削的复合加工功能，同时能够铣削或者磨削轴、盘类零件的外圆和端 面。
[0022] 本发明的可重构齿轮复合加工中心进一步的技术方案是所述的机床主轴采用BT 标准接口，利用自动刀库快速更换刀具，进行齿轮一次装夹后的复合加工。
[0023] 再进一步的技术方案是机床的机械和电气模块采用了可重构技术，满足产品多样 化和柔性化的需求；针对不同类型的客户能够做出快速响应，最大限度地满足客户对机床 性能、交货周期和价格的要求。机床复合加工工艺及其数控轴的可重构配置方式见表1，配 置相应的刀具同样能够铣削或者磨削端面、外圆。
[0024]表1复合加工工艺及其数控轴的可重构配置方式
【权利要求】
1. 一种可重构齿轮复合加工中心，其特征是包括有床身（I)、立柱（5)、Z轴进给拖板 (9)、Y轴进给拖板（13)、A轴分度台面（15)、回转工作台（19)和后立柱（22);立柱（5)安 装于床身（1)上，回转工作台（19)、金刚滚轮修整SP2轴系统和后立柱（22)固定于床身（1) 上，Z轴进给拖板（9)安装于立柱（5)上，Y轴进给拖板（13)与Z轴进给拖板（9)相连，A 轴分度台面（15)安装于Y轴进给拖板（13)之上，刀具主运动SPl轴系统与A轴分度台面 (15)固定连接，在线测量系统固定于Y轴进给拖板（13)上，自动换刀系统固定在后立柱 (22)上，后立柱辅助定位Z2轴系统与后立柱（22)相连。机床具有成形铣齿、展成滚齿、成 形磨齿以及五轴联动铣削的高精度复合加工功能，能够满足中小型外齿圆柱直斜齿轮、螺 旋齿轮、各类异型齿面以及自由曲面的粗精加工。
2. 根据权利要求1所述的可重构齿轮复合加工中心，其特征在于所述的可重构齿轮复 合加工中心还包括进给传动系统：径向进给X轴系统、轴向进给Z轴系统、切向进给Y轴系 统、螺旋角分度A轴系统、工作台分度C轴系统和后立柱辅助定位Z2轴系统；所述径向进给 X轴系统的传动链包括：X轴电机（2)、X轴滚珠丝杠（3)和立柱（5)，所述X轴电机⑵通 过X轴滚珠丝杠（3)与立柱（5)连接；所述轴向进给Z轴系统的传动链包括：Z轴电机（6)、 Z轴滚珠丝杠（7)和Z轴进给拖板（9)，Z轴电机（6)通过Z轴滚珠丝杠（7)与Z轴进给拖 板（9)连接；所述切向进给Y轴系统的传动链包括：Y轴电机（10)、Y轴滚珠丝杠（11)和Y 轴进给拖板（13)，Y轴电机（10)通过Y轴滚珠丝杠（11)与Y轴进给拖板（13)连接；所述 螺旋角分度A轴系统的传动链包括:Α轴电机（14)和A轴分度台面（15)，Α轴电机（14)通 过双导程精密蜗轮副连接A轴分度台面（15);所述的工作台分度C轴系统为力矩电机直驱 传动方式；上述5个进给系统均设有直线光栅或者圆光栅，构成高精度闭环控制；后立柱辅 助定位Ζ2轴系统的传动链包括：后立柱（22)和顶针支架装置（23)，后立柱（22)通过双向 作用液压油缸连接顶针支架装置（23)。
3. 根据权利要求1所述的可重构齿轮复合加工中心，其特征在于所述的在线测线系统 的传动链包括：切向进给Y轴系统和在线测头（18)，在线测头（18)固定于Y轴进给拖板上， 通过Y轴伺服进给系统进行测头位置补偿。
4. 根据权利要求1所述的可重构齿轮复合加工中心，其特征在于所述的刀具主运动 SPl轴系统为电主轴直驱方式，带有位置反馈传感器。
5. 根据权利要求1所述的可重构齿轮复合加工中心，其特征在于所述的金刚滚轮修整 SP2轴系统的传动链包括：交流伺服电机（28)以及通过金刚轮主轴与交流伺服电机（28) 连接的金刚滚轮（29)，半闭环控制方式；SP2轴在修整砂轮时使用，为单金刚轮修整方式。
6. 根据权利要求1所述的可重构齿轮复合加工中心，其特征在于所述的自动换刀系统 的传动链包括：刀具主运动系统（SPl)、刀库（25)、自动换刀装置（27)和打刀缸（30);刀库 (25)内的刀具（26)包括成形盘铣刀、端面铣刀、滚齿刀、矩形砂轮、碗型或蝶形砂轮、棒刀、 球刀等，通过打刀缸（30)和自动换刀装置（27)快速更换刀具。
7. 根据权利要求1所述的可重构齿轮复合加工中心，其特征在于所述的在线测线系统 的传动链包括：切向进给Y轴系统和在线测头（18)，在线测头（18)固定于Y轴进给拖板上， 通过Y轴伺服进给系统进行测头位置补偿。
8. 根据权利要求1所述的可重构齿轮复合加工中心，其特征在于所述的齿轮加工最大 模数5mm ;成形统齿刀具直径φ 63?150mm，主轴转速150?1000r/min ;滚齿最大规格φ IOOX 100mm，主轴转速150?600r/min ;磨齿砂轮直径φ 160?250_，主轴转速2000? 5000r/min ;包络铣削的棒刀直径Φ3?10mm，主轴转速2000?6000r/min。
【文档编号】B23Q37/00GK104369055SQ201410422955
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】于春建, 方成刚, 黄筱调, 洪荣晶 申请人:南京工业大学, 南京工大数控科技有限公司