高效面齿轮铣齿加工机床的制作方法

本发明涉及一种高效面齿轮铣齿加工机床。

背景技术：

面齿轮传动是一种圆柱齿轮与圆锥齿轮相啮合的齿轮传动，国外有关研究表明面齿轮传动在体积小、重量轻、高承载能力、低噪音、高可靠性、长寿命等方面显示了极大的优势。美军方与nasa联合进行的art计划中，对面齿轮传动进行了高速重载的研究，并设计了使用面齿轮传动的新型航空动力传动装置的分流传动结构，其重量较传统的结构下降了40％，且振动小、噪音低，取得了令人振奋的效果。在art项目结束后，美国darpa在trp项目中继续支持对面齿轮传动技术的研究，其主要研究背景是把面齿轮传动技术应用于新一代阿帕奇武装直升机中。西欧的一些发达国家把面齿轮传动称为“21世纪旋翼机传动之希望所在”，陆续地开始研究。

目前，航空传动朝着轻质量，高速度，大功率，高精度方向的发展，对齿轮机构的传动性能，使用寿命，结构优化等方面提出了新的更高的要求。由于面齿轮传动的很多优点，而成为未来航空传动的主要发展方向之一。

南航和北航都对传统的插齿机进行了改进，实现了面齿轮插齿加工，但国内还没有面齿轮加工专用设备，严重阻碍了面齿轮的航空传动应用进程，必然加大我国传动系统技术与国外发达国家的差距，加重了对国外传动制造技术的依赖。

目前存在的面齿轮铣齿机床都不具有良好的加工稳定性，并且铣齿机床大多不能同时具备滚齿加工的能力，本发明为多用途面齿轮专用设备的发展提供了一套较为具体的方法及结构设计。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高效面齿轮铣齿加工机床，可以以铣齿和滚齿两种方式实现五轴联动加工面齿轮以及其它复杂难加工零件的目的。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

根据本发明的一个方面，高效面齿轮铣齿加工机床，包括：主传动系统：用来实现设备的主运动，它具有一定的转速和一定的变速范围，能方便地实现运动的开停、变速、换向等。主轴系统：用来支承并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成形及展成等运动。龙门式主轴结构：具有两个平行的立式导轨控制主轴沿y向的进给运动，能在加工过程中保证主轴的稳定性。伺服进给传动系统：用来接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置和机械传动机构，驱动工作台、主轴头架等执行部件实现工作进给和快速运动。面齿轮专用摇台机构：用来控制面齿轮铣齿加工过程中面齿轮x向的旋转运动，使滚齿机床不仅能适用于正交直齿面齿轮，也能变换角度适用于非正交直齿面齿轮。设备本体结构：用来支承设备机械部件以及为运动部件提供导轨等。设备预留检测装置：检测系统用来对设备执行件的实际位置进行测量，不断地将设备的位移量检测出来并反馈给数控系统。辅助装置：用来防护设备关键部件、排屑及冷却等作用。

对于上述的高效面齿轮铣齿加工机床，其中所述主传动系统主要包括电动机、传动系统和主轴部件。

对于上述的高效面齿轮铣齿加工机床，其中主轴系统由主轴及其支承和安装在主轴上的传动件、密封件等组成。

对于上述的高效面齿轮铣齿加工机床，其中龙门式主轴结构由两个平行的立式导轨构成。

对于上述的高效面齿轮铣齿加工机床，其中伺服进给系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件组成。

对于上述的高效面齿轮铣齿加工机床，其中面齿轮专用摇台机构由伺服电机以及转动平台组成。

对于上述的高效面齿轮铣齿加工机床，其中设备本体结构由设备床身、支承件以及导轨等组成。

对于上述的高效面齿轮铣齿加工机床，其中设备预留检测装置主要由驱动电机、滚珠丝杠副及检测系统预留固定件等。

对于上述的高效面齿轮铣齿加工机床，其中辅助装置主要由钢制伸缩式导轨防护罩、冷却电机及水管等部件组成。

本发明的有益效果主要体现在：

一、本发明的主传动部分由电机通过同步带及同步带轮带动主轴传递动力，具有传动准确、平稳和传动效率高等特点。

二、本发明具有龙门式结构的主轴系统，主轴刚性优异且加工过程平稳性好，可用于粗细加工，进行强力切削等，提高加工效率。

三、本发明的设备本体结构中的立柱、下滑座均采用矩形导轨，上滑座采用双燕尾导轨，设备的稳定性好，适合于精加工和复杂零件加工。

四、本设备摇台机构设计原理基于直齿面齿轮的插齿成形原理，可适用于多种不同类型的直齿面齿轮的加工，包括：正交非偏置直齿面齿轮、正交偏置直齿面齿轮、非正交非偏置直齿面齿轮、非正交偏置直齿面齿轮；加工过程不仅可以采用铣齿，也可以采用滚齿。

五、本发明设备主轴箱可沿立柱导轨上下移动，工件安装在工作台上，可转动和倾斜，并能与设备一起随上滑板或下滑板作横向或纵向移动。

六、本发明设备的伺服进给系统采用由德国进口的伺服电机和驱动器结合自己开发的板子组成，采用基于pc机和现场总线技术的开放式数控系统，结合滚珠丝杠副带动工作台等部件实现工作进给和快速运动。

附图说明

发明：“高效面齿轮铣齿加工机床”有三幅附图：

图1是本发明“高效面齿轮铣齿加工机床”主视图；

图2是本发明“高效面齿轮铣齿加工机床”俯视图；

图3是本发明“高效面齿轮铣齿加工机床”左视图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方案对本发明进行进一步说明。

本发明主要是为了加工模数为1-9，最大直径为300mm的各种类型直齿面齿轮。

本发明的整体机械部分如图1、2、3所示，所述装置包括主轴电机1、主轴架2、y方向运动导轨3(两个立式导轨呈门型分布)、z方向运动导轨4、z向运动滑块与x向运动的滑板的复合机构5、机床主轴联轴器6、刀轴7、摇台机构8、旋转台9、三爪卡盘10、可沿x向运动的摇台机构底座11。

本机床x方向运动由摇台机构底座11在x向运动滑板5上的运动过程实现，y方向运动由主轴架在y方向运动导轨3上的运动过程实现，z方向运动由z向运动滑块5在z向运动导轨4上的运动过程实现，摇台机构8可以绕x方向转动，转动幅度为-60°～60°；旋转台9可以绕y方向连续转动，转动范围不受限制。

刀轴7上在居中的合适位置设置单键或花键，用于安装加工刀具；根据刀轴7上安装的刀具类型的不同，可以实现各种类型面齿轮的铣齿加工或者滚齿加工。

刀轴7内端在加工过程中与机床主轴通过联轴器6卡紧相连，用于传输主轴转矩；外端与机床的没有安装主轴的龙门立柱里面的轴承装置相连，可以自由旋转。

以上仅是本发明的具体实例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种高效面齿轮铣齿加工机床，本发明采用龙门式的主轴结构，相比于以往常用的立式机床结构，明显提高了主轴的刚度以及加工过程当中主轴运转的平稳性，减小了加工过程中振动对主轴的冲击。本发明结合直齿面齿轮成型原理，设计了面齿轮专用摇台机构，可实现对正交非偏置直齿面齿轮、正交偏置直齿面齿轮、非正交非偏置直齿面齿轮、非正交偏置直齿面齿轮这4种类型的面齿轮的高效铣齿及滚齿加工，是一种多功能多用途的面齿轮专用加工设备。本发明的面齿轮铣齿加工设备包括：主传动系统、主轴系统、伺服进给传动系统、设备本体结构、设备预留检测装置及辅助装置。

技术研发人员：王延忠
受保护的技术使用者：南京中研立诺精密设备有限公司
技术研发日：2017.09.08
技术公布日：2018.11.13