专利名称：数控滚齿机的安全装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数控滚齿机的安全装置，具体地说是一种将普通机械传动的滚齿机改装为数控滚齿机时，为防止因线路故障而导致刀具和工件损坏的安全装置。
滚齿机是使用最多的齿轮制造机床。齿轮加工的关键是滚齿机上的刀具和被加工工件必须同步运转。同步愈精确，做出的齿轮精度愈高。为了达到精确同步，现有的机械传动式滚齿机采用的方法是将滚刀轴和使工件旋转的蜗轮付的蜗杆轴用齿轮链相连，该齿轮链中一般至少有6对齿轮。这种方法导致的问题是，这些齿轮用旧后将产生很大的积累误差，并使齿轮的加工精度难以提高(一般在8级以下)。积累误差是这种滚齿机的主要误差，除此之外，还有来自蜗轮付的误差，即蜗轮付因运转磨损，即使在蜗杆轴与刀具轴完全同步运转的情况下，蜗轮也不能随蜗杆同步旋转，致使刀具和工件也不能同步旋转，从而影响齿轮的加工精度。我国目前的齿轮加工绝大多数采用机械传动式滚齿机，这种状况在很大程度上影响了我国齿轮加工水平的提高，进而影响了与齿轮相关的机械产品的性能和质量。
滚齿机数控化是提高齿轮加工精度的有效途径。但其存在的问题是，一旦数控系统电路发生断路、脱焊等故障，很容易产生刀具和被加工工件旋转不同步而损坏刀具和被加工件的事故。为此，近代正式数控滚齿机都有一套很复杂的安全装置用于防止事故的发生，但因其造价昂贵，难以适合我国广大的机械传动式滚齿机的数控化改造。
本实用新型的目的在于为机械传动式滚齿机的数控化改造提供一种既能保证数控滚齿机的高精度，又能防止因数控系统线路故障而导致刀具和工件损坏的数控滚齿机的安全装置。
本实用新型所说的数控滚齿机的安全装置，其特征在于，它由延长轴(3)、依次安装于延长轴(3)上的前盘(2)、中盘(5)和后盘(7)、均布于中盘(5)上的弹簧(4)和电磁线圈(6)、安装于后盘(7)端部并与数控驱动电机(10)相接的万向节(8)和联轴节(9)以及设置在前盘(2)、中盘(5)和后盘(7)三者之间相对应的盘面边缘上的摩擦片(14)、(13)、(12)、(11)组成；所说的前盘(2)和后盘(7)与延长轴(3)之间为可相对转动的动配合，中盘(5)与延长轴(3)之间为相互间可作轴向短距离平动的键连接。
这种新型的安全装置为滚齿机的数控化改造提供了保证，且结构简单，成本低。采用本实用新型改装成的数控滚齿机成本不到机械传动式滚齿机的 ，齿轮的加工精度却可达到7级以上(精度要求一般为新标准7级)，我国目前拥有机械式滚齿机7～8万台，所以，本实用新型将对提高我国的齿轮加工水平具有十分重要的意义，同时会创造相当可观的经济效益。
以下结合附图详述本实用新型的实施例。
图1本实用新型的结构图。
图2本实用新型蜗轮付误差修正示意图。
图3图2的修正结果示意图。
本实用新型在对原有机械传动式滚齿机进行数控改造时，将本实用新型所说的安全装置安装在蜗杆轴(15)和数控驱动电机(10)之间，并保留原来滚齿机上安装的由刀具轴到蜗杆轴(15)间的齿轮链，原来的齿数挂轮(1)也按照要做的齿轮工件的齿数安装于蜗杆轴(15)上并与齿轮链啮合，但蜗杆轴(15)和挂轮(1)之间的连接键去掉不用。本实用新型的安全装置通过其上的延长轴(3)与蜗杆轴(15)螺纹连接，它的前盘(2)与挂轮(1)用螺钉固定。安全装置中的联轴节(9)与电机(10)相连。
滚齿机数控化改造的第一步就是要消除旧滚齿机由齿轮链产生的积累误差，为此，采取了如下技术措施即在滚齿机的刀具轴上安装光栅。数控加工时，利用光栅产生的电脉冲经变频放大后控制伺服电机或同步电机(10)，再由电机(10)驱动蜗杆轴(15)以及蜗轮和工件台面。通过对变频电路进行精确计算，即可方便地实现刀具轴和电机(10)之间同步旋转，由此达到刀具和工件同步旋转的目的。这样，在齿轮的数控加工过程中，虽然齿轮链和挂轮(1)始终随刀具轴同步运转，但由于挂轮(1)与蜗杆轴(15)之间为非键连接，即挂轮(1)在蜗杆轴(15)上处于空转状态，齿轮链不参与蜗杆轴(15)的驱动，所以由齿轮链产生的积累误差也就完全不存在了。刀具轴上的光栅通过变频电路对蜗杆轴(15)进行同步控制，即可使齿轮加工实现数控化。
在这种简单的数控滚齿机中，本实用新型的主要作用在于当数控系统电路出现故障时防止刀具轴和电机(10)因不能及时同步停止转动而造成的刀具和工件的损坏，其工作原理如下在数控加工工作状态下，安装在中盘(5)中的电磁线圈(6)处于通电状态，电磁线圈(6)产生的电磁力克服中盘(5)中弹簧(4)的弹性力而使中盘(5)上的摩擦片(12)与后盘(7)上的摩擦片(11)紧密贴合，由于中盘(5)与延长轴(3)间是键连接，所以，受摩擦力的作用，中盘(5)在后盘(7)的驱动下带动延长轴(3)旋转，则蜗杆轴(15)旋转，齿轮加工正常进行。当电路出现故障、电机停止旋转时，中盘(5)上的电磁线圈(6)会立刻断电，电磁线圈产生的电磁力消失，中盘(5)在弹簧(4)的弹性力作用下脱离后盘(7)而与前盘(2)接触，中盘(5)和前盘(2)上的摩擦片(13)和(14)紧密贴合。由于在齿轮加工过程中齿轮链和挂轮以及前盘(2)始终随刀具轴同步旋转，所以在中盘(5)和前盘(2)上的摩擦片(13)和(14)贴合的瞬间，一方面，受摩擦力的作用，前盘(2)带动中盘(5)同步旋转，中盘(5)与延长轴(3)间的键连接关系使延长轴(3)以及蜗杆轴也随中盘(5)同步旋转；另一方面，因后盘(7)与延长轴(3)是非键连接，即为动配合，故延长轴(3)仅在后盘(7)中空转，也就是说，中盘(5)与后盘(7)和电机(10)之间的运动断开了，这样，在电路发生故障、电机开始停止转动时，利用原滚齿机中的齿轮链和挂轮(1)，很好地保证了刀具轴和蜗杆轴(1 5)的同步运转，避免了刀具和工件的损坏，消除了电机在断电减速运转的瞬间由于刀具轴与电机轴不同步运转所产生的影响，很好地实现了本实用新型的安全保护作用。在上述结构中，均布于中盘(5)上的弹簧(4)的数目至少为2个。
需要补充说明的是，在数控滚齿机的数控系统发生电路故障时，由于此时齿轮链参与了蜗杆轴的驱动，故对于用旧的滚齿机来说，齿轮链的积累误差就存在了，所以，本实用新型安全保护的反应时间不能长，而时间越短，积累误差的影响就越小。实际上，在数控滚齿机电路控制下，当电机断电后，刀具轴也会在尽可能短的时间内停止运转，以便排除故障，故齿轮链的积累误差影响并不大。
本实用新型在电路出现故障时要想能够十分可靠地起到安全保护作用，关键在于在电机失去拖动能力的瞬间，电磁线圈(6)必须在0.001秒左右的时间内断电，否则，就不能将蜗杆轴(15)由电机驱动及时地转换成由齿轮链和挂轮(1)驱动，以实现刀具轴和蜗杆轴同步停止转动。为此，本实用新型采取了两种技术措施予以保证一是将电机的脉冲电流通向电磁线圈(6)，并在电机的脉冲线路上串接一个变压器的原边，该变压器的次边连接一个整流器和电容，这样，变压器的次边便向电磁线圈(6)输送直流。所以，只要输给电机的脉冲电流一断，电磁线圈(6)的电流也就断了。二是靠电机受到的阻力，即当电机正常运转时，转子当然会受到一定的阻力矩作用，倘这阻力矩是逆时针方向，则定子就要受到一个顺时针方向的力矩作用，可以利用这个力矩使开关闭合，使电流进入电磁线圈(6)，倘因某种原因这个阻力矩不存在了，例如摩擦面打滑，则定子上受到的顺时针方向的力矩也没有了，此时开关断开，电磁线圈断电。本实用新型这两种方法同时并用，可保证电磁线圈及时断电，使安全装置的可靠性得以保证。
前文说过，当蜗轮付用旧时也会产生误差，从而影响齿轮的加工精度。对此，本实用新型可采取措施加以修正，以提高精度，具体原理如下因为每一个蜗轮齿的误差都是被同一个蜗杆磨出的，因此，每一个蜗轮齿的误差(如图2中的实线a所示，纵坐标A表示误差的幅值，横坐标t表示时间)都趋于相同。若在这循环往复的误差上叠加一个幅值相近、方向相反的人为正弦误差(相位差180°)(图2中虚线b所示)，则合成后的误差(如图3c所示)将比原误差小几倍。本实用新型的电机(10)是直接和联轴节(9)相连的，当电机(10)的轴线和延长轴(3)的轴线重合时，误差为0；当电机(10)的轴线与延长轴(3)的轴线成一角度时，便产生一个正弦误差，这可通过将联轴节(9)上的两个盘片松开，相对错动一个角度再紧上来实现。电机(10)以万向节(8)的中心为轴沿导轨(10)滑动，可调节人为产生的这种正弦误差的大小，改变联轴节(8)两盘片的错开角度和位置，以调节人为正弦误差的相角，经综合调节后，蜗轮付的误差即被减至最小。根据蜗轮付误差的大小，延长轴(3)的轴线与电机(10′)的轴线的夹角可在0～25°范围内变化。
权利要求1.一种数控滚齿机的安全装置，其特征在于，它由延长轴(3)、依次安装于延长轴(3)上的前盘(2)、中盘(5)和后盘(7)、均布于中盘(5)上的弹簧(4)和电磁线圈(6)、安装于后盘(7)端部并与驱动电机(10)相接的万向节(8)和联轴节(9)以及设置在前盘(2)、中盘(5)和后盘(7)三者之间相对应的盘面边缘上的摩擦片(14)、(13)、(12)、(11)组成；所说的前盘(2)和后盘(7)与延长轴(3)之间为可相对转动的动配合，中盘(5)与延长轴(3)之间为相互间可作轴向短距离平动的键连接，延长轴(3)的轴线与电机(10)的轴线的夹角为0～25°。
2.根据权利要求1所述的数控滚齿机的安全装置，其进一步特征在于，均布于中盘(5)上的弹簧(4)的数目至少为2个。
专利摘要本实用新型涉及一种数控滚齿机的安全装置，用于防止因数控线路出现故障造成的对刀具和工件的损坏，它由延长轴、位于延长轴上的前盘、中盘和后盘、均布于中盘上的弹簧和电磁线圈、位于后盘端部并与电机相接的万向节和联轴节、置于前盘、中盘和后盘三者间的摩擦片组成；利用本实用新型对旧滚齿机进行数控化改造，可使齿轮的加工精度提高到7级以上，大大提高了齿轮的加工水平，同时会产生相当可观的经济效益。
文档编号B23Q11/00GK2224697SQ95205038
公开日1996年4月17日 申请日期1995年3月17日 优先权日1995年3月17日
发明者金文林, 纪进忠, 雷天觉, 邝树彬, 付树权, 康保和 申请人:机械工业部机械科学研究院机械基础件工艺与装备研究所