CN101708565B - 双刀盘铣齿加工装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

一种双刀盘铣齿加工装置，包括主轴变频电机(8)，其特征在于所述主轴变频电机(8)通过主轴箱皮带传动副(18)连接双刀盘铣外齿主轴箱(9)，双刀盘铣外齿主轴箱(9)的双刀盘主轴(23)上设有双刀盘结构(10)；双刀盘铣外齿主轴箱(9)设置在垂直进给拖板(6)上，垂直进给拖板(6)连接垂直进给系统(7)，垂直进给系统(7)上设有有链轮链条(5)，链轮链条(5)连接配重块(4)，垂直进给系统(7)设置在双刀盘铣齿机床的立柱(3)上。与现有技术相比较，本发明采用了极坐标原理及双直廓刀盘错位加工工艺，减小了待加工齿轮的齿根和齿顶余量，使得齿廓余量均匀，为后续的精加工创造了有利条件——精加工时间缩短为原来的1/3，刀具磨损均匀。

Description

双刀盘铣齿加工装置及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种铣齿加工领域，更具体地说涉及一种使用双铣齿刀盘对大模数外齿轮进行高速铣齿粗加工的双刀盘铣齿加工装置及其加工方法，属先进制造技术领域。

背景技术

齿轮是典型的回转件，按齿廓曲线分为渐开线、摆线、圆弧和抛物线等，其中渐开线齿廓应用最广。齿轮加工方法很多，有铣齿、插齿、滚齿、磨齿、剃齿、珩齿等，按加工原理分为范成法和成形法两大类。范成法是根据包络法原理形成共轭齿廓，以滚齿和插齿为主；成形法是利用与齿轮齿槽形状相同的刀具加工出齿轮齿廓，以铣齿和磨齿为主。齿轮铣削主要是指用指形铣刀或盘铣刀进行加工；19世纪初，英国开始利用指形铣刀加工锥齿轮；20世纪70年代，前苏联研制出KY-279型大模数开槽铣外齿机床，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。

近年来，随着硬质合金刀具技术的发展，高速铣齿工艺得到了广泛应用。极坐标数控高速铣齿机床是大模数大直径齿轮粗精加工的专用设备，加工效率较传统的滚齿和插齿工艺提高了3-5倍。大模数大直径齿轮的工艺流程为：对于软齿面齿轮，铣齿粗加工后直接滚齿精加工；对于硬齿面齿轮，铣齿粗加工、淬火后成形磨削。这种工艺流程将逐步代替传统滚齿、插齿及成形铣齿的工艺。对大模数齿轮粗加工：一方面要求尽可能提高加工效率；另一方面要在粗加工结束后，为下道工序提供较好的工艺性，粗加工或半精加工保留的齿廓余量均匀。在成形法铣齿粗加工中，盘形铣刀齿廓截面为直线；而且为节省成本，工程上通常使用一种模数的刀具加工模数相近的几种模数的齿轮，这就导致加工的渐开线齿廓余量不均匀，尤其是齿顶和齿根余量较大，这对齿廓表面热处理以及后续成形磨削有很大影响。双刀盘错齿加工工艺正是在这种背景下应运而生，它能在保证加工效率的情况下控制齿根和齿顶的余量。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题与不足，提供一种双刀盘铣齿加工装置及其加工方法，以改善当前铣齿粗加工齿廓余量不均匀的问题，减小精加工余量，改善精加工刀具不均匀磨损的现状，提高效率，降低成本。

本发明的双刀盘铣齿加工装置及其加工方法属国内首创。双刀盘铣齿基于极坐标定位及双直廓刀盘错位加工工艺，能控制齿顶及齿根的齿廓余量，解决单刀盘铣齿齿廓余量不均匀的问题，为后续的精加工节省了时间，加工精度稳定，降低了加工成本。双刀盘铣齿粗加工后直接磨齿或滚齿精加工，用粗铣刀盘代替了原有的半精加工，这种工艺流程将逐步代替传统得单刀盘成形铣齿加工方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种双刀盘铣齿加工装置，包括主轴变频电机，所述主轴变频电机通过主轴箱皮带传动副连接双刀盘铣外齿主轴箱，双刀盘铣外齿主轴箱的双刀盘主轴上设有双刀盘结构；双刀盘铣外齿主轴箱设置在垂直进给拖板上，垂直进给拖板连接垂直进给系统，垂直进给系统上设有有链轮链条，链轮链条连接配重块，垂直进给系统设置在双刀盘铣齿机床的立柱上。

所述双刀盘铣外齿主轴箱内包括依次啮合连接的主轴箱一轴、主轴箱二轴、主轴箱三轴、主轴箱惰轮轴和双刀盘主轴，主轴箱一轴连接主轴变频电机。

所述双刀盘主轴由左主轴和右主轴组成，左主轴和右主轴上设有双刀盘结构。

所述双刀盘结构包括左盘铣刀、右盘铣刀、左键盘、左定位套、右键盘、右定位套、过渡键盘和过渡套；刀盘安装时，先将双刀盘结构装配成整体，再安装于刀杆上。左主轴和右主轴内设有刀杆，刀杆末端设有主轴系统锁紧螺母，刀杆上设有左盘铣刀和右盘铣刀，左盘铣刀左端设有套设在左主轴上的左键盘，左键盘内设有左定位套，右盘铣刀右端设有右键盘，右键盘内设有右定位套；左盘铣刀和右盘铣刀之间设有过渡键盘，过渡键盘内设有过渡套，过渡套套设在刀杆上。

双刀盘铣齿机床主要由床身、底座、立柱、水平进给系统、垂直进给系统、回转进给系统，及双刀盘铣外齿主轴箱等组成。回转进给系统置于底座上，回转进给系统控制的数控回转台，数控回转台上设有齿轮固定座，俗称牛腿，齿轮固定座上通过螺栓固定待加工外齿轮。水平进给系统包括控制立柱水平进给的水平进给滚珠丝杠副，垂直进给系统包括控制垂直进给拖板垂直进给的垂直进给滚珠丝杠副。

左盘铣刀和右盘铣刀组成的双刀盘结构通过刀杆径向定位，左定位套和右定位套进行轴向定位，双侧端面键周向传动；定位与驱动分离，保证双刀盘主轴定位精度。刀杆与双刀盘主轴之间采用间隙配合和卸荷装置，不承受扭矩。

所述的主轴传动由置于双刀盘铣外齿主轴箱箱体顶部的主轴变频电机驱动并经主轴箱皮带传动副的同步齿型带和多对齿轮副，分两路传动到双刀盘主轴，并采用端面键驱动双刀盘结构，总减速比为16.9，主轴额定转速为87.1rpm，铣刀盘直径为380-480mm，最大铣削速度为180m/min。

一种双刀盘铣齿加工方法，该方法利用双刀盘铣齿机床在待加工外齿轮的空间极坐标系内进行插补，以数控回转台中心为极点，数控回转台转角为极角，数控回转台半径与双刀盘结构水平位移之和为极径，双刀盘结构垂直进给与数控回转台回转进给联动来实现大模数外齿轮的粗加工；

该方法包括以下步骤：

将待加工外齿轮固定在双刀盘铣齿机床的数控回转台上，双刀盘铣齿机床上安装双刀盘铣齿加工装置；

针对不同模数和齿数的外齿轮铣齿加工，调整双刀盘铣齿加工装置双刀盘结构的左盘铣刀和右盘铣刀之间的距离以及刀盘轴心与数控回转台的距离控制齿根及齿顶的齿廓余量；

待加工外齿轮的每个齿槽由左盘铣刀和右盘铣刀进行错位铣齿，控制待加工外齿轮的齿顶及齿根齿廓余量，解决单刀盘铣齿齿廓余量不均匀的问题，后续的精加工时间缩短为原来的1/3，刀具磨损均匀，加工精度稳定。

所述左盘铣刀和右盘铣刀之间的距离由齿轮模数、跨齿数及刀盘尺寸决定，通过左定位套以及右定位套的厚度调节，并保证左盘铣刀和右盘铣刀关于数控回转台中心对称。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比较，本发明采用了极坐标原理及双直廓刀盘错位加工工艺，减小了待加工齿轮的齿根和齿顶余量，使得齿廓余量均匀，为后续的精加工创造了有利条件——精加工时间缩短为原来的1/3，刀具磨损均匀。本发明的双刀盘铣齿加工装置采用了模块化的设计理念，结构简单，双刀盘系统与单刀盘系统之间可以互换，相同模数刀盘的定位套可以互换。本发明的双刀盘铣齿加工方法集成了铣齿粗加工和半精加工，双刀盘铣齿后直接磨齿或滚齿精加工，提高了加工效率，这种工艺流程将逐步代替传统得单刀盘成形铣齿加工方法。

附图说明

图1为本发明的整机结构示意图；

图2为本发明的铣齿机床传动系统图；

图3为本发明的双刀盘铣外齿主轴箱的结构图；

图4为本发明的双刀盘结构与工件的相对位移原理图；

图5为本发明的双刀盘结构加工渐开线齿槽原理图；

图6为本发明的双刀盘主轴装配示意图。

图中部件说明：

1、床身，2、水平进给系统，3、立柱，4、配重块，5、链轮链条，6、垂直进给拖板，7、垂直进给系统，8、主轴变频电机，9、双刀盘铣外齿主轴箱，10、双刀盘结构，11、待加工外齿轮，12、齿轮固定座，13、数控回转台，14、底座，15、回转进给系统，16、水平进给滚珠丝杠副，17、垂直进给滚珠丝杠副，18、主轴箱皮带传动副，19、主轴箱一轴，20、主轴箱二轴，21、主轴箱三轴，22、主轴箱惰轮轴，23、双刀盘主轴，24、主轴系统锁紧螺母，25左主轴，26、左键盘，27、左定位套，28、左盘铣刀，29、过渡键盘，30、过渡套，31、右盘铣刀，32、右键盘，33、右定位套，34、右主轴，35、刀杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例一。

一种双刀盘铣齿加工装置，包括主轴变频电机8，所述主轴变频电机8通过主轴箱皮带传动副18连接双刀盘铣外齿主轴箱9，双刀盘铣外齿主轴箱9的双刀盘主轴23上设有双刀盘结构10；双刀盘铣外齿主轴箱9设置在垂直进给拖板6上，垂直进给拖板6连接垂直进给系统7，垂直进给系统7上设有有链轮链条5，链轮链条5连接配重块4，垂直进给系统7设置在双刀盘铣齿机床的立柱3上。

双刀盘铣外齿主轴箱9内包括依次啮合连接的主轴箱一轴19、主轴箱二轴20、主轴箱三轴21、主轴箱惰轮轴22和双刀盘主轴23，主轴箱一轴19连接主轴变频电机8。

双刀盘主轴23由左主轴25和右主轴34组成，左主轴25和右主轴34上设有双刀盘结构10。

双刀盘结构10包括左盘铣刀28、右盘铣刀31、左键盘26、左定位套27、右键盘32、右定位套33、过渡键盘29和过渡套30；刀盘安装时，先将双刀盘结构装配成整体，再安装于刀杆上。左主轴25和右主轴34内设有刀杆35，刀杆35末端设有主轴系统锁紧螺母24，刀杆35上设有左盘铣刀28和右盘铣刀31，左盘铣刀28左端设有套设在左主轴25上的左键盘26，左键盘26内设有左定位套27，右盘铣刀31右端设有右键盘32，右键盘32内设有右定位套33；左盘铣刀28和右盘铣刀31之间设有过渡键盘29，过渡键盘29内设有过渡套30，过渡套30套设在刀杆35上。

双刀盘铣齿机床主要由床身1、底座14、立柱3、水平进给系统2、垂直进给系统7、回转进给系统15，及双刀盘铣外齿主轴箱9等组成。回转进给系统15置于底座14上，回转进给系统15控制的数控回转台13，数控回转台13上设有齿轮固定座12，俗称牛腿，齿轮固定座12上通过螺栓固定待加工外齿轮11。水平进给系统2包括控制立柱3水平进给的水平进给滚珠丝杠副16，垂直进给系统7包括控制垂直进给拖板6垂直进给的垂直进给滚珠丝杠副17。

左盘铣刀28和右盘铣刀31组成的双刀盘结构10通过刀杆35径向定位，左定位套27和右定位套33进行轴向定位，双侧端面键周向传动；定位与驱动分离，保证双刀盘主轴23定位精度。刀杆35与双刀盘主轴23之间采用间隙配合和卸荷装置，不承受扭矩。

实施例二。

一种双刀盘铣齿加工方法，该方法利用双刀盘铣齿机床在待加工外齿轮11的空间极坐标系内进行插补，以数控回转台13中心为极点，数控回转台13转角为极角，数控回转台13半径与双刀盘结构10水平位移之和为极径，双刀盘结构10垂直进给与数控回转台13回转进给联动来实现大模数外齿轮的粗加工；

该方法包括以下步骤：

将待加工外齿轮11固定在双刀盘铣齿机床的数控回转台13上，双刀盘铣齿机床上安装双刀盘铣齿加工装置；

针对不同模数和齿数的外齿轮铣齿加工，调整双刀盘铣齿加工装置双刀盘结构10的左盘铣刀28和右盘铣刀31之间的距离以及刀盘轴心与数控回转台13的距离控制齿根及齿顶的齿廓余量；

待加工外齿轮11的每个齿槽由左盘铣刀28和右盘铣刀31进行错位铣齿，控制待加工外齿轮11的齿顶及齿根齿廓余量，解决单刀盘铣齿齿廓余量不均匀的问题，后续的精加工时间缩短为原来的1/3，刀具磨损均匀，加工精度稳定。

左盘铣刀28和右盘铣刀31之间的距离由齿轮模数、跨齿数及刀盘尺寸决定，通过左定位套27以及右定位套33的厚度调节，并保证左盘铣刀28和右盘铣刀31关于数控回转台13中心对称。

如图1，双刀盘铣齿机床主要由床身1、底座14、立柱3、水平进给系统2、垂直进给系统7、回转工作台13及双刀盘铣外齿主轴箱9等组成，回转工作台13置于底座上，双刀盘铣外齿主轴箱9置于垂直进给拖板6上。所有进给由数控系统控制，以回转工作台13中心为极点，回转工作台13转角为极角，回转工作台13半径与水平进给位移之和为极径，配以自行开发的平面极坐标数控曲面插补软件，实现渐开线齿廓成形铣削。

如图2，传动系统包括，回转进给系统15、水平进给滚珠丝杠副16和垂直进给滚珠丝杠副17，回转进给系统15由行星减速器15、蜗杆蜗轮副Z1和Z2、齿轮副Z3、齿轮副Z4组成。回转工作台13中心安装有圆光栅，与数控系统构成全闭环。立柱3与床身1导轨采用四点同步液压夹紧机构，回转工作台13转台台面与底座1之间采用四点同步液压阻尼机构，保证了机床刚度。

如图3，双刀盘铣外齿主轴箱9箱体尺寸与传动结构经过优化，主轴传动由置于双刀盘铣外齿主轴箱9箱体顶部的主轴变频电机8驱动并经主轴箱皮带传动副18的同步齿型带和多对齿轮副，分两路传动到双刀盘主轴23，并采用端面键驱动双刀盘结构10，总减速比为16.9，主轴额定转速为87.1rpm，铣刀盘直径为380-480mm，最大铣削速度为180m/min；齿轮副为：主轴箱三级传动齿轮副Z5、主轴箱惰轮传动齿轮副Z6、主轴箱四级传动齿轮副Z7，转台双导程蜗轮蜗杆副Z8和Z9、转台齿轮副Z10、转台齿轮副Z11。

如图4，待加工外齿轮11的跨齿数目可以根据具体情况而定。图中，L1为双刀盘结构的左盘铣刀28和右盘铣刀31的距离，与齿轮模数、跨齿数有关，L2为刀杆35中心与待加工外齿轮11中心的距离，与齿廓余量的大小有关；L2通过机床的水平进给系统2进行控制，如图6，L1由双刀盘结构10的调整装置，即过渡键盘29和过渡套30保证。

如图5，I表示左盘铣刀28的加工位置，II表示右盘铣刀31的加工位置。本发明的加工方法采用了双刀盘错齿加工工艺，每个待加工外齿轮11的齿槽由左盘铣刀28和右盘铣刀31进行单分齿成形法错位切削；渐开线齿廓的齿根及齿顶的齿廓余量得到控制，解决了单刀盘铣齿出现的齿廓余量不均匀的问题。

如图6，双刀盘主轴23包括左主轴25、右主轴34、刀杆35、锁紧螺母24和双刀盘结构10；双刀盘结构10由左盘铣刀28、右盘铣刀31、左定位套27、右定位套33、过渡套30、左键盘26、右键盘32和过渡键盘29组成；双刀盘结构10通过刀杆35进行径向定位，左定位套27、右定位套33和过渡套30进行轴向定位，端面键进行周向传动；定位与驱动分离，保证了双刀盘主轴23定位精度。左盘铣刀28和右盘铣刀31安装时，先将双刀盘结构10装配成整体，再安装于刀杆35上。左盘铣刀28和右盘铣刀31刀盘之间的距离L1靠改变过渡套30的厚度调整，同时修配右定位套33的厚度保证双刀盘关于转台中心对称。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。

Claims (4)

1.一种双刀盘铣齿加工装置，包括主轴变频电机(8)，其特征在于所述主轴变频电机(8)通过主轴箱皮带传动副(18)连接双刀盘铣外齿主轴箱(9)，双刀盘铣外齿主轴箱(9)的双刀盘主轴(23)上设有双刀盘结构(10)；双刀盘铣外齿主轴箱(9)设置在垂直进给拖板(6)上，垂直进给拖板(6)连接垂直进给系统(7)，垂直进给系统(7)上设有有链轮链条(5)，链轮链条(5)连接配重块(4)，垂直进给系统(7)设置在双刀盘铣齿机床的立柱(3)上；所述双刀盘主轴(23)由左主轴(25)和右主轴(34)组成，左主轴(25)和右主轴(34)上设有双刀盘结构(10)；所述双刀盘结构(10)包括左盘铣刀(28)、右盘铣刀(31)、左键盘(26)、左定位套(27)、右键盘(32)、右定位套(33)、过渡键盘(29)和过渡套(30)；左主轴(25)和右主轴(34)内设有刀杆(35)，刀杆(35)末端设有主轴系统锁紧螺母(24)，刀杆(35)上设有左盘铣刀(28)和右盘铣刀(31)，左盘铣刀(28)左端设有套设在左主轴(25)上的左键盘(26)，左键盘(26)内设有左定位套(27)，右盘铣刀(31)右端设有右键盘(32)，右键盘(32)内设有右定位套(33)；左盘铣刀(28)和右盘铣刀(31)之间设有过渡键盘(29)，过渡键盘(29)内设有过渡套(30)，过渡套(30)套设在刀杆(35)上。

2.根据权利要求1所述的双刀盘铣齿加工装置，其特征在于所述双刀盘铣外齿主轴箱(9)内包括依次啮合连接的主轴箱一轴(19)、主轴箱二轴(20)、主轴箱三轴(21)、主轴箱惰轮轴(22)和双刀盘主轴(23)，主轴箱一轴(19)连接主轴变频电机(8)。

3.一种双刀盘铣齿加工方法，其特征在于该方法利用双刀盘铣齿机床在待加工外齿轮(11)的空间极坐标系内进行插补，以数控回转台(13)中心为极点，数控回转台(13)转角为极角，数控回转台(13)半径与双刀盘结构(10)水平位移之和为极径，双刀盘结构(10)垂直进给与数控回转台(13)回转进给联动来实现大模数外齿轮的粗加工；

该方法包括以下步骤：

将待加工外齿轮(11)固定在双刀盘铣齿机床的数控回转台(13)上，双刀盘铣齿机床上安装双刀盘铣齿加工装置；

针对不同模数和齿数的外齿轮铣齿加工，调整双刀盘铣齿加工装置双刀盘结构(10)的左盘铣刀(28)和右盘铣刀(31)之间的距离以及刀盘轴心与数控回转台(13)的距离控制齿根及齿顶的齿廓余量；

待加工外齿轮(11)的每个齿槽由左盘铣刀(28)和右盘铣刀(31)进行错位铣齿，控制待加工外齿轮(11)的齿顶及齿根齿廓余量。

4.根据权利要求3所述的双刀盘铣齿加工方法，其特征在于所述左盘铣刀(28)和右盘铣刀(31)之间的距离由齿轮模数、跨齿数及刀盘尺寸决定，通过左定位套(27)以及右定位套(33)的厚度调节，并保证左盘铣刀(28)和右盘铣刀(31)关于数控回转台(13)中心对称。

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