CN111112756B - 展成法加工蜗杆的复合加工数控机床 - Google Patents

Abstract

提供一种展成法加工蜗杆的复合加工数控机床，包括床身，床身上部设有主轴，床身上部中间导轨上设有沿Z轴方向移动的床鞍，床鞍上设有工件托架，床鞍的导轨上设有可沿着X轴方向移动的中滑板，中滑板上表面两端分别设有车削刀架和滚刀架，中滑板上表面用于固定滚刀架位置处设有摆角机构，摆角机构上与X轴方向平行的旋转轴形成A回转轴，滚刀架设于摆角机构前端的导轨上且可沿导轨方向移动，滚刀架上的刀具旋转形成B回转轴。本发明中本数控机床结构集成车削、滚齿、或铣齿、或车齿加工方法于一体，调节操作方便，加工效率高，加工质量好，有利于大批量、高效、自动化生产。

Description

展成法加工蜗杆的复合加工数控机床

技术领域

本发明属于数控机床技术领域，具体涉及一种用于展成法加工蜗杆的复合加工数控机床。

背景技术

齿轮、同步带轮、链轮、蜗轮、蜗杆等零件的加工，多数需要进行车削、滚齿、或铣齿、或车齿加工等多道工序才能完成。对这类零件的加工，传统的加工工序多数需要先进行车削加工，再进行滚齿、或铣齿、或车齿加工，一般而言，需要两台或两台以上设备才能完成加工，并且需要多次转序，多次装夹、找正，才能完成加工，因而加工效率低下，不利于大批量、高效、自动化生产。因此有必要提出改进。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种展成法加工蜗杆的复合加工数控机床，本发明中主轴和副主轴用于对工件定位、旋转、支撑和自动调头，床鞍和中滑板带动车削刀架对工件进行车削加工，也带动摆角机构以及其上的滚刀架对工件进行铣齿、滚齿、车齿加工，本数控机床结构集成车削、滚齿、或铣齿、或车齿加工方法于一体，调节操作方便，加工效率高，加工质量好，有利于大批量、高效、自动化生产。

本发明采用的技术方案：展成法加工蜗杆的复合加工数控机床，包括床身，所述床身具有相互垂直的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向；所述床身上部设有主轴，所述主轴设于床身上部左端且其旋转形成C1回转轴，所述床身上部中间导轨上设有沿Z轴方向移动的床鞍，所述床鞍上设有对工件进行导向和支撑的工件托架，所述床鞍的导轨上设有可沿着X轴方向移动的中滑板，所述中滑板上表面两端分别设有车削刀架和滚刀架，所述车削刀架设于中滑板上表面靠近操作者的一端，所述滚刀架设于中滑板上表面远离操作者的一端，所述中滑板上表面用于固定滚刀架位置处设有摆角机构，所述摆角机构上与X轴方向平行的旋转轴形成A回转轴，所述滚刀架设于摆角机构前端的导轨上且可沿导轨方向移动，所述滚刀架上的刀具旋转形成B回转轴。

对上述技术方案的进一步限定，所述车削刀架采用转塔刀架或排式刀架；所述转塔刀架通过刀架垫板固定于中滑板上表面；如图4所示，所述排式刀架包括与中滑板固定连接的刀夹板，所述刀夹板上设有多个刀夹，所述刀夹上固定有刀具。

对上述技术方案的进一步限定，所述摆角机构通过箱体与中滑板上表面直接固定连接；或者，在所述摆角机构后部竖直设立滚刀架滑板，在所述中滑板上表面上竖直固定设有立柱，所述立柱前表面上设有用于安装的滚刀架滑板的竖直导轨，所述滚刀架滑板安装于立柱的竖直导轨上且可沿着Y轴方向上下移动。

对上述技术方案的进一步限定，如图5所示，所述滚刀架包括前支座、刀杆、后支座、滚刀驱动电机；所述前支座和后支座安装在摆角机构前端的的导轨上，所述刀杆安装在前支座和后支座之间，所述刀杆上安装滚刀或成形铣刀、指形铣刀、车齿刀；所述滚刀驱动电机连接在前支座上并通过驱动前支座内的主轴带动刀杆以及其上的刀具转动；所述滚刀或成形铣刀、指形铣刀、车齿刀的多种规格因长度不同而通过在刀杆两端增加不同厚度的刀垫以填补刀杆的轴向空间。

对上述技术方案的进一步限定，如图7和8所示，所述摆角机构包括摆角箱体、蜗杆、蜗轮、手轮、摆角旋转主轴、滚刀架联接座、主尺角度刻度盘、副尺角度刻度盘和角度编码器；所述蜗杆和蜗轮正交安装于摆角箱体内，所述摆角箱体外部设于与蜗杆连接驱动其转动的手轮或伺服电机；所述滚刀架联接座设于摆角箱体一侧，所述摆角旋转主轴固定穿过蜗轮且一端与滚刀架联接座固定连接，所述主尺角度刻度盘和副尺角度刻度盘分别安装在摆角箱体和滚刀架联接座上；所述摆角旋转主轴另一端穿出摆角箱体且与角度编码器固定连接而用于将滚刀架的实际角度反馈给操作者。

对上述技术方案的进一步限定，所述床身上部设有尾部辅助机构，所述尾部辅助机构与主轴同轴相对而设于床身上部右端，所述尾部辅助机构可通过驱动结构沿着与Z轴方向平行的W轴方向在床身上移动；如图6所示，所述尾部辅助机构包括副主轴或者尾座；所述副主轴旋转形成C2回转轴；所述尾座包括设于床身上沿着W轴方向移动的尾座体，所述尾座体前端设有套筒，所述套筒前端设有顶尖，所述顶尖采用死顶尖或活顶尖。

对上述技术方案的进一步限定，所述工件托架包括托架和导套，所述托架固定于床鞍上并可随着床鞍沿Z轴方向移动，所述导套安装于托架上且与主轴轴线同轴，所述导套采用固定导套或旋转导套。

对上述技术方案的进一步限定，所述床身和床鞍分别采用平床身和平床鞍，或者所述床身和床鞍分别采用平床身和斜床鞍，或者所述床身和床鞍分别采用斜床身和平床鞍。。

本发明与现有技术相比的优点：

1、本数控机床中主轴和副主轴用于对工件定位、旋转、支撑和自动调头，床鞍和中滑板带动车削刀架对工件进行车削加工，同时也带动摆角机构以及其上的滚刀架对工件进行铣齿、滚齿、车齿加工，本数控机床结构集成车削、滚齿、或铣齿、或车齿加工方法于一体，调节操作方便，加工效率高，加工质量好，有利于大批量、高效、自动化生产；

2、本方案中通过摆角机构对滚刀架进行支撑，可以根据工件的螺旋升角和滚齿刀的螺旋升角要求，转动摆角机构，使滚刀架随摆角机构转动至正确位置，实现工件的角度加工要求，使滚刀架调节使用更加方便；

3、本方案中将滚刀架和车削加工刀架布置在同一部件即中滑板上，并由同一组伺服电机和丝杠驱动，滚刀架沿X轴进刀，则车削加工刀架沿X轴退刀；反之，亦然；如此使机床结构紧凑，可大大节约加工区空间，并避免误操作而造成撞机事故；

4、本数控机床集成了X轴、Y轴、Z轴、W轴各线性移动轴和A轴、B轴、C1轴、C2轴各回转轴，根据具体工件的加工成形原理，各轴独立运动或多轴联动，以完成齿轮、同步带轮、链轮、蜗轮、蜗杆等零件的车削、滚齿、或铣齿、或车齿加工，使齿轮类零件的加工工序集成化，加工工序调节方便。

附图说明

图1为本发明的一种实施例结构示意图；

图2为本发明的另一种实施例结构示意图；

图3为本发明中工件托架的结构示意图；

图4为本发明中排式刀架的结构示意图；

图5为本发明中滚刀架的结构示意图；

图6为本发明中尾座的结构示意图；

图7为本发明中摆角机构的结构示意图；

图8为图7中的A-A向剖切结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参阅图1-8，详述本发明的实施例。

实施例1：展成法加工蜗杆的复合加工数控机床，如图1所示，包括床身1，所述床身1具有相互垂直的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向；所述床身1上部设有主轴2，所述主轴2设于床身1上部左端且其轴线与Z轴方向平行形成C1回转轴。所述床身1上部中间导轨上设有沿Z轴方向移动的床鞍4，所述床鞍4移动由伺服电机和丝杠结构驱动，此结构在机床上为常用技术，在此未做详细阐述。所述床鞍4上设有对工件12进行导向和支撑的工件托架7，所述床鞍4的导轨上设有可沿着X轴方向移动的中滑板5，所述中滑板5的移动由伺服电机和丝杠结构驱动，此结构在机床上为常用技术，因此在此未做详细阐述。所述中滑板5上表面两端分别设有车削刀架6和滚刀架11，所述车削刀架6设于中滑板5上表面靠近操作者的一端，所述滚刀架11设于中滑板5上表面远离操作者的一端，所述中滑板5上表面用于固定滚刀架11位置处设有摆角机构10，所述摆角机构10上与X轴方向平行的旋转轴形成A回转轴，所述滚刀架11设于摆角机构10前端的导轨上且可沿导轨方向移动，以实现窜刀运动和所述滚刀的某一齿或某一槽对被切工件轴线的对准；所述滚刀架11上的刀具旋转形成B回转轴。

本实施例中所述主轴2用于对工件12进行定位、旋转、支撑和自动调头，所述床鞍4和中滑板5可以带动车削加工刀架6对工件12进行车削加工，同时也带动摆角机构10及其上的滚刀架11对工件12进行铣齿、滚齿、车齿加工，本数控机床集成车削、滚齿、或铣齿、或车齿加工方法于一体，调节操作方便，加工效率高，加工质量好，有利于大批量、高效、自动化生产。

另外，所述车削刀架6和滚刀架11布置在同一部件即中滑板5上，并由同一组伺服电机和丝杠驱动；所述滚刀架11沿X轴进刀，则所述车削刀架6沿X轴退刀；反之，亦然，如此，结构紧凑，可大大节约加工区空间，并避免误操作而造成撞机事故。

实施例2：本实施例是对车削刀架6具体结构的进一步限定：所述车削刀架6采用转塔刀架61或排式刀架62，加工过程中，可以根据具体加工工件及工序进行选用。所述转塔刀架61在安装时，通过刀架垫板611固定于中滑板5上表面。所述排式刀架62包括与中滑板5固定连接的刀夹板621，所述刀夹板621上设有多个刀夹622，所述多个刀夹622上可以分别固定有不同的刀具623，满足不同的加工需求。

实施例3：本实施例是对摆角机构10固定方式的进一步限定：所述摆角机构10可以通过箱体与中滑板5上表面直接固定连接。或者，所述摆角机构10的安装方式可实现其沿着Y轴方向上下移动，具体的，在所述摆角机构10后部竖直设立滚刀架滑板9，在所述中滑板5上表面上竖直固定设有立柱8，所述立柱8前表面上设有用于安装的滚刀架滑板9的竖直导轨，所述滚刀架滑板9安装于立柱8的竖直导轨上且可沿着Y轴方向上下移动，所述滚刀架滑板9的移动通过伺服电机和丝杠结构驱动，此结构在机床上为常用技术，因此在此未做详细阐述。摆角机构10的具体安装方式根据情况选用。

其中，如图7和8所示，所述摆角机构10包括摆角箱体1001、蜗杆1002、蜗轮1003、手轮1004、摆角旋转主轴1005、滚刀架联接座1006、主尺角度刻度盘1007、副尺角度刻度盘1008和角度编码器1009；所述蜗杆1002和蜗轮1003正交安装于摆角箱体1001内，所述摆角箱体1001外部设于与蜗杆1002连接驱动其转动的手轮1004或伺服电机；所述滚刀架联接座1006设于摆角箱体1001一侧，所述摆角旋转主轴1005固定穿过蜗轮1003且一端与滚刀架联接座1006固定连接，所述主尺角度刻度盘1007和副尺角度刻度盘1008分别安装在摆角箱体1001和滚刀架联接座1006上；所述摆角旋转主轴1005另一端穿出摆角箱体1001且与角度编码器1009固定连接而用于将滚刀架11的实际角度反馈给操作者。

实施例4：所述滚刀架11包括前支座1101、刀杆1102、后支座1103、滚刀驱动电机1104，所述前支座1101和后支座1103安装在摆角机构10前端的导轨上，所述刀杆1102安装在前支座1101和后支座1103之间，所述刀杆1102上可以安装滚刀1105或成形铣刀、指形铣刀、车齿刀等刀具；所述滚刀驱动电机1104连接在前支座1101上并通过驱动前支座1101内的主轴带动刀杆1102以及其上的滚刀1105转动；所述滚刀1105等刀具的多种规格因长度不同而通过在滚刀1105两端增加不同厚度的刀垫1106以填补刀杆1102的轴向空间。

实施例5：在实施例1-4的基础上，如图2所示，可以在所述床身1上部设尾部辅助机构3，所述尾部辅助机构3与主轴2同轴相对而设于床身1上部右端，所述尾部辅助机构3可通过驱动结构沿着与Z轴方向平行的W轴方向在床身1上移动，能够实现对工件12的支撑，以提高切削刚性。其中驱动尾部辅助机构3W轴方向在床身1上移动的结构为伺服电机和丝杠结构，此结构在机床上为常用技术，因此在此未做详细阐述。具体的，所述尾部辅助机构3包括副主轴31或者尾座32；所述副主轴31旋转形成C2回转轴；所述尾座32包括设于床身1上沿着W轴方向移动的尾座体321，所述尾座体321前端设有套筒322，所述套筒322前端设有顶尖323，所述顶尖323采用死顶尖或活顶尖。

实施例6：所述工件托架7包括托架701和导套702，所述托架701固定于床鞍4上并可随着床鞍4沿Z轴方向移动，所述导套702安装于托架701上且与主轴2轴线同轴，以确保加工所述工件的导向精度和支撑刚性，所述导套702采用固定导套或旋转导套。所述工件托架7由床鞍4带动在机床Z轴方向上移动，通过其上的导套702实现对工件12的导向和支撑。

实施例7：所述床身1和床鞍4分别采用平床身和平床鞍，或者所述床身1和床鞍4分别采用平床身和斜床鞍，或者所述床身1和床鞍4分别采用斜床身和平床鞍。

上述实施例中所列结构可以自由组合安装，从而组成不同结构形式的复合式加工数控机床，满足不同齿轮类零件的加工需求。

本数控机床集成了X轴、Y轴、Z轴、W轴各线性移动轴和A轴、B轴、C1轴、C2轴各回转轴，根据具体工件的加工成形原理，各轴独立运动或多轴联动，以完成齿轮、同步带轮、链轮、蜗轮、蜗杆等零件的车削、滚齿、或铣齿、或车齿加工，使齿轮类零件的加工工序集成化，加工工序调节方便。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.展成法加工蜗杆的复合加工数控机床，包括床身（1），所述床身（1）具有相互垂直的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向；其特征在于：所述床身（1）上部设有主轴（2），所述主轴（2）设于床身（1）上部左端且其旋转形成C1回转轴，所述床身（1）上部中间导轨上设有沿Z轴方向移动的床鞍（4），所述床鞍（4）上设有对工件（12）进行导向和支撑的工件托架（7），所述床鞍（4）的导轨上设有可沿着X轴方向移动的中滑板（5），所述中滑板（5）上表面两端分别设有车削刀架（6）和滚刀架（11），所述车削刀架（6）设于中滑板（5）上表面靠近操作者的一端，所述滚刀架（11）设于中滑板（5）上表面远离操作者的一端，所述中滑板（5）上表面用于固定滚刀架（11）位置处设有摆角机构（10），所述摆角机构（10）上与X轴方向平行的旋转轴形成A回转轴，所述滚刀架（11）设于摆角机构（10）前端的导轨上且可沿导轨方向移动，所述滚刀架（11）上的刀具旋转形成B回转轴；

所述车削刀架（6）采用转塔刀架（61）或排式刀架（62）；所述转塔刀架（61）通过刀架垫板（611）固定于中滑板（5）上表面；所述排式刀架（62）包括与中滑板（5）固定连接的刀夹板（621），所述刀夹板（621）上设有多个刀夹（622），所述刀夹（622）上固定有刀具（623）；

所述摆角机构（10）通过箱体与中滑板（5）上表面直接固定连接；或者，在所述摆角机构（10）后部竖直设立滚刀架滑板（9），在所述中滑板（5）上表面上竖直固定设有立柱（8），所述立柱（8）前表面上设有用于安装的滚刀架滑板（9）的竖直导轨，所述滚刀架滑板（9）安装于立柱（8）的竖直导轨上且可沿着Y轴方向上下移动；

所述滚刀架（11）包括前支座（1101）、刀杆（1102）、后支座（1103）、滚刀驱动电机（1104）；所述前支座（1101）和后支座（1103）安装在摆角机构（10）前端的导轨上，所述刀杆（1102）安装在前支座（1101）和后支座（1103）之间，所述刀杆（1102）上安装滚刀（1105）或成形铣刀、指形铣刀、车齿刀；所述滚刀驱动电机（1104）连接在前支座（1101）上并通过驱动前支座（1101）内的主轴带动刀杆（1102）以及其上的刀具转动；所述滚刀（1105）或成形铣刀、指形铣刀、车齿刀的多种规格因长度不同而通过在刀杆（1102）两端增加不同厚度的刀垫（1106）以填补刀杆（1102）的轴向空间；

所述摆角机构（10）包括摆角箱体（1001）、蜗杆（1002）、蜗轮（1003）、手轮（1004）、摆角旋转主轴（1005）、滚刀架联接座（1006）、主尺角度刻度盘（1007）、副尺角度刻度盘（1008）和角度编码器（1009）；所述蜗杆（1002）和蜗轮（1003）正交安装于摆角箱体（1001）内，所述摆角箱体（1001）外部设于与蜗杆（1002）连接驱动其转动的手轮（1004）或伺服电机；所述滚刀架联接座（1006）设于摆角箱体（1001）一侧，所述摆角旋转主轴（1005）固定穿过蜗轮（1003）且一端与滚刀架联接座（1006）固定连接，所述主尺角度刻度盘（1007）和副尺角度刻度盘（1008）分别安装在摆角箱体（1001）和滚刀架联接座（1006）上；所述摆角旋转主轴（1005）另一端穿出摆角箱体（1001）且与角度编码器（1009）固定连接而用于将滚刀架（11）的实际角度反馈给操作者；

所述床身（1）上部设有尾部辅助机构（3），所述尾部辅助机构（3）与主轴（2）同轴相对而设于床身（1）上部右端，所述尾部辅助机构（3）可通过驱动结构沿着与Z轴方向平行的W轴方向在床身（1）上移动；所述尾部辅助机构（3）包括副主轴（31）或者尾座（32）；所述副主轴（31）旋转形成C2回转轴；所述尾座（32）包括设于床身（1）上沿着W轴方向移动的尾座体（321），所述尾座体（321）前端设有套筒（322），所述套筒（322）前端设有顶尖（323），所述顶尖（323）采用死顶尖或活顶尖。

2.根据权利要求1所述的展成法加工蜗杆的复合加工数控机床，其特征在于：所述工件托架（7）包括托架（701）和导套（702），所述托架（701）固定于床鞍（4）上并可随着床鞍（4）沿Z轴方向移动，所述导套（702）安装于托架（701）上且与主轴（2）轴线同轴，所述导套（702）采用固定导套或旋转导套。

3.根据权利要求2所述的展成法加工蜗杆的复合加工数控机床，其特征在于：所述床身（1）和床鞍（4）分别采用平床身和平床鞍，或者所述床身（1）和床鞍（4）分别采用平床身和斜床鞍，或者所述床身（1）和床鞍（4）分别采用斜床身和平床鞍。