[发明专利]一种螺旋锥齿轮加工机床

说明书

技术领域

本发明涉及一种螺旋锥齿轮加工机床。

背景技术

螺旋锥齿轮有两种齿制：圆弧收缩齿和延伸外摆线等高齿。相应的有两种加工方法，即端面铣齿法（Face Milling）和端面滚齿法（Face Hobbing）。端面铣齿法每次只加工一个齿槽，加工完后工件退出分度再加工下一个齿槽，故又称为单分度法。端面滚齿法采用多头滚刀与工件连续滚铣，故又称为连续分度法。

不管采用端面铣齿还是端面滚齿，当齿轮副的传动比较小时，大轮和小轮都要用展成法加工。当齿轮副的传动比较大时，大轮可以采用成形法加工，但小轮都要用展成法加工。

机械型铣齿机的结构非常复杂，而且不能在一台机床上既能用端面铣齿法加工圆弧收缩齿，又能用端面滚齿法加工延伸外摆线等高齿。1989年美国Gleason公司发明的数控铣齿机（图1）是用X、Y、Z三根直线轴和A、B、C三根回转轴组成的自由型（Free Form）机床，用计算机控制它们作六轴五联动就既能加工圆弧收缩齿，也能加工外摆线等高齿，这是螺旋锥齿轮机床的一次重大革命。很显然，锥齿轮加工机床设计的关键是B轴如何设置，它与工件轴（A轴）还是与刀具轴（C轴）联合运动。综合起来，只有“垂直B轴+A轴”、“垂直B轴+C轴”、“水平B轴+A轴”和“水平B轴+C轴”四种模式。图1所示的机床是采用的“垂直B轴+A轴”的模式，B轴回转中心与工件轴的端面有一定的距离，这样可以保证大轮和小轮的加工区被限制在一个比较小的区域（图2）。这种机床结构的最大缺点是不能干切。

1997年，德国Klingelnberg-Oerlikon公司利用所罗门原理发明了螺旋锥齿轮干切技术并研制了世界上第一台能干切削的数控铣齿机（图3），干切技术采用硬质合金加涂层的刀具并以超过250m/min的切削速度加工螺旋锥齿轮，不仅可以把齿轮加工效率提高4~6倍，而且可以把精度和粗糙度提高两级以上，刀具每刃磨并涂层一次，可加工几百甚至上千个零件。这是螺旋锥齿轮加工工艺的一次重大革命，但它对机床和刀具也提出了新的要求。因为干切加工时的热量都被切屑带走，故用于干切的机床要保证切屑不能落在床身上，以免影响机床的精度。显然，图1所示的机床不能干切，而图3这种机床就是世界上专门为干切而设计的第一款机床。它采用的也是“垂直B轴+A轴”模式，但它们之间的相对位置（如图4所示）与图1不同。这种配置方式能保证切屑不落在床身上，但大轮和小轮的加工位置就不像图1那么靠近，这就需要加大X轴和Z轴的行程。另外这种结构还有两个缺点，一是切削力对B轴回转中心的力臂太长，增大了切削力矩；另一个就是内防护的设计和制造比较困难。

2002年美国Gleason公司提出了另一种用于干切削的铣齿机（图5），它第一次采用了“垂直B轴+C轴”的模式，而且把刀盘主轴和工件主轴分别悬挂在一个立柱的两侧并在中国申请了专利（CN1457279），这种机床具有很好的刚性。但缺点如图6所示，两个主轴分置在立柱的两侧，加工齿轮时刀具与工件经常无法接触，需要把刀盘和工件上加装过渡套才能加工。这样不仅麻烦，而且会影响机床的刚度和齿轮的加工精度。该机床的另一个缺点是B轴的回转是靠连杆来推动的，B轴的回转角度与连杆的直线距离之间是非线性的关系，需要特殊的数控程序来对它进行控制。

2005年德国Klingelnberg-Oerlikon又推出了第三种能干切的立式铣齿机（图7、图8），它第一次采用了“水平B轴+A轴”的模式， B轴的行程是-90°～+90°，它虽然缩短了Y轴的行程但加大了X轴的行程。立式铣齿机的缺点是重心高，运输困难，另一个缺点是刀盘安装需要专门的工具，比较麻烦。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺旋锥齿轮数控机床，它不仅具有现有机床的各种功能，而且第一次采用了“水平B轴+C轴”的模式，且因为其刀具轴的长度只有工件轴的一半左右，因而具有结构简单、行程短、防护容易、装卸方便等特点。

首先需要说明的是，本文中提到的“左边”、“右边”是指附图所在平面的左边或右边，“前面 ”是指靠近工件加工位置的一面。“后面”是指远离工件加工位置的一面。