《一種螺旋錐齒輪加工工具機》是湖南中大創遠數控裝備有限公司於2011年6月14日申請的專利，該專利的申請號為2011101593689，公布號為CN102248227A，授權公布日為2011年11月23日，發明人是張春暉、李錫晗、陽益江、魯新中。
《一種螺旋錐齒輪加工工具機》包括床身，立柱，水平滑台，刀具箱，所述立柱設有一個開口朝下的U形通槽並坐裝在所述床身上，所述U形通槽的寬度、深度、厚度方向依次定義為空間笛卡爾直角坐標系的Y軸、Z軸、X軸方向；在所述U形通槽內設有驅動第一迴轉軸箱體沿X軸方向作直線運動的第一直線驅動軸；在所述立柱上設有驅動水平滑台沿Y軸方向作直線運動的第二直線驅動軸；在所述水平滑台上設有驅動刀具箱沿Z軸方向作直線運動的第三直線驅動軸；該發明結構緊湊、造價降低、性能穩定、可靠，占地面積小，工具機剛度好；排屑方便且容易於實現乾切削；整機零件少，工藝性能好，適於工業化生產。
2016年12月7日，《一種螺旋錐齒輪加工工具機》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種螺旋錐齒輪加工工具機》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種螺旋錐齒輪加工工具機
- 公布號：CN102248227A
- 授權日：2011年11月23日
- 申請號：2011101593689
- 申請日：2011年6月14日
- 申請人：湖南中大創遠數控裝備有限公司
- 地址：湖南省長沙市經濟技術開發區星沙工業園盼盼路8號
- 發明人：張春暉、李錫晗、陽益江、魯新中
- Int.Cl.：B23F9/02(2006.01)I；B23F9/08(2006.01)I
- 代理機構：長沙市融智專利事務所
- 代理人：顏勇
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
2011年前技術中，螺旋錐齒輪加工設備有機械型螺旋錐齒輪加工工具機和數控螺旋錐齒輪加工工具機。機械型螺旋錐齒輪加工工具機的結構和調整環節是齒輪工具機中最複雜的。參見附圖1，2011年前數控螺旋錐齒輪加工工具機利用計算機直接控制三個直線軸（即X、Y、Z軸）和三個轉動軸（即A、B、C軸），以模擬機械型螺旋錐齒輪的加工運動，從而加工出螺旋錐齒輪。數控螺旋錐齒輪加工工具機將複雜的機械結構轉換為軟體控制，實現了螺旋錐齒輪加工的信息化和智慧型化。上述結構是用刀具箱沿Y軸，工件箱沿X軸的聯動來模擬刀具繞搖台軸線的迴轉，將刀傾機構的功能改為B軸的擺動來實現。這種結構沒有充分發揮數控技術的作用，存在以下主要缺陷：
1、該結構由於立柱不動，刀具箱通過層層疊加的滑板安裝在立柱（8）上，為了能讓安裝於水平滑台（10）上的刀具箱（13）上的刀具（26）加工到工件，不得已將刀具主軸（25）伸得很長，從而加大了刀具（26）受力點與主軸軸承支撐距離的懸伸比，導致刀具主軸（25）剛性也不太好。
2、該工具機結構設計在加工左、右旋螺旋錐齒輪時，工具機的加工點分別在工件（27）的上下位置，從而導致工具機的加工點位置變化很大，刀具箱在Y方向行程很長，加工點的位置也很高，這些對工具機整體加工剛性不是很好。
3、該結構X、Y、Z三個直線運動軸設計得比較分散，導致工具機占地面積大，不好防護。
4、該結構X軸滑板（28）在加工過程中由於要沿X向滑動，X嚮導軌（16、17）需要安裝在床身（1）上，導致排屑槽（29）不能開通到整個加工區域，這種結構雖然能在X軸上安裝盔甲式的鋼防護，但是鐵屑掉在防護上面還是不好清理，這種情況特別是銑齒的時候，大量的鐵屑特別容易堆積在工具機上。
5、為了環保和節約，螺旋錐齒輪銑齒的發展方向是乾切削，即在加工時不加冷卻液，切削速度很快，熱量被切削帶走，這就要求灼熱的切削不能落在床身上，以免造成工具機的熱變形，圖1的裝置很難做到這一點。
6、工具機零件多，占地面積大，工件裝卸不方便。
公開號為CN1457279的專利申請公開說明書記載了一種生產錐齒輪的機器，該機器將刀具主軸和工件主軸全設計在一個立柱上，其結構不僅導致製造成本高，而且裝配的工藝性不好。
發明內容
專利目的
《一種螺旋錐齒輪加工工具機》的目的在於克服2011年前技術存在的上述缺陷，提出一種結構簡單，穩定性及可靠性好、效率高、占地面積小、防護與排屑容易，工件和刀具的裝卸方便的螺旋錐齒輪加工工具機。
技術方案
《一種螺旋錐齒輪加工工具機》是採用下述技術方案實現的，一種螺旋錐齒輪加工工具機，包括床身，立柱，水平滑台，刀具箱，所述立柱坐裝在所述床身上，在所述立柱上設有一個開口朝下的U形通槽，所述U形通槽的寬度、深度、厚度方向依次定義為空間笛卡爾直角坐標系的Y軸、Z軸、X軸方向；
在所述U形通槽內設有至少一根軸線與所述X軸方向平行並可繞自身軸線迴轉的第一直線驅動軸；在所述第一直線驅動軸上安裝有第一迴轉軸箱體，所述第一直線驅動軸驅動所述第一迴轉軸箱體沿所述X軸方向作直線運動；
在所述立柱上設有至少一根軸線與所述Y軸方向平行並可繞自身軸線迴轉的第二直線驅動軸；所述水平滑台安裝在所述第二直線驅動軸上，所述第二直線驅動軸驅動所述水平滑台沿所述Y軸方向作直線運動；
在所述水平滑台上設有至少一根軸線與所述Z軸方向平行並可繞自身軸線迴轉的第三直線驅動軸；所述刀具箱安裝在所述第三直線驅動軸上，所述第三直線驅動軸驅動所述刀具箱沿所述Z軸方向作直線運動。
《一種螺旋錐齒輪加工工具機》中，所述第一迴轉軸箱體內設定有迴轉機構，所述迴轉機構驅動設於所述第一迴轉軸箱體中的第一迴轉軸轉動，所述第一迴轉軸的一端設有工件箱；所述迴轉機構內設有驅動裝置；所述驅動裝置選自力矩電機、齒輪傳動機構、曲柄連桿傳動機構、蝸輪蝸桿傳動機構中的一種。
《一種螺旋錐齒輪加工工具機》中，所述工件箱上設有一根軸線與所述第一迴轉軸的軸線垂直的工件主軸，所述工件主軸的一端設有安裝被加工工件的工件承載台，另一端或中間位置與設於工件箱中的工件主軸的驅動裝置連線。
《一種螺旋錐齒輪加工工具機》中，在所述U形槽的槽中設有兩根軸線方向與X軸方向平行的所述第一導嚮導軌，所述第一迴轉軸箱體通過其底面設定的第一導向槽與所述第一導嚮導軌匹配接觸實現沿Z軸方向的支撐及Y軸方向的定位並提供所述第一迴轉軸箱體沿所述X軸方向作直線運動的導向。
《一種螺旋錐齒輪加工工具機》中，在所述立柱上設有軸線方向與所述Y軸方向平行的第二導嚮導軌，所述水平滑台通過其一個側面設定的導向槽與所述第二導嚮導軌匹配接觸實現沿Z軸方向的支撐定位並提供所述水平滑台沿所述Y軸方向作直線運動的導向。
《一種螺旋錐齒輪加工工具機》中，在所述水平滑台上設有軸線方向與所述Z軸方向平行的第三導嚮導軌，所述刀具箱通過其一個側面設定的導向槽與所述第三導嚮導軌匹配接觸實現沿Y軸方向的定位並提供所述刀具箱沿所述Z軸方向作直線運動的導向。
《一種螺旋錐齒輪加工工具機》中，所述刀具箱上設有一根軸線與所述第三驅動軸的軸線平行的刀具主軸，所述刀具主軸的一端設有安裝刀具的刀具座，另一端或中間位置與設於刀具箱中的刀具主軸的驅動裝置連線。
《一種螺旋錐齒輪加工工具機》中，在所述第一迴轉軸箱體上與所述工件箱之間設有靜壓輔助支撐。
《一種螺旋錐齒輪加工工具機》的技術原理是，螺旋錐齒輪在加工過程中，其齒面的形成取決於刀具和工件的相對運動，而刀具與工件的相對位置完成由三個直線驅動軸，即第一直線驅動軸、第二直線驅動軸、第三直線驅動軸和三個轉動軸，即第一迴轉軸、刀具主軸、工具主軸來確定，六軸的設定只要保證刀具和工件能處於任何需要的相對位置即可。該發明在研究了三個直線驅動軸和三個迴轉軸的各種可能的設定方式並分析其優缺點後確定。該發明加工螺旋錐齒輪的過程是：
1、在刀具箱（6）的刀具主軸上安裝好刀具，在工件箱（3）的工件主軸上安裝好螺旋錐齒輪，啟動程式後計算機首先控制第一迴轉軸轉動，帶動工件箱（3）繞第一迴轉軸迴轉一個角度，迴轉角度的大小就是螺旋錐齒輪剛開始加工時的輪坯安裝角。
2、計算機控制第一迴轉軸箱體（19）沿X軸運動、水平滑台（9）沿Y軸運動，刀具箱（6）沿Z軸運動，將刀具快速移動到齒輪加工的啟始位置，刀具按給定的速度迴轉，如濕切需要開啟冷卻液。
3、在程式控制下，第一直線驅動軸、第二直線驅動軸、第三直線驅動軸、刀具主軸、工件主軸五軸聯動使刀具和被加工工件做嚙合的展成運動以加工出齒面。
4、一個齒槽加工好之後，刀具箱沿Z軸方向上升使被加工工件與刀具脫離接觸，工件主軸旋轉使齒輪分度到第二個輪齒加工的起始位置，然後X、Y、Z、B各軸在不發生干涉的原則下快速退回到齒輪加工的起始位置。
5、加工第二個齒槽，如此循環往復，直到加工完成所有的輪齒。
6、各軸都回到原始位置，（工作門打開後）工作人員取下加工好的齒輪並換上待加工的齒輪。
7、如果是數控磨齒機，在預備時間或加工過程中還要利用砂輪修整器來修整砂輪。
改善效果
1、第一迴轉軸迴轉台可採用力矩電機或齒輪傳動機構、曲柄連桿傳動機構、蝸輪蝸桿傳動機構等常用精密迴轉台驅動方式驅動；
2、第一迴轉軸通過旋轉±90°來實現螺旋錐齒輪的左右旋加工，此方法大大縮短了X軸的行程。
3、立柱的固定不動，確保了工具機的高剛性。
4、工具機在加工左、右旋螺旋錐齒輪時，其加工點不再分布在工件的上下位置，而是分布在工件的左右位置，這樣使得工具機的加工點在高度方向始終保持很低的位置，且此位置剛性好、易排屑、易觀察，是工具機的最優加工點。
5、工具機設計為立式結構，Z軸行程、X軸行程相當短，這也使得工具機結構緊湊，占地面積小。
6、由於X軸向前移動，裝卸工件時操作人員與工件可以實現0距離裝卸，非常方便。
7、工具機總體布局採用立式結構，工件和刀具的裝卸很方便，而且工件便於實現機械手自動裝卸；
8、設備造價降低、性能穩定、可靠；加工的切屑直間落在工具機排屑槽內，容易排屑並且容易於實現乾切削；
9、整機零件少，工藝性能好，占地面積小，防護容易，造型美觀。
附圖說明
附圖1是2011年前技術的一種工具機結構；
附圖2、3是《一種螺旋錐齒輪加工工具機》工具機一種實施例的結構示意圖。
1-床身、2-立柱、3-工件箱、9-水平滑台、6-刀具箱。
技術領域
《一種螺旋錐齒輪加工工具機》涉及數控加工設備，特別是指一種螺旋錐齒輪加工工具機，進一步是指加工螺旋錐齒輪的銑齒機和磨齒機。
權利要求
1.一種螺旋錐齒輪加工工具機，包括床身，立柱，水平滑台，刀具箱，其特徵在於：所述立柱坐裝在所述床身上，在所述立柱上設有一個開口朝下的U形通槽，所述U形通槽的寬度、深度、厚度方向依次定義為空間笛卡爾直角坐標系的Y軸、Z軸、X軸方向；在所述U形通槽內設有至少一根軸線與所述X軸方向平行並可繞自身軸線迴轉的第一直線驅動軸；在所述第一直線驅動軸上安裝有第一迴轉軸箱體，所述第一直線驅動軸驅動所述第一迴轉軸箱體沿所述X軸方向作直線運動；在所述立柱上設有至少一根軸線與所述Y軸方向平行並可繞自身軸線迴轉的第二直線驅動軸；所述水平滑台安裝在所述第二直線驅動軸上，所述第二直線驅動軸驅動所述水平滑台沿所述Y軸方向作直線運動；在所述水平滑台上設有至少一根軸線與所述Z軸方向平行並可繞自身軸線迴轉的第三直線驅動軸；所述刀具箱安裝在所述第三直線驅動軸上，所述第三直線驅動軸驅動所述刀具箱沿所述Z軸方向作直線運動。
2.根據權利要求1所述的一種螺旋錐齒輪加工工具機，其特徵在於：所述第一迴轉軸箱體內設定有迴轉機構，所述迴轉機構驅動設於所述第一迴轉軸箱體中的第一迴轉軸轉動，所述第一迴轉軸的一端設有工件箱；所述迴轉機構內設有驅動裝置；所述驅動裝置選自力矩電機、齒輪傳動機構、曲柄連桿傳動機構、蝸輪蝸桿傳動機構中的一種。
3.根據權利要求2所述的一種螺旋錐齒輪加工工具機，其特徵在於：所述工件箱上設有一根軸線與所述第一迴轉軸的軸線垂直的工件主軸，所述工件主軸的一端設有安裝被加工工件的工件承載台，另一端或中間位置與設於工件箱中的工件主軸的驅動裝置連線。
4.根據權利要求3所述的一種螺旋錐齒輪加工工具機，其特徵在於：在所述U形槽的槽中設有兩根軸線方向與X軸方向平行的所述第一導嚮導軌，所述第一迴轉軸箱體通過其底面設定的第一導向槽與所述第一導嚮導軌匹配接觸實現沿Z軸方向的支撐及Y軸方向的定位並提供所述第一迴轉軸箱體沿所述X軸方向作直線運動的導向。
5.根據權利要求4所述的一種螺旋錐齒輪加工工具機，其特徵在於：在所述立柱上設有軸線方向與所述Y軸方向平行的第二導嚮導軌，所述水平滑台通過其一個側面設定的導向槽與所述第二導嚮導軌匹配接觸實現沿Z軸方向的支撐定位並提供所述水平滑台沿所述Y軸方向作直線運動的導向。
6.根據權利要求5所述的一種螺旋錐齒輪加工工具機，其特徵在於：在所述水平滑台上設有軸線方向與所述Z軸方向平行的第三導嚮導軌，所述刀具箱通過其一個側面設定的導向槽與所述第三導嚮導軌匹配接觸實現沿Y軸方向的定位並提供所述刀具箱沿所述Z軸方向作直線運動的導向。
7.根據權利要求6所述的一種螺旋錐齒輪加工工具機，其特徵在於：所述刀具箱上設有一根軸線與所述第三驅動軸的軸線平行的刀具主軸，所述刀具主軸的一端設有安裝刀具的刀具座，另一端或中間位置與設於刀具箱中的刀具主軸的驅動裝置連線。
8.根據權利要求1-7任意一項所述的一種螺旋錐齒輪加工工具機，其特徵在於：在所述第一迴轉軸箱體上與所述工件箱之間設有靜壓輔助支撐。
實施方式
《一種螺旋錐齒輪加工工具機》的工具機包括採用端面銑齒或磨齒方法加工弧齒錐齒輪、弧齒準雙曲面齒輪的工具機。
參見附圖2，《一種螺旋錐齒輪加工工具機》一種螺旋錐齒輪加工工具機，包括床身1，立柱2，工件箱3，水平滑台9，刀具箱6，所述立柱2坐裝在所述床身1上，在所述立柱2上設有一個開口朝下的U形通槽，所述U形通槽的寬度、深度、厚度方向依次定義為空間笛卡爾直角坐標系的Y軸、Z軸、X軸方向；
在所述U形通槽內設有一根軸線與所述X軸方向平行並可繞自身軸線迴轉的第一直線驅動軸16；在所述第一直線驅動軸16上安裝有第一迴轉軸箱體19，所述第一直線驅動軸16驅動所述第一迴轉軸箱體19沿所述X軸方向作直線運動；在所述U形槽的槽中設有兩根軸線方向與X軸方向平行的所述第一導嚮導軌15，所述第一迴轉軸箱體19通過其底面設定的第一導向槽與所述第一導嚮導軌15匹配接觸實現沿Z軸方向的支撐及Y軸方向的定位並提供所述第一迴轉軸箱體19沿所述X軸方向作直線運動的導向；所述第一迴轉軸箱體19內設定有迴轉機構，所述迴轉機構驅動設於所述第一迴轉軸箱體19中的第一迴轉軸17轉動，所述迴轉機構內設有蝸輪蝸桿傳動機構；所述第一迴轉軸17的一端設有所述工件箱3，所述工件箱3上設有一根軸線與所述第一迴轉軸17的軸線垂直的工件主軸，所述工件主軸的一端設有安裝被加工工件的工件承載台4，另一端或中間位置與設於工件箱3中的工件主軸的驅動裝置連線；
在所述立柱2上設有一根軸線與所述Y軸方向平行並可繞自身軸線迴轉的第二直線驅動軸11；所述水平滑台9安裝在所述第二直線驅動軸11上，所述第二直線驅動軸11驅動所述水平滑台9沿所述Y軸方向作直線運動；在所述立柱2上設有軸線方向與所述Y軸方向平行的第二導嚮導軌10，所述水平滑台9通過其一個側面設定的導向槽與所述第二導嚮導軌10匹配接觸實現沿Z軸方向的支撐定位並提供所述水平滑台沿所述Y軸方向作直線運動的導向；
在所述水平滑台9上設有一根軸線與所述Z軸方向平行並可繞自身軸線迴轉的第三直線驅動軸8；所述刀具箱6安裝在所述第三直線驅動軸8上，所述第三直線驅動軸8驅動所述刀具箱6沿所述Z軸方向作直線運動；在所述水平滑台9上設有軸線方向與所述Z軸方向平行的第三導嚮導軌7，所述刀具箱6通過其一個側面設定的導向槽與所述第三導嚮導軌7匹配接觸實現沿Y軸方向的定位並提供所述刀具箱沿所述Z軸方向作直線運動的導向；所述刀具箱6上設有一根軸線與所述第三直線驅動軸8的軸線平行的刀具主軸5，所述刀具主軸5的一端設有安裝刀具的刀具座，另一端或中間位置與設於刀具箱6中的刀具主軸的驅動裝置連線；在所述第一迴轉軸箱體19與所述工件箱3之間設有靜壓輔助支撐13。
榮譽表彰
2016年12月7日，《一種螺旋錐齒輪加工工具機》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
