一種直驅零傳動全數控臥式滾齒的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種直驅零傳動全數控臥式滾齒機，包括驅動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、數控系統(tǒng)、機床體、工件控制部、刀具部、位移控制部、防護罩、尾座箱、排屑裝置、冷卻裝置、液壓裝置和電氣柜；所述工件主軸C、刀具主軸B、進刀軸X和走刀軸Z采用直驅伺服電機驅動，配合高精度編碼器和光柵尺進行閉環(huán)數據控制；所述機床體外，配套設置有冷卻裝置、液壓裝置和電氣柜；在機床體前方設置有激光對刀裝置；所述直驅式工件主軸箱設置在機床體的左端，機床體的右端設有可移動尾座箱，尾座箱通過滑動面可在機床體上移動。本新型根除了累積誤差與分度誤差，加工精度高，全閉環(huán)數控系統(tǒng)實現高速高效運行，實現干切加工與二次滾齒作業(yè)，產品表面質量優(yōu)良。
【專利說明】一種直驅零傳動全數控臥式滾齒機

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種滾齒機制造技術設備領域，特別涉及一種直驅零傳動全數控 臥式滾齒機。

【背景技術】
[0002] 在齒輪機制造加工【技術領域】中，齒輪是廣泛用于各種傳動軸動力傳遞的通用零部 件，傳統(tǒng)制造加工工藝大多使用滾齒機進行粗加工，然后進行精細磨削加工，由于滾齒機精 度與效率均不能滿足齒輪工藝水平的需要，造成齒輪生產加工效率低、成本高。
[0003] 現有的數控臥式滾齒機床一般是在普通的機械式滾齒機床上進行改裝，將機械式 滾齒機床上的普通電機更換成伺服電機或步進電機，各軸傳動鏈還是通過齒輪、渦輪等機 械部件傳動，所以其加工精度上沒有提高，只是降低勞動強度，提升生產效率；現有的數控 臥式滾齒機床，有部分軸是通過伺服電機傳動的，雖然各軸傳動鏈中多級齒輪等機械部件 傳動有所簡化，但還是采用機械式傳動較多，仍然無法徹底消除累積誤差與分度誤差的影 響；采用機械式傳動，傳動誤差大、傳動精度低、加工速度慢、設備故障率高、維修復雜。齒輪 加工精度決定了齒輪應用中所發(fā)揮的作用，在整體加工過程中，只要有一個軸的傳動存在 非直驅模式，就會影響到整體機床的加工精度的提高，而齒輪本身也會存在磨損，從而進一 步增加傳動齒輪軸的加工精度，也會影響到整個機床的使用壽命。
[0004] 發(fā)明專利CN102825340A，公開了一種數控滾齒機，是通過普通數滾流齒機進行改 造，將普通數控滾齒機中的展成運動部件的傳動機構進行優(yōu)化，實現電機主軸與滾刀主軸、 電機與工作臺的之間的零傳動；借此來提高普通數控滾齒機的加工精度；缺點是對普通數 控滾齒機的改進存在先天不足，僅僅實現了電機與滾刀軸、工作臺的零傳動，對于其它主軸 的控制與傳動仍然存在加工誤差，是較早期的技術改造，難以實現高精度加工。
[0005] 發(fā)明專利CN101298106A，公開了一種零傳動數控滾齒機，其驅動滾刀旋轉的第二 主軸與伺服電機直接連接，滾刀絲杠螺母中的絲杠與相應的伺服電機直接連接，但是驅動 工件主軸C的方式仍然為是通過一齒輪組驅動其轉動，只能是有限減小傳動誤差。
[0006] 實用新型專利CN202726203U，公開了一種全自動七軸雙直驅數控干切滾齒機，機 床的所有移動軸均為數控軸，刀具主軸B和工件主軸C雙直驅技術；但缺點是：刀架體上的 伺服電機連接減速機，減速機通過聯軸器連接滾珠絲杠，滾珠絲杠上裝有左支架和右支架， 直驅的刀架體仍然有滾珠絲杠傳動，也就是說控制刀具主軸B位移的進刀軸X與走刀軸Z 均沒有實現直驅方式，所以無法避免累積誤差的分度誤差的產生，加工精度無法提高。雖然 是全數控，但是并非是全直驅。
[0007] 綜上所述，現有技術中，臥式滾齒機床的工件主軸與刀具主軸以及相關的三座標 軸控制上，還或多或少的保留著齒輪傳動方式，也正是因為在關鍵的工件主軸與刀具主軸 方向上，沒有根本性的改革，致使目前制造加齒輪工工藝的精度不夠好，生產的效率不高， 臥式滾齒機床的運行穩(wěn)定性不良，難以實施齒輪的二次加工；缺乏一種高效率高精度全數 控的臥式滾齒機床，來滿足實際制造與生產的需要。 實用新型內容
[0008] 為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種直驅零傳動全數控臥式滾齒機床， 針對齒輪制造加工中所存在的缺陷問題，徹底去除數控臥式滾齒機床刀具主軸的二個中間 傳動環(huán)節(jié)齒輪和工件主軸的二個中間傳動環(huán)節(jié)齒輪，在關系到被加工工件的精度軸上，全 部采用直驅式零傳動模式，從根本上避免由于齒輪傳動造成的累積誤差和分度誤差，提高 工件的加工精度；采用全數控方式提高整體臥式滾齒機床的批量生產效率；分齒與差動實 行全閉環(huán)控制，確保整臺臥式滾齒機床的穩(wěn)定性運行；優(yōu)化整機的結構設計和對刀功能，實 現高精度高效率的齒輪制造加工和二次滾齒加工。
[0009] 為達到上述目的，本實用新型的技術方案如下：一種直驅零傳動全數控臥式滾齒 機，包括滾齒機構成①、滾齒機組件②、驅動系統(tǒng)④、傳動系統(tǒng)⑤、數控系統(tǒng)⑥和配套裝置 ⑦；其特征在于：
[0010] 所述直驅零傳動全數控臥式滾齒機的整體加工精度和效率，與滾齒機各項要素緊 密相關，從整體硬件、結構、位置、連接、驅動方式、傳動模式、數控措施，到整體所體現出來 的性能和功能都會直接影響到滾齒機的加工精度與效率；在這方面符合木桶原理，只要其 中有一塊短板，則整桶水平就無法升高；只要有一個軸向在結構、驅動、傳動、控制等要素中 存在缺陷，整體滾齒機的加工精度和效率以及相關的功能也就無法得到提升。為此本實用 新型在上述的各項要素中均提出了相對應的優(yōu)化設計方案，從而才能在整體滾齒機的加工 精度和效率上，真正實現顯著的、質的提升。
[0011] 所述滾齒機是按照范成法亦稱展成法進行齒輪加工的；所述范成法是根據一對齒 輪嚙合傳動時，兩輪的齒廓互為共軛曲線的原理來加工的。齒輪滾刀切齒時，滾刀的形狀 像一個螺旋，其在輪坯端面上的投影是一齒條，當滾刀連續(xù)轉動時，相當于一根無限長的投 影齒條向前移動。加工直齒圓柱齒輪時，由于滾刀的螺旋線必須與直齒輪的齒向一致，因此 需要把滾刀軸線傾斜一個螺旋升角；滾刀與輪坯的相對運動有兩個，一個是范成運動，為切 制出所需齒數，另一個是進給運動，滾刀沿輪坯軸線方向移動。
[0012] ①所述滾齒機構成，包括機床體、工件控制部、刀具部、位移控制部、防護罩、尾座 箱、排屑裝置、冷卻裝置、液壓裝置和電氣柜；所述機床體上方設置有防護罩；所述機床體 中間設置有自動排屑裝置；在所述的機床體之外，配套設置有所述的冷卻裝置、液壓裝置和 電氣柜；在機床體前方設置有激光對刀裝置；直驅式工件主軸箱設置在機床體的左端，機 床體的右端設有可移動尾座箱，尾座箱通過滑動面可在機床體上移動，所述傳動系統(tǒng)由6 個伺服軸：刀角調節(jié)軸A、刀具主軸B、工件主軸C、進刀軸X、竄刀軸Y和走刀軸Z構成；在機 床體上設有驅動工件旋轉的直驅式工件主軸箱，所述工件主軸箱中設置有工件主軸C ;所 述機床體上設置有驅動滾刀旋轉的直驅式刀具主軸箱，所述的刀具主軸箱設置有刀具主軸 B ;所述機床體上設置有沿著X、Y、Z方向平移的平移裝置、驅動刀具主軸箱沿著YZ平面內 旋轉的刀角調節(jié)裝置；所述的X、Y、Z在空間內兩兩垂直，進刀軸X沿前后方向設置，竄刀軸 Υ沿上、下方向設置，走刀軸Ζ沿左右方向設置。
[0013] 所述機床體上設有驅動工件旋轉的直驅式工件主軸箱，所述工件主軸箱中設置有 工件主軸C，即C軸；所述機床體上設置有驅動滾刀旋轉的直驅式刀具主軸箱，所述的刀具 主軸箱設置有刀具主軸Β，即Β軸；所述機床體上設置有驅動刀具主軸箱按加工要求沿著 Χ、γ、ζ方向平移的平移裝置，驅動刀具主軸箱按加工要求沿著YZ平面內旋轉的刀具角度調 整裝置，即Α軸；所述的X、Υ、Ζ在空間內兩兩垂直，進刀軸X沿前后方向設置，竄刀軸Υ沿 上、下方向設置，走刀軸Z沿左右方向設置。在機床體前方還設置有激光對刀裝置，便于工 件重新裝夾后的二次加工。
[0014] 所述機床體的另一端設有可移動尾座箱，尾座箱通過滑動面可在機床體上移動。 尾座箱上設有尾座頂尖，尾座頂尖與直驅式工件主軸C同軸相對設置，通過尾座套筒由油 缸組件驅動可沿其軸向伸縮移動，頂緊或松開待加工工件的回轉中心。在尾座箱體左端與 尾座套筒之間，設置有4個剎緊油缸，消除尾座套筒與尾座箱體之間的間隙。
[0015] 所述的機床體上方設置有防護罩，可開啟與關閉，用于整機的防護；所述所述機床 體中間設置有排屑口，所述排屑口與自動排屑裝置連通，并自動將加工鐵屑排出機床體之 夕卜；在所述的機床體之外，配套設置有所述的冷卻裝置、液壓裝置和電氣柜，為本實用新型 滾齒機提供配套裝備。
[0016] ②所述滾齒機組件，包括：六個主軸，主軸箱，進給箱，拖板機構，連軸結，拖架托板 等。
[0017] 所述機床體上，設置有工件主軸C ;刀具主軸B軸；刀角調節(jié)主軸A ;所述工件主軸 C設置于工作臺上并與工作臺面平行，所述刀具主軸B設置于刀具主軸箱上并與工作臺面 垂直，所述刀角調節(jié)軸A設置于進刀軸X進給箱上并與工作臺面平行，用于調整控制刀具角 度；所述刀具主軸箱設置于三維控制臺上，所述三維控制臺設置于機床體中部；所述三維 工作臺上設置有X、Y、Z三個移動軸，所述走刀軸Z為沿工作臺平行方向移動的軸，所述進刀 軸X設置于X進給箱中，控制前后方向的進給移動；所述竄刀軸Υ設置于所述刀具主軸Β的 后方，與所述刀具主軸Β平行設置，控制刀具主軸箱的上下移動。所述走刀軸Ζ設置有走刀 軸Ζ拖板機構；所述竄刀軸Υ設置有竄刀軸Υ板機構。所述工件主軸C設置有工件主軸箱； 所述進刀軸X設置有進刀軸X主軸箱；所述刀具主軸Β設置有刀具主軸箱。各種主軸與驅 動、傳動部分通過連軸結或者板托架連接。
[0018] ③所述滾齒機的位置與連接，所述的刀具平移裝置和刀角調節(jié)裝置包括可沿走 刀軸Ζ方向平移的走刀軸Ζ拖板機構、可沿進刀軸X方向平移的進刀軸X進給箱、可沿竄刀 軸Υ平移的竄刀軸Υ拖板機構。以及驅動刀具主軸箱在ΥΖ平面內轉動的刀具角度調整裝 置。走刀軸Ζ拖板機構通過直線滾動導軌副設置在機床體上，進刀軸X進給箱通過滑動導 軌副設置在走刀軸Ζ拖板機構上，竄刀軸Υ拖板機構設置在進刀軸X進給箱前端，刀角調節(jié) 軸Α通過渦輪副設置在進刀軸X進給箱左上部。
[0019] 所述的直驅式工件主軸箱設置在機床體的一端，工件主軸C(旋轉軸），由空心伺 服電機通過連接件直接同軸驅動。工件主軸C為空心軸，其右端設有伸縮夾緊式工件夾頭 組件。
[0020] 直驅式工件主軸C的轉速由上位控制系統(tǒng)依據直驅式刀具主軸B的轉速根據展成 法加工原理自動跟隨。工件主軸C的實際圓周位置由同軸安裝的高精度編碼器確定。
[0021] 直驅式刀具主軸箱包括刀具主軸箱體、刀具主軸B、刀桿、空心伺服電機、連接器、 刀桿拉桿、高精度編碼器和托架；刀具主軸B設置為B軸（旋轉軸），由空心伺服電機通過 連接器直接驅動。刀具主軸B的實際圓周位置由同軸高精度編碼器確定。刀桿通過拉桿拉 緊，在刀桿上可安裝不同規(guī)格的滾刀，在刀桿尾端設有刀桿托架。
[0022] 走刀軸Z拖板機構包括走刀軸Z拖板座、走刀軸Z伺服電機、走刀軸Z滾珠絲杠副。 走刀軸Z伺服電機通過連軸結直接驅動走刀軸Z滾珠絲杠副，通過滾珠絲杠副上的絲母連 接座驅動刀具縱向走刀。走刀軸Z拖板座通過直線滾動導軌副設置于機床體上。
[0023] 進刀軸X進給機構通過貼塑導軌設置在走刀軸Z拖板機構上。包括進刀軸X進給 箱、進刀軸X伺服電機、進刀軸X滾珠絲杠副。進刀軸X伺服電機通過連軸結直接驅動進刀 軸X滾珠絲杠副，進刀軸X絲母連接座固定在走刀軸Z拖板座上，進刀軸X滾珠絲杠設置于 進刀軸X進給箱上；通過滾珠絲杠的旋轉驅動進給箱前后移動以實現刀具徑向進刀。
[0024] 竄刀軸Y拖板機構包括竄刀軸Y拖板座、竄刀軸Y伺服電機、減速器、連軸結、T型 絲杠副、絲母座。竄刀軸Y伺服電機連接減速器，再連軸結，然后驅動T型絲杠副，通過固定 在T型絲杠副上的絲母座驅動直驅式刀具主軸箱沿Y方向移動，實現刀具竄刀功能。竄刀 軸Y拖板機構固定在回轉軸上。竄刀軸Y拖板機構通過拉桿、回轉軸，設置于進刀軸X進給 箱上。由蝶形彈簧組、精密鎖緊螺母，鎖緊力作用于拉桿，將竄刀軸Y拖板機構通過回轉軸 鎖緊在進刀軸X進給箱體上。在進刀軸X進給箱后端設置有油缸和油缸體。當刀具角度需 要回轉時，油缸先壓緊蝶形彈簧組，減小回轉軸與進刀軸X進給箱體之間的鎖緊力，然后刀 具可調整角度。當刀具角度調整完成后，油缸退回，蝶形彈簧組作用于精密鎖緊螺母，鎖緊 力作用于拉桿，將回轉軸與進刀軸X進給箱體之間重新鎖緊。
[0025] A軸刀具角度調整裝置由A軸伺服電機、減速機、連軸結、渦輪副組成；A軸伺服電 機通過減速機和連軸結驅動渦輪副，帶動固定于回轉軸上的竄刀軸Y拖板機構旋轉，實現 刀具角度調整。渦輪副中的渦輪固定于回轉軸上。
[0026] ④所述滾齒機的驅動系統(tǒng)，包括A、B、C、X、Y、Z軸的驅動方式和驅動伺服電機。
[0027] 本實用新型滾齒機應用內裝式電機即直驅技術，刀具主軸B采用空心伺服電機驅 動，所述空心伺服電機直接套裝在刀具主軸B上，所述刀具主軸B尾部同軸安裝一個高精度 位置編碼器反饋主軸位置；工件主軸C采用空心伺服電機驅動，所述伺服電機直接套裝在 工件主軸C上，工件主軸C尾部同軸安裝一個高精度位置編碼器反饋主軸位置。這樣工件 和刀具之間不存在任何機械傳動元件，稱之為"零傳動"；反饋元件直接檢測滾刀和工軸位 置，構成了真正意義的全閉環(huán)?？梢缘玫嚼硐氲姆侄染群秃芎玫谋砻尜|量。
[0028] 所述進刀軸X通過伺服電機直接驅動控制，并設置直線光柵尺反饋位置信息；所 述走刀軸Z通過伺服電機直接驅動控制，并設置直線光柵尺反饋位置信息；進刀軸X與走刀 軸Z位置均構成閉環(huán)數控系統(tǒng)，驅動方式均采用伺服電機直接驅動，從而確保了整體刀具 主軸B的進刀軸X的進給移動和走刀軸Z的走刀移動均是在直驅狀態(tài)下實現。
[0029] 所述刀角調節(jié)軸A設置有高精度位置編碼器，用于控制刀具角度調整位置信息， 所述竄刀軸Y也設置有上下位置控制光柵尺，精確控制上下刀具位移距離。雖然刀角調節(jié) 軸A與竄刀軸Y的調整操作是在非工件加工時進行的，也就是說刀角調節(jié)軸A與竄刀軸Y 沒有必要直接驅動，但是刀角調節(jié)軸A和竄刀軸Y的移動控制與反饋是會影響到整體刀具 主軸B的加工精度，為此，刀度調節(jié)軸A裝有高精度編碼器，竄刀軸Y裝有直線光柵尺。
[0030] ⑤所述滾齒的傳動系統(tǒng)，包括減速機，絲桿，絲杠，夾頭夾具等，
[0031] 所述的傳動系統(tǒng)設計技術方案是：由六個伺服軸：刀角度調整軸A ;刀具主軸B ; 工件主軸C;進刀軸X ;竄刀軸Y和走刀軸Z ;構成了直驅式零傳動全數控臥式滾齒機床的 主體傳動系統(tǒng)；所述的6個伺服軸通過上位數控系統(tǒng)按范成法滾銑原理進行數控運行；上 位數控系統(tǒng)依據工藝參數，輸出對應的脈沖給各伺服軸驅動對應的伺服電機，對應軸的編 碼器或光柵尺將位置信號反饋給上位數控系統(tǒng)。并采用15寸真彩觸控屏做為操作界面，直 觀、方便；各操作軸的具體傳動方案如下：B軸傳動由B軸空心伺服電機直接驅動（零傳動） 刀具主軸B旋轉；（直驅）；C軸傳動由C軸空心伺服電機直接驅動（零傳動）刀具主軸B 旋轉；（直驅）；進刀軸X傳動由進刀軸X伺服電機直接驅動滾珠絲杠48帶動刀具實現刀具 主軸B徑向進刀；（直驅）；走刀軸Z傳動由走刀軸Z伺服電機直接驅動滾珠絲杠53帶動刀 具實現刀具主軸B縱向走刀；（直驅）；竄刀軸Y傳動由竄刀軸Y伺服電機32通過減速機 33驅動T型絲杠36實現刀具主軸B上下整體竄刀；A軸傳動由A軸伺服電機57通過減速 機56驅動渦輪副41 (渦桿411和渦輪412)實現銑頭角度調整。
[0032] ⑥所述滾齒機的數控系統(tǒng)，包括觸屏控制器，高精度編碼器，直線光柵尺，激光對 刀器，電氣控制柜等。均通過閉環(huán)式控制回路系統(tǒng)進行實時控制與調節(jié)。
[0033] 本實用新型直驅式零傳動數控臥式滾齒機床應用內裝式電機即直驅技術，刀具主 軸B采用空心伺服電機驅動，所述空心伺服電機直接套裝在刀具主軸B上，主軸尾部同軸安 裝一個位置編碼器反饋主軸位置；工件主軸C采用空心伺服電機驅動，所述伺服電機直接 套裝在工件主軸C上，主軸尾部同軸安裝一個位置編碼器反饋主軸位置。所述進刀軸X通 過伺服電機直接驅動控制，并設置直線光柵尺反饋位置信息；所述走刀軸Z通過伺服電機 直接驅動控制，并設置直線光柵尺反饋位置信息；進刀軸X與走刀軸Z位置均構成閉環(huán)數控 系統(tǒng)。所述刀角調節(jié)軸A設置有高精度位置編碼器，用于控制刀具角度調整位置信息，所述 竄刀軸Y也設置有上下位置控制光柵尺，精確控制上下刀具位移距離。
[0034] 反饋元件：直線光柵尺和高精度編碼器直接檢測滾刀和工軸位置，并將實時信息 反饋到控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)發(fā)出反映令，對刀具和工軸進行調整操作，構成了真正意義的 全閉環(huán)?？梢缘玫嚼硐氲姆侄染群秃芎玫谋砻尜|量。
[0035] 本實用新型中的全閉環(huán)控制有刀具主軸B(B軸）、工件主軸C(C軸）、徑向進刀（進 刀軸X)、軸向進刀（走刀軸Z)、竄刀軸Y和刀角調節(jié)軸A ;刀具主軸B編碼器直接檢測刀具 主軸B的當前實際位置并反饋給上位數控系統(tǒng)，上位數控系統(tǒng)通過刀具主軸B編碼器得到 刀具主軸B的當前實際位置，不需另外設置檢測元件；進刀軸X方向設置有光柵尺檢測進刀 軸X進給箱實際位置；走刀軸Z方向設置有光柵尺檢測走刀軸Z拖板座的實際位置；刀角調 節(jié)軸A設置有高精度編碼器，竄刀軸Y設置有光柵尺。
[0036] 本新型中，在機床體前方設置有激光對刀裝置；工件第一次加工完成后，不拆卸工 件，操縱者在觸摸屏控制器上啟動對刀功能，激光對刀功能啟動，工件主軸C按設定的速度 啟動，上位控制系統(tǒng)自動計算齒槽的中心、齒槽的寬度，并存儲對應數據，完成后工件主軸C 停止旋轉；然后可將工件拆卸，同型號的工件需重新裝夾二次加工時，安裝好工件，操縱者 在觸摸屏控制器上啟動對刀功能，激光對刀功能啟動，工件主軸C按該型號工件的數據自 動旋轉到正確的齒槽中心的定位位置，然后就可以再次切削。
[0037] ⑦所述滾齒機配套裝置，包括自動排屑裝置、冷卻裝置、液壓裝置等。
[0038] 本實用新型中，在機床體中部設置有自動排屑口，加工時由自動排屑裝置將切屑 自動排出；在機床體上還設有整體防護罩，防護罩將直驅式工件主軸箱、直驅式刀具主軸箱 以及滾刀移動及滾刀角度調整裝置封裝。防護罩正面設有可左右移動的活動門。
[0039] 所述的機床體之外，還配套調置有冷卻裝置和液壓裝置，為本實用新型滾齒機提 供所需的配套裝備。
[0040] ⑧所述滾齒機的性能和功能特征，包括高效率，高速度，高精度；二次滾齒加工和 滾齒機的穩(wěn)定性和重現性；全數控零編程操作；干切加工；硬齒面加工；刀具管理系統(tǒng)；防 撞功能；切削工藝存儲功能。
[0041] 所述的工件主軸C、刀具主軸B、進刀軸X和走刀軸Z均采用伺服電機直接驅動方 式，將與工件加工精度與分度精度相關的齒輪傳動部件均省略掉，因此從根本上排除了滾 齒加工過程中，累積誤差與分度誤差的產生與累積問題，是提高工件加工精度的根本措施； 在齒輪加工領域，全直驅模式是滾齒機床的一項重要創(chuàng)新，其它部件或裝置的優(yōu)化與改進 都依賴于最基礎的技術創(chuàng)新，如果沒有在驅動方式上的根本性優(yōu)化，外圍設置與裝置的改 進都無法避免的會產生累積誤差和分度誤差。
[0042] ※具有高效率：所述直驅零傳動全數控臥式滾齒機床主軸采用高精度高速軸承 且無中間傳動環(huán)節(jié)，使其主軸速度直接取決于其直驅電機的轉速，本新型中采用的直驅電 機速度達到3000rpm ;高轉速可以把現代刀具的高速性能淋漓盡致地發(fā)揮出來，比傳統(tǒng)臥 式滾齒機床提高效率10倍以上。
[0043] ※具有高速度：所述的工件主軸C、刀具主軸B、進刀軸X和走刀軸Z全直驅零傳 動模式，避免了機械齒輪傳動所造成的加工振動與振動傳遞問題，因此設備整機運轉可以 在更高的速度下實現平穩(wěn)加工作業(yè)，從而提高生產效率，節(jié)約生產成本。主軸最高轉速達 到3000rpm ;工作臺最高轉速可達lOOOrpm。高轉速可以把現代刀具的高速性能淋濟盡致地 發(fā)揮出來，從而獲得很高的生產效率。使用"Speedcore"和硬質合金滾刀時線速度可達到 300m/min〇
[0044] ※具有高精度：由于分齒和差動運動采取了全閉環(huán)控制并采用的電子齒輪箱，分 齒精度可達到4級或更高。在實際應用中，加工精度受滾刀和工件裝夾精度的限制，而機床 精度不再是影響加工精度的因素。生產實踐中，在合理的裝夾和冷卻條件下，在高速切削 時，可以得到穩(wěn)定的6級加工精度。由于上述的直驅式零傳動設計與結構優(yōu)化改進，使本實 用新型具有理想的分度精度和工件的優(yōu)異表面質量。
[0045] ※工件二次加工與穩(wěn)定性、重現性：由于本實用新型采用的直驅式零傳動設計， 設置有激光對刀裝置，可以在二次加工時使?jié)L刀與齒輪槽對正并使得余量均勻，從而使工 件的二次加工成為可能并獲得了穩(wěn)定的加工性能，所述的工件主軸C、刀具主軸B、進刀軸X 和走刀軸Z全直驅零傳動模式，導致加工工藝和加工過程的穩(wěn)定性與重現性，因此可以實 現工件的二次加工和相同工件的重復加工，確保了批量工件的加工精度的均勻性。
[0046] ※全數控零編程操作：全數控系統(tǒng)，采用15寸真彩觸摸屏為操作界面，零編程設 計，為使用與操作提供了方便，所有六個伺服軸均由上位數控系統(tǒng)按范成法滾銑控制，通過 編碼器和光柵尺實時檢測信號，并形成閉環(huán)式控制回路，并與直驅式零傳動模式相配合，整 體提高臥式滾齒機床的性能與加工精度。
[0047] 直驅式數控臥式滾齒機床為用戶提供了一個參數化的操作界面，用戶根據工件情 況輸入刀具參數、工件參數、工藝參數和進給次數，不需要任何編程指令。對操作人員的要 求低。
[0048] 所述的工件主軸C和刀具主軸B均選用空心伺服電機，均采用軸套裝與高精度位 置編碼器或光柵尺檢測位置信號，確保驅動與信號采集反饋的實時性和精確性。
[0049] 所述的竄刀軸Y采用減速機、T型絲桿設計；所述的刀角調節(jié)軸A采用減速機、渦 桿與渦輪設計。所述的工件主軸C、刀具主軸B、進刀軸X和走刀軸Z直驅式零傳動設計構 成了工件與刀具之間不存在任何機械傳動元件，真正意義上實現了零傳動，因此才能使位 置編碼器檢測信號實現實時傳送與反饋，才能實現控制系統(tǒng)的全閉環(huán)數據控制。
[0050] ※干切加工：由于零傳動使機床的運動平穩(wěn)性和自動移刀功能，使得直驅式臥式 滾齒機床成為最適合進行高速干切滾切齒輪加工的機床。純機械傳動或傳動鏈較長的臥式 滾齒機床不適合高速干切滾銑加工，是因為機械傳動鏈的傳動誤差造成滾切加工過程中的 振動，而這種振動對于高速干切、質地硬脆的刀具材料是致命的影響，振動造成刀刃的非正 常磨損，刀具很快就喪失了齒形精度。
[0051] ※硬齒面加工：直驅式數控臥式滾齒機床通過激光對刀裝置可對淬硬齒輪進行 二次對刀，可使用"Speedcore"和硬質合金滾刀對淬硬齒輪進行二次高速滾切加工，硬度可 達 HRC62。
[0052] ※刀具管理系統(tǒng)：均勻竄刀是提高刀具壽命、減少刃磨量和刃磨次數的重要手 段?？梢栽O置竄刀步距、竄刀起始位置和終止位置、竄刀次數。當竄刀次數達到預定值時， 機床停機，提示操作者檢查刀具或更換刀具。
[0053] 使用直驅式全數控臥式滾齒機，因采用可控制均勻竄刀，使?jié)L刀的切削刃的磨損 量接近一致，充分利用滾刀的每個切削刃，成倍提高刀具壽命。
[0054] ※防撞功能：機床刀具中心到工件中心的位置采用絕對坐標，可以防止程序錯誤 造成的滾刀與工件的撞車。
[0055] ※切削工藝存儲：在系統(tǒng)內建立數據庫，可存儲1000個工件的切削參數供以后調 用。
[0056] 通過上述技術方案，本實用新型技術方案的有益效果是：本新型在臥式滾齒機床 的關鍵軸B、C、X、Z軸均采用直驅結構（零傳動），從根本上消除了累積誤差與分度誤差環(huán) 節(jié)，使工件的加工精度提高；本新型優(yōu)化設計使機械結構大幅度簡化，從而實現滾齒高效率 加工；由于全直驅和優(yōu)化設計，使反饋元件直接檢測滾刀和工件主軸C實時信號，構成真正 意義上的全閉環(huán)數控系統(tǒng)，使本實用新型擁有理想的分度加工精度；由于采用了直驅零傳 動技術，使本實用新型的運行穩(wěn)定性大大提高，從而可以實施高速運行和干切加工；加工的 齒輪產品表面質量優(yōu)良；由于本新型采用了紅激光對刀技術，使得本實用新型能夠對工件 進行二次滾銑作業(yè)，進一步提高加工的精度與質量；本新型可以延長刀具的使用壽命；本 新型還可以對硬齒面材料進行加工；本新型提供的直驅式零傳動數控臥式滾齒機床，可以 用來高精度高效率加工直齒輪、斜齒輪、錐齒輪、鼓型齒輪、渦輪、鏈輪、同步帶輪、直花鍵 軸、小角度斜花鍵軸、錐度花鍵軸等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0057] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中技術方案，下面將對實施例或 現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是 本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下， 還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0058] 圖1為本實用新型實施例所公開的一種直驅式零傳動全數控臥式滾齒機傳動系 統(tǒng)示意圖；
[0059] 圖2為本實用新型實施例所公開的一種直驅式零傳動全數控臥式滾齒機結構圖 示意圖；
[0060] 圖3為本實用新型實施例所公開的一種直驅式零傳動全數控臥式滾齒機左視圖 示意圖；
[0061] 圖4為本實用新型實施例所公開的一種直驅式零傳動全數控臥式滾齒機俯視圖 示意圖。
[0062] 圖中數字和字母所表示的相應部件名稱：
[0063] 1.機床體2.工件主軸箱3.刀具主軸箱4.竄刀軸Y拖板機構5.進刀軸X進給 箱6.走刀軸Z拖板機構7.防護罩8.尾座箱9.刀角調節(jié)軸A 10.激光對刀器11.自動排 屑裝置12.觸屏控制器13.工件主軸C 14.空心伺服電機C 16.連軸結C 17.編碼器C18. · 工件放松油缸19.油缸體20.工件夾頭體21.工件夾頭B22.蝶形彈簧組23.精密鎖緊螺 母24.編碼器B 25.刀桿拉桿26.連軸結B 27.伺服電機B 28.刀具主軸箱體29.刀具主軸 B30.刀桿31.刀桿托架32.伺服電機Y 33.減速機Y34.連軸結Y 35.竄刀軸Y拖板36. T 型絲杠副37.絲母座38.進刀軸X進給箱體39.回轉軸40.拉桿Y 41.渦輪副42.蝶形彈 簧組43.精密鎖緊螺母44.油缸45.油缸體46.伺服電機X 47.連軸結X 48.滾珠絲杠副X 49.絲母座X50.拖板Z 51.絲母座Z 52.直線導軌副53.滾珠絲杠副Z54.連軸結Z 55.伺 服電機Z 56.減速機A 57.伺服電機A58.尾座頂尖59.尾座套筒60.尾座油缸61.尾座箱 體

【具體實施方式】
[0064] 下面結合本實用新型實施例中附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清 楚、完整地描述，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。 基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的 所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0065] 根據圖1、圖2、圖3和圖4,本實用新型提供了一種直驅式零傳動全數控臥式滾齒 機，包括滾齒機構成①、滾齒機組件②、位置與連接③、驅動系統(tǒng)④、傳動系統(tǒng)⑤、數控系統(tǒng) ⑥和配套裝置⑦，以及性能和功能特征⑧，其特征在于 ：
[0066] 所述滾齒機構成，包括機床體1、工件控制部、刀具部、位移控制部、防護罩7、尾座 箱8、自動排屑裝置11、冷卻裝置、液壓裝置和電氣柜。
[0067] 所述滾齒機組件，包括六個主軸，主軸箱，進給箱，拖板機構，連軸結，拖架托板和 油缸等。
[0068] 所述滾齒機的驅動系統(tǒng)，包括A、B、C、X、Y、Z軸的驅動方式和驅動伺服電機。
[0069] 所述滾齒的傳動系統(tǒng)，包括減速機，絲桿，絲杠，夾頭夾具等
[0070] 所述滾齒機的數控系統(tǒng)，包括觸屏控制器12,高精度編碼器，直線光柵尺，激光對 刀器10,電氣控制柜等。刀角調節(jié)軸A9、刀具主軸B29、工件主軸C13,進刀軸X、竄刀軸Y和 走刀軸Z均通過閉環(huán)式控制回路系統(tǒng)進行實時控制與調節(jié)。
[0071] 所述滾齒機配套裝置，包括自動排屑裝置11、冷卻裝置、液壓裝置等。
[0072] 所述滾齒機的性能和功能特征，包括高效率，高速度，高精度；二次滾齒加工和滾 齒機的穩(wěn)定性和重現性；全數控零編程操作；干切加工；硬齒面加工；刀具管理系統(tǒng)；防撞 功能；切削工藝存儲功能。
[0073] 所述滾齒機組件位置與連接設置，在所述機床體1上設有驅動工件旋轉的直驅式 工件主軸箱2 (其中的工件主軸C13設置為C軸），所述機床體上設置有驅動滾刀旋轉的直 驅式刀具主軸箱3 (其中的刀具主軸B29設置為B軸），所述機床體上設置有驅動刀具主軸 箱3按加工要求沿著X、Y、Z方向平移的滾刀平移裝置；所述機床體上設置有驅動刀具主軸 箱3按加工要求沿著ΥΖ平面內旋轉的刀角調節(jié)軸Α9 (所述的Α軸）。所述的X、Υ、Ζ在空 間內兩兩垂直，進刀軸X沿前后方向移動設置，竄刀軸Y沿上、下方向移動設置，走刀軸Z沿 左右方向移動設置。在機床體1前方還設置有激光對刀器10,便于工件重新裝夾后的二次 加工。
[0074] 機床體1支承工件主軸箱2和可移動尾座箱8的導軌采用雙燕尾導軌，使受力結 構優(yōu)于平導軌。機床體1支承滾刀平移及安裝角度調整裝置的導軌采用精密直線導軌副， 使其強度高、耐磨性好。
[0075] 滾刀平移裝置及刀角調節(jié)軸A9包括可沿走刀軸Z方向平移的走刀軸Z拖板機構 6、可沿進刀軸X方向平移的進刀軸X進給箱5、可沿竄刀軸Y平移的竄刀軸Y拖板機構4。 以及驅動刀具主軸箱3在YZ平面內轉動的刀角調節(jié)軸A9。走刀軸Z拖板機構6通過精密 直線導軌副設置在機床體1上，所述的進刀軸X進給箱5通過滑動導軌副設置在走刀軸Z 拖板機構6上，所述竄刀軸Y拖板機構4設置在所述進刀軸X進給箱5前端，所述刀角調節(jié) 軸A9通過渦輪副41設置在進刀軸X進給箱5左上部。
[0076] 直驅式工件主軸箱2設置在機床體1的左端，工件主軸C13設置為C軸（旋轉軸）， 由力矩型空心伺服電機C14通過連軸結C16直接同軸驅動。工件主軸C13為空心軸，其右 端設有伸縮夾緊式工件夾頭組件。直驅式工件主軸箱2左端設置有工件放松油缸體19,工 件放松油缸體19內設置有工件放松油缸18。
[0077] 伸縮夾緊式工件夾頭組件由夾頭體20、伸縮夾緊式工件夾頭21、蝶形彈簧組22、 精密鎖緊螺母23組成。根據工件不同尺寸可更換伸縮夾緊式工件夾頭21。伸縮夾緊式工 件夾頭21右端的工作部位設置有錐度，周邊設置有等分槽。所述夾頭體20頭部設置有與 伸縮夾緊式工件夾頭21配合的錐度。
[0078] 通過預先調節(jié)精密鎖緊螺母23壓縮蝶形彈簧組22來調整伸縮夾緊式工件夾頭21 的夾持力。蝶形彈簧組22作用于伸縮夾緊式工件夾頭21上，將工件夾緊。需放松工件時， 工件放松油缸18壓縮蝶形彈簧組22,將伸縮夾緊式工件夾頭21頂出，釋放工件。
[0079] 在伸縮夾緊式工件夾頭21內，設置有工件定位頂尖。
[0080] 直驅式工件主軸C13的轉速由上位控制系統(tǒng)依據直驅式刀具主軸B29的轉速根據 展成法加工原理自動跟隨。工件主軸C13的實際圓周位置由同軸安裝的高精度編碼器C17 確定。
[0081] 直驅式刀具主軸箱3包括刀具主軸箱體28、刀具主軸B29、刀桿30、空心伺服電機 B27、連軸結B26、刀桿拉桿25、高精度編碼器B24和刀桿托架31。刀具主軸B29設置為B軸 (旋轉軸），由空心伺服電機B27通過連軸結B26直接驅動。刀具主軸B29的實際圓周位置 由同軸高精度編碼器B24確定。刀桿30通過刀桿拉桿25拉緊，在刀桿30上可安裝相同孔 徑的不同規(guī)格的滾刀，安裝孔徑不相同的滾刀時需更換對應的刀桿，在刀桿尾端設有刀桿 托架31。
[0082] 所述機床體1的右端設有可移動尾座箱8,尾座箱8通過雙燕尾滑動面可在機床體 1上移動。尾座箱8上設有尾座頂尖58,尾座頂尖58與直驅式工件主軸C13同軸相對設置， 通過尾座套筒59由油缸組件60驅動可沿其軸向伸縮移動，頂緊或松開待加工工件的回轉 中心。在尾座箱體61左端與尾座套筒59之間，設置有4個剎緊油缸，消除尾座套筒59與 尾座箱體61之間的間隙。
[0083] 所述走刀軸Z拖板機構6包括走刀軸Z拖板座Z50、走刀軸Z伺服電機Z55、走刀 軸Z滾珠絲杠副Z53。走刀軸Z伺服電機Z55通過連軸結Z54直接驅動走刀軸Z滾珠絲杠 副Z53,通過滾珠絲杠副Z53上的絲母連接座Z51驅動刀具縱向走刀。走刀軸Z拖板機構6 通過精密直線導軌副52設置與機床體1上。
[0084] 所述進刀軸X進給機構通過貼塑雙燕尾導軌設置在走刀軸Z拖板機構6上。包括 進刀軸X進給箱體38、進刀軸X伺服電機X46、進刀軸X滾珠絲杠副48。所述進刀軸X伺服 電機X46通過連軸結X47直接驅動進刀軸X滾珠絲杠副48,進刀軸X絲母連接座X49固定 在進刀軸X進給箱體38上。所述進刀軸X伺服電機X46、進刀軸X滾珠絲杠副48、連軸結 X47設置于走刀軸Z拖板機構6的拖板Z50上；通過滾珠絲杠副48的旋轉驅動進刀軸X進 給箱5前后移動以實現刀具徑向進刀。
[0085] 所述竄刀軸Y拖板機構4包括竄刀軸Y拖板35、竄刀軸Y伺服電機Y32、減速機 Y33、連軸結Y34、T型絲杠副36、絲母座37。竄刀軸Y伺服電機Y32連接減速機Y33,再連 接連軸結Y34,然后驅動T型絲杠副36,通過固定在刀具主軸箱體28上的絲母座37驅動直 驅式刀具主軸箱3沿Y方向移動，實現刀具竄刀功能。
[0086] 所述竄刀軸Y拖板機構4固定在回轉軸39上。竄刀軸Y拖板機構4通過拉桿Y40、 回轉軸39,設置于進刀軸X進給箱5上。由蝶形彈簧組42、精密鎖緊螺母43,鎖緊力作用于 拉桿Y40,將竄刀軸Y拖板機構4通過回轉軸39鎖緊在進給箱體38上。在進給箱體38后 端設置有油缸44,油缸體45。當刀具角度需要回轉時，油缸44先壓緊蝶形彈簧組42,減小 回轉軸39與進給箱體38之間的鎖緊力，然后刀具可調整角度。當刀具角度調整完成后， 油缸44退回，蝶形彈簧組42作用于精密鎖緊螺母43,鎖緊力作用于拉桿Y40,將回轉軸39 與進給箱體38之間重新鎖緊。
[0087] 所述刀角調節(jié)軸A9由A軸伺服電機A57、減速機A56、渦輪副41組成。A軸伺服電 A57通過減速機A56驅動渦輪副41，帶動固定于回轉軸39上的竄刀軸Y拖板機構4旋轉， 實現刀具角度調整。渦輪副41中的渦輪固定于回轉軸39上。
[0088] 本實用新型中，在機床體1如方設直有激光對刀器10。在工件弟一次加工完成后， 不拆卸工件，操縱者在觸屏控制器12上啟動對刀功能，激光對刀功能啟動，工件主軸C按設 定的速度啟動，上位控制系統(tǒng)自動計算工件槽的中心、工件槽的寬度，并存儲對應數據，完 成后工件主軸C停止旋轉。然后可將工件拆卸。同型號的工件需重新裝夾二次加工時，安 裝好工件，操縱者在觸屏控制器12上啟動對刀功能，激光對刀功能啟動，工件主軸C按該型 號工件的數據自動旋轉到正確的工件槽中心的定位位置，然后就可以再次切削。
[0089] 本實用新型中，在機床體1中部設置有自動排屑裝置11，加工時由自動排屑裝置 11將切屑自動排出。在機床體1上還設有整體防護罩7,防護罩7將直驅式工件主軸箱2、 刀具主軸箱3以及滾刀移動及滾刀角度調整裝置封裝。防護罩7正面設有可左右移動的活 動門。
[0090] 通過上述具體實施例，本實用新型的有益效果是：本新型在臥式滾齒機的關鍵軸 B、C、X、Z軸均采用直驅結構（零傳動），從根本上消除了累積誤差與分度誤差環(huán)節(jié)，使工件 的加工精度提高；本新型優(yōu)化設計使機械結構大幅度簡化，從而實現齒輪高效率加工；由 于全直驅和優(yōu)化設計，使反饋元件直接檢測滾刀和工件主軸C實時信號，構成真正意義上 的全閉環(huán)數控系統(tǒng)，使本新型擁有理想的分度加工精度；由于采用了直驅零傳動技術，使本 實用新型的運行穩(wěn)定性大大提高，從而可以實施高速運行和干切加工；加工的齒輪產品表 面質量優(yōu)良；由于本新型采用了激光對刀技術，使得本實用新型能夠對工件進行二次滾齒 作業(yè)，進一步提高加工的精度與質量；本新型可以延長刀具的使用壽命；本新型還可以對 硬齒面材料進行加工；本新型提供的直驅式零傳動數控臥式滾齒機床，可以用來高精度高 效率加工直齒輪、斜齒輪、錐齒輪、鼓型齒輪、渦輪、鏈輪、同步帶輪、直花鍵軸、小角度斜花 鍵軸、錐度花鍵軸等。
[0091] 對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現或使用本實用新 型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定 義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因 此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理 和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權利要求】
1. 一種直驅零傳動全數控臥式滾齒機，其特征在于，包括滾齒機構成、滾齒機組件、驅 動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、數控系統(tǒng)和配套裝置；所述滾齒機構成，包括機床體、工件控制部、刀具 部、位移控制部、防護罩、尾座箱、排屑裝置、冷卻裝置、液壓裝置和電氣柜；所述機床體上方 設置有防護罩；所述機床體中間設置有自動排屑裝置；在所述的機床體之外，配套設置有 所述的冷卻裝置、液壓裝置和電氣柜；在機床體前方設置有激光對刀裝置；直驅式工件主 軸箱設置在機床體的左端，機床體的右端設有可移動尾座箱，尾座箱通過滑動面可在機床 體上移動，所述傳動系統(tǒng)由6個伺服軸：刀角調節(jié)軸A、刀具主軸B、工件主軸C、進刀軸X、竄 刀軸Y和走刀軸Z構成；在機床體上設有驅動工件旋轉的直驅式工件主軸箱，所述工件主軸 箱中設置有工件主軸C ;所述機床體上設置有驅動滾刀旋轉的直驅式刀具主軸箱，所述的 刀具主軸箱設置有刀具主軸B ;所述機床體上設置有沿著X、Y、Z方向平移的平移裝置、驅動 刀具主軸箱沿著ΥΖ平面內旋轉的刀角調節(jié)裝置；所述的Χ、Υ、Ζ在空間內兩兩垂直，進刀軸 X沿前后方向設置，竄刀軸Υ沿上、下方向設置，走刀軸Ζ沿左右方向設置。
2. 根據權利要求1所述的一種直驅零傳動全數控臥式滾齒機，其特征在于，所述的刀 具主軸Β、工件主軸C、進刀軸X和走刀軸Ζ均采用直驅式零傳動設計；所述刀具主軸Β采用 空心伺服電機驅動，所述空心伺服電機直接套裝在刀具主軸Β上，主軸尾部同軸安裝一個 位置編碼器反饋主軸位置；所述工件主軸C采用空心伺服電機驅動，所述伺服電機直接套 裝在工件主軸C上，主軸尾部同軸安裝一個位置編碼器反饋主軸位置。
3. 根據權利要求1或2所述的一種直驅零傳動全數控臥式滾齒機，其特征在于，所述的 進刀軸X方向設置有光柵尺檢測進刀軸X進給箱實際位置；所述的走刀軸Ζ方向設置有光 柵尺檢測走刀軸Ζ拖板座的實際位置。
4. 根據權利要求1所述的一種直驅零傳動全數控臥式滾齒機床，其特征在于，所述刀 角調節(jié)軸Α設置有高精度位置編碼器，用于控制刀具角度調整位置信息，所述竄刀軸Υ設置 有上下位置控制光柵尺，精確控制上下刀具位移距離。
5. 根據權利要求1所述的一種直驅零傳動全數控臥式滾齒機，其特征在于，所述的機 床體前方設置有激光對刀裝置，實現工件的二次加工和相同工件的重復加工。
6. 根據權利要求1所述的一種直驅零傳動全數控臥式滾齒機，其特征在于，所述的數 控系統(tǒng)通過直線編碼器或光柵尺實時檢測信號，并形成全閉環(huán)式控制回路。
7. 根據權利要求1所述的一種直驅零傳動全數控臥式滾齒機，其特征在于，所述的數 控系統(tǒng)為零編程操作，具有參數化的操作界面，可根據工件情況輸入刀具參數、工件參數、 工藝參數和進給次數，不需要任何編程指令。
【文檔編號】B23Q5/34GK203830851SQ201420108732
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權日:2014年3月11日
【發(fā)明者】謝云生 申請人:張家港乙騰機械有限公司