[發(fā)明專利]多軸多結(jié)構(gòu)選擇的自由型數(shù)控錐齒輪加工機(jī)床

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910042555.1
• 申請日: 2009-01-20
• 公開（公告）號: CN101513683A
• 公開（公告）日: 2009-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭昌啟
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南創(chuàng)遠(yuǎn)蓋爾數(shù)控機(jī)床有限公司
• 主分類號: B23F5/02
• 分類號: B23F5/02;B23F5/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于制造齒輪的機(jī)器中的螺旋錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪銑齒和磨齒機(jī)床這一領(lǐng)域。

發(fā)明背景

近代研究開發(fā)的具有六個(gè)空間自由度的自由型數(shù)控螺旋錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪加工機(jī)床，雖然能實(shí)施提高加工效率的干切削法加工齒輪，加工質(zhì)量也有所提高。但是生產(chǎn)實(shí)踐表明，這些機(jī)床仍然很難達(dá)到預(yù)定的齒面質(zhì)量和干切削法應(yīng)有的高生產(chǎn)效率指標(biāo)。它們的問題又集中地表現(xiàn)在(1)切削工具達(dá)不到預(yù)期的重磨壽命；(2)現(xiàn)有專利提供的機(jī)床在實(shí)際應(yīng)用中難于達(dá)到預(yù)定的生產(chǎn)效率；(3)被加工齒面上時(shí)而隨機(jī)地出現(xiàn)波紋或折射波紋；(4)動(dòng)剛度不足的機(jī)械系統(tǒng)，其數(shù)控系統(tǒng)很難獲得穩(wěn)定的控制精度。自然這些問題的最佳解決尚有待于刀具或砂輪的改進(jìn)和機(jī)床主軸動(dòng)態(tài)精度的提高。但是，從機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來處理這些問題，則提高整臺機(jī)床結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)剛度以及順暢地排除在采用“干切削法”時(shí)高速切下的高溫切屑，依然是這類機(jī)床當(dāng)前面臨的關(guān)鍵課題。

事實(shí)上，所有加工錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪的過程，都是由工具(砂輪或刀具)運(yùn)動(dòng)扮演的產(chǎn)形齒輪與被加工齒輪的共軛嚙合運(yùn)動(dòng)過程。它們最終都可歸結(jié)為工具切削(或磨削)被加工齒輪時(shí)兩者之間的一個(gè)直線位移矢量和一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)矢量所表達(dá)的復(fù)合相對運(yùn)動(dòng)。將這兩個(gè)中的線位移矢量分解在設(shè)定的三個(gè)獨(dú)立的座標(biāo)軸X，Y，Z上就可得到實(shí)現(xiàn)所述的共軛嚙合運(yùn)動(dòng)過程所必需的三個(gè)直線位移自由度上的運(yùn)動(dòng)。再如圖1，圖2，圖5，圖6所示，將齒輪主軸軸線A上的旋轉(zhuǎn)矢量a和工具主軸軸線C上的旋轉(zhuǎn)矢量c作為三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度中的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度上的矢量。再將同時(shí)垂直于工具主軸軸線和齒輪主軸軸線的方向上的旋轉(zhuǎn)矢量b(矢性積b＝c×a)設(shè)定為A或C軸線中任一軸線繞之旋轉(zhuǎn)的樞軸軸線B為第三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，就可獲得在三維空間中描述產(chǎn)形齒輪與被加工齒輪的共軛嚙合過程的六個(gè)自由度上所需的相對運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)本專利的發(fā)明人在1981年揭示并發(fā)表在當(dāng)年中國的“機(jī)械工程學(xué)報(bào)”第二期和中國機(jī)械工業(yè)出版社于1988年4月出版的“弧齒錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪”一書中詳細(xì)描述的“齒面接觸分析”的矢量代數(shù)計(jì)算原理和方法，很容易利用具有搖臺結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)舊式螺旋錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪加工機(jī)床的基本理論調(diào)整參數(shù)，以其中的理論搖臺轉(zhuǎn)角為自變量，計(jì)算出在任一指定的時(shí)刻沿X，Y，Z三個(gè)座標(biāo)方向的線位移和繞A，C軸旋轉(zhuǎn)的角位移。有了由機(jī)床的基本理論調(diào)整參數(shù)和任一指定時(shí)刻的搖臺角所確定的旋轉(zhuǎn)矢量a和旋轉(zhuǎn)矢量c，利用同樣的矢量代數(shù)公式就可計(jì)算出工具軸線和工件軸線之間在對應(yīng)的指定時(shí)刻的夾角及它們兩者之間繞樞軸b的軸線B的相對角位移。在信息化數(shù)控技術(shù)日益高度完善的今天，用簡單的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)這類機(jī)床在六個(gè)自由度方向的大功率，大扭矩不等速運(yùn)動(dòng)，原則上已沒有數(shù)控技術(shù)上的困難。

在已公布的國際專利號為WO?02/066193；美國專利號為US2005/0025597A1，US?4981402，US5961260，US6712566B2，US7198441B1；中國專利號為CN1457279A，CN1958226A等專利文獻(xiàn)中所描述的這類機(jī)床上，所述的六個(gè)自由度上的相對運(yùn)動(dòng)方向的布局，都是參照傳統(tǒng)的具有搖臺結(jié)構(gòu)的舊式機(jī)床的布局，將樞軸軸線B上的旋轉(zhuǎn)矢量b的方向設(shè)定為直角座標(biāo)系中的鉛垂座標(biāo)軸方向。

圖1圖2所示，為上述已公布的樞軸軸線B上的旋轉(zhuǎn)矢量b設(shè)在鉛垂方向的專利中一類機(jī)床的調(diào)整位置示意正視圖和頂視圖。它們由工具主軸按需要作垂直升降位移。但齒輪軸線本身始終保持符合人體工程學(xué)要求的固定高度不變并繞垂直的樞軸b轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)。為了能在這類機(jī)床上加工左旋和右旋齒輪，工具主軸必須能夠上升到高出符合人體工程學(xué)要求的高度以上，再升高一段高度H和加工準(zhǔn)雙曲面齒輪時(shí)的垂直位移。

圖5，圖6所示，為已公布的樞軸軸線B上的旋轉(zhuǎn)矢量b設(shè)在鉛垂方向的專利中另一類機(jī)床的調(diào)整位置示意正視圖和頂視圖。它們是由齒輪主軸按需要作垂直升降位移，但工具主軸本身始終保持符合人體工程學(xué)要求的固定高度不變并繞垂直的樞軸b轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)。為了能在這類機(jī)床上加工左旋和右旋齒輪，齒輪主軸也必須能夠上升到高出符合人體工程學(xué)要求的高度以上，再升高一段高度H和加工準(zhǔn)雙曲面齒輪時(shí)的垂直位移。