一种多轴自由型数控螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床，其床
身上安装有一个沿Y方向的水平直线导轨作直线运动的立柱1，和另
一个沿与Y方向垂直的水平方向的直线导轨作直线运动的立柱2。立
柱1用于支撑枢轴113。枢轴113的轴线B配置在水平面内。安装工
具主轴的工具主轴箱10固定连接在枢轴上。工具主轴箱10可绕和工
具主轴轴线C垂直相交的水平枢轴轴线B旋转。立柱2用于支撑齿
轮主轴箱20，安装齿轮的齿轮主轴在齿轮主轴箱20内绕轴线A旋转。
齿轮主轴箱20可在立柱2上作铅垂方向的直线升降。本发明专利技术可有效
降低整个机床系统的重心，提高代表系统抗振性能的自振频率；使机
床的数控和机械系统易于在高精度的状态下稳定地完成加工齿轮的
运行过程。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于制造齿轮的机器中的螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮铣齿和磨齿机床这一领域。
技术介绍
近代研究开发的具有六个空间自由度的自由型数控螺旋锥齿轮 和准双曲面齿轮加工机床，虽然能实施提高加工效率的干切削法加工 齿轮，加工质量也有所提高。但是生产实践表明，这些机床仍然很难 达到预定的齿面质量和干切削法应有的高生产效率指标。它们的问题 又集中地表现在(1)切削工具达不到预期的重磨寿命；(2)现有专 利提供的机床在实际应用中难于达到预定的生产效率；(3)被加工齿 面上时而随机地出现波纹或折射波纹；(4)动刚度不足的机械系统， 其数控系统很难获得稳定的控制精度。自然这些问题的最佳解决尚有 待于刀具或砂轮的改进和机床主轴动态精度的提高。但是，从机床结 构设计的角度来处理这些问题，则提高整台机床结构系统的动刚度以 及顺畅地排除在采用"干切削法"时高速切下的高温切屑，依然是这 类机床当前面临的关键课题。事实上，所有加工锥齿轮和准双曲面齿轮的过程，都是由工具(砂 轮或刀具)运动扮演的产形齿轮与被加工齿轮的共轭啮合运动过程。 它们最终都可归结为工具切削(或磨削)被加工齿轮时两者之间的一 个直线位移矢量和一个旋转运动矢量所表达的复合相对运动。将这两 个中的线位移矢量分解在设定的三个独立的座标轴X, Y, Z上就可得到 实现所述的共轭啮合运动过程所必需的三个直线位移自由度上的运 动。再如图l，图2，图5，图6所示，将齿轮主轴轴线A上的旋转 矢量《和工具主轴轴线C上的旋转矢量c作为三个旋转自由度中的 两个旋转自由度上的矢量。再将同时垂直于工具主轴轴线和齿轮主轴 轴线的方向上的旋转矢量b (矢性积6 = e x ")设定为A或C轴线 中任一轴线绕之旋转的枢轴轴线B为第三个旋转自由度，就可获得在 三维空间中描述产形齿轮与被加工齿轮的共轭啮合过程的六个自由 度上所需的相对运动。根据本专利的专利技术人在1981年揭示并发表在当年中国的"机械工程学报"第二期和中国机械工业出版社于1988年4月出版的"弧 齿锥齿轮和准双曲面齿轮"一书中详细描述的"齿面接触分析"的矢 量代数计算原理和方法，很容易利用具有摇台结构的传统旧式螺旋锥 齿轮和准双曲面齿轮加工机床的基本理论调整参数，以其中的理论摇 台转角为自变量，计算出在任一指定的时刻沿X， Y， Z三个座标方向 的线位移和绕A， C轴旋转的角位移。有了由机床的基本理论调整参 数和任一指定时刻的摇台角所确定的旋转矢量"和旋转矢量c，利用 同样的矢量代数公式就可计算出工具轴线和工件轴线之间在对应的 指定时刻的夹角及它们两者之间绕枢轴b的轴线B的相对角位移。在 信息化数控技术日益高度完善的今天，用简单的结构来实现这类机床 在六个自由度方向的大功率，大扭矩不等速运动，原则上已没有数控 技术上的困难。在己公布的国际专利号为WO 0^)66193;美国专利号为US 200，25597A1， US 4981402， US5961260， US6712566B2， US 7198441B1;中国专利号为CN1457279A， CN1958226A等专利文献中 所描述的这类机床上，所述的六个自由度上的相对运动方向的布局， 都是参照传统的具有摇台结构的旧式机床的布局，将枢轴轴线B上的 旋转矢量b的方向设定为直角座标系中的铅垂座标轴方向。图1图2所示，为上述已公布的枢轴轴线B上的旋转矢量6设在 铅垂方向的专利中一类机床的调整位置示意正视图和顶视图。它们由 工具主轴按需要作垂直升降位移。但齿轮轴线本身始终保持符合人体 工程学要求的固定高度不变并绕垂直的枢轴力转动或摆动。为了能在 这类机床上加工左旋和右旋齿轮，工具主轴必须能够上升到高出符合 人体工程学要求的高度以上，再升高一段高度H和加工准双曲面齿轮 时的垂直位移。图5，图6所示，为己公布的枢轴轴线B上的旋转矢量6设在铅 垂方向的专利中另一类机床的调整位置示意正视图和顶视图。它们是 由齿轮主轴按需要作垂直升降位移，但工具主轴本身始终保持符合人 体工程学要求的固定高度不变并绕垂直的枢轴々转动或摆动。为了能 在这类机床上加工左旋和右旋齿轮，齿轮主轴也必须能够上升到高出 符合人体工程学要求的高度以上，再升高一段高度H和加工准双曲面 齿轮时的垂直位移。上述已公布的将枢轴轴线B上的旋转矢量d设在铅垂方向的专利 中的机床，沿铅垂座标轴方向的位移行程要比其它两个水平的座标轴 方向大。增加沿铅垂的座标轴方向的位移行程，必然需要增加机床的 高度，升高机床结构系统的重心，降低代表机床在高速重载下的抗振 能力的自振频率，难于实现机床数控系统在高精度的状态下稳定的运行。此外，在这类机床上，安装工具的工具主轴箱l和安装齿轮的齿 轮主轴箱2都是机床上沉重的运动部件，它们在承受加工负荷时还要 承受部件本身沉重的上升负荷，自然是三个直线位移方向中负荷最沉 重的部件。此外，上述己公布的专利在结构设计上一般都没有考虑在经济不 发达地区，能以最佳的性能价格比采用当今国内外最先进的任一种螺 旋锥齿轮加工技术的需求。
技术实现思路
本专利技术专利将代表枢轴轴线B上的旋转矢量6 (矢性积 6 - c x )的方向，从上述己公布的诸专利设定的铅垂方向，改变 为图3，图4，图7，图8，图11，图12所示的机床调整位置示意 中的一个水平座标轴Y的方向。同时将工具主轴设定为绕与工具主轴 轴线C垂直相交的水平的枢轴轴线B转动和摆动，再取齿轮主轴轴线 的方向为座标系中的X轴或Z轴方向，则按右旋定则三度空间中与之 对应的Z轴或X轴方向也就唯一地确定了 。图3，图4，图7，图8所示，是本专利技术专利设置的枢轴轴线上 的旋转矢量6在水平面内的机床调整位置示意左视图和主视图。这种 机床在加工左旋和右旋齿轮时，工具主轴是绕与其轴线垂直相交的水 平枢轴轴线上的6的旋转矢量转动或摆动，并沿同一方向作直线位 移；加工大节锥角的齿轮时水平配置的齿轮轴线的升降行程，只能在 符合人体工程学要求的高度以下。而且，齿轮的节锥角愈小可能上升 的高度愈低。图9，图10是复制的图1，图2。图11，图12仍是本专利技术专利 将枢轴轴线上的旋转矢量6设置在水平面内的机床调整位置示意图。 但是，为了便于被加工齿轮的自动化装卸，同时将代表齿轮主轴轴线 方向的旋转矢量"设置在铅垂方向。由这样设置的机床调整位置左视 图11和正视图12可见，即使是加工小节锥角的齿轮，刀盘中心的高 度也只能在符合人体工程学要求的高度以下，而且，齿轮的节锥角愈 大可能上升的高度愈低。本专利技术专利将安装工具主轴的立柱1和安装齿轮主轴的立柱2两 个部件设置在未被从中切割过的同一个完整的床身上作相对运动；令 工具主轴轴线与枢轴轴线垂直相交，使工具主轴可能承受的轴向力， 直接作用在粗壮的枢轴上等，也是本专利技术专利提高机床系统的动刚度 的重要手段。本专利技术专利将安装齿轮主轴箱的立柱2设定为在水平枢轴轴线 上的旋转矢量6和Y轴方向固定不动的部件，再将排屑槽设置在床身 一侧的齿轮主轴箱下方，则不仅能保有一个动刚度完好的完整床身， 同时也容易实现在采用"千切削法"时顺畅的排除大量高温切屑的功以上所述的六个自由度只是三度空间中的自由度。本专利技术专利再 用时间作为一个自由度来考察自由型数控螺旋锥齿轮加工机床的工 作过本文档来自技高网...
【技术保护点】
多轴自由型螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮加工机床，其特征是：安装工具的工具主轴在工具主轴箱（１０）内绕自身轴线（Ｃ）旋转的同时可绕水平配置的并与工具主轴轴线垂直相交的枢轴（１１３）轴线（Ｂ）转动或摆动；枢轴安装在立柱（１）上；工具主轴箱（１０）按轴线互相垂直的关系和枢轴（１１３）固定连结并由立柱（１）带动沿床身（Ｓ）上与水平配置的枢轴轴线（Ｂ）平行的一组直线导轨作（Ｙ）方向的直线运动；安装被加工锥齿轮的齿轮主轴在齿轮主轴箱（２０）内绕自身轴线（Ａ）旋转；齿轮主轴箱（２０）依托立柱（２）上供垂直位移用的导轨安装在立柱（２）上；立柱（２）沿床身（Ｓ）上与枢轴轴线（Ｂ）垂直的另一组水平方向的导轨作直线运动；所述的两个与枢轴轴线垂直的直线运动方向中，有一个是齿轮主轴的轴线（Ａ）的方向也就是机床部件直线位移座标系中的（×）方向；机床部件直线位移座标系中的（Ｚ）方向由已确定的（Ｘ），（Ｙ）方向按右旋定则确定。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑昌启，
申请(专利权)人：湖南创远盖尔数控机床有限公司，
类型：发明
国别省市：43
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