一种利用鼓形蜗杆工具加工内齿轮齿廓的方法和装置

摘要

一种利用鼓形蜗杆工具加工内齿轮齿廓的装置，该装置由机床立柱（1）、机床底座（0）组成机床床身，机床床身连接有垂直进给运动单元（2），蜗杆工具驱动动力头（3），工件旋转运动单元（4），工件水平进给运动单元（5），蜗杆工具开合单元（6）和动力头摆动运动单元（7）；一种利用鼓形蜗杆工具加工内齿轮齿廓的方法，该方法有四大步骤。本发明将鼓形蜗杆工具分成两部分并在加工前后适时开合，可以利用大直径工具加工小直径内齿轮表面并实现内齿轮的连续加工，大大提高加工效率；增加鼓形蜗杆工具的回转半径可以减小蜗杆旋转误差对加工精度的影响，因此该方法也可以用于精密内齿轮的加工。

主权项

一种利用鼓形蜗杆工具加工内齿轮齿廓的方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：设计一种扁平形或长度很短的鼓形蜗杆工具；该蜗杆砂轮被做作成单头或多头蜗杆，且蜗杆位于一个环面上，环面的母圆半径为假想齿轮（C1）、（C2）的节圆半径R0；（C2）上的轮齿的横截面图形是（C1）上的横截形旋转半个齿距角或与蜗杆头数相同的多个半齿距角后的形状，其中间形状是该假想齿轮截形在围绕工具轴线旋转的过程中同时按照上述规律连续自转后所做的环面螺旋运动形成，而假想齿轮自身的正截形根据包络原理求得；步骤二：设计一种驱动鼓形蜗杆工具连续地按照给定速度和位移运动的蜗杆工具驱动动力头；目前的机床多直接制造成多轴联动机床，采用鼓形蜗杆工具加工内齿轮，首先要解决的是鼓形蜗杆工具的传动和支撑问题；当加工大直径内齿轮时，蜗杆被制作成扁平结构并且置于被加工齿轮的内部，蜗杆的运动采用常规的角度铣削或钻削动力头支撑并通过精密齿轮链进行传动；此时鼓形蜗杆工具通过其内孔和端面和两组轴承简支于分立于其两端面的支架上，鼓形蜗杆工具的一端并联有一个外齿轮，该外齿轮通过一串轴线平行的直径很小的依次啮合的齿轮组与支架上端足够远处的伺服电机上输出轴上的齿轮啮合，从而实现伺服电机对鼓形蜗杆工具的直接驱动；鼓形蜗杆工具上部（306）通过左、右轴承（319）、（320）支撑于由件（305）、（307）、（315）、（317）组成的动力头上部壳体中，鼓形蜗杆工具下部（303）通过左、右轴承（319）、（320）的下部滚动体支撑于由件（301）、（302）、（325）、（326）组成的动力头下部壳体中,上下两部分通过一对定位销（311）来确定其连接状态的相对位置关系，动力头上下部分各自壳体通过壳体连接螺钉（328）中连接在一起，左、右导向板（324）、（328）通过滑板螺钉（323）连接于蜗杆工具开合单元（6）的工作台面上，用于控制动力头下部开合时能具有确定的运动位置和轨迹；蜗杆工具伺服电机（314）通过齿形带传动系统（313）、（334）、（333）、（332）、（331）和齿轮传动系统（330）、（329）、（321）、（322）驱动鼓形蜗杆工具的内齿轮使其做连续的位置速度可控的旋转运动；步骤三：设计一种驱动被加工内齿轮做位置和速度可控运动的工件旋转运动单元（4）；其壳体底座（401）和壳体盖板（402）形成的密闭空间内安装有一对主动齿轮（406）和工件托盘齿轮（408），其中主动齿轮（406）安装于伺服电机（407）的端部，工件托盘齿轮（408）支撑于轴承（403）之上，工件托盘齿轮（408）的内部正好与被加工齿轮的外直径相同或与用 于将工件齿轮安装在工件托盘齿轮（408）内的夹具的外径相同，被加工工件齿轮（404）用工件压板组（405）固定在工件托盘齿轮（408）之上并确保该位置的稳定性；步骤四：设计一种具有5个自由度的内齿轮加工机床，它包含一个垂直进给运动单元（2）、蜗杆工具驱动动力头（3）、工件旋转运动单元（4）、工件水平进给运动单元（5）、蜗杆工具开合单元（6）、动力头摆动运动单元（7）和一个用于支撑和连接以上各部分的机床底座（0）与机床立柱（1）；其中蜗杆工具驱动动力头（3）用于驱动蜗杆按照给定运动规律做旋转运动，工件旋转运动单元（4）用于驱动工件齿轮按照给定运动规律做旋转运动，动力头摆动运动单元（7）用于控制工具和工件之间的夹角G，垂直进给运动单元（2）用于在加工直齿内齿轮时使蜗杆工具一边旋转一边做轴线方向的进给运动一边加工出齿宽方向的全部齿形，工件水平进给运动单元（5）用实现径向进给以控制齿轮高度方向的加工精度；上述5个运动通过程序控制进行适当调整，因此该方法用于加工直齿内齿轮、斜齿内齿轮、齿形修形加工；其要点在于动力头开合单元（6）用于控制蜗杆工具驱动动力头（3）的上下两部分适时开合，即在安装和拆卸工件时蜗杆工具保持分开状态，在加工齿轮时蜗杆工具可以保持闭合状态。