一种全自动螺旋锥齿轮铣齿机的制作方法

  [0001 ]本发明涉及一种螺旋锥齿轮数控铣齿设备，它包含有机床和机械手+料库两部分。

  [0002]在数控铣齿机出现以前，螺旋锥齿轮铣齿机是齿轮机床中最复杂的机床。但1989年以来，铣齿机出现了三次转变发展方式与经济转型。1989年，美国Gleason公司研发出了第一代数控铣齿机(图1)，它把复杂的机械运动变为由三个直线轴和三个转动轴的free form机床，在计算机的控制下通过六轴五联动不但可以加工各种圆弧收缩齿螺旋锥齿轮，还可通过电子齿轮箱进行连续分度的基础上加工各种摆线年，德国Oerlikon公司研发出能干切的数控铣齿机(图2)，它利用所罗门原理，把切削速度从湿切时代的50?80m/min提高到250?300m/min，就可以对螺旋锥齿轮进行干切而不需任何冷却液。干切不但可以把生产效率提高6~8倍，而且把齿面粗糙度提高到1.6μ以上，齿轮加工精度提高2级以上，没有冷却液污染，十分环保。显然，干切代表了螺旋锥齿轮加工工艺的发展趋势。这一成果迫使美国Gleason公司于2002年研发出第二代数控铣齿机(图3)并停止了第一代数控铣齿机的生产。因为干切时切削热都被切肩带走，炙热的切肩落在床身上会影响机床的精度，因此第二代数控铣齿机的床身采取了 L型(图2)和单立柱(图3)的形式。

  [0003]齿轮干切之后，加工效率大幅度的提升，靠人工上下料就变得很困难。特别是小模数螺旋锥齿轮的加工，切削时间仅30秒钟左右，靠人工装卸几乎不可能。还有重型汽车齿轮，大轮直径在500mm左右，每个齿轮重量都在50kg以上，6-7分钟加工一个零件，靠人工上下料劳动强度太大。这样，自动上下料的需求就很自然地摆在了人们面前。但第二代数控铣齿机都是卧式结构，要自动上下料就只可以使用机器人，成本太高。理想的方式是在数控铣齿机上附加机械手来自动上下料，要实现这一要求最好采用立式机床的结构，这样在刀盘轴上附加机械手就能够直接进行自动上下料。2006年，具有这一性能的第三代数控铣齿机Oerlikon C50就应运而生(图4a，4b )。该机床的难点在于A轴与X轴滑台连成一个整体，X轴在B轴箱体内可以前后移动，B轴箱体在床身所开圆孔内回转。

  [0004]中国专利CN202151732U(图5a，5b)为绕开上述困难，在床身上挖了一个“窑洞”，下面铺了两根X轴导轨，把A轴和B轴作成一个整体滑台，在X轴导轨上前后移动。A轴和B轴整体滑台与床身是分离的，其刚性不如Oerlikon C50的结构。

  [0005]中国发明专利CN102848030A(图6)则是把两根X轴滑块放置在横梁的下滑板上，也是把A轴和B轴作成一个整体滑台，在该滑台的上表面上安装X轴导轨。其刚性比图5的结构好，但工艺性比图5的结构差。

  [0006]这两个专利都只是把它们作为一种螺旋锥齿轮机床提出来，没有上升到全自动铣齿机的高度来论述。

  [0007]本发明旨在提供一种全自动螺旋锥齿轮铣齿机，该机床配合机械手可以自动装卸工件，实现螺旋锥齿轮生产的全自动化，很适合量产的螺旋锥齿轮加工。

  一种全自动螺旋锥齿轮铣齿机，有床身，在沿所述床身任意位置界定了正交(X，Y，Z)笛卡尔坐标系，其中所述坐标系的X轴沿床身的前后方向延伸，Y轴沿床身的左右方向延伸，ζ轴沿床身的上下方向延伸;其结构特点是，

  所述床身的左右两侧分别设有相应的左料库和右料库，所述右料库上预置待加工齿坯，左料库用来上放置加工好的齿轮;所述床身顶端面上设有可在床身顶端面上任意移动的XY平面移动机构;该XY平面移动机构上设置有沿Z轴方向布置的Z轴导轨，该Z轴导轨上设置有可沿着Z轴导轨上下移动的刀具箱;所述刀具箱里安装有可使刀具回转的C轴，C轴底部安装有加工齿轮用的刀盘，使刀盘可在C轴动力的作用下回转，并在X轴、Y轴和Z轴动力的作用下平移到加工所需要的位置;所述床身的前端面上平行于X轴方向布置有B轴，该B轴装有可在竖直面上回转的B轴回转台，所述B轴回转台上设置有与B轴垂直的工件箱;所述工件箱内装有可使齿轮回转的A轴，A轴与B轴垂直相交，其交点为机床坐标系的原点;所述A轴用于安装齿轮；

  所述刀具箱的两侧安装有左机械手和右机械手，所述右机械手用于将右料库上的待加工齿坯转移至A轴的加工位，所述左机械手用于将加工好的齿轮从A轴的加工位转移至左料库上。

  [0009]由此，为实现自动化，提升工作效率，在刀具箱的两侧安装了自动上下料的机械手，它们能在加工好齿轮后，左边的机械手从工件箱上抓起齿轮的同时右边的机械手从右边的料库上抓起待加工的齿还，然后快速的移到左边，右边的机械手把待加工的齿还装到工件轴夹具的同时，左边的机械手把加工好的齿轮放置到左边的料库上。

  [0010]根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案:

  作为一种具体的设计实例，所述XY平面移动机构包括设置在床身顶端面上沿X轴方向布置的X轴导轨，该X轴导轨上安装可沿着X轴方向前后移动的X轴滑台；所述X轴滑台上设有沿Y轴方向布置的Y轴导轨，该Y轴导轨上安装可沿着沿Y轴方向左右移动的Y轴滑台；所述Y轴滑台上设置有所述Z轴导轨，该Z轴导轨上安装可沿着Z轴导轨上下移动的刀具箱。

  [0011 ]左机械手的下端安装有用于抓取齿轮的定心卡爪，右机械手的下端安装有抓取齿还的定心卡爪。优选地，所述定心卡爪具有阶梯型抓指，方便抓取齿轮。

  [0012]为了方便排肩，所述A轴下方设有排肩槽，该排肩槽内安装有排肩器。

  [0013]所述床身为一长方体，所述B轴回转台通过轴承固定在床身前端面的上部。

  [0014]所述X轴滑台通过其底部的滑块与床身上面的X轴导轨配合，用于保证X轴滑台能在床身顶端面上前后移动;所述Y轴滑台通过其后面的滑块与Y轴导轨配合，用于保证Y轴滑台相对床身顶端面能左右移动;所述刀具箱后面的滑块与Z轴导轨配合，用于保证刀具箱能上下移动。

  [0016]所述左机械手和右机械手上均装有机械手高度自动调节机构。由此，所述机械手具有能上下移动自动调剂两机械手的高度差，机械手的底端装有方便抓取工件和齿轮的定心卡爪，用机械手装卸工件时A轴要垂直地面。

  [0017]本发明的X轴滑台可根据刚性的要确定其厚度，然后再加上X滑台所需要的位移确定床身的厚度。X轴滑台的前面设置有与X轴导轨垂直并与地面平行的Y轴导轨。

  [0018]所述床身的前面还设置有与前面垂直并与地面平行的B轴，B轴回转台通过轴承固定在床身前面的上部，并在动力的驱动下随B轴回转。B轴回转台上安装有工件箱，工件箱里安装有使工件回转的A轴，A轴上能安装夹具和待加工的齿轮。A轴与B轴垂直相交，其交点就是机床坐标系的原点。齿坯可在A轴动力的作用下回转。刀具箱里安装有能使刀具回转的C轴，C轴底部安装有加工齿轮用的刀盘，刀盘可在C轴动力的作用下回转。

  [0023]图1Gleasonl989年研发的第一代数控铣齿机结构示意图；

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