一种直驱式零传动全数控花键轴铣床.pdf

本发明公开了一种直驱式零传动全数控花键轴铣床，包括传动系统、数控系统、构造系统和配套装置组成；所述传动系统由六个伺服轴：轴A、轴B、轴C、轴X、轴Y和轴Z构成，全数控系统运行；在铣床体上一端设有工件主轴箱，另一端设置有尾座箱；所述铣床体中部设置有驱动滚刀旋转的刀具主轴箱；所述铣床体上配置有沿着X、Y、Z轴方向平移的平移装置；所述的X、Y、Z轴在空间内两两垂直，X轴沿前后方向设置，Y轴沿上、下方向设置，Z轴沿左右方向设置；在铣床体前方还设置有红外线对刀装置；本发明采用直驱零传动模式，根除了累积误差与分度误差，加工精度高，全闭环数控系统实现高速高效运行，可实现干切加工与二次滚铣作业，产品表面质量优良。

1.  一种直驱式零传动全数控花键轴铣床，其特征在于，包括传动系统、数控系统、构造系统和配套装置组成；所述传动系统由6个伺服轴：刀角调节轴A、刀具主轴B、工件主轴C、进刀轴X、窜刀轴Y和走刀轴Z构成；所述6个伺服轴通过上位数控系统按范成法滚铣原理进行数控运行；在铣床体上设有驱动工件旋转的直驱式工件主轴箱，所述工件主轴箱中设置有工件主轴；所述铣床体上设置有驱动滚刀旋转的直驱式刀具主轴箱，所述的刀具主轴箱设置有刀具主轴；所述铣床体上设置有沿着X、Y、Z轴方向平移的平移装置，驱动刀具主轴箱沿着YZ平面内旋转的刀角调节装置，即A轴；所述的X、Y、Z轴在空间内两两垂直，X轴沿前后方向设置，Y轴沿上、下方向设置，Z轴沿左右方向设置；在铣床体前方还设置有红外线对刀装置，便于工件重新装夹后的二次加工；所述的直驱式工件主轴箱设置在铣床体的左端，铣床体的右端设有可移动尾座箱，尾座箱通过滑动面可在铣床体上移动。

2.  根据权利要求1所述的一种直驱式零传动全数控花键轴铣床，其特征在于，所述的刀具主轴B、工件主轴C、进刀轴X和走刀轴Z均采用直驱式零传动设计；刀具主轴B采用空心伺服电机直接套装在工件主轴上，主轴尾部同轴安装一个位置编码器反馈主轴位置；工件主轴C则采用大扭矩空心力矩电机（DDR）直接套装在工件主轴C上，由电机自有的与转子直连的高精度位置编码器反馈工件主轴C的位置。

3.  根据权利要求1所述的一种直驱式零传动全数控花键轴铣床，其特征在于，所述的进刀轴X轴方向设置有光栅尺检测X轴进给箱实际位置；所述的走刀轴Z轴方向设置有光栅尺检测Z轴进给箱实际位置。

4.  根据权利要求1所述的一种直驱式零传动全数控花键轴铣床，其特征在于，所述的铣床体前方设置有红外线对刀装置，实现工件的二次加工和相同工件的重复加工，确保了批量工件的加工精度的均匀性。

5.  根据权利要求1所述的一种直驱式零传动全数控花键轴铣床，其特征在于，所述的数控系统，采用15寸真彩触摸屏为操作界面。

6.  根据权利要求1所述的一种直驱式零传动全数控花键轴铣床，其特征在于，所述的刀具主轴B最高转速达到3000rpm；工件主轴C最高转速 也可达到300rpm。

7.  根据权利要求1所述的一种直驱式零传动全数控花键轴铣床，其特征在于，所述的数控系统通过编码器或光栅尺实时检测信号，并形成全闭环式控制回路，并与直驱式零传动模式相配合，使本发明的分齿与差动精度可达到4级--6级的加工精度。

8.  根据权利要求1所述的一种直驱式零传动全数控花键轴铣床，其特征在于，所述的数控系统为零编程操作，具有参数化的操作界面，可根据工件情况输入刀具参数、工件参数、工艺参数和进给次数，不需要任何编程指令。

9.  根据权利要求1所述的一种直驱式零传动全数控花键轴铣床，其特征在于，所述数控系统具有防撞功能，所述的刀具主轴B中心到工件主轴C的中心位置采用绝对坐标，可以防止程序错误造成的滚刀与工件的撞车。

一种直驱式零传动全数控花键轴铣床
技术领域
本发明涉及一种传动轴行业中花键轴制造加工技术装备领域，特别涉及一种直驱式零传动全数控花键轴铣床。
背景技术
在传动轴制造加工技术领域中，花健轴是广泛用于各种传动轴之间连接的通用零部件，传统制造加工工艺大多使用滚齿机进行粗加工，然后进行精细磨削加工，由于滚齿机精度与效率均不能满足花键轴工艺水平的需要，造成花键轴生产加工效率低、成本高、难以批量生产。
现有的数控花键轴铣床一般是在普通的机械式铣床上进行改装，将机械式铣床上的普通电机更换成伺服电机或步进电机，各轴传动链还是通过齿轮等机械部件传动，所以其加工精度上没有提高，只是降低劳动强度，提升生产效率；现有的数控花键轴铣床，有部分轴是通过伺服电机传动的，虽然各轴传动链中多级齿轮等机械部件传动有所简化，但还是采用机械式传动较多，仍然无法彻底消除累积误差与分度误差的影响；采用机械式传动，传动误差大、传动精度低、加工速度慢、设备故障率高、维修复杂。花键轴加工精度决定了传动轴所发挥的作用，不但会对花键轴本身的使用与磨损有影响，也同时会影响到传动轴的使用寿命和磨损。
行业中相关的技术改进与结构优化，发明专利CN102658393A，一种花键铣床装置，公开了一种利用传统铣床改造来加工相应花键轴工件的装置，缺点是传统铣床的齿轮传动链产生的累积误差与分度误差是无法避免的；发明专利CN102825310A，一种立式双面铣床，公开了一种同时多边角加工技术，提高加工花键轴生产效率的铣床，但其整体传动方式仍然是多级齿轮传动，其加工的精度与分度误差有限。实用新型专利CN202763222U，一种加工轧辊轴花键的分度装置，公开了一种渐开线花键轴的加工，尤其适用于大型轧辊轴花键的加工装置，缺点是装置本身精度完全受限于相应的花键轴铣床的总体误差限制。
现有技术中，花键轴铣床的工件轴与刀具轴以及相关的三座标轴控制 上，还或多或少的保留着齿轮传动方式，也正是因为在关键的工件轴与刀具轴方向上，没有根本性的改革，致使目前花键轴制造加工工艺的精度不够好，生产的效率不高，花键轴铣床的运行稳定性不良，难以实施花键轴部件的二次加工；缺乏一种高效率高精度全数控的花键轴加工铣床，来满足实际制造与生产的需要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种直驱式零传动全数控花键轴铣床，针对花键轴制造加工中所存在的缺陷问题，彻底去除数控花键轴铣床刀具轴B的四个中间传动环节齿轮和工件轴C的二个中间传动环节齿轮，在关系到被加工工件的精度轴上，全部采用直驱式零传动模式，从根本上避免由于齿轮传动造成的累积误差和分度误差，提高工件的加工精度；采用全数控方式提高整体花键轴铣床的批量生产效率；分齿与差动实行全闭环控制，确保整台花键轴铣床的稳定性运行；优化整机的结构设计和对刀功能，实现高精度高效率的花键轴制造加工和二次滚铣加工。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种直驱式零传动全数控花键轴铣床，包括传动系统、数控系统、构造系统和配套装置组成；其特征在于：
所述的传动系统设计技术方案是：由六个伺服轴：刀角度调整轴A；刀具主轴B；工件主轴C；进刀轴X；窜刀轴Y和走刀轴Z；构成了直驱式零传动全数控花键轴铣床的主体结构；所述的6个伺服轴通过上位数控系统按范成法滚铣原理进行数控运行；上位数控系统依据工艺参数，输出对应的脉冲给各伺服轴驱动对应的伺服电机，对应轴的编码器或光栅尺将位置信号反馈给上位数控系统。并采用15寸真彩触控屏做为操作界面，直观、方便；各操作轴的具体技术方案如下：
B轴：由B轴空心伺服电机直接驱动（零传动）刀具轴旋转；（直驱）；
C轴：由C轴空心力矩伺服电机（DD）直接驱动（DDR）（零传动）工件轴旋转；（直驱）；
X轴：由X轴伺服电机直接驱动滚珠丝杠47带动刀具实现刀具轴径向进刀；（直驱）；
Z轴：由Z轴伺服电机直接驱动滚珠丝杠41带动刀具实现刀具轴纵向走刀；（直驱）；
Y轴：由Y轴伺服电机通过减速机30驱动T型丝杠28实现刀具轴上下整体窜刀；
A轴：由A轴伺服电机通过减速机53驱动涡杆351驱动涡轮352实现铣头角度调整。
所述空心力矩电机简称DD，所述空心力矩电机直接驱动负载简称DDR；DDR的优点是无需中间传动环节如皮带、齿轮箱等，无反向间隙、力矩电机为空心轴等。
本发明直驱式零传动数控花键轴铣床应用内装式电机即直驱技术，刀具轴采用空心伺服电机直接套装在刀具主轴上，主轴尾部同轴安装一个位置编码器反馈主轴位置；工件轴则采用大扭矩空心力矩电机（DDR）直接套装在工件主轴上，由电机自有的与转子直连的高精度位置编码器反馈工件轴的位置。这样工件和刀具之间不存在任何机械传动元件，称之为“零传动”;反馈元件直接检测滚刀和工轴位置，构成了真正意义的全闭环。可以得到理想的分度精度和很好的表面质量。
所述的范成法亦称展成法，共轭法或包络法；它是根据一对齿轮啮合传动时,两轮的齿廓互为共轭曲线的原理来加工的。花键轴、齿轮滚刀切齿时，滚刀的形状像一个螺旋，其在轮坯端面上的投影是一齿条，当滚刀连续转动时，相当于一根无限长的投影齿条向前移动。加工花键轴、直齿圆柱齿轮时，由于滚刀的螺旋线必须与花键轴、直齿轮的齿向一致，因此需要把滚刀轴线倾斜一个螺旋升角；滚刀与轮坯的相对运动有两个，一个是范成运动，为切制出所需齿数z，另一个是进给运动，滚刀沿轮坯轴线方向移动。
所述的构造系统、数控系统和配套装置的技术方案是：在铣床体上设有驱动工件旋转的直驱式工件主轴箱，所述工件主轴箱中设置有工件主轴，即C轴；所述铣床体上设置有驱动滚刀旋转的直驱式刀具主轴箱，所述的刀具主轴箱设置有刀具主轴，即B轴；所述铣床体上设置有驱动刀具主轴箱按加工要求沿着X、Y、Z轴方向平移的平移装置，驱动刀具主轴箱按加工要求沿着YZ平面内旋转的刀具角度调整装置，即A轴；所述的X、Y、Z 轴在空间内两两垂直，X轴沿前后方向设置，Y轴沿上、下方向设置，Z轴沿左右方向设置。在铣床体前方还设置有红外线对刀装置，便于工件重新装夹后的二次加工。
本发明中的全闭环控制有刀具轴（B轴）、工件轴（C轴）、径向进刀（X轴）和轴向进刀（Z轴）；刀具轴编码器直接检测刀具轴的当前实际位置并反馈给上位数控系统，上位数控系统通过刀具轴编码器得到刀具轴的当前实际位置，不需另外设置检测元件。
所述的工件轴力矩伺服电机编码器直接检测工件轴的当前实际位置并反馈给上位数控系统，上位数控系统通过工件轴编码器得到工件轴的当前实际位置，不需另外设置检测元件。
X轴方向设置有光栅尺检测X轴进给箱实际位置；Z轴方向设置有光栅尺检测Z轴进给箱实际位置。
所述的刀具平移装置和刀角调节装置包括可沿Z轴方向平移的Z轴托板机构、可沿X轴方向平移的X轴进给箱、可沿Y轴平移的Y轴拖板机构。以及驱动刀具主轴箱在YZ平面内转动的刀具角度调整装置。Z轴托板机构通过滑动导轨副设置在铣床体上，X轴进给箱通过滑动导轨副设置在Z轴托板机构上，Y轴拖板机构设置在X轴进给箱前端，A轴通过涡轮副设置在X轴进给箱左上部。
所述的直驱式工件主轴箱设置在铣床体的一端，工件主轴设置为C轴（旋转轴），由力矩型空心伺服电机通过连接件直接同轴驱动。工件主轴为空心轴，其右端设有顶尖套，带动工件的拨盘。
直驱式工件主轴的转速由上位控制系统依据直驱式刀具主轴的转速根据展成法加工原理自动跟随。工件主轴的实际圆周位置由力矩型空心伺服电机自带的同轴高精度编码器确定。
直驱式刀具主轴箱包括刀具主轴箱体、刀具主轴、刀杆、空心伺服电机、连接器、刀杆拉杆、高精度编码器和托架；刀具主轴设置为B轴（旋转轴），由空心伺服电机通过连接器直接驱动。刀具主轴的实际圆周位置由同轴高精度编码器确定。刀杆通过拉杆拉紧，在刀杆上可安装不同规格的滚刀，在刀杆尾端设有刀杆托架。
铣床体的另一端设有可移动尾座箱，尾座箱通过滑动面可在铣床体上移动。尾座箱上设有尾座顶尖，尾座顶尖与直驱式工件主轴同轴相对设置，通过尾座套筒由油缸组件驱动可沿其轴向伸缩移动，顶紧或松开待加工工件的回转中心。在尾座箱体左端与尾座套筒之间，设置有4个刹紧油缸，消除尾座套筒与尾座箱体之间的间隙。
Z轴拖板机构包括Z轴托板座、Z轴伺服电机、Z轴滚珠丝杠副。Z轴伺服电机通过连轴结直接驱动Z轴滚珠丝杠副，通过滚珠丝杠副上的丝母连接座驱动刀具纵向走刀。Z轴拖板机构通过贴塑导轨设置于铣床体上。
X轴进给机构通过贴塑导轨设置在Z轴拖板机构上。包括X轴进给箱、X轴伺服电机、X轴滚珠丝杠副。X轴伺服电机通过连轴结直接驱动X轴滚珠丝杠副，X轴丝母连接座固定在Z轴托板座上，X轴滚珠丝杠设置于X轴进给箱上；通过滚珠丝杠的旋转驱动进给箱前后移动以实现刀具径向进刀。
Y轴托板机构包括Y轴拖板座、Y轴伺服电机、减速器、连轴结、T型丝杠副、丝母座。Y轴伺服电机连接减速器，再连轴结，然后驱动T型丝杠副，通过固定在T型丝杠副上的丝母座驱动直驱式刀具主轴箱沿Y方向移动，实现刀具窜刀功能。Y轴托板机构固定在回转轴上。Y轴托板机构通过拉杆、回转轴，设置于进给箱上。由蝶形弹簧组、精密锁紧螺母，锁紧力作用于拉杆，将Y轴托板机构通过回转轴锁紧在进给箱体上。在进给箱后端设置有油缸和油缸体。当刀具角度需要回转时，油缸先压紧蝶形弹簧组，减小回转轴与进给箱体之间的锁紧力，然后刀具可调整角度。当刀具角度调整完成后，油缸退回，蝶形弹簧组作用于精密锁紧螺母，锁紧力作用于拉杆，将回转轴与进给箱体之间重新锁紧。
A轴刀具角度调整装置由A轴伺服电机、减速机、连轴结、涡轮副组成；A轴伺服电机通过减速机和连轴结驱动涡轮副，带动固定于回转轴上的Y轴托板机构旋转，实现刀具角度调整。涡轮副中的涡轮固定于回转轴上。
本发明中，在铣床体前方设置有红外线对刀装置；在工件第一次加工完成后，不拆卸工件，操纵者在触摸屏控制器上启动对刀功能，红外线对刀功能启动，C轴按设定的速度启动，上位控制系统自动计算工件槽的中 心、工件槽的宽度，并存储对应数据，完成后C轴停止旋转；然后可将工件拆卸，同型号的工件需重新装夹二次加工时，安装好工件，操纵者在触摸屏控制器上启动对刀功能，红外线对刀功能启动，C轴按该型号工件的数据自动旋转到正确的工件槽中心的定位位置，然后就可以再次切削。
本发明中，在铣床体中部设置有自动排屑装置，加工时由自动排屑装置将切屑自动排出；在铣床体上还设有整体防护罩，防护罩将直驱式工件主轴箱、刀具主轴箱以及滚刀移动及滚刀角度调整装置封装。防护罩正面设有可左右移动的活动门。
本发明的技术特征：
所述的工件主轴C、刀具主轴B、进刀轴X和走刀轴Z均采用伺服电机直接驱动方式，将与工件加工精度与分度精度相关的齿轮传动部件均省略掉，因此从根本上排除了工件加工过程中，累积误差与分度误差的产生与累积问题，是提高工件加工精度的根本措施；在花键轴加工领域，全直驱模式是供花键轴铣床的一项重要创新，其它部件或装置的优化与改进都依赖于最基础的技术创新，如果没有在驱动方式上的根本性优化，外围设置与装置的改进都无法避免的会产生累积误差和分度误差。
本发明具有高效率：直驱式数控花键轴铣床的主轴采用高精度轴承且无中间传动环节，使其主轴速度直接取决于其直驱电机的转速，本发明中采用的直驱电机速度达到3000rpm；高转速可以把现代刀具的高速性能淋漓尽致地发挥出来，从而获得很高的生产效率。Speedcore（速切王）纳米涂层滚刀切削线速度可达到350m/min，硬质合金滚刀线速度可达到300m/min，比传统花键轴铣床效率成倍提高。
所述的工件主轴C、刀具主轴B、进刀轴X和走刀轴Z全直驱零传动模式，导致加工工艺和加工过程的稳定性与重现性，因此可以实现工件的二次加工和相同工件的重复加工，确保了批量工件的加工精度的均匀性。
所述的工件主轴C、刀具主轴B、进刀轴X和走刀轴Z全直驱零传动模式，避免了机械齿轮传动所造成的加工振动与振动传递问题，因此设备整机运转可以在更高的速度下实现平稳加工作业，从而提高生产效率，节约生产成本。
全数控系统，采用15寸真彩触摸屏为操作界面，零编程设计，为使用 与操作提供了方便，所有六个伺服轴均由上位数控系统按范成法滚铣控制，通过编码器和光栅尺实时检测信号，并形成闭环式控制回路，并与直驱式零传动模式相配合，整体提高花键轴铣床的性能与加工精度。
所述的工件主轴C和刀具主轴B均选用空心伺服电机，所述工件轴C选用空心力矩伺服电机，均采用轴套装与高精度位置编码器或光栅尺检测位置信号，确保驱动与信号采集反馈的实时性和精确性。
所述的窜刀轴Y采用减速机、T型丝杆设计；所述的刀角调节轴A采用减速机、涡杆与涡轮设计。
所述的工件主轴C、刀具主轴B、进刀轴X和走刀轴Z直驱式零传动设计构成了工件与刀具之间不存在任何机械传动元件，真正意义上实现了零传动，因此才能使位置编码器检测信号实现实时传送与反馈，才能实现控制系统的全闭环数据控制。
由于本发明采用的直驱式零传动设计，获得了稳定的加工性能，设置有红外对刀装置，从而使工件的二次加工成为可能。
由于上述的直驱式零传动设计与结构优化改进，使本发明具有理想的分度精度和工件的优异表面质量。
直驱式零传动全数控花键轴铣床的特点：
高速度：直驱式零传动全数控花键轴铣床的主轴最高转速达到3000rpm；工作台最高转速也可达到300rpm。高转速可以把现代刀具的高速性能淋漓尽致地发挥出来，从而获得很高的生产效率。使用“Speedcore”和硬质合金滚刀时线速度可达到300m/min，比传统花键轴铣床提高效率10倍以上。
高精度：由于分齿和差动运动采取了全闭环控制并采用的电子齿轮箱，分齿精度可达到4级或更高。在实际应用中，加工精度受滚刀和工件装夹精度的限制，而机床精度不再是影响加工精度的因素。生产实践中，在合理的装夹和冷却条件下，在高速切削时，可以得到稳定的6级加工精度。
干切加工：由于零传动使机床的运动平稳性和自动移刀功能，使得直驱式花键轴铣床成为最适合进行高速干切滚切花键轴、轴齿加工的机床。纯机械传动或传动链较长的花键铣床不适合高速干切滚铣加工，是因为机械传动链的传动误差造成滚切加工过程中的振动，而这种振动对于高速干 切、质地硬脆的刀具材料是致命的影响，振动造成刀刃的非正常磨损，刀具很快就丧失了齿形精度。
硬齿面加工：直驱式数控花键轴铣床通过红外线对刀装置可对淬硬花键轴、齿轮进行二次对刀，可使用“Speedcore”和硬质合金滚刀对淬硬花键、齿轮进行二次高速滚切加工，硬度可达HRC62。
提高刀具寿命：使用直驱式全数控花键轴铣床，因采用可控制的均匀窜刀，使滚刀的切削刃的磨损量接近一致，充分利用滚刀的每个切削刃，成倍提高刀具寿命。
全数控零编程操作：直驱式数控花键轴铣床为用户提供了一个参数化的操作界面，用户根据工件情况输入刀具参数、工件参数、工艺参数和进给次数，不需要任何编程指令。对操作人员的要求低。
刀具管理系统：均匀窜刀是提高刀具寿命、减少刃磨量和刃磨次数的重要手段。可以设置窜刀步距、窜刀起始位置和终止位置、窜刀次数。当窜刀次数达到预定值时，机床停机，提示操作者检查刀具或更换刀具。
防撞功能：机床刀具中心到工件中心的位置采用绝对坐标，可以防止程序错误造成的滚刀与工件的撞车。
切削工艺存储：在系统内建立数据库，可存储1000个工件的切削参数供以后调用。
二次滚铣加工：可以在二次加工时使滚刀与花键槽、齿轮槽对正并使得余量均匀。
通过上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是：本发明在花键轴铣床的关键轴B、C、X、Z轴采用直驱结构（零传动），从根本上消除了累积误差与分度误差环节，使工件的加工精度提高；本发明优化设计使机械结构大幅度简化，从而实现花键轴高效率加工；由于全直驱和优化设计，使反馈元件直接检测滚刀和工件轴实时信号，构成真正意义上的全闭环数控系统，使本发明拥有理想的分度加工精度；由于采用了直驱零传动技术，使本发明的运行稳定性大大提高，从而可以实施高速运行和干切加工；加工的花键轴产品表面质量优良；由于本发明采用了红外对刀技术，使得本发明能够对工件进行二次滚铣作业，进一步提高加工的精度与质量；本发明可以延长刀具的使用寿命；本发明还可以对硬齿面材料进行加工；本发 明提供的直驱式零传动数控花键轴铣床，可以用来高精度高效率加工直花键轴、小角度斜花键轴、锥度花键轴、直齿轮、斜齿轮、锥齿轮、鼓型齿轮、涡轮、链轮、同步带轮等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所公开的一种直驱式零传动全数控花键轴铣床传动系统示意图；
图2为本发明实施例所公开的一种直驱式零传动全数控花键轴铣床结构图示意图；
图3为本发明实施例所公开的一种直驱式零传动全数控花键轴铣床侧视图示意图；
图4为本发明实施例所公开的一种直驱式零传动全数控花键轴铣床俯视图示意图；
图5为本发明实施例所公开的一种直驱式零传动全数控花键轴铣床轴方向示意图。
图中数字和字母所表示的相应部件名称：
1.铣床体       2.工件主轴箱   3.刀具主轴箱     4.Y轴拖板机构
5.X轴进给箱    6.Z轴拖板机构 7.防护罩         8.尾座箱
9.刀角调节轴A  10.红外对刀器 11.自动排屑装置  12.触屏控制器
13.工件主轴C   14.顶尖套     15.工件拨盘  16.空心伺服电机C
17.连轴结C     18.刀具箱体   19.刀具主轴B     20.刀杆
21.空心伺服电机B   22.连轴结B     23.拉杆B   24.编码器
25.刀杆托架    26.Y轴拖板座  27.丝母座Y       28.T型丝杆副
29.连轴结Y    30.减速器Y    31.伺服电机Y     32.进给箱体
33.拉杆Y      34.回转轴      35.涡轮副        36.蝶形弹簧组
37.精密锁紧螺母38.油缸       39.油缸体       40.Z轴托板座
41.滚珠丝杠副Z 42.连轴结Z    43.伺服电机Z   44.丝母座Z
45.伺服电机X   46.连轴结X    47.滚珠丝杠副X 48.丝母座X
49.尾座箱体    50.尾座顶尖    51.尾座套筒    52.油缸组件
53.伺服电机A   54.减速机A    55.连轴结A
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据图1、图2、图3和图4，本发明提供了一种直驱式零传动全数控花键轴铣床，在铣床体1上设有驱动工件旋转的直驱式工件主轴箱2（其中的工件主轴13设置为C轴），驱动滚刀旋转的直驱式刀具主轴箱3（其中的刀具主轴19设置为B轴），驱动刀具主轴箱3按加工要求沿着X、Y、Z轴方向平移的平移装置，驱动刀具主轴箱3按加工要求沿着YZ平面内旋转的刀角调节轴9（A轴）。X、Y、Z轴在空间内两两垂直，X轴沿前后方向设置，Y轴沿上、下方向设置，Z轴沿左右方向设置。在铣床体前方还设置有红外线对刀器10，便于工件重新装夹后的二次加工。
铣床体1支承工件主轴箱2和可移动尾座箱8的导轨采用斜导轨，与水平面成夹角，使受力结构优于平导轨，且有利于滚铣加工中产生的切屑排出。铣床体1支承滚刀平移及安装角度调整装置的导轨采用重型方轨并淬火，使其强度高、耐磨性好。
滚刀平移及刀角调节轴9包括可沿Z轴方向平移的Z轴托板机构6、可沿X轴方向平移的X轴进给箱5、可沿Y轴平移的Y轴拖板机构4。以及驱动刀具主轴箱3在YZ平面内转动的刀角调节轴9。Z轴托板机构6通过滑动导轨副设置在铣床体1上，X轴进给箱5通过滑动导轨副设置在Z轴托板机构6上，Y轴拖板机构4设置在X轴进给箱5前端，A轴通过涡轮副 35设置在X轴进给箱5左上部。
直驱式工件主轴箱2设置在铣床体1的左端，工件主轴13设置为C轴（旋转轴），由力矩型空心伺服电机C16通过连轴结C17直接同轴驱动。工件主轴C13为空心轴，其右端设有顶尖套14，带动工件拨盘15。
直驱式工件主轴C13的转速由上位控制系统依据直驱式刀具主轴B19的转速根据展成法加工原理自动跟随。工件主轴C13的实际圆周位置由力矩型空心伺服电机C16自带的同轴高精度编码器确定。
直驱式刀具主轴箱3包括刀具主轴箱体18、刀具主轴B19、刀杆20、空心伺服电机B21、连轴结B22、刀杆拉杆B23、高精度编码器24和刀杆托架25。刀具主轴B19设置为B轴（旋转轴），由空心伺服电机B21通过连轴结B22直接驱动。刀具主轴B19的实际圆周位置由同轴高精度编码器24确定。刀杆20通过拉杆B23拉紧，在刀杆20上可安装相同孔径的不同规格的滚刀，安装孔径不相同的滚刀时需更换对应的刀杆，在刀杆尾端设有刀杆托架25。
铣床体1的右端设有可移动尾座箱8，尾座箱8通过滑动面可在铣床体1上移动。尾座箱8上设有尾座顶尖50，尾座顶尖50与直驱式工件主轴C13同轴相对设置，通过尾座套筒51由油缸组件52驱动可沿其轴向伸缩移动，顶紧或松开待加工工件的回转中心。在尾座箱体49左端与尾座套筒51之间，设置有4个刹紧油缸，消除尾座套筒51与尾座箱体49之间的间隙。
Z轴拖板机构6包括Z轴托板座40、Z轴伺服电机Z43、Z轴滚珠丝杠副Z41。Z轴伺服电机Z43通过连轴结Z42直接驱动Z轴滚珠丝杠副Z41，通过滚珠丝杠副Z41上的丝母连接座Z44驱动刀具纵向走刀。Z轴拖板机构6通过贴塑导轨设置与铣床体1上。
X轴进给机构通过贴塑导轨设置在Z轴拖板机构6上。包括X轴进给箱5、X轴伺服电机X45、X轴滚珠丝杠副47。X轴伺服电机45通过连轴结46直接驱动X轴滚珠丝杠副47，X轴丝母连接座X48固定在Z轴托板座40上，X轴滚珠丝杠47设置于X轴进给箱上；通过滚珠丝杠47的旋转驱动进给箱前后移动以实现刀具径向进刀。
Y轴托板机构4包括Y轴拖板座26、Y轴伺服电机Y31、减速器Y30、连轴结Y29、T型丝杠副28、丝母座Y27。Y轴伺服电机Y31连接减速器Y30，再连接连轴结Y29，然后驱动T型丝杠副28，通过固定在T型丝杠副28上的丝母座Y27驱动直驱式刀具主轴箱3沿Y方向移动，实现刀具窜刀功能。Y轴托板机构4固定在回转轴34上。Y轴托板机构4通过拉杆Y33、回转轴34，设置于X轴进给箱5上。由蝶形弹簧组36、精密锁紧螺母37，锁紧力作用于拉杆Y33，将Y轴托板机构4通过回转轴34锁紧在进给箱体32上。在进给箱体32后端设置有油缸38，油缸体39。当刀具角度需要回转时，油缸38先压紧蝶形弹簧组36，减小回转轴34与进给箱体32之间的锁紧力，然后刀具可调整角度。当刀具角度调整完成后，油缸38退回，蝶形弹簧组36作用于精密锁紧螺母37，锁紧力作用于拉杆33，将回转轴34与进给箱体32之间重新锁紧。
A轴刀角调节轴9由A轴伺服电机A53、减速机A54、连轴结A55、涡轮副35组成。A轴伺服电A53通过减速机A54和连轴结A55驱动涡轮副35，带动固定于回转轴34上的Y轴托板机构4旋转，实现刀具角度调整。涡轮副35中的涡轮固定与回转轴34上。
本发明中，在铣床体1前方设置有红外线对刀器10。在工件第一次加工完成后，不拆卸工件，操纵者在触摸屏12上启动对刀功能，红外线对刀功能启动，C轴按设定的速度启动，上位控制系统自动计算工件槽的中心、工件槽的宽度，并存储对应数据，完成后C轴停止旋转。然后可将工件拆卸。同型号的工件需重新装夹二次加工时，安装好工件，操纵者在触摸屏12上启动对刀功能，红外线对刀功能启动，C轴按该型号工件的数据自动旋转到正确的工件槽中心的定位位置，然后就可以再次切削。
本发明中，在铣床体1中部设置有自动排屑装置11，加工时由自动排屑装置11将切屑自动排出。在铣床体1上还设有整体防护罩7，防护罩7将直驱式工件主轴箱2、刀具主轴箱3以及滚刀移动及滚刀角度调整装置封装。防护罩7正面设有可左右移动的活动门。
本发明在花键轴铣床的关键轴B、C、X、Z轴采用直驱结构（零传动），从根本上消除了累积误差与分度误差环节，使工件的加工精度提高；本发 明优化设计使机械结构大幅度简化，从而实现花键轴高效率加工；由于全直驱和优化设计，使反馈元件直接检测滚刀和工件轴实时信号，构成真正意义上的全闭环数控系统，使本发明拥有理想的分度加工精度；由于采用了直驱零传动技术，使本发明的运行稳定性大大提高，从而可以实施高速运行和干切加工；加工的花键轴产品表面质量优良；由于本发明采用了红外对刀技术，使得本发明能够对工件进行二次滚铣作业，进一步提高加工的精度与质量；本发明可以延长刀具的使用寿命；本发明还可以对硬齿面材料进行加工；本发明提供的直驱式零传动数控花键轴铣床，可以用来高精度高效率加工直花键轴、小角度斜花键轴、锥度花键轴、直齿轮、斜齿轮、锥齿轮、鼓型齿轮、涡轮、链轮、同步带轮等。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。