万能斜齿插齿机 【技术领域】
本发明涉及一种机械加工设备，尤其是一种齿轮加工机床，具体地说是一种万能斜齿插齿机。
背景技术
万能斜齿插齿机是一种常见的齿轮加工机床。传统的万能斜齿插齿机主要由工作台组件、主轴、动力组件组成，为了实现斜齿加工，其主轴必需同时实现上下移动和一定角度范围的转动。根据所插斜齿的螺旋角是否可调，现有的万能斜齿插齿机可大致分为二种结构，一种是螺旋角不可调，这种结构的插齿机中主轴上下移动是通过一个连杆机构实现的，而控制主轴转动是通过在主轴上设置螺旋段，再将另一螺旋段安装在蜗轮导套中加以实现的，这种结构所插斜齿的螺旋角为固定值，无法调整，这虽然比较适合于大批量生产，但对于多品种、中小批量的斜齿轮生产而言每次调整不同螺旋角的齿轮时必须更换导套及主轴上的螺旋段才能进行，不仅更换、校准难度大，而且费工费时。另一种插齿机所插的螺旋角可调，其主轴的上下运动与前一种结构的插齿机相同，其螺旋角的调整需通过复杂的数控装置和齿轮传动机构才能实现，这种结构由于曲柄连杆机构的特点，无法消除所插斜齿的螺旋角的齿向误差，同时由于各种控制部件自身惯量的存在，不论其数控装置如何精确、复杂，其误差是无法彻底消除地。如采用曲柄连杆机构时，所插斜齿的螺旋角β与曲柄转角的关系为(如图6所示)：
主轴行程h1=BC-B0C=BC-(l1-A0C)]]>
=l1-e12sin2θ-(l1-(e1-e1conθ))]]>
=l1-e12sin2θ-l1+e1(1-conθ))]]>
若驱动螺旋导轨的曲柄盘同步转θ角，螺旋导轨所产生的垂直移动行程为h2=l1-e22sin2θ-l2+e2(1-conθ)]]>
其所加工齿轮的螺旋角β：
tgβ=πdfT·h2h1=πdfT·l2-e2sin2θ-l2+e2(1-cosθ)l1-e1sin2θ-l1+e1(1-cosθ)]]>
由此可见，螺旋角β与θ角有关，即当曲柄盘同步转过不同的θ角时，其所加工齿轮的螺旋角是不同的，这就必然会产生齿向误差。任何插齿机，只要主传动采用了曲柄连杆机构，就无法完全消除这种误差，即使采用特殊的数控系统，通过精确的设计计算可将β受θ角影响的程度能从理论上使其降至可忽略的程度，但由于电机及机械传动部分的惯量，其累积误差仍然较大。尤其是高速插齿时，其机械惯量更难消除。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种无螺旋角误差，且无需更换主轴上固定的活动螺旋状导轨段及与之相配套的螺旋状固定导轨、所插斜齿的螺旋角(β)与曲柄的转角(θ)无关，且可任意调整螺旋角大小及方向的新型万能斜齿插齿机。
本发明的技术方案是：
一种万能斜齿插齿机，主要由工作台组件、主轴、动力组件组成，动力组件通过相应的传动部件分别驱动工作台组件、主轴，其特征是主轴的下端安装有控制其上下运动的下偏心滑块机构，下偏心滑块机构与下传动轴相连，下传动轴通过相应的传动部件与动力组件相连；主轴的上端固定连接有螺旋状活动导轨段，该螺旋状活动导轨段与固定在分度蜗轮中的螺旋状固定导轨段相配合，分度蜗轮套装在主轴上，在螺旋状活动导轨段中安装有直线滚动导轨，直线滚动导轨的上端也位于分度蜗轮中，其下端伸出分度蜗轮外并套装固定在主轴上，在主轴螺旋状活动导轨段的上部安装有控制主轴上下移动而实现旋转的上偏心滑块机构，上偏心滑块机构与上传动轴相连，上传动轴通过相应的传动部件与动力组件相连，在上传动轴和下传动轴之间安装有调整上、下偏心滑块机构中的相应滑块偏心量的蜗轮蜗杆机构。
本发明下偏心滑块机构主要由上、下定位盘、滑块、螺母、丝杆、转盘组成，上、下定位盘固定在主轴下端并与其正交，滑块位于上、下定位盘之间，滑块与螺母相连，螺母安装在丝杆上，丝杆穿装在转盘上的径向孔中，转盘相对于滑块的一面上开有便于螺母在其中移动的、与穿装丝杆的径向孔相平行的径向槽口，所述的径向孔与径向槽口相通并形成T形结构，转盘的另一面与下传动轴固定相连，丝杆与上述相应的蜗轮蜗杆机构中的蜗轮相连。
本发明的上偏心滑块机构主要由上、下定位盘、滑块、螺母、丝杆、转盘组成，上、下定位盘固定在主轴的上端并与其正交，滑块位于上、下定位盘之间，滑块与螺母相连，螺母安装在丝杆上，丝杆穿装在转盘上的径向孔中，转盘相对于滑块的一面上开有便于螺母在其中移动的、与穿装丝杆的径向孔相平行的径向槽口，所述的径向孔与径向槽口相通并形成T形结构，转盘的另一面与上传动轴固定相连，丝杆与上述相应的蜗轮蜗杆机构中的蜗轮相连。
其它未涉及的组件可采用与现有技术加以实现。
本发明的有益效果：
1、主轴驱动采用滑块式驱动代替传统的连杆式驱动，结构更为简单，刚性好。
2、通过调整上、下偏心滑块机构中的滑块的偏心量即可实现对主轴行程和转角(大小和方向)的任意调整，且无螺旋角误差。
3、既可作为直齿插齿机使用(此时可不安装上偏心滑块机构或将其偏心量调至零位)，也可作为万能斜齿插齿机使用。
4、由于齿轮螺旋角可任意调整，故本发明的机床特别适用于中、小批量生产需要和新产品试制。
5、本发明与现有的数控技术相配套可实现自动调整和自动化生产。
6、造价低，性价比高。
【附图说明】
图1是本发明的传动系统原理图。
图2是本发明的结构示意图。
图3是本发明的上、下偏心滑块机构4、9结构示意图。
图4是图3的A-A剖视示意图。
图5是本发明的曲柄滑块机构等效原理示意图。
图6是现有技术中使用的曲柄连杆机构等效原理示意图。
图7是插齿机的插斜齿螺旋角关系图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图2所示。
一种数控万能斜齿插齿机，主要由工作台组件1、主轴2、动力组件3和数控装置组成，数控装置可采用常规的机床用数据装置加以实现，动力组件为常规部件，一般由电机、传动齿轮、轴承等零部件组成，可采用现有技术加以实现，电机可为一个，也可为多个，可采用一个电机驱动一根轴的方式，也可采用一个电机通过齿轮传动机构驱动一个以上的轴的方式，图1给出了一种传动系统原理图，普通工程技术人员根据该传动系统原理图即可设计出符合要求的动力组件。工作台组件1也为常规部件，由工件分度蜗轮副24、工作台主轴25及让刀机构26组成，待加工零件通过夹具安装在工作台上，本实施例的工作台组件1采用的是工作台让刀结构(详见图2下部所示)，工件分度蜗轮副24中的工件分度蜗杆轴上装有驱动电机，驱动工作台主轴2，让刀机构26由另一电机驱动。刀具22安装在主轴2的下端上，主轴2的下端、刀具22的上部位置处安装有控制其上下运动的下偏心滑块机构4，下偏心滑块机构4与下传动轴5相连，下传动轴5通过相应的传动部件与动力组件3(即电机23)相连；主轴2的上端固定连接有螺旋状活动导轨段6，该螺旋状活动导轨段6与固定在分度蜗轮8中的螺旋状固定导轨段7相配合，分度蜗轮8套装在主轴2上。在螺旋状活动导轨段6中安装有直线滚动导轨27，直线滚动导轨27的上端也位于分度蜗轮8中，其下端伸出分度蜗轮8外并套装固定在主轴2上，在主轴2的螺旋状活动导轨段6的上部安装有控制主轴上下移动而实现旋转的上偏心滑块机构9，上偏心滑块机构9与上传动轴10相连，上传动轴10通过相应的传动部件与动力组件3相连，在上传动轴10和下传动轴5之间安装有调整上、下偏心滑块机构9、4中的相应滑块11、11′偏心量的蜗轮蜗杆机构12、12′。
其中下偏心滑块机构4主要由上、下定位盘13、14、滑块11、螺母15、丝杆16、转盘17组成，上、下定位盘13、14固定在主轴2上并与主轴2正交，滑块11位于上、下定位盘13、14之间，滑块11与螺母15相连，螺母15安装在丝杆16上，丝杆16穿装在转盘17上的径向孔18中，转盘17相对于滑块11的一面上开有便于螺母15在其中移动的、与穿装丝杆16的径向孔18相平行的径向槽口19，径向孔18与径向槽口19相通并形成T形结构，转盘17的另一面与下传动轴5固定相连，下传动轴5由动力组件3驱动，丝杆16与上述的蜗轮蜗杆机构12中的蜗轮20相连，蜗轮20由蜗杆21驱动，蜗杆21由电机驱动，电机可采用伺服电机。如图3、4所示。
上偏心滑块机构9主要由上、下定位盘13′、14′、滑块11′、螺母15′、丝杆16′、转盘17′组成，上、下定位盘13′、14′固定在主轴2上并与主轴2正交，滑块11′位于上、下定位盘13′、14′之间，滑块11′与螺母15′相连，螺母15′安装在丝杆16′上，丝杆16′穿装在转盘17′上的径向孔18′中，转盘17′相对于滑块11′的一面上开有便于螺母15′在其中移动的、与穿装丝杆16′的径向孔18′相平行的径向槽口19′，径向孔18′与径向槽口19′相通并形成T形结构，转盘17′的另一面与上传动轴10固定相连，丝杆16′与上述的蜗轮蜗杆机构12′中的蜗轮20′相连，蜗轮20′由蜗杆21′驱动，蜗杆21′由电机驱动，电机为伺服电机。如图3、4所示。
本实施例的上传动轴10与下传动轴4由一个电机23驱动，具体实施时上传动轴10与下传动轴4也可通过二个电机驱动。
具体实施时，蜗轮蜗杆机构12、12′也可采用同一伺服电机加以驱动。
本实施例未涉及的部分与现有技术相同。
下面结合附图5、7对本发明的偏心滑块传动机构的误差消除原理作进一步的说明。
当下偏心滑块机构中的转盘17旋转θ角时，主轴行程h1为：
h1＝e1-e1cosθ＝e1(1-cosθ)
当上偏心滑块机构中的转盘17′同步旋转θ角时，螺旋导轨的垂直选种为h2
h2＝e2-e2cosθ＝e2(1-cosθ)
设主轴螺旋导轨的导程为T，当主轴垂直移动h1时，主轴旋转的角度为α，则：
当主轴旋转α角时，刀具分圆转过的弧长为S。
当主轴垂直移动h1，刀具分圆转过弧长S，所形成的螺旋角为β(如图6所示)。
tgβ=Sh1=πdfT·h2h1=πdfT·e2(1-cosθ)e1(1-cosθ)=πdfT·e2e1]]>
由上式可见，加工齿轮的螺旋角为一常数，与转盘所转过的θ无任何关系，从而可保证所加工出的螺旋形斜齿轮的齿向精度不变，其所形成的螺旋运动理论上是没有误差的。
本发明的主轴2的行程调整过程为：
驱动蜗杆21的电机转动，带动蜗轮20转过一定的角度，蜗轮20(可直接也可间接)带动下偏心滑块机构中4中的丝杆16转动，丝杆16带动螺母15在径向槽口19中沿转盘17作径向移动，螺母15带动与其相连的滑块11移动，从而实现对偏心量e1的调整，通过相应的数学计算可得出该偏心量e1与行程h1的关系。
本发明齿向角β的调整过程为：
驱动蜗杆21′的电机转动，带动蜗轮20′转过一定的角度，蜗轮20′(可直接也可间接)带动上偏心滑块机构中9中的丝杆16′转动，丝杆16′带动螺母15′在径向槽口19′中沿转盘17′作径向移动，螺母15′带动与其相连的滑块11′移动，从而实现对偏心量的调整，通过相应的数学计算可得出该偏心量与主轴转角之间的关系，从而实现对齿向角β的调整。当偏心量调整至零时，本发明即可作为直齿插齿机使用，因而本发明的万能斜齿插齿机具有两用功能，既可插斜齿，也可插直齿，这对于中小企业而言，可实现事半功倍的效果。