專利名稱：插齒機插斜齒螺旋角調整機構的制作方法
技術領域：
本實用新型提出的一種插齒機插斜齒螺旋角調整機構屬于圓柱齒輪加工機床制造領域。
目前市場上銷售的插齒機只能加工直齒輪或者在插齒機刀架上，設計、制造專用螺旋導軌后加工一種固定螺旋角的斜齒輪。一臺插齒機一般只有一副專用螺旋導軌，因為螺旋導軌多次拆裝將會影響齒輪的加工精度，螺旋導軌安裝調整較復雜，費工、費時，所以一般插齒機插削斜齒輪的螺旋角是不可調整的。
到八十年代中期，美國和西德先后發(fā)明了兩種可在一定范圍內調整插斜齒螺旋角的插齒機，并申請了專利。從西德的專利(專利號3328904)來看，它是一種數(shù)控型可調螺旋角插齒機構，由于需要研制高精度、高靈敏度的數(shù)控系統(tǒng)，成本高，制造困難，至今未見有產品在市場銷售。美國的專利(專利號為4606682)是機械型可調螺旋角插齒機構，它的傳動系統(tǒng)如附


圖1所示，它是利用刀架上的兩套曲柄連桿滑塊機構，一套驅動主軸作往復直線運動，另一套驅動主軸作往復旋轉運動，兩種運動合成為主軸的螺旋運動，通過調整一曲柄盤的偏心大小，可調整主軸往復行程的大??；通過調整另一曲柄盤的偏心大小，可改變螺旋齒花鍵套的行程大小，再通過直齒花鍵可改變主軸的轉角大小，從而可改變插斜齒螺旋角的大小。將附
圖1所示的兩套曲柄連桿滑塊機構簡化為附圖2。設曲柄盤Ⅰ上的偏心點從AO點旋轉θ角至A點，連桿L使滑塊從BO點垂直移動至B點，也就是主軸及插齒刀垂直移動量為H。另一曲柄盤Ⅱ上的一偏心點從CO點旋轉θ′角至C點，連桿L使滑塊從DO點垂直移動至D點，其垂直位移量為h，叉架的垂直位移使外導輪作往復螺旋運動，通過花鍵使主軸及插齒刀作往復旋轉運動，叉架垂直移動h時，插齒刀分度圓上的一點從EO點旋轉α角至E點。設螺旋齒花鍵的導程為T，插齒刀分度圓直徑為df，那么α＝360°，h／T
＝π·df·α／360°＝π·df·h／T當插齒刀垂直位移H，刀具分度圓旋轉弧長
時，其插斜齒螺旋角β＝tg－1
／H。當兩曲柄盤旋轉任一角度時，β角均應為一定值，才能保證所插斜齒的齒向精度。從β角的計算公式可看出，只要h／H為常數(shù)，β角即為定值。設曲柄盤Ⅰ轉過θ角時，曲柄盤Ⅱ轉過θ′角則h /H =l2- r2sin2θ2+ r - rcos θ ′ -1L2- R2sin2θ+R - Rcos θ - L]]>式中R、r、L、l均為常數(shù)，θ和θ′在0～360°間變化時，h／H值也將隨之變化，無論θ＝θ′還是θ≠θ′，h／H都不能完全保證是一常數(shù)。由此得出該發(fā)明在理論上存在螺旋線誤差，且誤差范圍超過齒輪加工精度標準范圍。此外從結構設計與受力分析來看，兩套曲柄連桿滑塊機構，同時設計在刀架上部，在結構設計上比較困難，曲柄盤Ⅱ經連桿將力傳給叉架，再經外導軌使螺旋齒花鍵作螺旋運動時，受力情況不佳，因連桿與主軸軸心線之間存在一偏心距，必然會產生偏心力矩，將影響插齒精度。該發(fā)明不僅于1984年9月在美國申請了專利，而且于1985年和1986年先后在日本和西德申請了專利，但至今沒有產品供應市場，這可能是因為該發(fā)明存在問題的緣故。
本實用新型的目的是針對上述兩種插斜齒螺旋角調整機構的不足，而提出的一種機械型插齒機插斜齒螺旋角調整機構，能在理論上完全消除螺旋線誤差，插斜齒螺旋角的調整范圍大，結構簡單易于實現(xiàn)，精度高，利用本技術可將一些普通插齒機改造成為萬能斜齒輪插齒機或新設計一種新型的萬能斜齒插齒機。
本實用新型的技術解決方案見附圖3和附圖4，該機構由一個螺旋角合成機構、兩個曲柄滑塊機構和兩個杠桿滑塊機構組成，其中一個主曲柄滑塊機構上的輔助軸4通過一個杠桿滑塊機構與螺旋角合成機構中的主軸1滑動連接；另一個輔助曲柄滑塊機構上的輔助軸16通過另一個杠桿滑塊機構與螺旋角合成機構中的連接軸套12滑動連接；這樣，兩個曲柄滑塊機構上各自的輔助軸上下移動就會導致螺旋角合成機構中主軸1、連接軸套12的相應上下移動。主曲柄滑塊機構由齒輪21、主曲柄盤5、帶框架的輔助軸4、偏心滑塊6和偏心軸7組成；輔助曲柄滑塊機構由齒輪21、輔助曲柄盤13、帶框架的輔助軸16、偏心滑塊14和偏心軸15組成。調整偏心軸的位置可改變帶框架輔助軸4和16上下移動的行程和速度。兩個曲柄滑塊機構分別與兩個杠桿滑塊機構相連，每一杠桿滑塊機構都由兩個滑塊和一根杠桿組成，兩個滑塊分別安裝在杠桿的兩端，且兩杠桿滑塊機構的杠桿比必須相同，即CD／BC＝C1D1／B1C1。
兩杠桿滑塊機構通過滑塊2和17分別與螺旋角合成機構中的主軸1和連接軸套12相連，螺旋角合成機構由刀架分度蝸輪3，固定螺旋導軌10、活動螺旋導軌9、直導軌23、主軸1、連接軸套12和靜壓系統(tǒng)組成，活動螺旋導軌外表面上的螺旋花鍵與固定螺旋導軌內表面上的螺旋花鍵槽相嚙合，活動螺旋導軌內表面上的直導軌花鍵槽與直導軌外表面上的花鍵相嚙合，活動螺旋導軌9與連接軸套12連為一體，直導軌23固定在主軸1上，主軸1的下端安裝刀具，主軸1與連接軸套12安置在同一條軸線上，刀架分度蝸輪8與固定螺旋導軌10連為一體。靜壓系統(tǒng)有兩組，其中一組由節(jié)流器11、進油孔25、固定螺旋導軌內表面與活動螺旋導軌外表面之間形成的靜壓腔26組成，八個豎直的進油孔均勻分布在固定螺旋導軌10中，這些進油孔連通節(jié)流器和固定螺旋導軌內表面上的靜壓腔26；另一組由旋轉接頭20、節(jié)流器19、活動螺旋導軌內表面與直導軌外表面之間形成的靜壓腔27組成，八個豎直進油孔均勻分布在連接軸套12和活動螺旋導軌9中，這些進油孔連通節(jié)流器19和靜壓腔27，進油管通過旋轉接頭20與節(jié)流器19相通，壓力油分別通過16個節(jié)流器和16個進油孔到達兩個靜壓腔，使活動螺旋導軌及主軸上直導軌在壓力油的作用下處于懸浮狀態(tài)，不受外力干擾，可消除導軌間隙對傳動精度的影響。
本實用新型比美國專利優(yōu)越的關鍵在于將曲柄連桿滑塊機構改為曲柄滑塊機構加杠桿滑塊機構，這一改動可從理論上消除螺旋線誤差。將附圖3所示的機構簡化為附圖5，當主曲柄盤5轉動時，固定在其上的偏心滑塊A以R為半徑繞中心O旋轉，帶框架的輔助軸4產生往復直線運動，經滑塊B，杠桿3，滑塊D使主軸1產生往復直線運動，當滑塊A轉過角度θ時，輔助軸4垂直移動H1，主軸垂直移動H，其關系式為H＝H1·CD／BC＝(R－R·｜COSθ｜)·CD／BC＝R(1－｜COSθ｜)·CD／BC同理，設驅動活動螺旋導軌垂直移動的輔助曲柄盤半徑為r，活動螺旋導軌的垂直位移為h，由于杠桿比CD／BC＝C1D1／B1C1，則h＝r(1－｜COSθ′｜)·C1D1／B1C1＝r(1－｜cosθ′｜)·CD／BC當取θ′＝θ或者θ′＝θ＋180°時h／H＝r·(1－｜cosθ｜)·CD／BC／［R·(1－｜COSθ｜)·CD／BC］＝r／R＝C(常數(shù))因此，當主、輔曲柄盤在同一相位或相位角相差180°時，其活動螺旋導軌的垂直位移與主軸的垂直位移之比為常數(shù)，即為主、輔曲柄盤半徑之比。對于一條標準螺旋線來說，它的垂直位移與其轉角之比為一常數(shù)。所以只要將活動螺旋導軌的螺旋花鍵做成標準的螺旋線，就能保證活動螺旋導軌的垂直位移與其轉角之比為一常數(shù)，因為h／H＝C(常數(shù))，所以主軸的垂直位移與主軸的轉角之比也為常數(shù)，因此可使主軸的運動合成為標準的螺旋運動。前述螺旋角計算公式β＝tg－1(π·df／T·h／H)對本機構仍然適用。
式中df－插齒刀分度圓直徑；T－活動螺旋導軌上螺旋花鍵的導程；h／H＝r／R所以β＝tg－1(π·df／T·r／R)，很明顯，只要調整R或r的大小，就能改變所插斜齒輪的螺旋角，且其調整范圍在理論上不受任何限制。當r＝0，R≠0時，主軸只有往復直線運動，沒有往復旋轉運動，可以插削直齒圓柱齒輪，其螺旋角βmin＝0°；當r≠0，R＝0時，主軸只有往復旋轉運動，無往復直線運動，可以插削環(huán)形齒，其螺旋角βmax＝90°；當改變兩曲柄盤的偏心方向，使其相位角相差180°時，即可改變主軸的旋轉方向，因而可使主軸獲得反向的螺旋運動。因此采用本機構可以插削任一旋向，任何角度的斜齒圓柱齒輪。
本實用新型的優(yōu)點是驅動主軸作往復運動的杠桿滑塊機構，處在主軸的中下部，運動平穩(wěn)，側向力小，而驅動活動螺旋導軌往復移動的杠桿滑塊機構的作用力是作用在活動螺旋導軌的中心線上，與主軸軸心線同心，受力狀態(tài)好，結構剛性強，兩曲柄盤偏心大小的調整可以用公式計算得到，然后通過微調裝置調到精確的位置，使用調整方便，精度高，因而可保證得到準確的螺旋運動。
在普通插齒機上改裝本實用新型機構，可擴大機床的使用范圍，任何旋向，任何螺旋角的斜齒圓柱齒輪均可在一臺機床上完成，大大提高了設備的利用率，節(jié)省了設備投資與占地面積，便于齒輪行業(yè)發(fā)展，不斷更新開發(fā)新品種的斜齒圓柱齒輪。尤其適于中小批生產各種不同旋向和不同螺旋角的斜齒圓柱齒輪。有些小直徑、大螺旋角的齒輪，特別是內齒輪，由于受專用螺旋導軌導程的限制，按常規(guī)設計難以解決，采用本機構設計的插齒機就可能解決此類難題。
附
圖1、美國專利的傳動系統(tǒng)圖附圖2、美國專利兩曲柄連桿滑塊機構簡圖附圖3、插齒機插斜齒螺旋角調整機構原理圖附圖4、螺旋角合成機構的剖面圖附圖5、曲柄滑塊和杠桿滑塊機構簡圖附圖3和附圖4中所標各數(shù)字分別表示如下1、主軸，2、杠桿滑塊機構中的滑塊，3、杠桿，4、輔助軸，5、主曲柄盤，6、主曲柄滑塊機構中的滑塊，7、偏心軸，8、刀架分度蝸輪，9、活動螺旋導軌，10、固定螺旋導軌，11、節(jié)流器，12、連接軸套，13、輔助曲柄盤，14、輔助曲柄滑塊機構中的滑塊，15、偏心軸，16、輔助軸，17、杠桿滑塊機構中的滑塊，18、杠桿，19、節(jié)流器，20、旋轉接頭，21、齒輪，22、螺釘，23、直導軌，24、活動螺旋導軌的進油孔，25、固定螺旋導軌的進油孔，26、固定螺旋導軌與活動螺旋導軌間形成的靜壓腔，27、活動螺旋導軌與直導軌間形成的靜壓腔。
下面介紹本實用新型的一個具體實施例。
對普通YP5150A型插齒機的立柱和刀架部分進行改造，拆去原來的曲柄連桿滑塊機構，裝上本實用新型，具體做法是機床的主電動機通過一對塔型皮帶輪降速后，將動力傳給主曲柄盤，主曲柄盤上開有T形槽，將裝有滑塊的T形槽螺釘裝于主曲柄盤上就可調整滑塊的偏心，滑塊驅動帶矩形框架的輔助軸作垂直運動，為減少滑塊與矩形框架運動中的摩擦力，在滑塊上、下與框架接觸處裝有直線運動滾針導軌支承，代號為6192／20K。由于受框架的限制，滑塊在曲柄盤上的圓周運動就轉換為輔助軸的上、下直線運動，輔助軸上下各裝有一滑動軸承作為支承，輔助軸下部還裝有杠桿滑塊機構中的滑塊槽，該處滑塊采用搖桿的形式，可消除圓弧運動轉換為直線運動所產生的誤差。搖桿的固定端利用原機床曲柄連桿機構中的固定軸，另一端利用原來的搖桿與主軸連接，兩根搖桿就相當于附圖3中的BC和CD杠桿，固定軸即為C軸。另外，當皮帶輪帶動主曲柄盤轉動時，與主曲柄盤同軸的齒輪21又將運動通過一中間齒輪，傳遞給與輔助曲柄盤同軸的齒輪，該齒輪與齒輪21模數(shù)與齒數(shù)完全相同，所以兩曲柄盤的轉速與轉向相同。采用前述同樣的結構將輔助曲柄盤上滑塊的運動通過兩根搖桿一根固定軸傳給連接軸套，連接軸套又與活動螺旋導軌用螺釘連為一體，活動螺旋導軌外表面銑成螺旋角為23°58′34″的螺旋花鍵，與固定螺旋導軌內表面同樣角度的螺旋花鍵槽嚙合，活動螺旋導軌內表面銑4條直花鍵槽，與直導軌外表面的4條直花鍵嚙合，直導軌與主軸固定連為一體，活動螺旋導軌上下運動時在螺旋花鍵的作用下使直導軌產生旋轉運動，也就是使主軸產生旋轉運動。固定螺旋導軌與刀架分度蝸輪連為一體，在分度蝸桿的帶動下作連續(xù)的圓周運動，根據(jù)加工對象的齒數(shù)分度。分度蝸桿的動力來自傳動箱，是原YP5150A型插齒機的部件。螺旋角合成機構的精度保證靠靜壓系統(tǒng)。靜壓系統(tǒng)由恒壓泵、畜能器、單向閥、溢流閥、若干濾油器、壓力繼電器和壓力表等組成。恒壓泵將壓力油分為兩組壓入靜壓腔內。一組壓力油通過八只小孔節(jié)流器和固定螺旋導軌上的八個豎直的進油孔，進入固定螺旋導軌內表面與活動螺旋導軌外表面形成的靜壓腔內。另一組則通過一特制的旋轉接頭進入另八只小孔節(jié)流器，進入連接軸套和活動螺旋導軌上開的八個豎直的進油孔中，再進入活動螺旋導軌內表面與直導軌外表面形成的靜壓腔中。內外兩組壓力油使活動螺旋導軌及直導軌處于懸浮狀態(tài)，這樣就消除了運動中導軌間隙對傳動精度的影響。由于活動螺旋導軌需沿螺旋線方向作往復運動及圓周進給運動，所以壓力油必須通過特制的旋轉接頭，才能進入節(jié)流器和靜壓腔。
主軸所形成的螺旋運動是由主軸的往復直線運動與在活動螺旋導軌帶動下所作的旋轉運動合成而來，插斜齒螺旋角的大小靠調整主、輔曲柄盤上滑塊的偏心R及r的大小，然后通過公式計算得到。R與r的調整范圍越大，插斜齒螺旋角的調整范圍也就相應增大。我們取R和r均為0～±55毫米。螺旋角β的大小，與刀具分度圓直徑df及r值的大小成正比，與R值的大小成反比。本例的β角調整范圍約為0～±45°，完全能滿足一般斜齒輪加工的需要。還可以通過設計時改變活動螺旋導軌的導程來滿足特定的加工需要。
權利要求1.一種插齒機插斜齒螺旋角調整機構，其特征在于它由一個螺旋角合成機構，兩個曲柄滑塊機構和兩個杠桿滑塊機構組成，其中一個主曲柄滑塊機構上的輔助軸4通過一個杠桿滑塊機構與螺旋角合成機構中的主軸1滑動連接；另一個輔助曲柄滑塊機構上的輔助軸16，通過另一個杠桿滑塊機構與螺旋角合成機構中的連接軸套12滑動連接；這樣，兩個曲柄滑塊機構上各自的輔助軸上下移動就會導致螺旋角合成機構中主軸1、連接軸套12的相應上下移動。
2.根據(jù)權利要求1所述的插齒機插斜齒螺旋角調整機構，其特征在于曲柄滑塊機構由齒輪21、曲柄盤5和13、帶框架的輔助軸4和16、偏心滑塊6和14、偏心軸7和15組成，調整偏心軸的位置可改變帶框架輔助軸4和16上下移動的行程和速度。
3.根據(jù)權利要求1所述的插齒機插斜齒螺旋角調整機構，其特征在于杠桿滑塊機構由兩個滑塊、一根杠桿組成，兩個滑塊分別安裝在杠桿的兩端，且兩杠桿滑塊機構的杠桿比必須相同。
4.根據(jù)權利要求1所述的插齒機插斜齒螺旋角調整機構，其特征在于螺旋角合成機構由刀架分度蝸輪8、固定螺旋導軌10、活動螺旋導軌9、直導軌23、主軸1、連接軸套12和靜壓系統(tǒng)組成，活動螺旋導軌外表面上的螺旋花鍵與固定螺旋導軌內表面上的螺旋花鍵槽相嚙合，活動螺旋導軌內表面上的直導軌花鍵槽與直導軌外表面上的花鍵相嚙合，活動螺旋導軌9與連接軸套12連為一體，直導軌23固定在主軸1上，主軸1的下端安裝刀具，主軸1與連接軸套12安置在同一條軸線上，刀架分度蝸輪8與固定螺旋導軌10連為一體。
5.根據(jù)權利要求4所述的螺旋角調整機構，其特征在于靜壓系統(tǒng)有兩組，其中一組由節(jié)流器11、進油孔25、靜壓腔26組成，八個豎直的進油孔均勻分布在固定螺旋導軌10中，這些進油孔連通節(jié)流器和固定螺旋導軌內表面上的靜壓腔26；另一組由旋轉接頭20、節(jié)流器19、進油孔24、靜壓腔27組成，八個豎直進油孔均勻分布在連接軸套12和活動螺旋導軌9中，這些進油孔連通節(jié)流器19和靜壓腔27，進油管通過旋轉接頭20與節(jié)流器19相通。
專利摘要本實用新型為一種插齒機插斜齒螺旋角調整機構，屬于圓柱齒輪加工機床制造領域。它由兩套曲柄滑塊機構、兩套杠桿滑塊機構和一套螺旋角合成機構組成，它可將一些只能插削一種固定螺旋角的普通插齒機改造成能插削任一旋向，各種螺旋角的萬能斜齒插齒機或新設計一種新型的萬能斜齒插齒機。插斜齒螺旋角的調整靠撥動兩曲柄滑塊偏心位置來實現(xiàn)，調整方便，精度高，可保證得到準確的螺旋運動?？山鉀Q小直徑、大螺旋角內齒輪的插齒困難，適合單件生產及多品種小批量生產各種斜齒圓柱齒輪。
文檔編號B23F1/04GK2140276SQ92218528
公開日1993年8月18日 申請日期1992年8月17日 優(yōu)先權日1992年8月17日
發(fā)明者王秉鈞 申請人:南京第二機床廠