对金属工件进行加工以生产所需物品，例如进行滚齿加工来生产正齿轮和 螺旋齿轮、轴、花键之类传统上是在将冷却液供应到一刀具和工件的接合点的 情况下进行的。冷却液的明显功能是对刀具和工件进行冷却，除此以外，它还 能减少刀具磨损并将从被加工工件上切除的金属切屑从刀具和工件的接合区 域冲走和冲到机床外面。切屑一旦被从刀具和工件上冲下，即可通过例如授予 Goeltzdl的美国专利3094486或授予Hunkeler的美国专利3537586揭示的过滤 装置或磁性分离装置与冷却液分离。
冷却液当然具有许多优点，但也有其缺点。冷却液价格不菲，而在一些情 况下其处理成本也很昂贵。冷却液雾和冷却液油烟被认为是环境公害。因此， 机床必须包括一雾气/油烟收集器，作为一种将这种空中传播污染物从机床所 处环境中排除的装置。冷却液在机床中的循环需要一泵和软管，以将冷却液送 到加工区域；以及一切屑分离器，以将金属切屑与冷却液分离。这种分离器比 用于传送干切屑的的简单的动力拉索复杂得多。在一些情况下还需要过滤器以 将其他杂质从冷却液中排除，或需要一冷却液冷却器以对冷却液和机床的均衡 温度进行控制。
近来，干加工过程例如干滚削作为采用冷却液的过程(湿加工过程)的一种 替代已经引起注意，Phillips在“滚削方面的新发展-第二部分”(齿轮技术， 1994年11/12月，26-30页)中对此作了讨论。然而在没有冷却液的情况下，刀 具和机床的温度将相当高。由于热效应以及在切屑形成点处缺乏高压冷却液， 刀具磨损增加成为一个严重问题。一些材料如镀覆有氮化钛铝的高速钢和镀覆 有氮化钛的钨硬质合金在承受干滚削过程条件方面已显示了某些成功。镀覆陶 瓷-金属(金属陶瓷)的滚刀也已实验室取得成功，这种材料由于在热冲击情况下 容易破裂，故不能与冷却液接触进行工作。
一些资料宣称硬质合金滚刀干滚能以比采用冷却液时更快的速率进行滚 削。然而，现今生产的实际状况证明，由于干滚削速率提高时可接受的刀具寿 命将成为严重问题，故这种情况只有在刀具镀覆方面的改进超出其现今水平时 才会出现。尽管如此，这种改进在今后还是有可能的。
可以看到，干滚削具有克服使用液体冷却剂带来的许多严重而成本高的缺 点的潜力。同时，干切屑作为一种可循环利用的材料，一般比被加工过程中的 液体弄湿的切屑价值更大。无冷却液切削的零件在进一步处理如热处理前无需 洗涤。
然而，如上所述，干滚削中产生的热量是刀具磨损的主要原因，并引起机 床部件如主轴、轴承或机架的不均匀变形，对机床本身带来不利影响。干滚削 中产生的热量大多数是通过切屑去除的，切屑必须尽快并以不与机架接触任何 延长时间的方式从机床中排除。排除干切屑的一种方法是允许切屑通过重力滑 向建于滚齿机基座内的切屑输送器。Ophey在“在不用冷却液情况下进行滚 齿”(齿轮技术，1994年11/12月，20-24页)中示出了这样一种排屑系统。
在干滚削中，工件本身也被作为一从切削腔排除热量的工具。从工件散热 因其排除热量必须予以允许，否则这些热量将在机床主轴、轴承壳体、结构和 刀具中产生较高的均衡温度。某些种类的一般有效的夹持工件的夹具由于热量 增多或夹具元件的热隔绝产生阻塞，而不是连续对工件的自由传导和释放，故 在干加工过程中不能使用。
可见，湿滚削和干滚削各有其优点和缺点，其用途根据具体加工情况。然 而，至今为止，还不可能在一台机床上容易地进行干-湿或湿-干的转换而不在 如冷却液箱的排出(或注入)、更换切屑料斗以及排除(或安装)任何冷却液/切屑 分离设备方面耗时费力。
本发明的一个目的在于提供一种以很少的转换时间进行湿-干或干-湿转换 的能进行湿加工和干加工的机床。
本发明的另一个目的在于提供一种无论湿加工和干加工均能从机床中排 除金属切屑、其中切屑被传递到用于湿金属切屑和干金属切屑的分开的出口的 系统。
本发明的又一个目的在于提供一种能进行湿加工和干加工、并具有用于湿 金属切屑和干金属切屑的独立的切屑处理出口的滚齿机。
本发明的另一个目的在于提供一种采用上述排屑系统的滚齿机，其中切削 腔和工件夹持装置的上盖板表面在干加工过程中可任意加以冲洗以改善加工 热量的控制状况。在这种配置中，落下的切屑将其热量直接传递给冲洗/冷却 液，并在切屑分离后通过冷却液循环依次传递到机床底座的所有末端。
同时，工件夹具也可通过一带有一至任选盖板冲洗的出口的冷却液循环套 管加以冷却。无论是任选盖板冲洗还是任选工件夹具冷却装置均不会弄湿刀具 或工件。
本发明概况
本发明涉及一种能进行干加工和湿加工的装置，如一用于通过湿滚削方法 和干滚削方法生产正齿轮和螺旋齿轮、轴、花键之类的滚齿机。
本装置包括一具有顶表面和底表面以及多个侧表面的机床基座。本装置还 包括位于基座顶表面的一刀具支承和一工件支承，还包括将刀具支承和工件支 承相对移动使一刀具以对工件进行加工的方式与工件接合的装置。本装置还包 括通过各自独立的湿切屑出口和干切屑出口将湿加工过程和干加工过程产生 的金属切屑从装置中排除的装置。
排屑装置包括一位于机床基座内在两个侧表面之间延伸的第一通道。排屑 装置还包括一位于机床基座内起源于机床基座顶表面的一开口并与第一通道 连通的第二通道，该第二通道为作为加工过程的结果的切屑从工件排到第一通 道提供了一通道装置。
排屑装置还包括一位于并延伸第一通道长度的传递装置，该传递装置可反 向以将加工过程中产生并通过第二通道接受的金属切屑传送到两个侧表面中 的出口。因此，该排屑装置能将湿加工过程产生的金属切屑传送到一侧表面中 的出口并由此排出，而将干加工过程产生的金属切屑传送到另一侧表面中的出 口并由此排出。
排屑装置并在将切屑运送到机床外面的过程中防止所存在的热的切屑与 机床基座的通道表面之间的接触。这就限制了从切屑到机床基座特定区域的热 传递，并由此而限制了机床严重变形的可能性。
同时，还提出一在切屑因重力落到出口通道时接受切屑热能的热交换装 置。该组合式液体循环系统可将所吸收的热能绕机床基座周围完全分配，并将 上表面和下面的底表面带入共同均衡状态。其结果是机床温度规则并正交增 高，而这可容易地通过众所周知的自动装置加以补偿。刀具立柱与工件立柱之 间的角度偏差由于通常是由上表面和下面的底表面的热量差产生的，故为最小 化。因此避免了复杂得多且很难预测的热量增长补偿算法。该组合式液体循环 系统在干加工过程中运转而不会以任何方式弄湿切屑。
附图简单说明
图1为现有技术滚齿机的示意侧视图。
图2表示一包括本发明排屑系统的滚齿机。
图3表示一示出本发明排屑系统的穿过机床基座长度中心的剖面图。
图4为一示出机床基座冷却液沟槽的机床基座剖面图。
图5为一靠近一侧表面的机床基座剖面图，示出机床基座冷却液沟槽、切 屑排出通道的交叉以及一机床基座上表面部上的热交换装置。
图6为机床基座的局部俯视图，表示切屑排出通道的交叉区域，并示出机 床基座上表面部上的热交换装置。 较佳实施例具体描述

以下将结合附图描述本发明的较佳实施例。在所有附图中，相似的部件将 采用相近的标号。
图1示出一作为对比文献的被授予Suwijn的美国专利5228814所揭示的滚 齿机。虽然本发明并不涉及具体切削过程或滚齿机的有关部件，但对滚齿机的 总的描述可能是有益的。更具体的描述可参照上述专利。
该滚齿机包括一具有一顶表面4、一底表面6、端表面8、10、侧表面 12、14(图4)和支承件16的机床基座2。一工件头18位于顶表面4上并可沿 床身导轨22在机床基座宽度方向移动。工件头18包括一上尾架立柱部24和 一下尾架立柱部26。上尾架立柱部24上装有一可通过任何合适装置如一活塞 (未示)沿导轨30上下的尾架组件28。工件头18还包括一用于工件34夹持就 位的工件夹具32，以及可包含一用于使一弹簧轧头作用以例如将工件34夹紧 就位的主轴壳体38。
该滚齿机还包括可沿床身导轨46在机床基座2长度方向移动的滚刀立柱 20。滚刀立柱20包括轴向配置的导轨48，用于移动一安装滚刀头52的轴向 滑动件50。滚刀头52系一与一刀具外侧支承壳体54、一滚刀主轴壳体58和 一滚刀驱动齿轮箱60结合的可角度调节的轴耳。一滚刀56安装在外侧支承54 与主轴壳体58之间。
滚刀与工件的相对运动系由可通过减速齿轮(或皮带)和滚珠丝杠传动作用 的分开的马达进行控制。这些运动包括滚刀立柱20沿机床床身2长度的运动， 工件头18沿机床床身2宽度的运动，以及轴向滑动件50相对于机床床身2的 垂直运动。使滚刀56和工件34转动，并通过分开的马达使滚刀头52作角度 运动。每个驱动马达均与按照作为输入到一计算机的指令对驱动马达的运转进 行控制的一线性或旋转编码器(未示)和一计算机相连。该编码器向该计算机提 供有关每个可运动的直线或旋转加工轴线实际位置的反馈信息。
图1的滚齿机以前仅用于湿滚削加工。通过引导到加工点的各种喷管供应 冷却液。引导到加工点的冷却液喷管是众所周知的现有技术，故未示出。由滚 削过程产生的金属切屑经顶表面开口40被冲入一通道62。在该通道中，一传 送装置例如螺旋推运器64将其运送到一出口66。可通过任何活塞的装置如一 倾斜的磁性滚柱传送带在出口66处将切屑与冷却液分离，或者也可将冷却液 运到一集中分离装置。一旦将排屑，在特殊情况下也可在通过机床循环回到加 工点之前进行过滤和/或冷却。也可将切屑和冷却液运回一具有一通用冷却液 储存箱的集中切屑回收设施和为多台机床服务的泵吸系统。
采用本发明，图1的机床或任何其他适用的机床即可用于湿加工过程和干 加工过程。图2表示包括有一排屑系统的改进型机床，该系统包括一延伸机床 基座2的长度并在分别的端表面8和10中形成出口70和72的第一通道68。 第一通道68与包括开口40的一第二通道连通。尽管通道68如图所示为在端 表面8和10之间延伸，它也可以在侧表面12和14之间延伸，或者可以成角 度地位于一侧表面和端表面例如侧表面12和端表面10之间。
一将金属切屑传递到出口70或72的装置74位于通道68中。传递装置74 最好包括一非磁性外管道76例如一包含一延伸管道76的长度的一可翻转的旋 转螺旋状磁铁78的非磁不锈钢。通过一位于管道76任一端的马达80转动磁 铁。在滚削过程中，从工件34发出的金属切屑穿过开口40并进入通道68， 在那里由于被内部磁铁78吸引而粘附在管道76上。磁铁78的转动使切屑根 据转动方向沿管道移动到出口70或72。管道76的每端包括一将切屑从管道 76上刮除的刮除装置82。
可见，采用本发明的排屑系统，可将湿的切屑传递到机床基座2一端处的 一出口，而可将干的切屑传递到机床基座2另一端处的一出口。图3通过表示 通过机床基座2中心的一长度方向横剖面示出本发明的这一特点。作为一个实 例，通过开口40进入通道68的干的切屑由于内部转动的螺旋状磁铁78的作 用沿管道76传递到出口70，在出口处刮除装置82将切屑从管道76上刮除。 干切屑落入切屑料斗84。当然，可以用任何合适的方式将切屑传递到机床外 面，例如使它落到作为集中切屑回收装置一部分的一传送表面上。采用本发明 的传递装置，切屑粘附到管道76上而不与机床基座的表面接触。因此，切屑 上的热量很少或不会传递到机床基座上。
采用上述实例，湿滚削产生的切屑也通过开口40进入通道68，并在那里 粘附到管道76上。通过马达80使内部螺旋状磁铁与用于干滚削相反的方向转 动以将切屑传递到出口72处，切屑在那里被刮除装置82从管道76上刮除并 落入一适合的湿切屑接受装置86例如一包含有一将切屑运出机床外的倾斜列 磁性滚柱88而允许冷却液排入接受装置86的磁性切屑分离器。通道68中的 冷却液由于罩盖95关闭而排入接受装置86，该罩盖在从干加工过程转换到湿 加工过程时由操作者关闭。
在从湿加工过程转换到干加工过程时，马达80反向，罩盖95打开，向盖 板冲洗喷嘴92(见图2)并朝向切削点的喷嘴的冷却液流关闭。可被脉冲或间歇 对盖板水平部进行清洁的空气流系通过喷嘴94(见图2)起动。并任选地通到一 从工件与夹持工件的夹具之间的接触表面清除细切屑的喷嘴。一工具更换或一 工件夹具更换往往伴随着从一种加工过程向另一过程的转换。在从干加工过程 转换到湿加工过程时，马达80反向，罩盖95关闭，通过盖板冲洗喷嘴92(见 图2)并朝向切削点的喷嘴的冷却液流起动，向盖板和工件夹具上表面的空气流 关闭。
该滚齿机包括一些促使切屑向开口40移动的附加部件。图2示出至少放 在工件支承18的倾斜表面上的金属薄板90(例如不锈钢)。金属薄板90的光滑 表面促使切屑移动。另外也可包括一空气喷嘴94和/或冷却液喷嘴92以提供一 沿金属薄板90的流体流动，进一步帮助切屑在干加工过程或湿加工过程中向 开口40移动。如果需要，也可通过任何已知装置使金属薄板90和板108(图5) 震动以帮助切屑向开口40移动。
在轴向滑动件50下面可包括一隔板96以使从加工点自由地向倾斜板 108(见图5)散布的切屑偏转到开口40内。隔板96还用于防止热的切屑在径向 导轨46区域中落到上基座表面上。隔板96固定在机床基座处并以这样一种方 式储放在轴向滑动件50下面的一壳体中，例如放在一弹簧负载滚柱上，以在 轴向滑动件50向上运动和滚刀立柱20退回时允许分配另外的隔板，而在轴向 滑动件50向下运动和滚刀立柱20前进时则多余隔板缩回。隔板96最好采用 高强度材料如KEVLAR。
本发明通过使湿加工过程和干加工过程能在一台机床中进行而较只能进 行湿加工过程或干加工过程的机床提供了更大的适应性。本发明的配置还可在 进行干加工的同时用冷却液冲洗切屑，还可任选地通过一冲洗套管(未示)对工 件夹具32进行冷却，以防止夹具32元件的不希望的热膨胀或热隔绝。而又不 弄湿工件34或滚刀56。在本实施例中，冷却液流系被关闭到刀具56和工件 34的区域而到喷嘴92的冷却液流则仍维持。因此进行干加工，但因为切屑落 到罩复工件支承18的板90的表面上，它们在从喷嘴92来的冷却液的帮助下 被冲洗到开口40内，并以与上述湿加工相同的方式排出机外。
本发明的机床与其他滚齿机相比还具有这样的优点，即在本机床中用于湿 加工过程的冷却液不必为完成干加工而排出。在许多机床上，冷却液被保持在 一冷却液箱中，该冷却液箱在干加工过程中有效地作为一吸热装置，该装置连 续吸热并将其传递到机床基座本身的区域，从而产生不均匀热膨胀。图4为示 出湿加工用冷却液流动路径的通道68下面一位置处的机床基座2的一横剖面 俯视图。当接受装置86注满时，冷却液即溢出堰口98并沿机床基座的外壁循 环穿过沟槽100。冷却液经沟槽100流至泵102并在泵102处被泵回刀具和工 件处的喷嘴和/或喷嘴92。经沟槽100循环的冷却液即起对机床基座进行热稳 定化的作用。图5为示出冷却液沟槽100的机床基座2的横向剖面图。开口 106(图4)允许冷却液从沟槽100的侧部向端部流动。
在干加工过程中，冷却液至少关闭到朝向刀具和工件处的喷嘴，但沟槽100 中的冷却液仍留在机床基座中并通过泵102循环以对机床基座进行热稳定化。 由于冷却液的液面维持在通道68下面，如表示开口40处机床基座宽度横剖面 的的图5中的104处所示，沟槽100中的冷却液并不影响切屑通过通道68的 移动。采用这种配置，即使在出现完成干加工过程时，冷却液仍能保持在机床 基座2中循环并继续对它进行热稳定化。
本发明的滚齿机的另一特征示出于图5，即，在开口40附近还包括用于 机床基座2的顶表面4的热交换器罩板108。罩板108由金属薄板如不锈钢制 成，并在开口40中沿着顶表面4的倾斜部。罩板108还包括冷却液通道110、 112(见图6)，该通道110、112将由泵102来的冷却液在入口114处加以引导， 循环通过通道110、112，并在出口116处排出至循环沟槽100。采用这些罩 板，包含在切屑中的从干加工过程中发散的相当数量的热量在其能被机床吸收 之前就被迅速排除了。以相似的方式，金属薄板罩壳90也可包括其内有助于 冷却金属切屑的冷却液通道。另外，开口40附近顶表面4的倾斜部可以通过 冲击到倾斜部的底表面上的冷却液喷流加以冷却。此外，罩板108可包括空气 喷嘴或液体喷嘴(与图2中的空气喷嘴94和/或冷却液喷嘴92相似)以提供一沿 金属薄板108的流体流动，从而进一步有助于在干加工过程或湿加工过程中将 切屑移动至开口40。
图6示出表示开口40与通道68之间相交区域的机床基座2的局部俯视 图。可以看到，这些任选的倾斜的热交换器板108在开口40区域内可以整个 地罩复倾斜的上基座表面4。冷却液从到达口114经通道110和112到排出口 116的独立通道可吸收切屑散布热量并可将其立即传递到机床基座下部中的循 环通道100。被吸收的热量可以这种方式直接为许多下部基座结构表面分担并 由这些表面通过如机床基座2的外壁12和14这样的表面辐射到机外。
虽然图3的机床采用干切屑通过端表面8排出而湿切屑则通过端表面10 排出，但本发明的机床并不限于这种配置。图4表示用于图3所示机床的机床 基座冷却液沟槽100。如需将湿切屑接受装置86和干切屑接受装置84颠倒过 来，则须分别从端表面8排除罩盖118并将其放置在端表面10的开口120中， 并从靠近端表面10的内开口124(图3)排除罩盖122并将其放置在靠近端表面8 的内开口106中。通过如上所述改变罩盖位置，即可将湿切屑接受装置86放 置在端表面8处，并将干切屑接受装置84放置在端表面10处。由于这种能力， 可对一台机床进行调节以满足一制造设备的要求，如需搬动机床或改变设备布 局，则还可加以改变。
虽然上面结合较佳实施例对本发明作了描述，但应理解，本发明并不限于 这些具体实例。熟悉本领域的人员可以在不脱离本发明精神和所附权利要求范 围的情况下对此进行修改，这些修改均应包括在本发明涵盖范围之内。