技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种高精度数控滚齿机，属于
齿轮加工技术领域。
背景技术
[0002] 齿轮是机械运动技术装备中关键
基础性部件，是各种
传动轴动
力传递的通用零部件，故其在各行各业中均有广泛的应用。而滚齿机则是齿轮加工中使用最多的主要齿轮加工机床，随着现代科学技术的不断发展，对各类齿轮加工滚齿机提出了越来越高的要求，主要体现在数控、高效、高精度和环保加工等方面。数控技术的应用，使数控滚齿机取得了突飞猛进的发展。最初的二轴简易数控，还保留着分齿传动链的功能；四轴数控应该说基本上实现了真正的四轴联动，但是
工件轴和刀具轴还是有齿轮减速的；故设计六轴四联动，公告号为CN203830851U公开了一种直驱零传动全数控卧式滚齿机，其
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；在原来四轴的基础上增加了自动窜刀和自动分度机构在，机床体上设有驱动工件旋转的直驱式工件
主轴箱，工件主轴箱上设有用于装夹工件的车头，其主轴称为C轴；顶紧工件的叫
尾座；安装
滚刀的叫铣头，其主轴叫B轴；纵向移动的叫大溜板左右移动，
丝杠电机轴叫Z轴；横向移动的叫小溜板前后移动，丝杠电机轴叫X轴；铣头上下移动叫Y轴，铣头沿X轴转动叫A轴；上述部件皆安装在床身上。该滚齿机的关键轴B、C、X、Z轴均采用直驱结构零传动，能从根本上消除了累积误差与分度误差环，但是该滚齿机的工件主轴部分，工件主轴C轴为旋
转轴，由力矩型空心
伺服电机通过连轴结直接同轴驱动，在伺服电机左侧还设有工件放松油缸体，工件放松油缸体内设有工件放松油缸，放松油缸的
活塞通过顶杆压缩蝶形
弹簧，可将工件卡头顶出，释放工件，但是该工件主轴部分整个结构复杂，用于驱动工件主轴的电机不能采用普通的伺服电机，采用空心伺服，空心技术目前不是特别稳定，且成本高，驱动主轴动作的电机及释放工件的油缸皆设置在工件主轴的轴向方向上，占据空间大，考虑到工件主轴的驱动方式、传动方式会直接影响到整台滚齿机的加工精度和加工效率，故需要设计一种结构简单，传动效率高，可用普通伺服电机驱动的工件主轴部分，从而实现对工件的夹紧精密
定位。实用新型内容
[0003] 本实用新型针对
现有技术存在的不足，提供一种结构简单，成本低，充分利用安装空间，方便安装维护，且可通过普通伺服电机驱动的高精度数控滚齿机。
[0004] 本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种高精度数控滚齿机，包括床身、设置在床身上的工件主轴箱、直驱式刀具主轴箱及尾座箱，所述工件主轴箱设置在所述床身的左侧，所述尾座箱设置在所述床身的右侧，所述尾座箱通过滑动面可在床身上移动，所述工件主轴箱上设有工件装夹组件，所述工件装夹组件包括设置在工件主轴箱上的工件卡头、工件主轴、用于驱动工件主轴动作的工件主轴伺服电机及用于释放工件的工件松开机构，所述工件主轴通过
轴承与所述工件主轴箱连接，所述工件主轴内设有顶拉轴，所述工件卡头设置在所述顶拉轴右侧的所述工件主轴内；
[0005] 所述工件卡头包括
轴头、弹簧卡头、连接套、顶拉杆、蝶形弹簧及第一
锁紧
螺母，所述弹簧卡头通过所述连接套与所述顶拉杆连接，所述轴头套装在所述弹簧卡头及连接套的外侧，所述顶拉杆伸出所述轴头，并通过所述第一锁紧螺母锁紧，所述蝶形弹簧套装在所述顶拉杆的外侧，所述第一锁紧螺母设置在所述蝶形弹簧的左侧，所述蝶形弹簧的右侧通过碟簧挡
块与所述轴头连接；
[0006] 所述工件松开机构包括用于拨动所述顶拉轴的旋转顶紧块、顶紧电机、顶紧丝杠、丝杠螺母及拨叉，所述旋转顶紧块插装在所述工件主轴上，所述顶紧丝杠通过轴承与所述工件主轴箱连接，所述顶紧电机的输出端与所述顶紧丝杠连接，所述拨叉上设有用于拨动旋转顶紧块的环状凸起。
[0007] 本实用新型的有益效果是：轴头的莫氏锥度与工件主轴的安装孔定位安装，形成一个旋转体，工件主轴伺服电机动作，驱动工件主轴转动，从而带动工件卡头转动，从而实现滚齿机的刀具对工件的高精度高效加工；需要取下工件时，旋转顶紧块插装在工件主轴上，其作用于工件主轴内部的顶拉轴，当旋转顶紧块在顶紧电机的作用下右移，驱动工件主轴内顶拉轴右移，顶拉轴作用于顶拉杆，顶拉杆受力右移压缩蝶形弹簧，将弹簧卡头顶出，从而释放工件。与现有的滚齿机的工件主轴部分相比，工件松开机构的动力源不在工件主轴轴向方向上，而是在工件主轴的下方，充分利用工件主轴箱内的空间，缩短了工件主轴、顶拉轴的长度，提高了传动效率及传动精度，使得工件主轴的动力源可直接采用普通的伺服电机，节约成本。总之，本实用新型结构简单，解决了现有工件主轴结构复杂、成本高及安装空间的问题，实现了工件的精密定位，工件的自动夹紧及自动释放，自动化程度高，提高了工件的加工效率及加工
质量。
[0008] 在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
[0009] 进一步的，所述直驱式刀具主轴箱上设有刀具轴组件，所述刀具轴组件包括滚刀、刀杆、拉杆、刀具主轴、用于驱动刀具主轴旋转的刀具主轴伺服电机及刀杆分离机构，所述刀具主轴通过轴承与所述刀具主轴箱连接，所述刀具主轴内设有锥孔及拉杆孔，所述拉杆与所述刀杆
螺纹连接；所述刀杆分离机构包括端盖、小
锥齿轮、螺纹锥齿轮及用于驱动所述拉杆动作的顶紧键，所述螺纹锥齿轮套装在所述刀具主轴的外侧并可绕所述刀具主轴旋转，所述顶紧键插装在所述刀具主轴及拉杆上，所述顶紧键的外侧设有与所述螺纹锥齿轮
螺纹连接的
外螺纹，所述端盖与所述刀具主轴箱连接，所述小锥齿轮的齿轮轴穿过所述端盖通过第二锁紧螺母锁紧。
[0010] 采用上述进一步方案的有益效果是，需要更换滚刀时，刀具主轴处于刹紧状态，取下刀杆下端的滚刀，通过锁紧
螺栓将端盖锁紧在主轴壳体上，小锥齿轮通过锁紧螺母锁紧，使得小锥齿轮与螺纹锥齿轮
啮合，然后转动小锥齿轮，螺纹锥齿轮随之绕刀具主轴转动，由于螺纹锥齿轮与其内侧的顶紧键螺纹连接，故顶紧键转动的同时向下移动，从而驱动拉杆下移，拉杆下移的冲击力向刀杆加力，使刀杆下移与刀具主轴的锥孔接合面完全脱开；由于刀杆与拉杆螺纹连接，然后手动转动刀杆，将刀杆和拉杆分离；更换刀具后，将上述步骤逆向进行装配，刀杆通过拉杆拉紧；待刀具装好后，可通过松小锥齿轮外端的锁紧螺母，让小锥齿轮与螺纹锥齿轮脱离，小锥齿轮和螺纹齿轮分离，刀具主轴正常工作。方便滚齿机不同规格刀具的更换，刀具更换过程操作方便快捷，且不影响滚齿机的滚齿加工精度。
[0011] 进一步的，所述尾座箱上设有尾座顶紧组件，所述尾座顶紧组件包括尾座套筒、尾座顶尖、尾座
丝杆及丝杆螺母，所述尾座套筒安装在所述尾座箱上，且可沿所述尾座箱滑动，所述尾座套筒内设有丝杆孔及用于安装所述尾座顶尖的锥孔，所述丝杆螺母通过第二紧固螺栓与所述尾座套筒连接，所述第二紧固螺栓上套装有缓冲弹簧，所述尾座箱上设有丝杆座套，所述尾座丝杆通过轴承与所述丝杆座套连接，所述尾座丝杆在动力机构作用下转动。
[0012] 采用上述进一步方案的有益效果是，尾座丝杆转动，丝杆螺母沿尾座丝杆向前移动，驱动尾座套筒前移，从而驱动顶尖
接触工件的中心，由于紧固螺栓上有弹簧，接触过程工件会对尾座顶尖有一定作用力，尾座顶尖带动尾座套筒会
压缩弹簧，故尾座顶尖以较缓的力向前推进，缓冲过程中尾座顶尖与工件中心对正，然后尾座丝杆转动，再以较大的力通过尾座顶尖顶紧工件，整个过程可实现工件中心的自动定位。与传统直接采用较大力让顶尖与工件直接接触相比，该尾座顶紧组件的顶尖与工件接触初期有一定缓冲，方便顶尖与工件中心对正，保证工件对中效果，从而实现工件中心的自动定位，同时减少工件损坏，提高工件的加工精度。
[0013] 进一步的，所述尾座丝杆为空心结构。
[0014] 采用上述进一步方案的有益效果是，空心的尾座丝杆不仅减少能耗，而且当需要更换尾座顶尖时，可直接采用撞杆穿过尾座丝杆内的通孔撞击尾座顶尖的锥柄，便可以快速取下更换尾座顶尖。
[0015] 进一步的，所述尾座丝杆上设有推力球轴承及用于对推流球轴承进行限位的第三锁紧螺母。
[0016] 采用上述进一步方案的有益效果是，推力球轴承可承受轴向推力
载荷，锁紧螺母可实现对轴承的稳定定位，锁紧螺母设置在端盖内，同时安装拆卸方便，方便维护。
[0017] 进一步的，所述工件主轴上设有插槽，所述旋转顶紧块插装在所述插槽内。
[0018] 采用上述进一步方案的有益效果是，旋转顶紧块穿过插槽作用于工件主轴内部的顶拉轴，实现对顶拉轴的驱动。旋转顶紧块受拨叉向右作用力右移，顶拉轴右移对顶拉杆施力，压缩蝶形弹簧，使得弹簧卡头松开，释放工件。
[0019] 进一步的，所述弹簧卡头内设有
定心顶尖。
[0020] 采用上述进一步方案的有益效果是，工件可通过定心顶尖找正，实现对工件的定心。
[0021] 进一步的，所述旋转主轴上设有主轴
键槽，所述拉杆上设有拉杆键槽，所述顶紧键插装在所述主轴键槽及拉杆键槽内。
[0022] 采用上述进一步方案的有益效果是，顶紧键通过插装到主轴键槽、拉杆键槽分别与旋转主轴及拉杆连接，顶紧键在螺纹锥齿
轮作用下下移，从而实现对拉杆施力，使得拉杆下移对刀杆施力，刀杆下移与旋转主轴的锥孔结合面脱离，顶紧键在螺纹锥齿轮作用下上移，可实现对拉杆施力使拉杆上移，方便刀杆锥柄与旋转主轴锥孔插装配合。
[0023] 进一步的，所述端盖的外侧设有限位
法兰，所述限位法兰通过锁紧螺栓与所述端盖连接，所述限位法兰与所述端盖之间设有弹簧，所述弹簧套装在所述限位法兰与所述端盖之间的所述小锥齿轮的齿轮轴的外侧。
[0024] 采用上述进一步方案的有益效果是，无需松开锁紧螺母，只需要松开螺栓，弹簧通过限位法兰对锁紧螺母施力，从而带动小锥齿轮外移，使得小锥齿轮与螺纹锥齿轮脱离。
附图说明
[0025] 图1为本实用新型的主视结构示意图；
[0026] 图2为本实用新型的俯视结构示意图；
[0027] 图3为本实用新型的左视结构示意图；
[0028] 图4为本实用新型工件装夹组件的结构示意图；
[0029] 图5为本实用新型工件卡头的结构示意图；
[0030] 图6为本实用新型刀具轴组件的结构示意图；
[0031] 图7为本实用新型尾座顶紧组件的结构示意图；
[0032] 图8为本实用新型工件主轴的主视局部图；
[0033] 图9为本实用新型工件主轴的俯视局部图；
[0034] 图10为本实用新型拨叉与旋转顶紧块配合的局部图；
[0035] 图11为图10中沿A-A方向的剖面图；
[0036] 图12为本实用新型锥齿轮相互配合局部结构示意图；
[0037] 图13为图12中沿B-B方向的剖面图；
[0038] 图14为本实用新型主轴键槽的结构示意图；
[0039] 图15为本实用新型拉杆键槽的结构示意图；
[0040] 图中，1、工件主轴箱；2、刀具主轴箱；3、尾座箱；4、床身；5、工件装夹组件；501、弹簧卡头；502、轴头；503、定心顶尖；504、第一紧固螺栓；505、连接套；506、顶拉杆；507、碟簧挡块；508、蝶形弹簧；509、隔套；510、第一锁紧螺母；512、工件主轴；513、工件主轴伺服电机；514、
联轴器；515、顶拉轴；516、旋转顶紧块；517、顶紧电机；518、顶紧丝杠；519、丝杠螺母；520、拨叉；521、环状凸起；522、插槽；6、刀具轴组件；601、滚刀；602、刀杆；604、刀具主轴；605、拉杆；606、顶紧键；607、螺纹锥齿轮；608、锁紧螺栓；609、小锥齿轮；610、限位法兰；611、端盖；612、刀具主轴伺服电机；613、紧固螺母；614、刀体；615、刀套；616、第二锁紧螺母；617、弹簧；618、上限位套；619、下挡圈；620、主轴键槽；621、拉杆键槽；7、尾座顶紧组件；
701、尾座丝杆；702、丝杆螺母；703、丝杆座套；704、尾座套筒；705、尾座顶尖；706、第二紧固螺栓；707、缓冲弹簧；708、推力球轴承；709、第三锁紧螺母。
具体实施方式
[0041] 以下结合实例对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0042] 如图1-图15所示，一种高精度数控滚齿机，包括床身4、设置在床身上的工件主轴箱1、直驱式刀具主轴箱2及尾座箱3，所述工件主轴箱设置在所述床身的左侧，所述尾座箱设置在所述床身的右侧，所述尾座箱通过滑动面可在床身上移动，所述工件主轴箱上设有工件装夹组件5，所述工件装夹组件包括设置在工件主轴箱上的工件卡头、工件主轴512、用于驱动工件主轴动作的工件主轴伺服电机513及用于释放工件的工件松开机构，所述工件主轴伺服电机的
输出轴通过联轴器514与所述工件主轴连接，所述工件主轴通过轴承与所述工件主轴箱连接，所述工件主轴内设有顶拉轴515，所述工件卡头设置在所述顶拉轴右侧的所述工件主轴内；所述工件卡头通过第一紧固螺栓504与所述工件主轴连接；
[0043] 所述工件卡头包括轴头502、弹簧卡头501、连接套505、顶拉杆506、蝶形弹簧508及第一锁紧螺母510，所述弹簧卡头通过所述连接套与所述顶拉杆连接，所述轴头套装在所述弹簧卡头及连接套的外侧，所述顶拉杆伸出所述轴头，并通过所述锁紧螺母锁紧，所述蝶形弹簧套装在所述顶拉杆的外侧，所述锁紧螺母设置在所述蝶形弹簧的左侧，所述蝶形弹簧的右侧通过碟簧挡块507与所述轴头连接；
[0044] 所述工件松开机构包括用于拨动所述顶拉轴的旋转顶紧块516、顶紧电机517、顶紧丝杠518、丝杠螺母519及拨叉520，所述旋转顶紧块插装在所述工件主轴上，所述顶紧丝杠通过轴承与所述工件主轴箱连接，所述顶紧电机的输出端与所述顶紧丝杠连接，所述拨叉上设有用于拨动旋转顶紧块的环状凸起521。
[0045] 所述直驱式刀具主轴箱上设有刀具轴组件6，所述刀具轴组件包括滚刀601、刀杆602、拉杆605、刀具主轴604、用于驱动刀具主轴旋转的刀具主轴伺服电机612及刀杆分离机构，所述刀具主轴通过轴承与所述刀具主轴箱连接，所述刀具主轴内设有锥孔及拉杆孔，所述拉杆与所述刀杆螺纹连接；所述刀杆分离机构包括端盖611、小锥齿轮609、螺纹锥齿轮
607及用于驱动所述拉杆动作的顶紧键606，所述螺纹锥齿轮套装在所述刀具主轴的外侧并可绕所述刀具主轴旋转，所述顶紧键插装在所述刀具主轴及拉杆上，所述顶紧键的外侧设有与所述螺纹锥齿轮螺纹连接的外螺纹，所述端盖与所述刀具主轴箱连接，所述小锥齿轮的齿轮轴穿过所述端盖通过第二锁紧螺母616锁紧。需要更换滚刀时，刀具主轴处于刹紧状态，取下刀杆下端的滚刀，通过锁紧螺栓将端盖锁紧在主轴壳体上，小锥齿轮通过锁紧螺母锁紧，使得小锥齿轮与螺纹锥齿轮啮合，然后转动小锥齿轮，螺纹锥齿轮随之绕刀具主轴转动，由于螺纹锥齿轮与其内侧的顶紧键螺纹连接，故顶紧键转动的同时向下移动，从而驱动拉杆下移，拉杆下移的冲击力向刀杆加力，使刀杆下移与刀具主轴的锥孔接合面完全脱开；
由于刀杆与拉杆螺纹连接，然后手动转动刀杆，将刀杆和拉杆分离；更换刀具后，将上述步骤逆向进行装配，刀杆通过拉杆拉紧；待刀具装好后，可通过松小锥齿轮外端的锁紧螺母，让小锥齿轮与螺纹锥齿轮脱离，小锥齿轮和螺纹齿轮分离，刀具主轴正常工作。方便滚齿机不同规格刀具的更换，刀具更换过程操作方便快捷，且不影响滚齿机的滚齿加工精度。
[0046] 所述尾座箱上设有尾座顶紧组件7，所述尾座顶紧组件包括尾座套筒704、尾座顶尖705、尾座丝杆701及丝杆螺母702，所述尾座套筒安装在所述尾座箱上，且可沿所述尾座箱滑动，所述尾座套筒内设有丝杆孔及用于安装所述尾座顶尖的锥孔，所述丝杆螺母通过第二紧固螺栓706与所述尾座套筒连接，所述第二紧固螺栓上套装有缓冲弹簧707，所述尾座箱上设有丝杆座套703，所述尾座丝杆通过轴承与所述丝杆座套连接，所述尾座丝杆在动力机构作用下转动。动力电机可采用伺服电机，尾座丝杆转动，丝杆螺母沿尾座丝杆向前移动，驱动尾座套筒前移，从而驱动顶尖接触工件的中心，由于第二紧固螺栓上有弹簧，接触过程工件会对尾座顶尖有一定作用力，尾座顶尖带动尾座套筒会压缩弹簧，故尾座顶尖以较缓的力向前推进，缓冲过程中尾座顶尖与工件中心对正，然后尾座丝杆转动，再以较大的力通过尾座顶尖顶紧工件，整个过程可实现工件中心的自动定位。与传统直接采用较大力让顶尖与工件直接接触相比，该尾座顶紧组件的顶尖与工件接触初期有一定缓冲，方便顶尖与工件中心对正，保证工件对中效果，从而实现工件中心的自动定位，同时减少工件损坏，提高工件的加工精度。
[0047] 所述尾座丝杆701为空心结构。空心的尾座丝杆不仅减少能耗，而且当需要更换尾座顶尖时，可直接采用撞杆穿过尾座丝杆内的通孔撞击尾座顶尖的锥柄，便可以快速取下更换尾座顶尖。
[0048] 所述尾座丝杆上设有推力球轴承708及用于对推流球轴承进行限位的第三锁紧螺母709。推力球轴承可承受轴向推力载荷，锁紧螺母可实现对轴承的稳定定位，锁紧螺母设置在端盖内，同时安装拆卸方便，方便维护。
[0049] 所述工件主轴上设有插槽522，所述旋转顶紧块插装在所述插槽内。旋转顶紧块穿过插槽作用于工件主轴内部的顶拉轴，实现对顶拉轴的驱动。旋转顶紧块受拨叉向右作用力右移，顶拉轴右移对顶拉杆施力，压缩蝶形弹簧，使得弹簧卡头松开，释放工件。
[0050] 所述弹簧卡头内设有定心顶尖503。工件可通过定心顶尖找正，实现对工件的定心。
[0051] 所述端盖的外侧设有限位法兰610，所述限位法兰通过锁紧螺栓608与所述端盖连接，所述限位法兰与所述端盖之间设有
复位弹簧617，所述复位弹簧套装在所述限位法兰与所述端盖之间的所述小锥齿轮的齿轮轴的外侧。无需松开锁紧螺母，只需要松开螺栓，弹簧通过限位法兰对锁紧螺母施力，从而带动小锥齿轮外移，使得小锥齿轮与螺纹锥齿轮脱离。
[0052] 所述刀杆的下端通过刀体614与所述刀具主轴箱连接，所述刀杆的下端上设有刀套615及紧固螺母613，所述刀套与所述刀体之间通过轴承连接。用于对刀杆的尾端进行安装，同时方便滚刀及刀杆的更换。
[0053] 所述旋转主轴上设有上限位套618及下挡圈619，所述螺纹锥齿轮设置在所述上限位套与下档圈之间。通过上限位套与下挡圈的配合对螺纹锥齿轮进行限位，使得螺纹锥齿轮在小锥齿轮的作用下绕主轴转动，而无轴向移动。
[0054] 所述旋转主轴上设有主轴键槽620，所述拉杆上设有拉杆键槽621，所述顶紧键插装在所述主轴键槽及拉杆键槽内。顶紧键通过插装到主轴键槽、拉杆键槽分别与旋转主轴及拉杆连接，顶紧键在螺纹锥齿轮作用下下移，从而实现对拉杆施力，使得拉杆下移对刀杆施力，刀杆下移与旋转主轴的锥孔结合面脱离，顶紧键在螺纹锥齿轮作用下上移，可实现对拉杆施力使拉杆上移，方便刀杆锥柄与旋转主轴锥孔插装配合。刀具轴组件实现了伺服电机与主轴的直联；非空心主轴下，解决刀具换刀与拉紧问题；工作状态下，拉杆是拉紧刀杆锥柄的；小锥齿轮和大锥齿轮是分离的。这样伺服电机可以直接带动旋转主轴4转动，这是工作状态；大锥齿轮只做旋转传递运动，轴向没有运动，都有限制。它把旋转运动通过螺纹与顶紧键配合，变成顶紧键与拉杆轴向的上下运动；换刀时，旋转主轴处于锁紧状态。顶紧键向下，带动拉杆产生向下的推力，迫使刀杆锥柄与旋转主轴的分离。
[0055] 本实用新型解决了现有的六轴直驱式数控滚齿机中关于工件轴C轴工件夹紧定位松开、刀具主轴B轴部分的退刀及尾座中心对正的问题，同时可直接采用普通伺服电机驱动C轴、B轴达到直驱的目的，真正实现了齿轮加工的高精度、高效率，经济效益和社会效益都非常显著。
[0056] 以上所述仅为本实用新型的较佳
实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
