一种数控滚齿机主轴结构
阅读说明：本技术 一种数控滚齿机主轴结构 (Main shaft structure of numerical control gear hobbing machine ) 是由 曾令万 杨灿辉 孙蔚 何顺围 简圣前 曹孝伟 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明属于用于补偿机床不均匀性的零部件技术领域,具体涉及一种数控滚齿机主轴结构,包括滚刀主轴本体,滚刀主轴本体两端通过滚动轴承转动连接在滚刀主轴架上,滚刀主轴本体上远离安装滚刀的一端上同轴安装有盘形零件。解决了数控滚齿机在加工过程中产生同步误差后进行转速补偿,从而保证滚刀主轴回转精度的问题。(The invention belongs to the technical field of parts for compensating unevenness of a machine tool, and particularly relates to a numerical control gear hobbing machine main shaft structure which comprises a hobbing cutter main shaft body, wherein two ends of the hobbing cutter main shaft body are rotatably connected to a hobbing cutter main shaft frame through rolling bearings, and a disc-shaped part is coaxially arranged on one end, far away from the installation of a hobbing cutter, of the hobbing cutter main shaft body. The problem of numerical control gear hobbing machine carry out rotational speed compensation after producing synchronous error in the course of working to guarantee hobbing cutter main shaft gyration precision is solved.)
技术领域
本发明属于用于补偿机床不均匀性的零部件技术领域，具体涉及一种数控滚齿机主轴结构。
背景技术
现有的滚齿机主轴系统在高效加工大模数齿轮的过程中，出现主轴系统刚性不好，因滚齿时的切削力是不连续的呈周期性变化，使得滚刀主轴的回转精度随着滚齿切削力的变化而变化，无法保证滚刀主轴与工作台转速的运动关系，以及滚齿机滑板轴向进给的运动关系导致加工的齿轮误差较大，无法满足用户的高效加工要求。
以上各式中：nC—工作台转速(rpm)，Z—工件齿数，K—滚刀头数，nB—滚刀主轴转速(rpm)CgC—工作台速度指令，PosB—滚刀主轴坐标位置，PosZ—刀架滑板(Z轴)坐标位置，PosY—滚刀轴向坐标位置，β—工件螺旋角，δ—刀架安装角，mn—工件法向模数(mm)。
数控滚齿机床的控制系统由计算机数字控制系统、伺服驱动器、伺服电动机、速度和位置传感器等元件组成，其示意图如附图1所示。
数控滚齿机床要实现滚齿加工，其滚刀主轴运动必须与工作台回转运动进行同步控制。如果是加工斜齿轮，其同步时还需将Z轴的差动补偿运动也应该耦合进行联动控制。
附图2是数控滚齿机主从式控制传动关系信息处理原理图。
设定时间周期为T,有四个计数器分别对B、C、Y、Z四轴的编码器发出的脉冲进行计数。分别是：Rb、Rc、Ry、Rz，则在周期T内，计数器的计数值分别为：
当控制系统稳定工作时，根据耦合关系，有：
Rc＝R＝Rb·Kb+Ry·Ky+Rz·Kz
其中，
当加工过程中产生波动时，会产生同步误差E，E＝R-Rc，因此急需一种根据E的正负情况对滚刀主轴的转速进行补偿的主轴结构，以保证滚刀主轴的回转精度。
发明内容
本发明意在提供一种数控滚齿机主轴结构，以解决数控滚齿机在加工过程中产生同步误差后进行转速补偿，从而保证滚刀主轴回转精度的问题。
为了达到上述目的，本发明的方案为：一种数控滚齿机主轴结构，包括滚刀主轴本体，滚刀主轴本体两端通过滚动轴承转动连接在滚刀主轴架上，滚刀主轴本体上远离安装滚刀的一端上同轴安装有盘形零件。
本方案的工作原理及有益效果在于：为了补偿在滚齿过程中不连续切削力的变化对滚刀主轴回转精度的影响，在滚刀主轴本体的尾部(即，滚刀主轴本体上远离安装滚刀的一端)加装盘形零件，增大整个滚刀主轴结构的转动惯量，当滚齿切削力变小时，滚刀主轴本体速度加快，盘形零件动能增加，把能量储存起来，使得滚刀主轴本体转速回归正常匀速运动，当滚齿切削力变大时，滚刀主轴本体速度变慢，盘形零件动能减少，把能量释放出来，使得滚刀主轴本体转速回归正常匀速运动，盘形零件的作用就是将滚刀主轴本体回转的能量储存起来，克服滚齿时切削力的变化对滚刀主轴本体回转精度的影响，对滚刀主轴本体的转速进行补偿，使得滚刀主轴本体匀速旋转，始终满足以及 这个运动关系，从而保证整个滚刀主轴结构的回转精度，提高滚齿精度和滚齿效率。
可选地，滚刀主轴本体沿轴向开有通孔，通孔内滑动连接有拉爪和第一推杆，拉爪位于滚刀主轴本体靠近安装滚刀的位置的一端，拉爪端部和第一推杆端部卡接，第一推杆远离拉爪的一端延伸至盘形零件处。
在滚刀主轴本体的尾部推拉第一推杆，即可带动拉爪运动，以方便更换滚刀。
可选地，盘形零件与滚刀主轴本体之间通过键连接。方便盘形零件的安装，并且传动稳定、可靠性高。
可选地，滚刀主轴本体上靠近拉爪侧的滚动轴承为第一滚动轴承，第一滚动轴承为同轴并排设置的双列圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承，双列圆柱滚子轴承位于双向推力角接触球轴承的外侧，双列圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承之间分别设有内衬套和外衬套，内衬套两端分别抵在双列圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承的内圈上，外衬套两端分别抵在双列圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承的外圈上。
双列圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承均具有高刚度，径向和轴向刚度好，能够很好地承受滚齿加工时产生的径向压力，提高整个主轴结构的刚性。
可选地，双向推力角接触球轴承远离双列圆柱滚子轴承的一侧设有锁紧螺母，锁紧螺母同轴螺纹连接在滚刀主轴本体上。通过锁紧螺母对双向推力角接触球轴承和双列圆柱滚子轴承进行限位。
可选地，滚刀主轴本体中部设有连接动力输入的受力结构，受力结构与滚刀主轴架转动连接。
将受力结构设置在滚刀主轴本体的中部，并且利用与滚刀主轴架的转动连接对滚刀主轴本体进行限位，进一步保证提高整个主轴结构的刚性。
可选地，滚刀主轴本体上靠近盘形零件侧的滚动轴承为第二滚动轴承，第二滚动轴承外侧设有端盖，端盖上设有将端盖固定在滚刀主轴架上的压紧螺母。保证滚刀主轴本体上靠近盘形零件的一侧也能平稳转动。
可选地，盘形零件的外侧安装有油缸，油缸包括油缸座、油缸盖、活塞、进油管和旋转接头，油缸座与盘形零件连接，油缸盖盖合在油缸座上，活塞滑动连接在油缸座内，活塞与油缸座之间设有密封圈，活塞上安装有第二推杆，第二推杆与第一推杆连接且同轴，进油管安装在油缸盖上且连通油缸座，进油管转动连接在旋转接头内，旋转接头上设有进油口。
通过进油口进油可驱动活塞向第二推杆侧运动，从而带动第一推杆运动，从而带动拉爪运动。进油管与旋转接头的转动连接使得盘形零件能够带动整个油缸相对于旋转接头转动，从而保证盘形零件的自由转动。
可选地，盘形零件外侧同轴地开有安装槽，安装槽内安装有动平衡环，动平衡环两侧分别与盘形零件和油缸座相抵，动平衡环上周向均布有配重安装孔，还包括若干可滑动安装于配重安装孔中的配重块。
盘形零件转动惯量大，通过油缸座将动平衡环固定在盘形零件与油缸座之间，然后通过在配重安装孔中调整地安装配重块，从而让盘形零件以及与之连接的油缸都能在转动时保持动平衡，延长整个主轴结构的使用寿命。
可选地，动平衡环包括内环和外环，外环同轴转动连接在内环外，外环的宽度小于内环，内环的径向上均布有贯穿内环的销孔，外环端面上开有位置与销孔对应的沉槽，沉槽侧壁保持水平，沉槽的开口朝向外环的端面，沉槽靠近内环的侧壁上贯穿地开有连通孔，配重块为配重球和配重销，配重球滑动连接在沉槽内，沉槽的深度大于配重球的直径与配重销的直径之和，连通孔靠近内环一侧孔口到对侧沉槽侧壁之间的距离大于配重销的长度且小于配重球的直径与配重销的直径之和，配重销滑动连接在销孔和连通孔中。
在进行动平衡调整时，配重球放置在沉槽中，配重销插在连通孔和销孔中，并且配重销与配重球相抵。当盘形零件转起来后，配重销在离心力的作用下，将配重球抵在沉槽的侧壁上，内环和外环因为连通孔靠近内环一侧孔口到对侧沉槽侧壁之间的距离大于配重销的长度且小于配重球的直径与配重销的直径之和的关系而同时转动。当盘形零件动平衡性好、运行平稳时，配重球和配重销将一直保持抵紧的状态。当盘形零件在使用一段时间后，随着主轴结构上各转动部件之间的磨损，盘形零件的动平衡性能下降，盘形零件将会产生振动。随着时间的推移，振动逐渐加强，振动将会导致配重球发生侧向横移，使得配重销与配重球脱离，配重销直接抵到沉槽侧壁上，配重销将不再同时销接内环和外环，外环与内环脱离，盘形零件在对滚刀主轴本体进行转速补偿时，盘形零件将做变加速度运动，外环在惯性的作用下相对于内环发生转动，外环与内环产生摩擦发出噪声，提醒操作人员重新进行动平衡测试并调整。
附图说明
图1为现有技术中数控滚齿机控制系统示意图；
图2为现有技术中数控滚齿机传动关系信息处理原理图；
图3为本发明实施例一的结构示意图；
图4为本发明实施例二中动平衡环的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：滚刀主轴本体1、双列圆柱滚子轴承2、内衬套3、外衬套4、双向推力角接触球轴承5、外螺纹6、锁紧螺母7、从动齿轮8、第二滚动轴承9、第二推杆10、盘形飞轮11、进油管12、密封圈13、第一推杆14、活塞15、进油口16、旋转接头17、油缸盖18、油缸座19、动平衡环20、内环201、外环202、沉槽203、销孔204、配重球205、重销206
实施例一
本实施例基本如图3所示：一种数控滚齿机主轴结构，包括滚刀主轴本体1，滚刀主轴本体1两端通过第一滚动轴承和第二滚动轴承9转动连接在滚刀主轴架上，滚刀主轴本体1上远离安装滚刀的一端上同轴安装有盘形飞轮11，滚刀主轴本体1与盘形飞轮11之间通过平键连接，第二滚动轴承9外侧设有端盖，端盖上设有将端盖固定在滚刀主轴架上的压紧螺母。
滚刀主轴本体1沿轴向开有通孔，通孔内滑动连接有拉爪和第一推杆14，拉爪位于滚刀主轴本体1靠近安装滚刀的位置的一端，拉爪端部和第一推杆14端部卡接，第一推杆14远离拉爪的一端延伸至盘形飞轮11处。
滚刀主轴本体1上靠近拉爪侧的滚动轴承为第一滚动轴承，第一滚动轴承为同轴并排设置的双列圆柱滚子轴承2和双向推力角接触球轴承5，双列圆柱滚子轴承2位于双向推力角接触球轴承5的外侧，双列圆柱滚子轴承2和双向推力角接触球轴承5之间分别设有内衬套3和外衬套4，内衬套3两端分别抵在双列圆柱滚子轴承2和双向推力角接触球轴承5的内圈上，外衬套4两端分别抵在双列圆柱滚子轴承2和双向推力角接触球轴承5的外圈上。双向推力角接触球轴承5远离双列圆柱滚子轴承2的一侧设有外螺纹6和锁紧螺母7，锁紧螺母7通过外螺纹6同轴螺纹连接在滚刀主轴本体1上。
滚刀主轴本体1中部设有连接动力输入的受力结构，受力结构通常为从动齿轮8或者从动齿轮8，本实施例中优选从动齿轮8，受力结构与滚刀主轴架转动连接。
盘形飞轮11的外侧通过法兰安装有油缸，油缸包括油缸座19、油缸盖18、活塞15、进油管12和旋转接头17，油缸座19与盘形飞轮11连接，油缸盖18盖合在油缸座19上，活塞15滑动连接在油缸座19内，活塞15与油缸座19之间设有密封圈13，活塞15上安装有第二推杆10，第二推杆10与第一推杆14连接且同轴，进油管12安装在油缸盖18上且连通油缸座19，进油管12转动连接在旋转接头17内，旋转接头17上设有进油口16。盘形飞轮11与油缸之间通过动平衡环20保持压紧。
具体实施过程为：更换滚刀是通过进油口16往油缸内注入压力油后，活塞15向第二推杆10侧运动，从而带动第一推杆14运动，从而带动拉爪运动，从而实现滚刀的安装或拆卸。而进油管12与旋转接头17的转动连接使得盘形飞轮11能够带动整个油缸相对于旋转接头17转动，从而保证盘形飞轮11的自由转动。电机输出的转动传动到从动带轮上后，从动带轮带动滚刀主轴本体1在滚刀主轴架上旋转，然后进行滚齿加工。
滚刀主轴本体1的尾部加装盘形飞轮11后，增大了整个滚刀主轴结构的转动惯量，当滚齿切削力变小时，滚刀主轴本体1速度加快，盘形飞轮11动能增加，把能量储存起来，使得滚刀主轴本体1转速回归正常匀速运动，当滚齿切削力变大时，滚刀主轴本体1速度变慢，盘形飞轮11动能减少，把能量释放出来，使得滚刀主轴本体1转速回归正常匀速运动，盘形飞轮11的作用就是将滚刀主轴本体1回转的能量储存起来，克服滚齿时切削力的变化对滚刀主轴本体1回转精度的影响，对滚刀主轴本体1的转速进行补偿，使得滚刀主轴本体1匀速旋转，始终满足以及这个运动关系，从而保证整个滚刀主轴结构的回转精度，提高滚齿精度和滚齿效率。
实施例二
本实施例与实施一的区别仅在于：盘形飞轮11外侧同轴地开有安装槽，安装槽内安装有动平衡环20，如附图4所示，动平衡环20包括内环201和外环202，外环202同轴转动连接在内环201外，外环202的宽度小于内环201，内环201的径向上均布有贯穿内环201的销孔204，外环202端面上开有位置与销孔204对应的沉槽203，沉槽203侧壁保持水平，沉槽203的开口朝向外环202的端面，沉槽203靠近内环201的侧壁上贯穿地开有连通孔，配重块为配重球205和配重销206，配重球205滑动连接在沉槽203内，沉槽203的深度大于配重球205的直径与配重销206的直径之和，连通孔靠近内环201一侧孔口到对侧沉槽203侧壁之间的距离大于配重销206的长度且小于配重球205的直径与配重销206的直径之和，配重销206滑动连接在销孔204和连通孔中。
具体实施过程为：在进行动平衡调整时，配重球205放置在沉槽203中，配重销206插在连通孔和销孔204中，并且配重销206与配重球205相抵。当盘形飞轮11转起来后，配重销206在离心力的作用下，将配重球205抵在沉槽203的侧壁上，内环201和外环202因为连通孔靠近内环201一侧孔口到对侧沉槽203侧壁之间的距离大于配重销206的长度且小于配重球205的直径与配重销206的直径之和的关系而同时转动。
当盘形飞轮11动平衡性好、运行平稳时，配重球205和配重销206将一直保持抵紧的状态。
当盘形飞轮11在使用一段时间后，随着主轴结构上各转动部件之间的磨损，盘形飞轮11的动平衡性能下降，盘形飞轮11将会产生振动。随着时间的推移，振动逐渐加强，振动将会导致配重球205发生侧向横移，使得配重销206与配重球205脱离，配重销206直接抵到沉槽203侧壁上，配重销206将不再同时销接内环201和外环202，外环202与内环201脱离，盘形飞轮11在对滚刀主轴本体1进行转速补偿时，盘形飞轮11将做变加速度运动，外环202在惯性的作用下相对于内环201发生转动，外环202与内环201产生摩擦发出噪声，提醒操作人员重新进行动平衡测试并调整。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和本发明的实用性。
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