一種齒輪超聲精密滾齒裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于齒輪超聲精加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種齒輪超聲精密滾齒裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]齒輪制造新工藝的發(fā)展很大程度上表現(xiàn)在生產(chǎn)效率與精度等級的提高。目前，國內(nèi)外動力傳動齒輪正向重載、高速、高精度和高效率等方向發(fā)展，并力求低噪聲、小型化、長壽命。為實現(xiàn)齒輪裝置小型化，提高現(xiàn)有漸開線齒輪的承載能力，各國普遍采用硬齒面技術(shù)。硬齒面齒輪滾齒加工過程中，滾齒切削力、切削熱大，切肩不易排出，滾刀磨損嚴(yán)重，滾刀使用壽命較低。而且淬火后的齒輪由于材料硬度提高，不能進(jìn)行精密滾齒加工，以進(jìn)一步提高齒輪加工精度。但超聲振動加工可以大大降低切削力和切削熱，提高切削的冷卻、潤滑效果，延長刀具使用壽命，提高加工工件的表面質(zhì)量和耐磨性。
[0003]齒輪超聲精密加工技術(shù)的提出依賴于超聲波振動理論與先進(jìn)制造技術(shù)學(xué)科間前沿技術(shù)的相互滲透；大功率超聲發(fā)生器、換能器的成熟產(chǎn)品投向市場，為齒輪超聲精密加工的實現(xiàn)提供了物質(zhì)保障。為了解決上述問題尹韶輝于1995年提出了一種超聲振動滾齒加工實驗示意裝置，并完成了模數(shù)為Imm齒數(shù)為24的圓柱齒輪超聲滾齒試驗，(參見《超聲振動滾齒加工實驗》，新技術(shù)新工藝，1995 (6):22.);羅凱華于2001年提出了一種超聲滾齒示意裝置，并完成了模數(shù)為4.5mm齒數(shù)為34的圓柱齒輪超聲振動滾齒加工實驗，(參見《超聲振動滾齒加工的實驗研宄》，新技術(shù)新工藝，2001 (9):14-15.)。但都沒有公開超聲振動滾齒加工實驗裝置的必要組成部分超聲電源換向系統(tǒng)、齒輪工件回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、外支撐固定系統(tǒng)，以及超聲振動滾齒加工裝置與滾齒機工作臺的連接安裝實施方案。而且只適用于短粗圓柱齒輪(齒輪分度圓直徑小于其介質(zhì)內(nèi)1/4縱波長)的超聲滾齒，但對于其他形狀特點圓柱齒輪的超聲滾齒裝置尚未見有報道。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型將齒輪超聲波振動與精密滾齒工藝相結(jié)合，設(shè)計出一套適合于漸開線圓柱齒輪經(jīng)滾齒粗加工后的超聲精密滾齒裝置。
[0005]本實用新型采取的技術(shù)方案為:
[0006]一種齒輪超聲精密滾齒裝置，其中:由齒輪工件回轉(zhuǎn)及超聲振動復(fù)合主軸系統(tǒng)，外支撐固定系統(tǒng)和超聲波電源換向系統(tǒng)三部分組成，所述的齒輪工件回轉(zhuǎn)及超聲振動復(fù)合主軸系統(tǒng)包括齒輪工件回轉(zhuǎn)主軸、柱形換能器、傳振芯軸、變幅芯軸和齒輪工件，在齒輪工件回轉(zhuǎn)主軸外表面的中部由上到下依次設(shè)有軸承定位臺階，兩個橡膠絕緣套安裝槽，在齒輪工件回轉(zhuǎn)主軸的中下部開設(shè)有四個散熱孔，在傳振芯軸的頂部中間設(shè)有凹槽，在傳振芯軸外表面的中上部設(shè)有夾持平面，在傳振芯軸外表面的中上部位于夾持平面的下方設(shè)有法蘭，在法蘭的下方設(shè)有軸向定位凸臺，變幅芯軸的頂部中間設(shè)有中心孔，在變幅芯軸的中部設(shè)有裝夾平面，在變幅芯軸的中下部設(shè)有導(dǎo)向定位凸臺；傳振芯軸插入齒輪工件回轉(zhuǎn)主軸內(nèi)部且法蘭通過螺釘固定組件固定在齒輪工件回轉(zhuǎn)主軸的頂端，螺釘固定組件沿圓周每60°度均布安裝，柱形換能器位于齒輪工件回轉(zhuǎn)主軸內(nèi)與散熱孔等高處并通過精密細(xì)牙螺紋連接在傳振芯軸的下端，傳振芯軸的上端通過精密細(xì)牙螺紋與變幅芯軸的下端相連接，并保證導(dǎo)向定位凸臺與凹槽緊密配合，變幅芯軸的上端通過螺母固定組件與齒輪工件相連接;
[0007]所述的外支撐固定系統(tǒng)包括外支撐固定架、超精密高速角接觸球軸承、氈圈油封和法蘭端蓋，超精密高速角接觸球軸承的內(nèi)圈安裝在齒輪工件回轉(zhuǎn)主軸的軸承定位臺階上，超精密高速角接觸球軸承的外圈安裝在外支撐固定架的內(nèi)圓柱面定位臺階上，法蘭端蓋通過螺釘固定在外支撐固定架的上端面上，氈圈油封安裝在法蘭端蓋與齒輪工件回轉(zhuǎn)主軸之間；
[0008]所述的超聲波電源換向系統(tǒng)包括超聲波發(fā)生器、兩個導(dǎo)電銅環(huán)、兩個石墨電刷、兩個橡膠絕緣套和絕緣導(dǎo)線，超聲波發(fā)生器放在外支撐固定架的上表面，兩個橡膠絕緣套分別安裝在齒輪工件回轉(zhuǎn)主軸的兩個橡膠絕緣套安裝槽內(nèi)，兩個導(dǎo)電銅環(huán)分別安裝在兩個橡膠絕緣套的環(huán)形槽內(nèi)，兩個石墨電刷分別穿過外支撐固定架且石墨電刷的接觸內(nèi)圓柱面與導(dǎo)電銅環(huán)的外圓柱面保持有力均勻接觸；超聲波發(fā)生器的電源線與石墨電刷的外端相連，絕緣導(dǎo)線一端與導(dǎo)電銅環(huán)相連，絕緣導(dǎo)線的另一端與柱形換能器的接線柱相連。
[0009]其中所述齒輪工件可以為薄圓盤齒輪工件、中厚圓盤齒輪工件或者短粗圓柱齒輪工件。
[0010]本實用新型齒輪超聲精密滾齒裝置的使用方法為:將齒輪工件回轉(zhuǎn)主軸底部的軸端法蘭通過螺栓螺母墊片固定組件安裝在滾齒機工作臺上的回轉(zhuǎn)圓盤的T型槽內(nèi)，螺栓螺母墊片固定組件沿圓周每120°均布安裝，外支撐固定架通過螺栓螺母墊片固定組件固定在滾齒機工作臺的T型槽內(nèi)，通過向滾齒機控制面板內(nèi)輸入指令以控制滑動支撐架在小立柱滑軌上滑動，使支撐架的頂尖頂在變幅芯軸的上端面中心孔內(nèi)，連接橫梁將立柱和小立柱相連接，再通過向控制面板內(nèi)輸入指令，控制齒輪滾刀刀塔在立柱滑軌上移動以調(diào)整齒輪滾刀的位置，實現(xiàn)與齒輪工件對正；通過床身上的分度蝸桿副調(diào)整滾齒機使齒輪滾刀與齒輪工件轉(zhuǎn)速比等于齒輪工件齒數(shù)與齒輪滾刀頭數(shù)之比；通過床身上的滑軌驅(qū)動立柱實現(xiàn)進(jìn)給徑向進(jìn)給運動，通過立柱上的立柱滑軌驅(qū)動齒輪滾刀刀塔實現(xiàn)進(jìn)給軸向進(jìn)給運動；齒輪滾刀與齒輪工件的嚙合切削運動符合螺旋齒輪嚙合原理，兩者完成交錯軸漸開線圓柱齒輪的嚙合切削運動，實現(xiàn)齒輪超聲精密滾齒加工。
[0011]本實用新型所述薄圓盤齒輪工件、中厚圓盤齒輪工件或者短粗圓柱齒輪工件超聲振動方式和齒輪滾刀具體進(jìn)給方法如下:薄圓盤齒輪工件超聲精密滾齒加工時，齒輪工件在完成分度旋轉(zhuǎn)的同時做20kHz頻率的徑向超聲振動，齒輪滾刀徑向進(jìn)給；中厚圓盤齒輪工件超聲精密滾齒加工時，齒輪工件在完成分度旋轉(zhuǎn)的同時做20kHz頻率的節(jié)圓型橫向彎曲超聲振動，齒輪滾刀徑向-軸向組合進(jìn)給；短粗圓柱齒輪工件超聲精密滾齒加工時，齒輪工件在完成分度旋轉(zhuǎn)的同時做20kHz頻率的縱向超聲振動，齒輪滾刀軸向分段進(jìn)給。
[0012]本實用新型將齒輪超聲波振動與硬齒面齒輪滾齒工藝相結(jié)合，適合于漸開線圓柱齒輪經(jīng)滾齒粗加工后的超聲精密滾齒?？梢匝娱L滾刀使用壽命、提高齒面粗糙度、提高滾齒加工精度、改善齒面微觀切削紋理，達(dá)到降低噪聲、提高耐磨性的目的。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型齒輪超聲精密滾齒裝置的立體圖；
[0014]圖2是本實用新型齒輪超聲精密滾齒裝置的剖視圖；
[0015]圖3是圖2中A處的局部放大圖；
[0016]圖4是本實用新型齒輪工件回轉(zhuǎn)主軸的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖5是本實用新型傳振芯軸的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖6是本實用新型變幅芯軸的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖7是本實用新型法蘭端蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖8是本實用新型外支撐固定架的立體圖；
[0021]圖9是圖8的剖面圖；
[0022]圖10是本實用新型石墨電刷的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖11是本實用新型橡膠絕緣套的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖12是本實用新型超聲精密滾齒機的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0025]圖13是本實用新型超聲精密滾齒裝置在滾齒機上的位置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖14是本實用新型短粗圓柱齒輪工件與滾刀的組合運動方向示意圖；
[0027]圖15是本實用新型薄圓盤圓柱齒輪工件與滾刀的組合運動方向示意圖；
[0028]圖16是本實用新型中厚圓盤圓柱齒輪工件與滾刀的組合運動方向示意圖。
【具體實施方式】
[0029]實施例1
[0030]如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10和圖11所示，一種齒輪超聲精密滾齒裝置，由齒輪工件回轉(zhuǎn)及超聲振動復(fù)合主軸系統(tǒng)，外支撐固定系統(tǒng)和超聲波電源換向系統(tǒng)三部分組成，所述的齒輪工件回轉(zhuǎn)及超聲振動復(fù)合主軸系統(tǒng)包括齒輪工件回轉(zhuǎn)主軸1、柱形換能器2、傳振芯軸3、變幅芯軸5和短粗圓柱齒輪工件6，在齒輪工件回轉(zhuǎn)主軸I外表面的中部由上到下依次設(shè)有軸承定位臺階101，兩個橡膠絕緣套安裝槽102，在齒輪工件回轉(zhuǎn)主軸I的中下部開設(shè)有四個散熱孔103，四個散熱孔103沿周向均勻分布，在傳振芯軸3的頂部中間設(shè)有凹槽301，凹槽301在傳振芯軸3與變幅芯軸5裝配連接時起著導(dǎo)向定位作用，在傳振芯軸3外表面的中上部設(shè)有夾持平面302，夾持平面302用于變幅芯軸5與傳振芯軸3裝配連接時裝夾夾持，在傳振芯軸3外表面的中上部位于夾持平面302的下方設(shè)有法蘭303，法蘭303是傳振芯軸3諧振時的振動波節(jié)縱向振動位移接近零，用于傳振芯軸3與齒輪工件回轉(zhuǎn)主軸I的安裝連接與緊固，在法蘭303的下方設(shè)有周向定位凸臺304，周向定位凸臺304用于傳振芯軸3與齒輪工件回轉(zhuǎn)主軸I安裝連接與緊固時的周向定位，變幅芯軸5的頂部中間設(shè)有中心孔501，使用時超聲精密滾齒時支撐架30的尾頂尖頂在中心孔501內(nèi)，減少加工過程中的齒輪工件回轉(zhuǎn)及超聲振動復(fù)合主軸系統(tǒng)的變形，在變幅芯軸5的中部設(shè)有裝夾平面502，