CN102601471A - 一种空间曲线啮合齿轮机构的精加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空间曲线啮合齿轮机构的精加工方法，包括对啮合齿轮机构主动轮的钩杆精加工、从动轮的钩杆精加工。一是基于主动轮钩杆，即截面为圆形的圆柱螺旋线杆，通过主动轮钩杆和主动轮加工工具之间的相对圆柱螺旋线运动实现主动轮钩杆的电解擦削加工；二是利用范成法加工原理完成空间曲线啮合齿轮机构从动轮钩杆的电解擦削加工，利用从动轮加工工具和从动轮钩杆的共轭运动，实现从动轮钩杆的电解擦削精加工。本发明解决了现有制造技术无法加工出精密空间曲线啮合齿轮机构的问题，提供了一种精密制造技术，为其在精密传动领域的广泛应用打下了良好的基础。
Description
技术领域
本发明属于零件的再次精密加工技术，具体是一种空间曲线啮合齿轮机构的精加工方法。
背景技术
最近发明的一种空间曲线啮合齿轮机构适用于传动比大且任意交叉轴之间的传动。前期发明的靠模装置制造出的空间曲线啮合齿轮机构的啮合钩杆的形状精度较低，且在啮合传动的过程中钩杆容易变形，从而导致传动过程中传动精度较低。为了得到较高的形状精度，采用激光快速成型技术对其进行加工。选区激光熔化快速成型技术(SLM)是一种极具创新的快速成型技术、能一步加工出具有冶金结合，相对密度接近100％，具有复杂结构，高的尺寸精度的金属零件。这种加工技术能够得到较高的形状精度，但是经由这种制造技术得到的齿轮试件表面过于粗糙，从而影响传动精度。
在SLM技术粗加工的基础上进行二次精加工是有必要的。机械抛光技术是一种常见的精加工技术，具有较高的加工效率，但是由于空间曲线啮合轮的钩杆属于一种悬臂梁结构，传统的机械抛光方法在加工过程中将使钩杆产生过大变形，从而导致传动失效。电解加工是一种无接触力的加工形式，加工过程中不会产生工件的变形，但会有一层氧化薄膜的产生而阻碍加工的持续进行，所以效率较低。
发明内容
为克服现有技术存在的缺点和不足，本发明提供一种空间曲线啮合齿轮机构的电解擦削精加工方法，解决现有制造方法还无法制造出满足精密传动需求的空间曲线啮合齿轮机构的缺点。
本发明技术方案如下：
一种空间曲线啮合齿轮机构的精加工方法，包括对啮合齿轮机构主动轮的钩杆精加工、从动轮的钩杆精加工，步骤如下：
主动轮钩杆的精加工
(1)准备一主动轮加工工具，主动轮加工工具有一基体，在基体外周等距固接数个加工板，加工板的外端部开有与主动轮的钩杆相配合的圆孔状加工区域D，沿加工区域D的内周壁放置一层不纺布层；
(2)主动轮接直流电源的正极，主动轮加工工具接直流电源的负极；主动轮通过夹具安装在旋转运动装置上，通过二维移动平台实现主动轮和主动轮加工工具在轴线方向上的对齐，并通过直线运动装置和旋转运动装置的配合运动实现主动轮钩杆的截面与主动轮加工工具的加工区域D的截面对齐；
(3)钩杆外壁与加工区域D的不纺布层之间保持加工间隙，主动轮加工工具及钩杆的擦削工作区淹没在盛有电解液的电解槽中，调整好直线运动装置与旋转运动装置的运动参数，启动直流电源，主动轮加工工具的加工区域D做圆柱螺旋状的运动，对主动轮的钩杆的表面进行电解擦削；
从动轮钩杆的精加工
(1A)准备一从动轮加工工具，该从动轮加工工具与主动轮的形状一致，不同之处是从动轮加工工具的钩杆与主动轮的钩杆的直径不同，并且从动轮加工工具的钩杆外周包裹有不纺布层，其关系式如下：
设从动轮加工工具的钩杆截面圆直径为d1，主动轮的钩杆截面圆直径为d，则它们之间满足关系式
式中，h为所不纺布层的厚度；
(2A)从动轮安装在旋转运动装置上，从动轮加工工具安装在旋转运动装置上，调整好从动轮加工工具的钩杆与从动轮的钩杆初始位置，即从动轮加工工具的钩杆的端部对应于从动轮的钩杆的根部相互啮合，加工时，电解液喷嘴对该相互啮合的部位喷射电解液，从动轮接直流电源的正极，从动轮加工工具接直流电源的负极，从动轮加工工具的钩杆与从动轮的钩杆运动为共轭运动，设从动轮加工工具的转速为
从动轮的转速为
则它们之间应该满足关系式
式中，i12为所加工的空间曲线啮合齿轮机构传动副的传动比，即主动轮与从动轮的钩杆数目比。完成从动轮的钩杆的电解擦削。
上述主动轮的钩杆的截面圆直径为d，其加工板的圆孔状加工区域D的截面圆直径为D，则D和d应满足关系式
式中，h为圆孔状加工区域D内壁所覆盖的一层不纺布层的厚度。
上述步骤(3)所述，调整好直线运动装置与旋转运动装置的运动参数，主动轮加工工具的加工区域D做圆柱螺旋状的运动，所以直线运动v(mm/s)和圆周运动
的关系应满足式
式中，n为所加工的钩杆的形状参数。
采用本发明精加工方法的空间曲线啮合齿轮机构，在经过SLM技术的粗加工得到较高形状精度的基础上，通过电解擦削技术提高其啮合表面质量。
本发明方法，是一种结合电解加工和机械加工特点的精加工方法。在得到较好的表面质量的同时具有较高的加工效率，由于在啮合传动过程中，主要是通过主动轮钩杆和从动轮钩杆的接触实现力和运动的传递。所以精加工也是针对主动轮钩杆和从动轮钩杆而言。
主动轮的钩杆是一种截面为圆形的圆柱螺旋杆，根据所要加工的主动轮的钩杆的形状参数，控制加工速度和加工时间，实现主动轮钩杆表面的精加工。
从动轮的钩杆是与主动轮的钩杆相啮合的曲线杆，且截面为圆形。所以采用范成法加工原理对从动轮钩杆进行精加工。首先用加工主动轮的方法加工出一个同主动轮的钩杆形状相似且表面精度较高的从动轮加工工具，通过从动轮加工工具的钩杆与从动轮的钩杆共轭运动实现对从动轮的钩杆的电解擦削加工。通过控制加工速度和加工时间控制加工质量。
本发明所述的精加工方法比经SLM技术加工的空间曲线啮合齿轮机构有着更精细的表面。
本发明精加工方法加工的空间曲线啮合齿轮机构具有更高的传动精度。
附图说明
图1本发明主动轮的钩杆精加工示意图。
图2a是本发明主动轮加工工具(俯视)结构示意图。
图2b是本发明主动轮加工工具(左视)结构示意图。
图2c是图2b中“A”的局部放大结构，即加工区域D的放大结构示意图。
图3本发明从动轮钩杆的精加工示意图。
具体实施方式
下面结合实例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
电解擦削是一种结合电解作用和机械擦削作用于一体的一种加工方式。在本发明中，所采用的电解擦削加工参数见下表1。
表1电解擦削主要加工参数
对于截面为圆形，中心线方程如式(4)所示的主动轮11的钩杆11-1(圆柱螺旋线形状)，利用直线运动和圆周运动的合成运动可以准确的实现对圆柱螺旋线形状的主动轮11的钩杆11-1电解擦削精加工。
如图1所示，直线运动装置18包括电机7和滚珠丝杆7-1，滚珠丝杠7-1装配在机架15上，电机7接滚珠丝杠7-1构成直线运动装置18。旋转运动装置17包括电机8和安装板9，电机8通过安装板9装配在直线运动装置18上，主动轮11通过夹具10安装在旋转运动装置17上。主动轮加工工具12安装在电解液槽13中，并被其内的电解液浸润着，而电解液槽13安装在二维移动平台14上，二维移动平台装配在机架15上。
主动轮11的钩杆11-1的电解擦削工具，即主动轮加工工具12如图2所示。图2(a)为俯视图，图2(b)为左视图。主动轮加工工具12由基体20，加工板19构成。基体20为圆柱体，可以通过车削加工得到。加工板19的数目与待精加工的主动轮11的钩杆11-1的数目相同，并均匀对称焊接在基体20上，每个加工板19含有一个加工区域D，如图2(c)所示。加工区域D为圆孔状，圆孔的中心到基体20轴线的距离为m，即，与主动轮11的钩杆11-1截面中心到主动轮11中心轴线的距离相等。每个加工区域D加工一个钩杆11-1。设钩杆11-1的截面圆直径为d，则加工区域D的截面圆直径为D，则D和d应满足关系式，
式中，h为所覆盖的一层不纺布21的厚度。加工区域D的内壁可以通过机加工得到，其表面粗糙度见上表1所示。主动轮加工工具12的主要形状参数：加工区域D的直径应严格满足上述关系式(5)，加工区域D圆孔的中心到基体20的中心轴线的距离应为m。
主动轮11的钩杆11-1电解擦削加工时，主动轮11接直流电源16的正极(阳极)，主动轮加工工具12接直流电源16的负极(阴极)；主动轮11通过夹具10固定安装在旋转运动装置17上，通过二维移动平台14实现主动轮11的钩杆11-1与主动轮加工工具12在轴线方向上的对齐，并通过直线运动装置18和旋转运动装置17的运动实现钩杆11-1的截面与主动轮加工工具12的加工区域D截面的对齐。钩杆11-1外壁与加工区域D内壁之间保持一定的极间间隙见上表1。电解液在电解液槽13中充满擦削工作区，调整好直线运动装置及旋转运动装置的运动参数，启动直流电源16，将主动轮加工工具12的加工区域D做圆柱螺旋线运动，进行钩杆11-1的表面进行电解擦削。
对加工中心线方程如上述式(4)所示的钩杆11-1，直线运动v(mm/s)和圆周运动的关系应满足式(6)。
式中，n为所加工的圆柱螺旋状钩杆11-1的形状参数。
在精加工过程中，首先是钩杆11-1表面发生电化学溶解，之后钩杆11-1表面溶解后露出的基体被电解析出的氧气和电解钝化液氧化成为一层极薄的氧化物或氢氧化物薄膜，其电阻很大，阻碍或减慢阳极继续溶解，起钝化作用(此薄膜称阳极薄膜或钝化膜)。由于这层致密的薄膜质地比基体金属软，因而磨削力小。在主动轮加工工具12的加工区域D内的不纺布层21，能够渗透电解液从而与主动轮11的阳极之间形成通路。在主动轮11与主动轮加工工具12相对运动过程中，Al2O3颗粒分布在主动轮加工工具12周围，附着于不纺布21上，包裹着主动轮11。对主动轮11的钝化膜起到去除的作用。这种基于电解溶解和机械擦削作用去除材料的加工方法的效率将高于电解加工的加工效率。
从动轮1的钩杆1-1电解擦削精加工过程如图3所示，将待加工的从动轮1安装在旋转运动装置2上，从动轮加工工具3安装在旋转运动装置4上。电解液槽5内的电解液通过电解液喷6嘴提供从钩杆1-1加工时所需的电解液。
从动轮加工工具3与主动轮11的形状一致，差别在于从动轮加工工具3的钩杆3-1截面直径的大小不同：设钩杆3-1截面圆的直径为d1，主动轮11钩杆11-1截面圆直径为d，则它们之间满足关系式(7)。
式中，h为钩杆3-1外周包裹的不纺布层的厚度(图中未示出，厚度与不纺布层21相同)。这样加工而成的从动轮3的钩杆3-1才能和主动轮11的钩杆11-1精确啮合。
在从动轮1钩杆1-1的加工过程中，从动轮1接直流电源的22的正极(阳极)，从动轮加工工具3接直流电源22的负极(阴极)；钩杆3-1与钩杆1-1的运动为共轭运动，设从动轮加工工具3的转速为
从动轮1的转速为
则它们之间应该满足关系式(8)。
式中，i12为所加工的空间曲线啮合齿轮机构传动副的传动比，即主动轮11从动轮1的钩杆钩杆数目比。
如上所述便可较好地实现本发明。
Claims (3)
1.一种空间曲线啮合齿轮机构的精加工方法，其特征在于，包括对啮合齿轮机构主动轮的钩杆精加工、从动轮的钩杆精加工，步骤如下：
主动轮钩杆的精加工
(1)准备一主动轮加工工具，主动轮加工工具有一基体，在基体外周等距固接数个加工板，加工板的外端部开有与主动轮的钩杆相配合的圆孔状加工区域D，沿加工区域D的内周壁放置一层不纺布层；
(2)主动轮接直流电源的正极，主动轮加工工具接直流电源的负极；主动轮通过夹具安装在旋转运动装置上，通过二维移动平台实现主动轮和主动轮加工工具在轴线方向上的对齐，并通过直线运动装置和旋转运动装置的配合运动实现主动轮的钩杆的截面与主动轮加工工具的加工区域D的截面对齐；
(3)钩杆外壁与加工区域D的不纺布层之间保持加工间隙，主动轮加工工具及钩杆的擦削工作区淹没在盛有电解液的电解槽中，调整好直线运动装置与旋转运动装置的运动参数，启动直流电源，主动轮加工工具的加工区域D圆柱螺旋状的运动，对主动轮的钩杆的表面进行电解擦削；
从动轮钩杆的精加工
(1A)准备一从动轮加工工具，该从动轮加工工具与主动轮的形状一致，不同之处是从动轮加工工具的钩杆与主动轮的钩杆的直径不同，并且从动轮加工工具的钩杆外周包裹有不纺布层，其关系式如下：
设从动轮加工工具的钩杆截面圆直径为d1，主动轮的钩杆截面圆直径为d，则它们之间满足关系式d1＝d-2*h，式中，h为所不纺布层的厚度；
(2A)从动轮安装在旋转运动装置上，从动轮加工工具安装在旋转运动装置上，调整好从动轮加工工具的钩杆与从动轮的钩杆初始位置，即从动轮加工工具的钩杆的端部对应于从动轮的钩杆的根部相互啮合，加工时，电解液喷嘴对该相互啮合的部位喷射电解液，从动轮接直流电源的正极，从动轮加工工具接直流电源的负极，从动轮加工工具的钩杆与从动轮的钩杆运动为共轭运动，设从动轮加工工具的转速为ω1，从动轮的转速为ω2，则它们之间应该满足关系式
ω1＝i12ω2
式中，i12为所加工的空间曲线啮合齿轮机构传动副的传动比，即主动轮与从动轮的钩杆数目比；
完成从动轮的钩杆的电解擦削。
2.根据权利要求1所述的精加工方法，其特征在于，所述主动轮钩杆的截面圆直径为d，其加工板的圆孔状加工区域D的截面圆直径为D，则D和d应满足关系式
D＝d+2h
式中，h为圆孔状加工区域D内壁所覆盖的一层不纺布层的厚度。
3.根据权利要求1所述的精加工方法，其特征在于，步骤(3)所述，调整好直线运动装置与旋转运动装置的运动参数，主动轮加工工具的加工区域D做圆柱螺旋状的运动，所以直线运动v(mm/s)和圆周运动ω(rad/s)的关系应满足式
v＝nω
式中，n为所加工的钩杆的形状参数。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20130724 |
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