CN108655511B - 一种脉冲电流辅助插齿的装置 - Google Patents
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Abstract
一种脉冲电流辅助插齿的装置及方法，主要包括定位机构和辅助机构。定位机构包括支撑平台、工作台、预紧螺杆、下卡盘、待加工齿轮、上卡盘、预紧螺母。辅助机构包括电极支架、横梁、电极、丝杠、刀具主轴箱、刀具主轴、插齿刀、脉冲电源和开关。本发明通过预紧螺杆上端螺纹与预紧螺母的配合，并通过预紧螺杆下端圆台与工作台锥形通孔的配合，可对装夹装置施加轴向力并进行轴向锁紧。脉冲电源正负极向待加工齿轮和插齿刀输入脉冲电流，由于脉冲电流具有金属电塑性，待加工齿轮的流变应力显著降低，应变硬化率降低，塑性显著提高，且脉冲电流可以降低变形应力，增大金属材料的塑性变形能力，进而提高插齿加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种插齿装置及方法，特别涉及一种脉冲电流辅助插齿的装置及方法。
背景技术
早在公元前300年，亚里士多德已经在《机械问题》中阐述了齿轮传递旋转运动的问题，从那时起经过了2000多年的发展，齿轮作为自动机构的核心部件已经成为近代机械科学发展的重要组成部分。随着现代机械设备对精度的追求不断提高，作为其中重要的传动零部件，人们对齿轮的精度，组织性能等各项参数甚至产量都提出了更高的要求。插齿是用插齿刀按照展成法或者成型法来加工内、外齿轮或齿条的的齿面的一种方法。插齿因为其在加工过程中会产生较小的齿形误差以及较细的粗糙度，通常作为加工齿轮的主要手段。但由于插齿速度要受到插齿刀主轴往复运动的惯性和机床刚性的制约，切削过程又有空程的时间损失，所以生产率不高，往往无法满足现代生产的要求。因此，为了提高插齿加工齿轮的精度和生产率，需要改进传统的插齿方式，通过与新技术的结合，来提高插齿质量和插齿效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在待加工齿轮和插齿刀具上连接电极，通过向待加工齿轮通入脉冲电流来降低变形应力、增加塑性的脉冲电流辅助的插齿装置及方法。
本发明主要包括定位机构和辅助机构。
其中，定位机构包括支撑平台、工作台、预紧螺杆、下卡盘、待加工齿轮、上卡盘、预紧螺母。支撑平台呈L状，支撑平台的上端向外延伸。在支撑平台的水平面上设有工作台，位于工作台的右端，工作台呈圆柱状，在工作台的中部设有锥形通孔，并开设有键槽。预紧螺杆的上端设有螺纹，预紧螺杆的下端呈圆台状，预紧螺杆下端插接在工作台的中部，且与工作台的锥形通孔锥面角相对应，形成轴向锁紧。在预紧螺杆的中部和下端均设有键槽，下端的键槽通过键与工作台的锥形通孔内的键槽相连，预紧螺杆随工作台的转动而转动。下卡盘置于工作台上，下卡盘的中部设有通孔，与预紧螺杆同轴。在下卡盘的上部放置待加工齿轮，在待加工齿轮的中心加工孔和键槽，中心孔与预紧螺杆同轴。上卡盘置于待加工齿轮的上部，上卡盘中心设有通孔，与预紧螺杆同轴。预紧螺杆从上至下，依次穿过工作台、下卡盘、待加工齿轮、上卡盘，待加工齿轮通过键与预紧螺杆的中部键槽相连，待加工齿轮随预紧螺杆的转动而转动。在预紧螺杆的顶端螺纹连接预紧螺母，预紧螺母置于上卡盘的上部，通过预紧螺母施加的预紧力，对待加工齿轮形成轴向锁紧。
辅助机构包括电极支架、横梁、电极、丝杠、刀具主轴箱、刀具主轴、插齿刀、脉冲电源和开关。电极支架通过螺栓固定在支撑平台的水平面上，电极支架与工作台在同一水平线上。横梁的一端设有两个半环，两个半环之间通过螺栓相连，两个半环套接在电极支架的上端。电极通过螺栓固定横梁的上表面，电极与待加工齿轮相接触。在支撑平台上端的延伸端设有两根丝杠，刀具主轴箱穿过丝杠，在刀具主轴箱的下部设有刀具主轴，在刀具主轴的下部插接插齿刀，随着刀具主轴上下往复切削运动。脉冲电源的电源正极通过导线与开关的一端相连，开关的另一端与电极相接，电极将脉冲电流传导至待加工齿轮，脉冲电源的电源负极通过导线与插齿刀相接，脉冲电流传导至插齿刀，当插齿刀切削待加工齿轮时，电路闭和；在整个插齿加工过程中，通过控制所述开关的接通和断开来实现脉冲电流的输入。
下卡盘、上卡盘、预紧螺杆、横梁、刀具主轴为绝缘体；插齿刀、待加工齿轮、电极为导体。
本发明所述方法由以下步骤实现：
a.将插齿刀安装在刀具主轴上。将待加工齿轮穿过预紧螺杆并与其通过键配合，安装在下卡盘上，将上卡盘安装在待加工齿轮上，再将预紧螺母拧紧在预紧螺杆上端，将待加工齿轮固定在装夹装置上。保证待加工齿轮和插齿刀加工表面整洁；
b.将脉冲电源正极导线与电极相接，将脉冲电源负极导线与插齿刀上表面相接；
c.操作支撑平台，启动刀具主轴箱，行走机构驱动刀具主轴箱在丝杠上平移到待加工齿轮上方，到达待加工齿轮上方加工位置时，行走机构停止运动，随即刀具主轴带动插齿刀向下对刀，对刀完成后停止；
d.根据待加工齿轮的材料电阻、厚度等参数选择脉冲电源频率介于1～ 5000HZ，脉冲电源输出波形为线性、陡坡或方波，电流密度介于5～50A/mm2脉冲电流大小介于0～3000A；
e.根据选定脉冲电流参数接通电源，旋转电极支架将电极接触在待加工齿轮上，闭合开关，启动装置，开始对待加工齿轮进行插齿加工，当插齿刀切削待加工齿轮时电流在待加工齿轮和插齿刀间流通；
f.插齿加工结束后，断开开关，关闭脉冲电源，静待齿轮冷却。
本发明在使用时，当装置工作时，开关闭合，脉冲电源开始工作，工作台通过键配合带动预紧螺杆转动，预紧螺杆通过键配合带动待加工齿轮转动，刀具主轴箱通过丝杠进行水平方向的对准，并通过刀具主轴带动插齿刀进行上下往复运动，对待加工齿轮进行插齿加工，当插齿刀与待加工齿轮表面接触时，电路闭和，电源向装置输入脉冲电流，从而使脉冲电流流经切削加工位置，增大待加工齿轮的塑性变形能力，提高插齿加工效率和齿面组织性能。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、预紧螺杆下端圆台结构与工作台中心锥形孔内锥度相匹配，通过预紧螺杆上端螺纹与预紧螺母的配合，可对装夹装置施加轴向力并进行轴向锁紧。
2、脉冲电源正负极向待加工齿轮输入脉冲电流，由于脉冲电流具有金属电塑性，待加工齿轮的流变应力显著降低，应变硬化率降低，塑性显著提高，且脉冲电流可以降低变形应力，增大金属材料的塑性变形能力，进而提高插齿加工效率。
附图说明
图1是本发明装置一个优选实施例的等轴测图；
图2是本发明装置一个优选实施例的主视图；
图3是本发明装置一个优选实施例的右视图；
图4是本发明装置一个优选实施例的装夹装置剖视图。
图中：1-支撑平台；2-电极支架；3-工作台；4-下卡盘；5-待加工齿轮； 6-横梁；7-电极；8-上卡盘；9-刀具主轴箱；10-丝杠；11-刀具主轴；12-插齿刀；13-预紧螺杆；14-预紧螺母；17-电源正极；16-脉冲电源；15-电源负极； 18-开关。
具体实施方式
在图1、图2、图3和图4所示的本发明示意简图中，本发明主要包括定位机构和辅助机构。
定位机构包括支撑平台、工作台、预紧螺杆、下卡盘、待加工齿轮、上卡盘、预紧螺母。支撑平台呈L状，支撑平台的上端向外延伸。在支撑平台1的水平面上设有工作台3，位于工作台的右端，工作台呈圆柱状，在工作台的中部设有锥形通孔，并开设有键槽。预紧螺杆的上端设有螺纹，预紧螺杆的下端呈圆台状，预紧螺杆13下端插接在工作台的中部，且与工作台的锥形通孔锥面角相对应，形成轴向锁紧。在预紧螺杆的中部和下端均设有键槽，下端的键槽通过键与工作台3的锥形通孔内的键槽相连，预紧螺杆随工作台的转动而转动。下卡盘4置于工作台上，下卡盘的中部设有通孔，与预紧螺杆同轴。在下卡盘的上部放置待加工齿轮5，在待加工齿轮的中心加工孔和键槽，中心孔与预紧螺杆同轴。上卡盘8置于待加工齿轮的上部，上卡盘中心设有通孔，与预紧螺杆同轴。预紧螺杆从上至下，依次穿过工作台、下卡盘、待加工齿轮、上卡盘，待加工齿轮通过键与预紧螺杆的中部键槽相连，待加工齿轮随预紧螺杆的转动而转动。在预紧螺杆的顶端螺纹连接预紧螺母14，预紧螺母置于上卡盘的上部，通过预紧螺母施加的预紧力，对待加工齿轮形成轴向锁紧。
辅助机构包括电极支架、横梁、电极、丝杠、刀具主轴箱、刀具主轴、插齿刀、脉冲电源和开关。电极支架2通过螺栓固定在支撑平台1的水平面上，电极支架与工作台在同一水平线上。横梁6的一端设有两个半环，两个半环之间通过螺栓相连，两个半环套接在电极支架的上端。电极7通过螺栓固定横梁的上表面，电极与待加工齿轮相接触。在支撑平台上端的延伸端设有两根丝杠 10，刀具主轴箱9穿过丝杠，在刀具主轴箱的下部设有刀具主轴11，在刀具主轴的下部插接插齿刀12，随着刀具主轴上下往复切削运动。脉冲电源16的电源正极17通过导线与开关18的一端相连，开关的另一端与电极相接，电极将脉冲电流传导至待加工齿轮，脉冲电源的电源负极15通过导线与插齿刀相接，脉冲电流传导至插齿刀，当插齿刀切削待加工齿轮时，电路闭和；在整个插齿加工过程中，通过控制所述开关的接通和断开来实现脉冲电流的输入。
下卡盘、上卡盘、预紧螺杆、横梁、刀具主轴为绝缘体；插齿刀、待加工齿轮、电极为导体。
本发明所述方法由以下步骤实现：
a.将插齿刀安装在刀具主轴上。将待加工齿轮穿过预紧螺杆并与其通过键配合，安装在下卡盘上，将上卡盘安装在待加工齿轮上，再将预紧螺母拧紧在预紧螺杆上端，将待加工齿轮固定在装夹装置上。保证待加工齿轮和插齿刀加工表面整洁；
b.将脉冲电源正极导线与电极相接，将脉冲电源负极导线与插齿刀上表面相接；
c.操作支撑平台，启动刀具主轴箱，行走机构驱动刀具主轴箱在丝杠上平移到待加工齿轮上方，到达待加工齿轮上方加工位置时，行走机构停止运动，随即刀具主轴带动插齿刀向下对刀，对刀完成后停止；
d.根据待加工齿轮的材料电阻、厚度等参数选择脉冲电源频率介于1～ 5000HZ，脉冲电源输出波形为线性、陡坡或方波，电流密度介于5～50A/mm2脉冲电流大小介于0～3000A；
e.根据选定脉冲电流参数接通电源，旋转电极支架将电极接触在待加工齿轮上，闭合开关，启动装置，开始对待加工齿轮进行插齿加工，当插齿刀切削待加工齿轮时电流在待加工齿轮和插齿刀间流通；
f.插齿加工结束后，断开开关，关闭脉冲电源，静待齿轮冷却。
Claims (2)
1.一种脉冲电流辅助插齿的装置，主要包括定位机构和辅助机构，其特征在于：定位机构包括支撑平台、工作台、预紧螺杆、下卡盘、待加工齿轮、上卡盘、预紧螺母，支撑平台呈L状，支撑平台的上端向外延伸，在支撑平台的水平面上设有工作台，位于工作台的右端，工作台呈圆柱状，在工作台的中部设有锥形通孔，并开设有键槽，预紧螺杆的上端设有螺纹，预紧螺杆的下端呈圆台状，预紧螺杆下端插接在工作台的中部，且与工作台的锥形通孔锥面角相对应，形成轴向锁紧，在预紧螺杆的中部和下端均设有键槽，下端的键槽通过键与工作台的锥形通孔内的键槽相连，预紧螺杆随工作台的转动而转动，下卡盘置于工作台上，下卡盘的中部设有通孔，与预紧螺杆同轴，在下卡盘的上部放置待加工齿轮，在待加工齿轮的中心加工孔和键槽，中心孔与预紧螺杆同轴，上卡盘置于待加工齿轮的上部，上卡盘中心设有通孔，与预紧螺杆同轴，预紧螺杆从上至下，依次穿过工作台、下卡盘、待加工齿轮、上卡盘，待加工齿轮通过键与预紧螺杆的中部键槽相连，待加工齿轮随预紧螺杆的转动而转动，在预紧螺杆的顶端螺纹连接预紧螺母，预紧螺母置于上卡盘的上部，通过预紧螺母施加的预紧力，对待加工齿轮形成轴向锁紧，辅助机构包括电极支架、横梁、电极、丝杠、刀具主轴箱、刀具主轴、插齿刀、脉冲电源和开关，电极支架通过螺栓固定在支撑平台的水平面上，电极支架与工作台在同一水平线上，横梁的一端设有两个半环，两个半环之间通过螺栓相连，两个半环套接在电极支架的上端，电极通过螺栓固定横梁的上表面，电极与待加工齿轮相接触，在支撑平台上端的延伸端设有两根丝杠，刀具主轴箱穿过丝杠，在刀具主轴箱的下部设有刀具主轴，在刀具主轴的下部插接插齿刀，随着刀具主轴上下往复切削运动，脉冲电源的电源正极通过导线与开关的一端相连，开关的另一端与电极相接，电极将脉冲电流传导至待加工齿轮，脉冲电源的电源负极通过导线与插齿刀相接，脉冲电流传导至插齿刀，当插齿刀切削待加工齿轮时，电路闭和；在整个插齿加工过程中，通过控制所述开关的接通和断开来实现脉冲电流的输入。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲电流辅助插齿的装置，其特征在于：下卡盘、上卡盘、预紧螺杆、横梁、刀具主轴为绝缘体。
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