CN111791033A - 一种薄板棘轮加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械零件技术领域，尤其是一种薄板棘轮加工方法，线切割，大水磨床单边磨平，外形定位工装夹具夹持，数控车床上加工中心孔，线切割分料形成，水磨床磨平平面的工艺加工，避免了对薄板端面挤压受力变形，保证了端面的平行度在±0.01mm之间，且加工形成的中心孔和端面孔与端面的垂直度在±0.01mm之间，提高了产品加工合格率和加工效率，降低了棘轮加工成本。

Description

一种薄板棘轮加工方法

技术领域

本发明涉及机械零件技术领域，尤其是一种薄板棘轮加工方法。

背景技术

棘轮，定义为外缘或内缘上具有刚性齿形表面或摩擦表面的齿轮，是组成棘轮机构的重要构件，由棘爪推动作步进运动，类似齿轮，与号盘配合、控制号盘变换的零件。

棘轮制作工艺分为以下两种：

(1)在模具内制成棘轮的蜡模，再将原料流入蜡模内，即可制成棘轮，最后再将蜡融化，即可。该工艺所得棘轮精度不高，仅适用于齿数较低的棘轮，而对于齿数较高的棘轮，则会出现精度不高，造成齿深不足，扭力不足等问题，进而出现崩牙现象。

(2)利用铣刀一齿一齿切削，形成棘轮形状。该工艺存在速度慢，成本要求高，而且生产高齿数棘轮时，非常容易每一个单齿公差累积，造成最后铣切至最后一齿时，形成半齿，导致棘轮外缘或内缘齿轮不达标。

为此，现有技术中针对上述技术缺陷，有研究者开展了棘轮生产的工艺研究，例如：专利申请号为201811479086.5的棘轮加工夹具以及加工方法，公开了针对棘轮加工工艺步骤繁琐，加工效率低，精度低，成本高的缺陷，采用了将原材料车削成胚体，胚体卡接在夹具中，固定在冲床平台预订位置，使得刀头正对加工孔，使刀头的刀尖朝向胚体方向，刀头下压，同时得到所需凹槽和棘齿，拆开夹具，取出成品，即得。减少了设备使用种类，降低了各步骤加工精度，定位更加简便，提高了生产效率，降低了次品率和成本。再例如：专利号为ZL03100664.7的具有90-180齿棘轮制造方法，经过锻造、退火球化、车削加工、研磨加工、滚轧、热处理、表面处理等步骤，使得加工的棘轮精度较高，大幅度提高其扭力值和齿合度，保障了棘轮品质。

可见，上述现有技术中公开的棘轮加工方法，均是针对较厚的棘轮加工所提供的操作工艺和步骤，且主要针对的是棘轮加工效率以及棘轮齿加工精度方面。而对于薄板形状的棘轮(如图1所示)加工时，不仅需要面临加工效率和棘轮齿精度高低等问题，还要面临薄板两端面的平行度；原因在于：薄板形状的棘轮经常应用在狭小的缝隙之间安装，对其尺寸要求尤为严格，对于薄板两端面的平行度，将会直接影响生产加工的棘轮安装成棘轮机构之后的运行性能；除此之外，还会影响对棘轮端面中心打孔所形成中心孔与板面垂直度，导致产品的合格率显著降低。现有薄板棘轮加工工艺中，大多是将圆柱状、圆棒状采用，采用线切割分料至厚度为5mm后，上数控车床车平两端面，使得材料厚度至3.1mm左右，再上线切割切出外形，再用外形定位工装夹具压住产品，再上数控车床上加工棘轮端面孔和中心孔，在该工艺中，因切割下来的薄板材料在数控车床上车平两端面时，薄板受到挤压变形，导致端面平行度没法保证，致使加工端面孔和/或中心孔时，与端面垂直度难以得到保证，致使棘轮打孔加工合格率大幅度下降，经常维持在80％左右，造成了大量原材料浪费，而且加工效率低。

鉴于此，本研究者以圆棒状、圆柱状等原材料加工成棘轮，对棘轮加工工艺进行调整和研究，利用线切割，大水磨床单边磨平，外形定位工装夹具夹持，数控车床上加工中心孔，线切割分料形成，水磨床磨平平面的工艺加工，为薄板形状棘轮加工提供了新工艺。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种薄板棘轮加工方法。

具体是通过以下技术方案得以实现的：

薄板棘轮加工方法，包括步骤：

a.使用锻造技术锻造出圆柱形或圆棒状原材料；

b.将原材料利用线切割技术切割形成棘轮外形，利用外形定位工装夹具夹紧，利用数控车床磨平原材料端面0.06mm，获得粗胚；

c.上数控车床加工中心孔和端面孔，获得待分割料；

d.利用线切割技术切割待分割料，形成薄板形状棘轮，采用水磨床磨切割端面0.06mm，获得薄板棘轮；

经过锻造成圆柱状或圆棒状原材料，再将原材料线切割成棘轮外形，定位夹紧，数控车床磨平0.06mm，再上数控车床加工中心孔和端面孔，线切割分割，形成薄板形状棘轮，采用水磨床磨切割面0.06mm，得到成品棘轮，避免打孔夹持薄板端面，导致薄板受力变形，致使中心孔和端面孔与端面间的垂直度较差的缺陷，提高加工效率，降低材料损耗，提高合格率，节约成本。

采用的外形定位工装夹具是呈套筒状，套筒内部与薄板棘轮外缘形状一致，且能够紧贴套在切割成型的材料外表面。

上述操作技术也可以将所述的步骤c和步骤d采用以下操作代替：先将粗胚利用线切割技术切割成分割料，形成薄板棘轮初料；再将薄板棘轮初料利用水磨床磨掉一端面厚度0.06mm，且平面精度为±0.01mm；再用外形定位工装夹具夹紧，上数控车床加工中心孔和端面孔，获得薄板棘轮。保障了棘轮端面平面精度，提高棘轮产品合格率。

为了提高加工中心孔与端面垂直精度和同心精度，优选，所述的数控车床，以原材料和数控车床主轴同心为基准上数控车床。所述的同心，其同心度为±0.01mm。

与现有技术相比，本发明创造的技术效果体现在：

本发明创造工艺步骤简单，操作方便，而经过线切割技术、数控车床磨平端面和打孔操作，利用圆棒状、圆柱状原材料直接切割成外形后，上数控车床打孔，避免了对端面夹持，防止了端面受力变形，提高了加工效率和加工合格率，使得平面精度保证在±0.01mm，且中心孔与端面垂直度在±0.01mm，节约了原材料，使得合格率达到了97％以上。

附图说明

图1为薄板棘轮整体结构示意图。

图2为本发明创造实施例1工艺流程图。

图3为本发明创造另外实施例工艺流程图。

1-外缘 2-端面孔 3-中心孔 4-原材料 5-粗胚 6-待分割料 6’-分割料。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。

在该实施例中，如图1所示，为本发明创造加工形成的薄板棘轮，其外形齿状，两端面平整精度在±0.01mm之间，加工时产品合格率达到了97％以上，避免了重复性加工操作，降低了原材料消耗，提高了加工效率。具体加工工艺如图2所示，薄板棘轮加工方法，包括步骤：

a.使用锻造技术锻造出圆柱形或圆棒状原材料4；

b.将原材料利用线切割技术切割形成棘轮外形，利用外形定位工装夹具夹紧，利用数控车床磨平原材料端面0.06mm，获得粗胚5；

c.上数控车床加工中心孔3和端面孔2，获得待分割料6；

d.利用线切割技术切割待分割料，形成薄板形状棘轮，采用水磨床磨切割端面0.06mm，获得薄板棘轮；

该加工工艺避免了对薄板两端面的挤压，保障了薄板两端面平行精度，使得外形定位工装夹具夹持住线切割成型的外形上，不仅避免了对成型外齿的损伤，保障了精度，而且还充分利用了径向接受挤压力，保证了薄板平行度，使得上数控车床加工中心孔和端面孔时，其端面平行度为±0.01mm，同时中心孔和端面孔与端面垂直度为±0.01mm，防止了对端面挤压受力变形，提高了加工效率。

本发明创造的外形定位工装夹具是呈套筒状，套筒内部与薄板棘轮外缘1形状一致，且能够紧贴套在切割成型的材料外表面；除此之外，也可以采用的是本领域技术人员所掌握的其他普通技术手段夹持或者公知常识，常规技术手段夹持即可，只要满足夹持受力方向为薄板径向受力即可。

在另外的实施例中，本发明创造的研究者还可以在上述实施例基础上，采取以下操作手段进行操作(如图3所示)，也就是将步骤c和步骤d采用以下操作代替：先将粗胚5利用线切割技术切割成分割料6’，形成薄板棘轮初料；再将薄板棘轮初料利用水磨床磨掉一端面厚度0.06mm，且平面精度为±0.01mm；再用外形定位工装夹具夹紧，上数控车床加工中心孔3和端面孔2，获得薄板棘轮。该方案利用定位工装夹具夹紧棘轮初料外缘，形成棘轮径向挤压受力，避免了棘轮端面受力挤压变形，保证了棘轮产品端面的平整度，促使在加工中心孔时，中心孔与端面的垂直度得到保障，使得垂直度维持在±0.01mm之间，相比传统加工工艺来说，其加工效率提高了25％以上，材料节约率达到了35％，加工产品的合格率较高，维持子啊97％以上。

具体在某些操作实施中，为了保障原材料在数控车床上加工成型时，尺寸合格，提高产品的合格率，避免棘轮外形尺寸不合格，造成产品合格率低下的缺陷，所述的数控车床，以原材料4和数控车床主轴同心为基准上数控车床，其同心度为±0.01mm。保障了加工产品端面的平整度维持在±0.01mm之间，而且中心孔与端面的垂直度维持在±0.05mm，提高了产品的合格率。

具体本研究者在研究过程中，以客户提供的名称棘轮产品为例，加工材料2Cr13，将以该材料锻造而成的圆柱状材料，按照如图2所示工艺加工成棘轮产品，在加工过程中，以线切割技术切割圆柱状材料形成棘轮外形，并将形成棘轮外形的圆柱状材料采用外形定位工装夹具夹紧安装在数控车床上，将一端面切削成光滑平整面，切削厚度为0.06mm，得到粗胚；粗胚采用数控车床上打中心孔，具体是将工装夹具夹紧的粗胚与数控车床主轴同心对准安装，利用钻头抵紧粗胚正中心，开启数控车床主轴旋转，实现打孔操作，完成打孔之后，利用线切割分料成厚度为3.1mm，再将切割下来的棘轮初品利用水磨床磨平切割面，磨厚度为0.06mm，即可得加工一张棘轮，磨料掉的材料厚度为0.12mm，相比传统大量切削掉料来说，能够节约35％以上的材料，并对加工形成的棘轮产品的端面平整度测试，平整度维持在±0.01mm之间，而且中心孔与端面垂直度维持在±0.01mm之间，极大程度的提高了产品的合格率，使得合格率达到了97％以上。

本发明创造的发明点主要在于避免加工过程中，上数控车床或者磨平端面或者线切割等工艺步骤中，对所形成的棘轮端面挤压，造成薄板状棘轮端面因受力而变形，导致打中心孔时，中心孔与端面垂直度较低的缺陷。本发明创造在操作过程中，将外形定位工装夹具按照圆柱状或者圆棒状原材料的径向夹紧，使得避免了对端面夹持挤压变形，保障了端面的平整度，使得在后续打中心孔时，中心孔与端面的垂直度得到保障，提高棘轮加工合格率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种薄板棘轮加工方法，其特征在于，包括步骤：

a.使用锻造技术锻造出圆柱形或圆棒状原材料(4)；

b.将原材料利用线切割技术切割形成棘轮外形，利用外形定位工装夹具夹紧，利用数控车床磨平原材料端面0.06mm，获得粗胚(5)；

c.上数控车床加工中心孔(3)和端面孔(2)，获得待分割料(6)；

d.利用线切割技术切割待分割料，形成薄板形状棘轮，采用水磨床磨切割端面0.06mm，获得薄板棘轮。

2.如权利要求1所述的薄板棘轮加工方法，其特征在于，所述的步骤c和步骤d采用以下操作代替：先将粗胚(5)利用线切割技术切割成分割料(6’)，形成薄板棘轮初料；再将薄板棘轮初料利用水磨床磨掉一端面厚度0.06mm，且平面精度为±0.01mm；再用外形定位工装夹具夹紧，上数控车床加工中心孔(3)和端面孔(2)，获得薄板棘轮。

3.如权利要求1或2所述的薄板棘轮加工方法，其特征在于，所述的数控车床，以原材料(4)和数控车床主轴同心为基准上数控车床。

4.如权利要求3所述的薄板棘轮加工方法，其特征在于，所述的同心，其同心度为±0.01mm。

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