CN112658414A - 一种渐开线样板加工装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种渐开线样板加工装置及工作方法，包括基体，基体设有转动驱动机构，转动驱动机构与空心轴连接，空心轴与水平设置的电极固定连接，电极采用管壁设有阵列孔的管电极，电极一端伸入空心轴内部空腔，另一端封闭，空心轴内的电解液能够进入管电极内部，基体一侧设有垂直于电极轴线的导轨，导轨上设有导轮，导轮能够与待加工工件毛坯固定连接，本发明的装置加工精度高。

Description

一种渐开线样板加工装置及工作方法

技术领域

本发明涉及电解加工设备技术领域，具体涉及一种渐开线样板加工装置及工作方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

高齿廓形状精度和表面粗糙度的齿轮渐开线样板作为渐开线测量仪器的标准计量器具，在渐开线齿轮加工和测试中具有难以替代的作用。目前加工高精度等级齿轮渐开线样板的方法主要为展成磨削，利用渐开线的生成原理，采用滚轮导轨使工件毛坯相对于固定一点处的砂轮作展成运动，发明人发现，以磨削加工的方式加工出渐开线面，但磨削力会难以避免地导致滚轮的径向跳动，影响加工精度。电解线切割加工是采用线电极或大跨度电极的作为阴极工具电极进行电解切割的加工方法，以离子形式去除工件毛坯材料，理论上可以达到纳米级的加工精度，具备传统电解加工的优点如不受材料力学性能影响，无切削力，无热影响区和残余应力,工具电极无损耗等，且可以加工大深宽比的结构。此外相较于传统的磨削加工，采用电解线切割进行齿轮渐开线样板的加工在材料利用率，设备占地和噪声等方面也具有较大优势。

然而随着工件毛坯厚度的提升，电解液的更新和电解产物的排出变得愈加困难，使电解过程不稳定，影响加工质量和效率，甚至发生短路使加工无法进行。目前改善电解线切割加工结果的方案一般为竖直设置电极，同时采用冲液，旋转或振动的方式促进电解产物的排出和电解液的更新，但发明人发现，竖直设置电极的方案会使工件毛坯展成运动的误差增大，难以适应齿轮渐开线样板加工的需要。且样板的厚度接近厘米级，单一的加工辅助手段难以取得理想的效果。这些因素都限制了电解线切割加工在实际齿轮渐开线样板加工中的应用。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种渐开线样板加工装置，能够实现更好的加工精度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种渐开线样板加工装置，包括基体，基体设有转动驱动机构，转动驱动机构与空心轴连接，空心轴与水平设置的电极固定连接，电极采用管壁设有阵列孔的管电极，电极一端伸入空心轴内部空腔，另一端封闭，空心轴内的电解液能够进入管电极内部，基体一侧设有垂直于电极轴线的导轨，导轨上设有导轮，导轮能够与待加工工件毛坯固定连接。

进一步的，所述管电极穿过弹性夹，弹性夹包括多个夹持部，空心轴的端部螺纹连接有旋紧头，旋紧头能够将多个夹持部向空心轴内部空腔挤压，多个夹持部能够在空心轴内部空腔腔壁的作用下压紧管电极。

进一步的，所述管电极与空心轴内部空腔的腔壁之间设有密封塞。

第二方面，本发明提供了一种渐开线样板加工装置，包括基体，基体设有转动驱动机构，转动驱动机构与空心轴连接，空心轴与水平设置的电极固定连接，电极采用棒状电极，棒状电极用于加工的区域外周包裹有磨料层，棒状电极一端穿过固定在空心轴的喷头并伸入空心轴内部空腔，空心轴内的电解液能够通过棒状电极和喷头之间的空间喷出，并包裹在棒状电极外周，基体一侧设有垂直于电极轴线的导轨，导轨上设有导轮，导轮能够与待加工工件毛坯固定连接。

进一步的，所述棒状电极穿过喷头后与固定设置在空心轴内部的多足弹性夹头固定连接。

进一步的，所述电极一端伸入空心轴内部空腔，另一端通过导咀与基体连接。

进一步的，所述转动驱动机构包括固定在基体的驱动件，所述驱动件通过传动机构与空心轴连接，所述空心轴与基体转动连接。

进一步的，所述导轨设置两条，每条导轨上均设有导轮，两个导轮通过连接轴连接，连接轴能够与试件固定。

进一步的，所述电极的正下方设置有电解液槽。

第三方面，本发明公开了一种渐开线样板加工装置的工作方法：将待加工的工件毛坯与导轮固定，将电源的正极与工件毛坯连接，电源的负极与电极连接，调节导轮位置，使得工件毛坯位于设定位置，将空心轴与电解液供给装置连接，启动电源、转动驱动机构及电解液供给装置，电极转动，将导轮在导轨上做纯滚动，工件毛坯靠近电极的部分不断被蚀除，加工出渐开线面。

本发明的有益效果：

1.本发明的加工装置，利用电极采用电解线切割加工技术进行齿轮渐开线样板的展成加工，相较于传统磨削展成加工，电解线切割加工具备不受材料力学性能影响，无切削力，无热影响区和残余应力,工具电极无损耗等优点，且在材料利用率，设备占地和噪声等方面也具有较大优势。

2.本发明的加工装置，采用轴线水平设置的电极，且电极能够在转动驱动机构的作用下转动，有助于提高展成加工的精度，冲液旋转的复合作用可以促进电解产物的排出和电解液的更新并均匀流场，提升加工稳定性和加工质量。

3.本发明的加工装置，电极采用一端封闭且侧面开群孔的管电极和加工区镀磨料层的棒状电极，实现电极内冲液，喷头冲液两种水平冲液方案，适用于不同的加工要求，具有不同的优势；管电极可以直接将电解液均匀喷入加工间隙，在促进电解产物的排出和电解液的更新上更为突出，可以获得更高的加工稳定性，镀磨料层的棒状电极可以在电解加工的同时磨去电解产生的钝化膜，获得更高的表面质量和加工效率。

4.本发明的装置，基体的尺寸形状，喷头的长度，阵列孔的分布和电极的尺寸长度可均在满足加工要求的前提下依照实际加工中的需要进行修改，扩大了使用范围，优化了设备的空间利用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1整体结构示意图；

图2为本发明实施例1基体、空心轴、管电极、转动驱动机构装配示意图；

图3为本发明实施例1基体、空心轴、管电极、转动驱动机构装配剖视图；

图4为本发明实施例1基体、空心轴、管电极、转动驱动机构装配爆炸示意图；

图5为本发明实施例1空心轴、管电极及弹性夹装配示意图；

图6为本发明实施例1空心轴、管电极及导咀装配示意图；

图7为本发明图6中的A向截面示意图；

图8为本发明实施例1导咀与第二竖直部装配示意图；

图9为本发明实施例2加工原理示意图；

图10为本发明实施例2加工过程示意图；

图11为本发明实施例3整体结构示意图；

图12为本发明实施例3空心轴、喷头、棒状电极及导咀装配示意图；

图13为本发明图12的B向截面示意图；

图14为本发明实施例3空心轴、三足弹性夹头、喷头及棒状电极装配示意图；

图15为本发明实施例4加工原理示意图；

其中，1.基体，1-1.主支架，1-2.副支架，2.空心轴，3.导咀，4.驱动机构，4-1.直流电机，4-2.压盖，4-3.第一皮带轮，4-4.第二皮带轮，4-5.同步带， 4-6.螺母，5.轴承，6.锁紧螺母，7.前端盖，8.后端盖，9.第一密封圈，10.管电极，10-1.阵列孔，11.弹性夹，12.旋紧头，13.固定孔，14.安装孔，15.密封塞，16.电解液槽，17.导轨，18.导轮，19.工件毛坯，20.直流电源，21.直流脉冲电源，22.电解液，23.棒状电极，24.磨料层，25.喷头，26.第二密封圈，27. 三足弹性夹头，27-1.夹紧部，27-2.连接部，28.渐开线面。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，目前采用展成磨削方法或电极竖直设置的电解线切割加工方法加工渐开线样板精度较低，针对上述问题，本申请提出了一种渐开线样板加工装置。

本申请的一种典型实施方式实施例1中，如图1-图8所示，一种渐开线样板加工装置，包括基体1，所述基体为U型结构，由主支架1-1和副支架1-2拼接构成，优选的，所述基体采用亚克力材料制成。所述基体包括水平部和设置在水平部两端的第一竖直部和第二竖直部。

优选的，所述水平部的四个角处设有连接孔，用于将基体进行安装固定。

所述第一竖直部安装有转动驱动机构，转动驱动机构与空心轴2连接，空心轴与电极的一端连接，电极的另一端通过导咀3与第二竖直部转动连接。

所述转动驱动机构4包括驱动件，所述驱动件采用电机或液压马达等，只要能够输出转动运动即可，优选的，所述驱动件采用直流电机4-1，所述直流电机固定在压盖4-2上，所述压盖固定在第一竖直部的底面上。

所述直流电机通过传动机构与空心轴连接，优选的，所述传动机构采用皮带传动机构，包括第一皮带轮4-3、第二皮带轮4-4及绕接在第一皮带轮和第二皮带轮之间的同步带4-5，所述第一皮带轮与直流电机的输出轴连接，且其直径小于第二皮带轮的直径,所述第二皮带轮通过螺母4-6与空心轴固定连接，直流电机能够通过传动机构带动空心轴的转动。

可以理解的是，所述传动机构也可采用链传动或齿轮传动，只要能够进行动力传递即可，本领域技术人员可根据实际需要进行设置。

所述空心轴通过轴承5与第一竖直部转动连接，并且设置在第一竖直部开设的腔孔中，所述轴承内圈通过锁紧螺母6与空心轴固定连接，轴承外圈固定在第一竖直部的腔孔中，所述空心轴的轴线水平设置，优选的，所述空心轴采用耐腐蚀的金属材料制成。

所述轴承一端与第一竖直部腔孔开设的台阶面接触，另一端与固定在第一竖直部内侧面的前端盖7接触，利用前端盖和台阶面对轴承进行轴线定位。

所述第一竖直部的外侧面还固定有后端盖8，所述空心轴的端部伸入后端盖内部，空心轴能够通过后端盖与电解液供给装置连接，所述空心轴与后端盖之间设有第一密封圈9，用于进行密封。

所述电解液供给装置采用现有的装置即可，包括电解液箱、驱动泵及管路等元件，其具体结构在此不进行详细叙述。

所述空心轴与电极固定连接，优选的，所述电机采用钨制成，本实施例中，所述电极采用管电极10，管电极的管壁上设置有阵列孔10-1，所述阵列孔是指多个孔，沿阵列排布，阵列形式可根据实际需要进行设置，在此不进行详细叙述，所述管电极的一端伸入空心轴的腔体内部，且管电极与空心轴内部腔体的腔面之间设置有密封塞15，空心轴内部腔体内的电解液能够进入管电极。

优选的，所述管电极通过弹性夹11和旋紧头12与空心轴固定，所述弹性夹采用弹性材质制成，优选的采用橡胶材质制成，具体的，所述管电极穿过旋紧头和弹性夹，所述旋紧头与空心轴端部螺纹连接，所述弹性夹由多个夹持部构成，弹性夹靠近旋紧头的端部为锥状结构，且截面面积较大的端部靠近旋紧头，旋转旋紧头，旋紧头能够带动弹性夹朝向空心轴内部腔体方向运动，在空心轴的腔体腔壁作用下，弹性夹的多个夹持部端部形成的锥状结构合拢，将管电极夹紧固定。

所述管电极的另一端与导咀连接，所述导咀与现有导咀的区别仅在于其内部开设盲孔而不是通孔，其他结构与现有导咀的结构相同，在此不进行详细叙述，所述第二竖直部底面开设有固定孔13，固定孔设有固定螺钉，导咀通过固定螺钉压紧固定在第二竖直部内部，所述第二竖直部的外侧面还开设有与管电极同轴设置的安装孔14，方便对管电极进行安装。

本实施例中，直流电机能够通过传动机构带动空心轴转动，管电极随空心轴做同步转动，电解液供给装置能够向空心轴内通入设定压力的电解液，空心轴内部空腔内的电解液能够进入管电极，并通过阵列孔喷射出，利用管电极对工件毛坯进行加工。

采用轴线水平设置的管电极，且管电极能够在转动驱动机构的作用下转动，有助于提高展成加工的精度，管电极可以直接将电解液均匀喷入加工间隙，在促进电解产物的排出和电解液的更新上更为突出，可以获得更高的加工稳定性和加工质量。

优选的，所述管电极及基体的正下方设置有电解液槽16，用于接收加工过程中喷出的电解液。

所述基体的一侧设置有两条导轨17，所述导轨垂直于管电极的轴线设置，所述导轨上设置有导轮18，导轮能够沿导轨做纯滚动，两个导轮之间固定有连接轴，连接轴能够与待加工工件毛坯19固定连接。

实施例2：

如图9-图10所示，本实施例公开了实施例1所述的渐开线样板加工装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：将工件毛坯19固定在连接轴上，将空心轴通过后端盖与电解液供给装置连接，将直流电机与直流电源20连接，由直流电源对其进行供电，将直流脉冲电源21的正极与试件连接，将直流电源的负极与管电极连接。

步骤2：调节导轮的位置，使得试件端部上方的尖角位置位于管电极的上方。

步骤3：启动电解液供给装置、直流电机，直流脉冲电源进行供电，电解液供给装置将设定压力的电解液22注入空心轴内，进而进入管电极，管电极在直流电机的作用下做30-60rpm转速的转动，进入管电极的电解液通过阵列孔喷出，导轮沿导轨做朝向管电极方向的纯滚动，试件靠近管电极的部分被不断蚀除，进而加工出渐开线面28。

据渐开线的形成原理，导轮在导轨上做无滑动的纯滚动时，处于导轨面上任意一点的运动轨迹就是以滚圆为基圆的渐开线，在滚动过程中此渐开线始终与导轨面垂直，且与导轨面的交点的位置不变。因此保持管电极静止，在导轮的纯滚动运动下即可加工出渐开线面。

步骤4：调整导轮和工件毛坯，重复步骤1-3，完成工件毛坯另一侧面渐开线面的加工。

步骤5:加工完成后，关闭直流电源、直流脉冲电源及电解液供给装置，停止电解液的供给，清理试件，清理加工装置以备下次使用。

利用电极采用电解线切割加工技术进行齿轮渐开线样板的展成加工，相较于传统磨削展成加工，电解线切割加工具备不受材料力学性能影响，无切削力，无热影响区和残余应力,工具电极无损耗等优点，且在材料利用率，设备占地和噪声等方面也具有较大优势。

实施例3：

本实施例公开了一种渐开线样板加工装置，如图11-图14所示，与实施例1 的区别在于所述电极采用棒状电极23，所述棒状电极用于加工的区域外周面设置有磨料层24，优选的，所述磨料层采用金刚砂镀层。

所述棒状电极依次穿过喷头25及多足弹性夹头并伸入空心轴的内部空腔内。

所述喷头设有与棒状电极同轴的喷腔，喷腔的直径大于棒状电极的直径，使得棒状电极与喷头的内壁之间具有空间，电解液能够通过所述空间喷出并包裹在棒状电极的外周面上。

所述喷头的外周面上设有固定凸台，固定凸台能够在旋紧头的作用下压紧在空心轴的端面上，实现喷头与空心轴的固定，所述固定凸台与空心轴端面之间设置有第二密封圈26，用于进行密封。

优选的，所述多足弹性夹头采用三足弹性夹头27，包括夹紧部27-1和沿夹紧部圆周均匀设置的三个连接部27-2，连接部的内侧面与夹紧部一体式连接，外侧面与空心轴内部空腔的腔面开始的凹槽的底部槽面接触，通过连接部实现三足弹性夹头与空心轴的固定。

所述夹紧部中心设有直径小于棒状电极的通孔，棒状电极能够通过通孔穿过三足弹性夹头，并被三足弹性夹头夹紧固定，实现棒状电极与空心轴的固定。

加工装置的其他结构与实施例1完全相同，在此不进行重复叙述。

实施例4：

本实施例公开了实施例3所述的渐开线样板加工装置的工作方法，如图15 所示，包括以下步骤：

步骤a：将试件固定在连接轴上，将空心轴通过后端盖与电解液供给装置连接，将直流电机与直流电源连接，由直流电源对其进行供电，将直流脉冲电源的正极与试件连接，将直流电源的负极与管电极连接。

步骤b：调节导轮的位置，使得试件端部上方的尖角位置位于棒状电极的上方。

步骤c：启动电解液供给装置、直流电机，直流脉冲电源进行供电，棒状电极在直流电机的作用下做1000-4000rpm转速的转动，电解液供给装置将设定压力的电解液注入空心轴内，进而通过喷头和棒状电极之间的空间喷射出，并包裹在棒状电极的外周，导轮沿导轨做朝向管电极方向的纯滚动，试件靠近管电极的部分被不断蚀除，进而加工出渐开线面。

据渐开线的形成原理，导轮在导轨上做无滑动的纯滚动时，处于导轨面上任意一点的运动轨迹就是以滚圆为基圆的渐开线，在滚动过程中此渐开线始终与导轨面垂直，且与导轨面的交点的位置不变。因此保持棒状电极静止，在导轮的纯滚动运动下即可加工出渐开线面。

步骤d：调整导轮和工件毛坯，重复步骤a-步骤c，完成工件毛坯另一侧面渐开线面的加工。

步骤e:加工完成后，关闭直流电源、直流脉冲电源及电解液供给装置，停止电解液的供给，清理试件，清理加工装置以备下次使用。

镀磨料层的棒状电极可以在电解加工的同时磨去电解产生的钝化膜，获得更高的表面质量和加工效率。

实施例1及实施例3中，基体的尺寸形状，喷头的长度，阵列孔的分布和电极的尺寸长度可均在满足加工要求的前提下依照实际加工中的需要进行修改，扩大了使用范围，优化了设备的空间利用，采用轴线水平设置的电极，且电极能够在转动驱动机构的作用下转动，有助于提高展成加工的精度，冲液旋转的复合作用可以促进电解产物的排出和电解液的更新并均匀流场，提升加工稳定性和加工质量。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种渐开线样板加工装置，其特征在于，包括基体，基体设有转动驱动机构，转动驱动机构与空心轴连接，空心轴与水平设置的电极固定连接，电极采用管壁设有阵列孔的管电极，电极一端伸入空心轴内部空腔，另一端封闭，空心轴内的电解液能够进入管电极内部，基体一侧设有垂直于电极轴线的导轨，导轨上设有导轮，导轮能够与待加工工件毛坯固定连接。

2.如权利要求1所述的一种渐开线样板加工装置，其特征在于，所述管电极穿过弹性夹，弹性夹包括多个夹持部，空心轴的端部螺纹连接有旋紧头，旋紧头能够将多个夹持部向空心轴内部空腔挤压，多个夹持部能够在空心轴内部空腔腔壁的作用下压紧管电极。

3.如权利要求1所述的一种渐开线样板加工装置，其特征在于，所述管电极与空心轴内部空腔的腔壁之间设有密封塞。

4.一种渐开线样板加工装置，其特征在于，包括基体，基体设有转动驱动机构，转动驱动机构与空心轴连接，空心轴与水平设置的电极固定连接，电极采用棒状电极，棒状电极用于加工的区域外周包裹有磨料层，棒状电极一端穿过固定在空心轴的喷头并伸入空心轴内部空腔，空心轴内的电解液能够通过棒状电极和喷头之间的空间喷出，并包裹在棒状电极外周，基体一侧设有垂直于电极轴线的导轨，导轨上设有导轮，导轮能够与待加工工件毛坯固定连接。

5.如权利要求4所述的一种渐开线样板加工装置，其特征在于，所述棒状电极穿过喷头后与固定设置在空心轴内部的多足弹性夹头固定连接。

6.如权利要求1或4所述的一种渐开线样板加工装置，其特征在于，所述电极一端伸入空心轴内部空腔，另一端通过导咀与基体连接。

7.如权利要求1或4所述的一种渐开线样板加工装置，其特征在于，所述转动驱动机构包括固定在基体的驱动件，所述驱动件通过传动机构与空心轴连接，所述空心轴与基体转动连接。

8.如权利要求1或4所述的一种渐开线样板加工装置，其特征在于，所述导轨设置两条，每条导轨上均设有导轮，两个导轮通过连接轴连接，连接轴能够与试件固定。

9.如权利要求1或4所述的一种渐开线样板加工装置，其特征在于，所述电极的正下方设置有电解液槽。

10.一种权利要求1或4所述的渐开线样板加工装置的工作方法：其特征在于，将待加工的工件毛坯与导轮固定，将电源的正极与工件毛坯连接，电源的负极与电极连接，调节导轮位置，使得工件毛坯位于设定位置，将空心轴与电解液供给装置连接，启动电源、转动驱动机构及电解液供给装置，电极转动，将导轮在导轨上做纯滚动，工件毛坯靠近电极的部分不断被蚀除，加工出渐开线面。

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