CN113814491B - 一种航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法，包括如下步骤：首先设计三头螺旋片式电极，将多个螺旋片式电极组成叠片式组装电极；然后采用带有C轴的电火花机床，将叠片式组装电极安装在C轴上；最后通过电火花机床放电加工螺旋传动副，同时C轴做旋转运动，从而实现三头螺旋杆与螺旋套的精密加工。本发明创造所述的航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法，克服了常规机械加工刀具大、加工材料硬度高等加工难点，更有利于不规则形状加工，获得高精度尺寸和良好表面光洁度，解决了转动速度快、位置精度高、旋转角度大、可靠平稳性好的螺旋传动副无法采用常规机械加工工艺完成加工的问题。

Description

一种航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法

技术领域

本发明创造属于特种加工技术领域，尤其是涉及一种航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法。

背景技术

为进一步提高我国首次火星探测任务着陆巡视器在进入、下降与着陆过程中的开伞高度，为保证开伞安全性，要求开伞前的攻角尽可能小。因此，设计了一种具有快速、稳定、可靠的螺旋传动机构实现展开功能。工作原理是动力器件带动螺旋杆由直线运动转变为螺旋套的旋转运动，螺旋套与输出轴链接，输出旋转运动。螺旋传动副具有承载大、转动速度快、位置精度高、旋转角度大、可靠平稳性好等特点。螺旋副的导程精度决定了产品的展开精度。然而，在采用常规机械加工工艺方法时，因材料硬度高、复杂螺旋结构和加工空间小、表面光洁度高等因素，常规的车削、铣削、磨削、电火花等机械加工工艺方法无法实现。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法，以解决转动速度快、位置精度高、旋转角度大、可靠平稳性好的螺旋传动副无法采用常规机械加工工艺完成加工的问题。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法,包括如下步骤：首先设计螺旋片式电极，将多个螺旋片式电极组成叠片式组装电极；然后采用带有C轴的电火花机床，将叠片式组装电极安装在C轴上；最后通过电火花机床放电加工螺旋传动副，同时C轴做旋转运动，从而实现三头螺旋杆与螺旋套的精密加工。

进一步的，所述叠片式组装电极形状与螺旋传动副的形状匹配。

进一步的，所述的一种航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法，具体包括如下步骤：

S1、根据螺旋传动副，设计加工用螺旋槽电极和螺旋齿电极；

S2、加工螺旋槽电极形状和螺旋齿电极形状，且单边留量；

S3、粗加工螺旋杆和螺旋套的内外形，单边留量；

S4、对粗加工后的螺旋杆和螺旋套进行调质处理；

S5、精加工螺旋杆和螺旋套的内外形至需求尺寸；

S6、将单边留量的螺旋槽电极找正安装在精密电火花机床的C轴上，找正装卡螺旋杆，半精加工螺旋杆的螺旋齿；

S7、将单边留量的螺旋齿电极找正安装在精密电火花机床的C轴上，找正装卡螺旋套，半精加工螺旋套的螺旋槽；

S8、精加工螺旋杆和螺旋套的内外形，单边无留量；

S9、将单边无留量的螺旋槽电极找正安装在精密电火花机床的C轴上，找正装卡螺旋杆，精放电加工螺旋杆的螺旋齿；

S10、将单边无留量的螺旋齿电极找正安装在精密电火花机床的C轴上，找正装卡螺旋套，精放电加工螺旋套的螺旋槽；

S11、检测螺旋杆和螺旋套的尺寸；

S12、将螺旋杆和螺旋套进行装配跑合。

进一步的，所述螺旋片式电极的螺旋副旋向为右旋。

进一步的，所述步骤S1中的螺旋槽电极和螺旋齿电极均为3头螺旋片式电极，且螺旋副旋向为右旋。

进一步的，所述螺旋槽电极由3个螺旋片式电极串联组装形成；螺旋槽电极的形状与螺旋杆的形状匹配；螺旋齿电极由3个螺旋片式电极串联组装形成，螺旋齿电极的形状与螺旋套的形状匹配。

进一步的，所述螺旋片式电极的材料为铜钨合金材料。

进一步的，所述螺旋片式电极均由带有C轴的电火花机床加工而成。

进一步的，所述步骤S6中和步骤S8中，将螺旋槽电极安装在精密电火花机床的C轴上的具体方法为：螺旋槽电极的外部设有定位凸台，利用定位凸台定位，将螺旋槽电极组装在带有C轴的电极安装柄上。

进一步的，所述步骤S7中和步骤S9中，将螺旋齿电极安装在精密电火花机床的C轴上的具体方法为：螺旋槽电极的内部设有定位孔，利用定位孔定位，将螺旋齿电极组装在带有C轴的电极安装柄上。

相对于现有技术，本发明创造所述的航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法具有以下优势：

(1)本发明创造所述的航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法，克服了常规机械加工刀具大、加工材料硬度高等加工难点，更有利于不规则形状加工，获得高精度尺寸和良好表面光洁度，解决了转动速度快、位置精度高、旋转角度大、可靠平稳性好的螺旋传动副无法采用常规机械加工工艺完成加工的问题。

(2)本发明创造所述的航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法，采用叠片式电极，相比采用整体电极制造更加简单、成本低，效率高、安全性高，可实现，更有利于保证已加工部位尺寸精度和表面光洁度。

(3)本发明创造所述的航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法，电极材料采用铜钨合金材料，其优点具有高熔点、高硬度、抗烧损和良好抗粘附性，电蚀产品表面光洁度高，精度极高，损耗低、良好导电性及导热性等特点。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法的流程图；

图2为本发明创造实施例所述的螺旋传动副的侧视图；

图3为本发明创造实施例所述的螺旋传动副的剖视图；

图4为本发明创造实施例所述的螺旋杆的侧视图；

图5为本发明创造实施例所述的螺旋杆的主视图；

图6为本发明创造实施例所述的螺旋套的侧视图；

图7为本发明创造实施例所述的螺旋套的剖视图；

图8为本发明创造实施例所述的螺旋槽电极的侧视图；

图9为本发明创造实施例所述的螺旋槽电极的主视图；

图10为本发明创造实施例所述的螺旋齿电极的侧视图；

图11为本发明创造实施例所述的螺旋齿电极的主视图。

附图标记说明：

1-螺旋杆；11-螺纹齿；2-螺旋套；21-螺旋槽；3-螺旋槽电极；31-定位凸台；4-螺旋齿电极；41-定位孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

一种航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法，如图1所示，包括如下步骤：首先设计三头螺旋片式电极，并组成叠片式组装电极；然后采用带有C轴的电火花机床，将叠片式组装电极安装在C轴，放电加工螺旋传动副同时C轴做旋转运动，从而实现三头螺旋杆与螺旋套的精密加工。电极为多个叠片组装成整体电极，且电极形状可调整。本发明具有零件外形轮廓精度高、表面光洁度好、性能一致性好、效率高等优点。

如图1至图11所示，航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法具体包括如下步骤：

S1、根据三头螺旋传动副，设计加工用螺旋槽电极和螺旋齿电极；

S2、采用带有C轴的线切割机床加工螺旋槽电极、螺旋齿电极形状，单边留量；

S3、采用数控复合车铣中心粗加工螺旋杆1和螺旋套2的内外形，单边留量；

S4、对粗加工后的螺旋杆1和螺旋套2进行调质处理；

S5、采用数控复合车铣中心精加工螺旋杆1和螺旋套2的内外形至需求尺寸；

S6、将单边留量的螺旋槽电极找正安装在精密电火花机床的C轴上，找正装卡螺旋杆1，半精加工螺旋杆1的螺旋齿；

S7、将单边留量的螺旋齿电极找正安装在精密电火花机床的C轴上，找正装卡螺旋套2，半精加工螺旋套2的螺旋槽；

S8、选取铜钨合金CuW70％作为精密放电电极材料，采用带有C轴的精密线切割机床加工螺旋槽电极外形至设计要求的尺寸，取上偏差值。采用带有C轴的精密线切割机床加工螺旋齿电极外形至设计要求的尺寸，取下偏差值。

S9、将单边无留量的螺旋槽电极找正安装在精密电火花机床的C轴上，找正装卡螺旋杆1，精放电加工螺旋杆1的螺旋齿；

S10、将单边无留量的螺旋齿电极找正安装在精密电火花机床的C轴上，找正装卡螺旋套2，精放电加工螺旋套2的螺旋槽；

S11、采用三坐标测量机检测螺旋杆1和螺旋套2的尺寸。

S12、将螺旋杆1和螺旋套2进行装配跑合。

所述步骤S1中的螺旋槽电极3和螺旋齿电极4均为3头螺旋片式电极，且螺旋副旋向为右旋，螺旋升角为63.56°。

如图8至图11所示，螺旋槽电极3由1#电极片、2#电极片、3#电极片组装而成(示意图见图8和图9)。1#电极片、2#电极片、3#电极片串联组装后形成叠片式组装电极，材料为铜钨合金材料。螺旋齿电极4由4#电极片、5#电极片、6#电极片组装而成(示意图见图10和图11)。4#电极片、5#电极片、6#电极片串联组装后形成叠片式组装电极，材料为铜钨合金材料。电极材料采用铜钨合金材料，其优点具有高熔点、高硬度、抗烧损和良好抗粘附性，电蚀产品表面光洁度高，精度极高，损耗低、良好导电性及导热性等特点。采用叠片式电极，相比采用整体电极制造更加简单、成本低，效率高、安全性高，可实现，更有利于保证已加工部位尺寸精度和表面光洁度。

1#、2#、3#电极片由带有C轴的电火花机床加工而成。每个电极片的外部均设有定位凸台31，利用定位凸台31定位，将1#、2#、3#电极片(螺旋槽电极3)组装在带有C轴的电极安装柄上，进行螺旋杆1螺纹齿的电火花加工。4#、5#、6#电极片由带有C轴的电火花机床加工而成。每个电极片的中部均设有定位孔41，利用定位孔41定位，将4#电极片、5#电极片、6#电极片(螺旋齿电极4)组装在带有C轴的电极安装柄上，进行螺旋套2螺纹槽的电火花加工。采用电火花放电加工工艺方法，克服常规机械加工刀具大、加工材料硬度高等加工难点；同事解决了材料硬度高带来的加工难点，更有利于不规则形状加工，获得高精度尺寸和良好表面光洁度。

步骤S2中螺旋槽电极的形状与螺旋杆1的需求形状匹配，螺旋齿电极的形状与螺旋套2的需求形状匹配，可以是任何形状。

实施例1：

螺旋传动副由螺旋杆1和螺旋套2组成(示意图见图2和图3)，螺旋杆1、螺旋套2的材料为9Cr18，调质处理硬度大于HRC45。螺旋杆1外形为三头螺纹齿形，螺旋副旋向为右旋，螺旋升角为63.56°，螺旋杆1的螺纹齿11顺序标识示意图见图4和图5。

螺旋套2外形为三头螺纹槽形，螺旋副旋向为右旋，螺旋升角为63.56°，螺旋套2的螺旋槽21顺序标识示意图见图6和图7。

航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法包括如下步骤：

S1、依据螺旋传动副的螺旋杆1和螺旋套2实际的图纸要求设计粗加工电极，形状尺寸单边留量0.5mm。用于加工螺旋杆1的螺旋槽电极(图8和图9所示)材料为铜钨合金，电极外形圆形，对称定位凸台，内腔为三头螺纹槽，螺旋副旋向为右旋，螺旋升角为63.56°，厚度尺寸5mm，3件装配为1组。用于加工螺旋套2螺旋齿电极(如图10和图11所示)材料为为铜钨合金，电极内腔为四方定位孔，外形为三头螺纹齿形，螺旋副旋向为右旋，螺旋升角为63.56°，厚度尺寸5mm，3件装配为1组。

S2、选取紫铜合金作为粗放电电极材料，采用带有C轴的精密线切割机床加工螺旋槽电极、螺旋齿电极形状。单边留量0.5mm。

S3、采用数控复合车铣中心粗车铣加工螺旋杆1的外形，单边留量1mm。采用合金外圆车刀加工螺旋杆外圆，设定切削参数为转速600～800r/min，进给量为0.2mm/min；采用直径4mm合金立铣刀加工螺旋槽，顺铣方式，切削参数为转速1000～1200r/min，进给量为0.1mm/min。

S4、采用数控车床粗车削加工螺旋套2的内外形，单边留量1mm。采用合金外圆车刀加工螺旋套外圆，设定切削参数为转速600～800r/min，进给量为0.2mm/min；同样工艺参数，采用直径12mm合金镗孔刀加工内孔，切削参数为转速800～1000r/min，进给量为0.1mm/min。

S5、按照热处理工艺规程对粗加工后的螺旋杆1和螺旋套2进行调质处理，检测硬度大于HRC45以上。

S6、采用数控复合车铣中心精密车铣加工螺旋杆1的外形至设计要求的尺寸。采用合金外圆车刀加工螺旋杆外圆，设定切削参数为转速600～800r/min，进给量为0.1mm/min。

S7、采用数控车床精密车削加工螺旋套2的内外形至设计要求的尺寸。采用合金外圆车刀加工螺旋套外圆，设定切削参数为转速600～800r/min，进给量为0.1mm/min的；同样工艺参数，采用直径12mm合金镗孔刀加工内孔至设计要求的尺寸，切削参数为转速800～1000r/min，进给量为0.05mm/min。

S8、将单边留量0.5mm的螺旋槽电极找正安装在精密电火花机床的C轴上，找正装卡螺旋杆1，半精加工螺旋杆1的螺旋齿。设定放电工艺参数为加工极性为正极,脉冲宽度为21～154us,脉冲间隙为21～56us,峰值电压为100～140V,峰值电流为3～15A。

S9、将单边留量0.5mm的螺旋齿电极找正安装在精密电火花机床的C轴上，找正装卡螺旋套2，半精加工螺旋套2的螺旋槽。设定放电工艺参数为加工极性为正极,脉冲宽度为21～154us,脉冲间隙为21～56us,峰值电压为100～140V,峰值电流为3～15A。

S10、选取铜钨合金CuW70％作为精密放电电极材料，采用带有C轴的精密线切割机床加工螺旋槽电极外形至设计要求的尺寸，取上偏差值。采用带有C轴的精密线切割机床加工螺旋齿电极外形至设计要求的尺寸，取下偏差值。

S11、将单边无留量的螺旋槽电极找正安装精密电火花机床的C轴上，找正装卡螺旋杆1，精放电加工螺旋杆1的螺旋齿。设定放电工艺参数为加工极性为正极,脉冲宽度为21～100us,脉冲间隙为21～37us,峰值电压为120～140V,峰值电流为3～8A。

S12、将单边无留量的螺旋齿电极找正安装精密电火花机床的C轴上，找正装卡螺旋套2，精放电加工螺旋套2的螺旋槽。设定放电工艺参数为加工极性为正极,脉冲宽度为21～100us,脉冲间隙为21～37us,峰值电压为120～140V,峰值电流为3～8A。

S13、采用三坐标测量机检测螺旋杆1的外形尺寸和导程尺寸符合设计指标，螺旋升角优于63.55°，三头螺旋齿位置精度优于φ0.008mm，对称度精度优于φ0.01mm，同轴度优于φ0.008mm。采用三坐标测量机检测螺旋套2的外形尺寸和导程尺寸符合设计指标，螺旋升角优于63.55°，三头螺旋齿位置精度优于φ0.006mm，对称度精度优于φ0.01mm，同轴度优于φ0.004mm。

S14、将螺旋杆1和螺旋套2装配，涂抹研磨膏后跑合不少于100次，跑合后用无水乙醇超声波清洗表面至干净，60℃烘干20分钟。

本申请创新设计基于层叠式电极的多轴电火花放电加工工艺技术，实现高精度、高硬度、高光洁度的三头螺旋传动副的精密加工，对完成我国首次火星探测任务具有重要意义。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法，其特征在于：包括如下步骤：

首先设计三头螺旋片式电极，将多个螺旋片式电极组成叠片式组装电极；叠片式组装电极形状与螺旋传动副的形状匹配；

然后采用带有C轴的电火花机床，将叠片式组装电极安装在C轴上；

最后通过电火花机床放电加工螺旋传动副，同时C轴做旋转运动，从而实现三头螺旋杆与螺旋套的精密加工；

具体方法为：

S1、根据螺旋传动副，设计加工用螺旋槽电极和螺旋齿电极；

S2、加工螺旋槽电极形状和螺旋齿电极形状，且单边留量；

S3、粗加工螺旋杆和螺旋套的内外形，单边留量；

S4、对粗加工后的螺旋杆和螺旋套进行调质处理；

S5、精加工螺旋杆和螺旋套的内外形至需求尺寸；

S6、将单边留量的螺旋槽电极找正安装在精密电火花机床的C轴上，找正装卡螺旋杆，半精加工螺旋杆的螺旋齿；

S7、将单边留量的螺旋齿电极找正安装在精密电火花机床的C轴上，找正装卡螺旋套，半精加工螺旋套的螺旋槽；

S8、精加工螺旋杆和螺旋套的内外形，单边无留量；

S9、将单边无留量的螺旋槽电极找正安装在精密电火花机床的C轴上，找正装卡螺旋杆，精放电加工螺旋杆的螺旋齿；

S10、将单边无留量的螺旋齿电极找正安装在精密电火花机床的C轴上，找正装卡螺旋套，精放电加工螺旋套的螺旋槽；

S11、检测螺旋杆和螺旋套的尺寸；

S12、将螺旋杆和螺旋套进行装配跑合；

所述步骤S6中和步骤S9中，将螺旋槽电极安装在精密电火花机床的C轴上的具体方法为：螺旋槽电极的外部设有定位凸台，利用定位凸台定位，将螺旋槽电极组装在带有C轴的电极安装柄上；

所述步骤S7中和步骤S10中，将螺旋齿电极安装在精密电火花机床的C轴上的具体方法为：螺旋槽电极的内部设有定位孔，利用定位孔定位，将螺旋齿电极组装在带有C轴的电极安装柄上。

2.根据权利要求1所述的一种航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法，其特征在于：螺旋片式电极的螺旋副旋向为右旋。

3.根据权利要求1所述的一种航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法，其特征在于：所述步骤S1中的螺旋槽电极和螺旋齿电极均为3头螺旋片式电极，且螺旋副旋向为右旋。

4.根据权利要求1所述的一种航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法，其特征在于：螺旋槽电极由3个螺旋片式电极串联组装形成；螺旋槽电极的形状与螺旋杆的形状匹配；螺旋齿电极由3个螺旋片式电极串联组装形成，螺旋齿电极的形状与螺旋套的形状匹配。

5.根据权利要求1所述的一种航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法，其特征在于：螺旋片式电极的材料为铜钨合金材料。

6.根据权利要求1所述的一种航天器机构用三头螺旋传动副加工工艺方法，其特征在于：螺旋片式电极均由带有C轴的电火花机床加工而成。

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