CN202271062U - 电火花磨削齿轮机床 - Google Patents

Abstract

电火花磨削齿轮机床，属于电火花加工齿轮机床技术领域。其包括床身和大拖板总成，床身和大拖板总成左端固定设置左立柱总成，床身和大拖板总成右端滑动连接由自动进给系统总成驱动的右立柱总成，所述的左立柱总成上设置能够固定正极齿轮的左上顶尖总成和左下顶尖总成，所述的右立柱总成上设置能够固定负极齿轮的右上顶尖总成和右下顶尖总成。该装置结构简单，通用性强，操作简单，工作效率高。

Description

电火花磨削齿轮机床

技术领域

本实用新型属于电火花加工齿轮机床技术领域，具体涉及一种利用电能转变为热能，把齿轮表面很微小、很薄的不需要的局部金属熔化、气化蚀除掉的电火花磨削齿轮机床。

背景技术

传统的齿轮精加工方法对于软齿面齿轮，大多采用剃齿。硬齿面齿轮都用磨齿；其中有单（双）片砂轮、蜗杆砂轮、珩磨轮、研磨轮。目前又在研究利用金钢石砂轮来磨削齿轮。所有这些加工方式都有下列缺点；（1）要制造复杂的磨削工具；（2）都有工具消耗；（3）机床品种繁多；（4）工效低；（5）齿轮成本增高。电火花加工技术在问世以来，已出现的电火花加工机床有；电火花穿孔，电火花线切割，电火花加工内孔、外圆和成形磨削，电火花同步共轭回转加工，电火花高速加工小孔，电火花表面强化、刻字这些电火花加工机床。目前国内、外利用电火花磨削齿轮机床还没有。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于设计提供一种电火花磨削齿轮机床的技术方案。该装置结构简单，通用性强，操作简单，工作效率高。

所述的电火花磨削齿轮机床，其特征在于包括床身和大拖板总成，床身和大拖板总成左端固定设置左立柱总成，床身和大拖板总成右端滑动连接由自动进给系统总成驱动的右立柱总成，所述的左立柱总成上设置能够固定正极齿轮的左上顶尖总成和左下顶尖总成，所述的右立柱总成上设置能够固定负极齿轮的右上顶尖总成和右下顶尖总成。

所述的电火花磨削齿轮机床，其特征在于所述的左立柱总成和右立柱总成之间设置用于代加工正负极齿轮冷却的冷却液系统总成。

所述的电火花磨削齿轮机床，其特征在于所述的左立柱总成包括左立柱，左立柱上端内侧滑动连接上顶尖座Ⅰ，上顶尖座Ⅰ上固定设置左上顶尖总成，左立柱下端固定设置直流伺服电机Ⅰ，直流伺服电机Ⅰ皮带连接左下顶尖总成。

所述的电火花磨削齿轮机床，其特征在于所述的右立柱总成包括右立柱，右立柱顶部固定设置直流伺服电机Ⅱ，直流伺服电机Ⅱ上通过连接的偏心轮传动连接拖板，拖板滑动配合设置在右立柱的内侧，拖板上通过设置的上顶尖座Ⅱ和下顶尖座分别固定连接右上顶尖总成和右下顶尖总成，右下顶尖总成下端通过设置的分度齿轮Ⅱ与设置在左立柱总成上的直流伺服电机Ⅰ传动连接。

所述的电火花磨削齿轮机床，其特征在于所述的左上顶尖总成和右上顶尖总成包括上顶针导筒，上顶针导筒中设置上顶尖轴，上顶尖轴上端通过顶盖固定，上顶尖轴下端连接上顶针，上顶针与上顶针导筒之间设置上顶尖绝缘套。

所述的电火花磨削齿轮机床，其特征在于所述的左下顶尖总成和右下顶尖总成包括下顶尖轴，下顶尖轴上端连接下顶尖，下顶尖与下顶尖轴之间设置下顶尖绝缘套，下顶尖轴下端套接皮带轮，皮带轮与直流伺服电机Ⅱ传动连接，下顶尖轴底端连接设置分度齿轮Ⅰ，分度齿轮Ⅰ传动连接设置在右下顶尖总成下端的分度齿轮Ⅱ。

所述的电火花磨削齿轮机床，其特征在于所述的自动进给系统总成包括直流伺服电机Ⅲ，直流伺服电机Ⅲ通过设置的电动机连接板与床身和大拖板总成中的床身固定连接，直流伺服电机Ⅲ上连接设置滚珠丝杆总成，滚珠丝杆总成固定连接床身和大拖板总成中的大拖板，大拖板上固定设置右立柱总成。

本实用新型的电火花磨削齿轮的原理如下：左上顶尖总成和左下顶尖总成、右上顶尖总成和右下顶尖总成将两待加工的齿轮固定住，并且在左下顶尖总成和右下顶尖总成的带动下，两齿轮进行转动。相互啮合运转的两齿轮，分别接直流电源的两极，小齿轮接正极，大齿轮接负极，在两齿轮间就会产生电场，电场强度与电压成正比，与距离成反比。当两齿轮齿面逐渐靠近时，齿面最高点的间隙达到0.03-0.06mm时，极间电场强度为最大。当电场强度达到100V/um左右时，就会产生场致电子发射。在电场作用下电子高速飞向正极，并撞击工作液介质中的分子或中性原子，（任何分子都是一种或多种原素的原子组成。任何原子都是由带正电荷的原子核和围绕原子核高速运动的带负电荷的电子组成。不同元素的原子有不同的电子素，但整个原子的正、负电荷是相等的，因而是电中性的）。产生撞击电离，把最外层轨道上的负电子撞离出去，形成带负电的粒子（主要是电子）和带正电的粒子（原子核和轨道上剩余的电子构成的正离子），导致带电粒子顺猛增多，使介质击穿而电阻率迅速下降，间隙电阻从绝缘状态迅速降到几分之一欧姆时，形成放电通道。极间电流迅速上升到最大值（几安到几百安），由于通道直径很小，通道内的电流密度可高达（10000—100000安/平方毫米）,间隙电压由击穿电压（一般80-100伏）迅速下降到火花维持电压（一般约为20-30伏），电流则由0上升到某一峰值电流（这一峰值电流由加工质量、加工速度、表面粗糙度来设定）。通道中心温度高达10000C°以上，正、负电极表面放电点瞬时高温使工作液气化和金属材料熔化、气化。熔化和气化了的金属在抛离电极表面时，向四周飞溅,绝大部分抛入工作液中收缩成小颗粒，隋流动的工作液带离出电极表面。还有一小部分飞溅、镀覆、吸附在对面的电极表面上。

随着脉冲电压的结束，脉冲电流也迅速降至为零，标致着一个脉冲放电结束，在脉冲间隔的时间里，啮合转动的两个齿轮原放电点已相互离开，在下一个脉冲里在极间距离最小处或电阻率最小处的点又进行下一个脉冲放电，蚀除掉新的一个凸出点。在一个齿轮的圆周齿面里，周而复始地保持高点被放电蚀除现象，这样，齿轮表面不需要的部分都将被蚀除掉。

上述的电火花磨削齿轮机床，结构简单，设计合理，电火花磨削齿轮机床具有以下优点：

1．电火花磨削齿轮机床磨削时各系统的运动都是机械、电脑控制，操作简单；

2．电火花磨削齿轮机床磨削齿轮时不需另作工具电极齿轮，无工具电极消耗。根据电火花加工中极性效应的原理，无论是两电极的材料是否相同，在电场作用下，电子由负极奔向正极，正离子奔向负极。由于电子质量小，惯性小，在短时间内容易获得较高的运动速度，而正离子质量大，惯性大，在短时间内不容易获得较高的运动速度。因此，在脉冲放电的不同阶段，带电粒子对电极表面的轰击作用强度不同，两极的金属去除量也不相同的，负极去除量多，正极去除量少。故设计时把小齿轮作电源的正极，大齿轮作与电源的负极，所以，电火花磨削齿轮就无工具电极消耗；

3．磨后的齿轮能互换。本机右立柱上设置拖板，拖板上的右上顶尖总成和右下顶尖总成上可以沿齿轮轴线上下移动，使两个齿轮的全部齿宽都磨通。在选定的磨削工艺参数不变的情况下，磨后的齿厚尺寸都一样，故能保证齿轮有互换性；

4．电火花磨削齿轮不受模数的限制，同一机床上无论模数是多大，或是两个模数相配的齿轮都可以进行磨削；　　　　　　

5．电火花磨削齿轮不受齿面硬度的限制，无论是软齿面齿轮或是硬齿面齿轮，都可在磨齿的同时对齿轮不合符要求的项目进行修正；如齿廓、齿向、周节误差、周节累积误差、齿圈径向跳动、甚至鼓形齿……都可以同时磨出，提高齿的精度，改善齿的啮合性能，提高齿的强度,降低齿的噪声；

6．绝缘套都加在顶尖轴的外圆上，滚珠轴承不受电火花的影响，机床又有较好的绝缘性；

7．电火花磨齿机是一个系列产品，可取代现用的剃齿机、珩齿机、磨齿机、研磨机等；

8．电火花磨齿机用途广范。可以对所有圆柱齿轮进行电火花磨削。

附图说明

图1为本实用新型的火花磨齿机床总结构图；

图2为本实用新型中左立柱总成的结构示意图；

图3为本实用新型中右立柱总成的结构示意图；

图4为本实用新型中自动进给系统总成的结构示意图；

图5为本实用新型中工作液循环系统油路图；

图6为材料去除率与峰值电路图；

图7为表面粗超度与峰值电路图；

图8为材料去除率与脉冲宽度图；

图9为表面粗糙度与脉冲宽度图；

图10电极转速与表面粗糙度图。

图中：1-床身和大拖板总成；2-左立柱总成；3-冷却液系统总成；4-右立柱总成；5-自动进给系统总成；6-直流伺服电机Ⅰ；7-皮带；8-分度齿轮Ⅰ；9-皮带轮；10-下顶尖轴；11-下顶尖绝缘套；12-下顶尖；13-左立柱；14-上顶尖座Ⅰ；15-上顶针；16-上顶尖绝缘套；17-上顶尖轴；18-上顶针导筒；19-顶盖；20-直流伺服电机Ⅱ；21-偏心轮；22-拖板；23-上顶尖座Ⅱ；24-右立柱；25-下顶尖座；26-分度齿轮Ⅱ；27-床身；28-直流伺服电机Ⅲ；29-电动机连接板；30-滚珠丝杆总成；31-丝杆支撑板；32-大拖板。

具体实施方式

以下结合说明书附图来进一步说明本实用新型。

如图1所示，电火花磨削齿轮机床包括床身和大拖板总成1，床身和大拖板总成1左端固定设置左立柱总成2，床身和大拖板总成1右端活动连接右立柱总成4，右立柱总成4由自动进给系统总成5驱动，左立柱总成2与右立柱总成4上设置能够固定正极齿轮的左上顶尖总成和左下顶尖总成，右立柱总成4上设置能够固定负极齿轮的右上顶尖总成和右下顶尖总成。并且为了能够使加工过程中的正负极齿轮冷却在左立柱总成2和右立柱总成4之间设置冷却液系统总成3。

如图4所示，床身和大拖板总成1包括了床身27及设置在床身27上的大拖板32。自动进给系统总成5包括固定在床身27上的直流伺服电机Ⅲ28，直流伺服电机Ⅲ28的输出轴上连接设置了滚珠丝杆总成30，滚珠丝杆总成30通过设置的丝杆支撑板31与大拖板32连接，大拖板32上固定设置了右立柱总成4，这样在直流伺服电机Ⅲ28的驱动下带动滚珠丝杆总成30推动右立柱总成4向左立柱总成2靠近。

如图2所示，左立柱总成2包括左立柱13，左立柱13上端内侧滑动连接上顶尖座Ⅰ14，上顶尖座Ⅰ14上固定设置左上顶尖总成，左立柱13下端固定设置直流伺服电机Ⅰ6，直流伺服电机Ⅰ6通过皮带7连接左下顶尖总成。左上顶尖总成包括上顶针导筒18，上顶针导筒18中设置上顶尖轴17，上顶尖轴17上端通过顶盖19固定，上顶尖轴17下端连接上顶针15，上顶针15与上顶针导筒18之间通过设置的上顶尖绝缘套16，从而达到绝缘的效果。左下顶尖总成包括下顶尖轴10，下顶尖轴10上端连接下顶尖12，下顶尖12与下顶尖轴10之间设置下顶尖绝缘套11来进行绝缘，下顶尖轴10下端套接皮带轮9，皮带轮9通过皮带7与直流伺服电机Ⅱ6传动连接，因此在直流伺服电机Ⅱ6的作用下，下顶尖12能够做旋转。下顶尖轴10底端连接设置分度齿轮Ⅰ8，分度齿轮Ⅰ8通过连接轴传动连接设置在右下顶尖总成下端。

如图3所示，右立柱总成4包括右立柱24，右立柱24固定在大拖板32上，右立柱24顶部固定设置直流伺服电机Ⅱ20，直流伺服电机Ⅱ20上通过连接的偏心轮21传动连接拖板22，拖板22滑动配合设置在右立柱24的内侧，拖板22上通过设置的上顶尖座Ⅱ23和下顶尖座25分别固定连接右上顶尖总成和右下顶尖总成，右上顶尖总成与左上顶尖总成结构相同，右下顶尖总成与左下顶尖总成结构相同，故不再赘述。右下顶尖总成底端通过设置的分度齿轮Ⅱ26与设置在左立柱总成2上的直流伺服电机Ⅰ6传动连接，因此在直流伺服电机Ⅰ6的驱动下，右下顶尖总成与左下顶尖总成中的下顶尖12做旋转运动。

如图5所示，电火花加工的工作液首先经粗过滤网，单向阀吸入油泵这时高压油一部分经过精过滤器进入冲油压力调节阀，流经压力控制阀，冲入磨削齿轮，流经机床油盘，进入油箱。溢流阀是使控制系统的压力不超过5Kpa，由压力油表显示。

在电火花磨削齿轮时，冲油压力和流量绝不可忽视，虽然在脉冲放电的同时，齿轮又在转动，但齿轮转速并不高，当一个脉冲结束时，油的压力和流量还没有把前一脉冲的电蚀产物排出齿外，第二个脉冲又开始时，第一个脉冲的电蚀产物将在齿宽的下部产生二次放电，即齿宽的下部进行了第二次磨削，齿厚最终成为上大下小的楔形齿。

本实用新型的工艺参数的选择

（1）电火花磨削齿轮各参数的选择

1.电参数的选择

A．脉冲峰值电流Ip的选择见图6和7。峰值电流对放电凹坑体积的影响强于冲宽度的影响，因此随着脉冲峰值电流的减小加工速度下降，加工表面粗糙度也减小。加工效率又随峰值电流的增大而提高。为了提高齿面粗糙度，所选定的峰值电流Ip≤15A

B.脉冲宽度Ton的选择见图8和9。脉冲宽度对加工效率的影响比较明显，即加工效率起 初随脉冲宽度（单个脉冲能量）的增大而加快，但当脉冲能量增加到某一临界值时，加工效率又呈下降的趋势。脉冲宽度的增加，单个脉冲能量必然增大，则放电痕的大小和深度也增加，因而由无数个放电痕叠加 而成的加工面，其粗糙度自然也增大。所以，脉冲宽度Ton≤120us

C.脉冲间隔Tof的选择。脉冲间隔Tof只要不是选择得过大或过小，能保证消电离、稳定加工，不致引起电弧即可，它对表面粗糙度、单边放电间隙没有多大直接影响。实际上，精加工时Tof=10-30us即可。

2.主动小齿轮（正电极齿轮）转速的选择，见图10

正电极齿轮的转速也要选择得适当，转速低了工作液连同电蚀产物一起从电极间隙排出时，电蚀产物通过已加工面，排出时形成二次放电，把已加工面（齿宽的下部）又进行蚀除一次，这样既破坏了已加工表面的粗糙度，又可能使齿厚形成上大下小的楔形齿。甚至造成火花间隙趋于短路，磨削不能稳定进行。所以在电火花进行回转表面的磨削时，正电极的转速有时也是一种必要的辅助手段，可有效地阻止拉弧现象的发生，提高放电的稳定性，降低表面粗糙度，并使电极损耗均匀化。因此，电极转速是一个比较重要的影响参数，会影响到最终的加工结果。在实际的加工中，电极转速的适用范围通常以不超过100r/min为宜，过高容易引起振动等不良现象，影响加工精度。图8和9是在电极直径为φ16的条件下试验得出的。从图中可以看出，在直径φ16，电极转速为90r/min处表面粗糙度为最好，为了保持在不同直径下，也能得到这样的效果，那就用线速度表示，试验的线速度v=5M/min左右。那么，对于不同直径的齿轮，选择较好的转速可按下式计算；

                    n=1500/d  （r/min）

式中： n---正电极齿轮转速（转/分钟）    d---正电极齿轮外径（毫米）。

3.磨削余量的选择

齿轮的磨削余量不能耒一个统一标准，因为各个齿轮加工厂生产条件不一样；如生产设备精、加工齿轮的夹具、刀具的质量、滚齿时的进给量大小、滚齿工人的技术操作水平、这些都影响到滚齿后齿轮的质量误差；分度误差、齿厚误差、齿向误差、分度圆动量、齿形误差等，所有这些误差的结果各个厂都不一样，故不好统一余量标准，一般齿厚磨量在0.03-0.05聚聚可。

4.工作液的选择。

（1）电解液是影响生产效率、加工精度和表面质量的主要因素之一。电解液的主要作用如下：

A.作为导电介质传递电流；

B.在电场作用下进行电化学反应,使正极齿轮表面各点的电化学溶解能顺利且按控制进行磨去齿表面的微观不平处；

C.带走电解过程中产生的热量及冲走电蚀产物，并使电解区域中的电解液不断更新。

（2）对工作液的要求

A.粘度低，流动性好，冷却性好，加工碎屑易排出；

B.闪点高、初馏点高。闪点高，不易起火，初馏点高，不易汽化和损耗；

C.绝缘性好，能保持两电极之间的绝缘强度；

D.臭味小，加工时分解的气体无毒，对人体无害；

E.对机床、对齿轮不污染，不腐蚀；

F.氧化稳定性好，寿命长，价格低。

（3）工作液的品种的选择根据对工作液的要求，电火花磨削齿轮时，建议选用粘度较低的机油或锭子油。

（4）工作液的压力和流量

电火花磨削齿轮时冲油压力P≤5KPa左右。冲油流量Q要小，只要不产生拉弧，能维持工作即可。

Claims (7)

1.电火花磨削齿轮机床，其特征在于包括床身和大拖板总成（1），床身和大拖板总成（1）左端固定设置左立柱总成（2），床身和大拖板总成（1）右端滑动连接由自动进给系统总成（5）驱动的右立柱总成（4），所述的左立柱总成（2）上设置能够固定正极齿轮的左上顶尖总成和左下顶尖总成，所述的右立柱总成（4）上设置能够固定负极齿轮的右上顶尖总成和右下顶尖总成。

2.如权利要求1所述的电火花磨削齿轮机床，其特征在于所述的左立柱总成（2）和右立柱总成（4）之间设置用于代加工正负极齿轮冷却的冷却液系统总成（3）。

3.如权利要求1所述的电火花磨削齿轮机床，其特征在于所述的左立柱总成（2）包括左立柱（13），左立柱（13）上端内侧滑动连接上顶尖座Ⅰ（14），上顶尖座Ⅰ（14）上固定设置左上顶尖总成，左立柱（13）下端固定设置直流伺服电机Ⅰ（6），直流伺服电机Ⅰ（6）皮带连接左下顶尖总成。

4.如权利要求1所述的电火花磨削齿轮机床，其特征在于所述的右立柱总成（4）包括右立柱（24），右立柱（24）顶部固定设置直流伺服电机Ⅱ（20），直流伺服电机Ⅱ（20）上通过连接的偏心轮（21）传动连接拖板（22），拖板（22）滑动配合设置在右立柱（24）的内侧，拖板（22）上通过设置的上顶尖座Ⅱ（23）和下顶尖座（25）分别固定连接右上顶尖总成和右下顶尖总成，右下顶尖总成下端通过设置的分度齿轮Ⅱ（26）与设置在左立柱总成（2）上的直流伺服电机Ⅰ（6）传动连接。

5.如权利要求1所述的电火花磨削齿轮机床，其特征在于所述的左上顶尖总成和右上顶尖总成包括上顶针导筒（18），上顶针导筒（18）中设置上顶尖轴（17），上顶尖轴（17）上端通过顶盖（19）固定，上顶尖轴（17）下端连接上顶针（15），上顶针（15）与上顶针导筒（18）之间设置上顶尖绝缘套（16）。

6.如权利要求1所述的电火花磨削齿轮机床，其特征在于所述的左下顶尖总成和右下顶尖总成包括下顶尖轴（10），下顶尖轴（10）上端连接下顶尖（12），下顶尖（12）与下顶尖轴（10）之间设置下顶尖绝缘套（11），下顶尖轴（10）下端套接皮带轮（9），皮带轮（9）与直流伺服电机Ⅱ（6）传动连接，下顶尖轴（10）底端连接设置分度齿轮Ⅰ（8），分度齿轮Ⅰ（8）传动连接设置在右下顶尖总成下端的分度齿轮Ⅱ（26）。

7.如权利要求1所述的电火花磨削齿轮机床，其特征在于所述的自动进给系统总成（5）包括直流伺服电机Ⅲ（28），直流伺服电机Ⅲ（28）通过设置的电动机连接板（29）与床身和大拖板总成（1）中的床身（27）固定连接，直流伺服电机Ⅲ（28）上连接设置滚珠丝杆总成（30），滚珠丝杆总成（30）固定连接床身和大拖板总成（1）中的大拖板（32），大拖板（32）上固定设置右立柱总成（4）。

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