一種超聲剃齒裝置及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于齒輪精密加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超聲剃齒裝置及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]剃齒是最主要的齒輪精加工手段之一，用于修正齒圈徑向跳動誤差、齒距誤差、齒形誤差和齒向誤差等，通常是作為齒形加工的最后工序。由于剃齒過程中，剃齒刀與加工表面之間互相接觸，產(chǎn)生較大的切削力和切削熱，切削所產(chǎn)生的切肩也不易排出，這些原因?qū)е录庸ぞ冉档秃偷毒呤褂脡勖目s短。
[0003]傳統(tǒng)上，剃齒工藝的提高依賴于剃齒刀、剃齒夾具和剃齒機(jī)床結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。目前，超聲加工技術(shù)的發(fā)展為剃齒工藝的發(fā)展提供了一個新的方法。超聲加工是將超聲振動加載于刀具或工件上，利用微切削刃的超聲振動沖擊切削作用、切削液的空化效應(yīng)及切削液的化學(xué)作用等材料去除機(jī)理，使切肩容易排除，顯著降低切削力，提高冷卻液的潤滑和冷卻效果，降低切削熱，改善工件表面微觀形貌，提高工件的加工精度、耐磨性和抗腐蝕性，延長刀具壽命，降低齒輪嗤合噪聲。
[0004]超聲波振動理論與先進(jìn)制造技術(shù)學(xué)科之間的前沿技術(shù)的相互滲透，為齒輪超聲精密加工技術(shù)提供了理論基礎(chǔ);大功率超聲發(fā)生器、換能器和超聲變幅桿的成熟產(chǎn)品投向市場，為齒輪超聲精密加工的實(shí)現(xiàn)提供了物質(zhì)保障。魏冰洋于2007年提出了一種研齒機(jī)的發(fā)明專利專利申請?zhí)?200720089823.1，該超聲研齒機(jī)采用了超聲振動加工工藝，當(dāng)?shù)毒吲c齒輪工件嚙合時，于小齒輪的軸向上施加超聲振動，從而實(shí)現(xiàn)了提高3倍材料去除率，齒輪嚙合質(zhì)量的極大改善和傳動噪聲的降低。該研齒機(jī)成本低，操作簡便，特別適用于小模數(shù)齒輪的研磨加工。婁志峰于2011年提出了一種漸開線眼珠齒輪輪齒表面超聲強(qiáng)化裝置的發(fā)明專利專利申請?zhí)?201110355311.6，該裝置結(jié)合了超聲深滾技術(shù)與漸開線展成原理，根據(jù)漸開線展成原理，導(dǎo)尺通過摩擦力帶動基圓盤與齒輪轉(zhuǎn)動，被加工齒輪輪齒與超聲波加工頭進(jìn)行嚙合運(yùn)動，同時超聲加工頭以先接觸的方式對齒輪表面進(jìn)行超聲強(qiáng)化，使齒輪輪齒表層產(chǎn)生一定深度的殘余應(yīng)力層，從而改善齒輪應(yīng)力狀態(tài)，提高使用壽命。
[0005]以上專利雖然利用了超聲振動技術(shù)對齒輪精密加工工藝方法進(jìn)行了改進(jìn)，但是都未涉及到剃齒加工工藝。因此將超聲振動技術(shù)與剃齒工藝有機(jī)結(jié)合，研制一種針對剃齒加工的超聲加工設(shè)備用于改進(jìn)剃齒工藝，進(jìn)而提高齒輪加工效率和質(zhì)量，延長刀具使用壽命，拓展超聲振動技術(shù)應(yīng)用范圍，是有必要、有意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明將超聲振動特種加工工藝與剃齒工藝結(jié)合，提供超聲剃齒裝置及其應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案為:
[0008]—種超聲剃齒裝置，由升降及旋轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)、剃齒刀回轉(zhuǎn)及超聲振動復(fù)合主軸系統(tǒng)、外支撐固定系統(tǒng)和超聲波電源換向系統(tǒng)四個部分組成；
[0009]所述升降及旋轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)由主軸右支架、超聲波發(fā)生器、升降主軸、轉(zhuǎn)盤和主軸左支架組成，升降主軸的上表面安裝有超聲波發(fā)生器，升降主軸的下方安裝有轉(zhuǎn)盤，主軸左支架與主軸右支架都安裝在轉(zhuǎn)盤上；
[0010]所述剃齒刀回轉(zhuǎn)及超聲振動復(fù)合主軸系統(tǒng)由剃齒刀、換能器、傳振桿、剃齒裝置動力回轉(zhuǎn)主軸、平鍵和變幅桿組成，剃齒裝置動力回轉(zhuǎn)主軸的右端以花鍵與變幅桿的花鍵槽連接，剃齒裝置動力回轉(zhuǎn)主軸的左端連接在主軸左支架上，變幅桿的平鍵槽上安裝平鍵，且與剃齒刀相連接，變幅桿大端以精密細(xì)牙螺紋與傳振桿連接，傳振桿和換能器以精密細(xì)牙螺紋連接；
[0011]外支撐固定系統(tǒng)由主軸右支架、膠木絕緣端蓋、螺釘緊固件、圓筒形回轉(zhuǎn)軸、螺栓緊固件、氈圈油封、前軸承端蓋、軸承端蓋螺栓、后軸承端蓋、右列圓錐滾子軸承、配磨墊圈和左列圓錐滾子軸承組成，圓筒形回轉(zhuǎn)軸左端面與傳振桿的法蘭通過螺栓緊固件連接，圓筒形回轉(zhuǎn)軸右端面與膠木絕緣端蓋通過螺釘緊固件連接，圓筒形回轉(zhuǎn)軸中部設(shè)有左軸承定位臺階和右定位臺階，左列圓錐滾子軸承的內(nèi)圈外端面通過與左軸承定位臺階的臺階面重合來實(shí)現(xiàn)定位，右列圓錐滾子軸承的內(nèi)圈外端面通過與右定位臺階的臺階面重合來實(shí)現(xiàn)定位，左列圓錐滾子軸承和右列圓錐滾子軸承的外圈外圓柱面都與主軸右支架的主軸安裝孔配合安裝，前軸承端蓋的壓環(huán)面緊壓左列圓錐滾子軸承的外圈大端面，配磨墊圈的左端面緊壓右列圓錐滾子軸承的外圈大端面，后軸承端蓋的壓環(huán)面緊壓配磨墊圈的右端面，氈圈油封安裝在前軸承端蓋的內(nèi)環(huán)孔內(nèi)并通過軸承端蓋螺栓將前軸承端蓋和后軸承端蓋分別固定在主軸右支架的左右各側(cè)；
[0012]超聲波電源換向系統(tǒng)由外絕緣導(dǎo)線、超聲波發(fā)生器、換能器、膠木絕緣端蓋、石墨電刷、內(nèi)絕緣導(dǎo)線、導(dǎo)電銅片、導(dǎo)電銅環(huán)和后軸承端蓋組成，超聲波發(fā)生器通過外絕緣導(dǎo)線與石墨電刷相連，石墨電刷擰進(jìn)后軸承端蓋的螺紋孔內(nèi)，導(dǎo)電銅片安裝在膠木絕緣端蓋上的圓形凹槽，導(dǎo)電銅環(huán)安裝在膠木絕緣端蓋上的環(huán)形凹槽，石墨電刷的接觸面與導(dǎo)電銅片和導(dǎo)電銅環(huán)表面有力均勻接觸，內(nèi)絕緣導(dǎo)線將導(dǎo)電銅片和導(dǎo)電銅環(huán)與換能器的兩個接線柱分別相連。
[0013]本發(fā)明所述剃齒刀是中厚圓盤剃齒刀或短粗圓柱剃齒刀。
[0014]本發(fā)明超聲剃齒裝置的應(yīng)用，將升降主軸通過垂直導(dǎo)軌安裝在立柱上，在控制面板上輸入指令，控制升降主軸沿立柱的垂直導(dǎo)軌方向的進(jìn)給運(yùn)動、轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動、工作臺沿燕尾形導(dǎo)軌方向的進(jìn)給運(yùn)動、剃齒裝置動力回轉(zhuǎn)主軸的轉(zhuǎn)速、超聲波發(fā)生器輸出的超聲波信號振幅及頻率，剃齒裝置動力回轉(zhuǎn)主軸將扭矩傳遞給剃齒刀，驅(qū)動剃齒刀做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，并與齒輪工件按照嚙合齒輪原理進(jìn)行嚙合切削運(yùn)動，超聲波發(fā)生器輸出的超聲波信號經(jīng)外絕緣導(dǎo)線、石墨電刷、導(dǎo)電銅片、導(dǎo)電銅環(huán)和內(nèi)絕緣導(dǎo)線傳遞至換能器，換能器將超聲波電信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械波，機(jī)械波通過傳振桿和變幅桿的傳導(dǎo)、放大作用，使剃齒刀在回轉(zhuǎn)運(yùn)動的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一個高頻高能量的沿主軸軸向方向的機(jī)械振動，實(shí)現(xiàn)齒輪超聲剃齒加工。
[0015]所述剃齒刀的超聲振動方式和具體進(jìn)給方法如下:若剃齒刀為中厚圓盤剃齒刀，進(jìn)行超聲剃齒加工時，剃齒刀在完成旋轉(zhuǎn)的同時做20kHz頻率的節(jié)圓型橫向彎曲超聲振動，此外，剃齒刀還可做徑向進(jìn)給運(yùn)動，齒輪工件做軸向往復(fù)運(yùn)動；若剃齒刀為短粗圓柱剃齒刀，進(jìn)行超聲剃齒加工時，剃齒刀在完成旋轉(zhuǎn)的同時做20kHz頻率的縱向超聲振動，此外，剃齒刀還可做徑向進(jìn)給運(yùn)動，齒輪工件做軸向往復(fù)運(yùn)動。
[0016]本發(fā)明將超聲振動特種加工工藝與剃齒工藝結(jié)合，適用于漸開線圓柱齒輪粗加工后的超聲剃齒加工。該超聲剃齒裝置可以顯著降低剃齒過程中的切削力，減少切削熱，使切削易于排除，從而實(shí)現(xiàn)改善齒面微觀切削形貌，提高工件的加工精度、耐磨性和抗腐蝕性，降低齒面粗糙度，延長剃齒刀具實(shí)用壽命，降低齒輪嚙合噪聲的目的。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的超聲剃齒裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明的超聲剃齒裝置剃齒刀回轉(zhuǎn)及超聲振動復(fù)合主軸系統(tǒng)局部剖視圖；
[0019]圖3是本發(fā)明的超聲剃齒裝置外支撐固定系統(tǒng)局部剖視圖；
[0020]圖4是本發(fā)明的超聲剃齒裝置外支撐固定系統(tǒng)局部剖視圖；
[0021]圖5是本發(fā)明的超聲剃齒裝置外支撐固定系統(tǒng)剖視圖的局部放大圖；
[0022]圖6是本發(fā)明的超聲剃齒裝置動力回轉(zhuǎn)主軸結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖7是本發(fā)明的變幅桿立體圖；
[0024]圖8是本發(fā)明的傳振桿立體圖；
[0025]圖9是圓筒形回轉(zhuǎn)軸立體圖；
[0026]圖10是本發(fā)明的導(dǎo)電銅環(huán)立體圖；
[0027]圖11是本發(fā)明的導(dǎo)電銅片立體圖；
[0028]圖12是本發(fā)明的絕緣端蓋立體圖；
[0029]圖13是本發(fā)明的超聲剃齒裝置應(yīng)用示意圖；
[0030]圖14是本發(fā)明的中厚圓盤剃齒刀的超聲剃齒加工組合運(yùn)動方向立體示意圖；
[0031 ]圖15是本發(fā)明的中厚圓盤剃齒刀的超聲剃齒加工組合運(yùn)動方向俯視示意圖；
[0032]圖16是本發(fā)明的短粗圓柱剃齒刀的超聲剃齒加工組合運(yùn)動方向立體示意圖；
[0033]圖17是本發(fā)明的短粗圓柱剃齒刀的超聲剃齒加工組合運(yùn)動方向俯視示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]如圖1-圖12所示，一種超聲剃齒裝置，由升降及旋轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)、剃齒刀回轉(zhuǎn)及超聲振動復(fù)合主軸系統(tǒng)、外支撐固定系統(tǒng)和超聲波電源換向系統(tǒng)四個部分組成。
[0035]所述升降及旋轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)由主軸右支架1、超聲波發(fā)生器3、升降主軸4、轉(zhuǎn)盤5和主軸左支架6組成，升降主軸4的上表面安裝有超聲波發(fā)生器3，升降主軸4的下方安裝有轉(zhuǎn)盤5，主軸左支架6與主軸右支架1都安裝在轉(zhuǎn)盤5上；
[0036]所述剃齒刀回轉(zhuǎn)及超聲振動復(fù)合主軸系統(tǒng)由剃齒刀7、換能器8、傳振桿9、剃齒裝置動力回轉(zhuǎn)主軸10、平鍵11和變幅桿12組成，剃齒裝置動力回轉(zhuǎn)主軸10的右端以花鍵1001與變幅桿12的花鍵槽1201連接，剃齒裝置動力回轉(zhuǎn)主軸10的左端連接在主軸左支架6上，變幅桿12的平鍵槽1202上安裝平鍵11，且與剃齒刀7相連接，變幅桿12大端以精密細(xì)牙螺紋與傳振桿9連接，傳振桿9和換能器8以精密細(xì)牙螺紋連接；
[0037]外支撐固定系統(tǒng)由主軸右