超声波椭圆振动飞刀加工蜗轮的方法技术

本发明专利技术提供了一种超声波椭圆振动飞刀加工蜗轮的方法，包括步骤1：将振动换能器与加工蜗轮的进给主轴相连；步骤2：在振动换能器上加电压，使得振动换能器在相互垂直的两个方向上发生伸缩，并在输出端产生超声波椭圆振动；步骤3：飞刀杆与振动换能器相连，通过飞刀杆使产生的两维椭圆振动；步骤4：将飞刀固定在刀杆端部，通过调解两维超声波椭圆振动的相位差，在飞刀上能够得到不同方位的超声椭圆振动轨迹；步骤5：飞刀通过做椭圆超声波振动的同时随进给主轴进行切向移动和旋转运动，并结合工件旋转运动切出正确的蜗轮齿形。本发明专利技术能够显著提高加工精度，还能抑制飞刀加工蜗轮过程中颤振的产生，提高飞刀加工蜗轮系统的稳定性，保证表面质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械加工
，具体地，涉及一种超声波椭圆振动飞刀加工蜗轮的方法。
技术介绍
由于蜗轮滚刀是专用刀具，它不同于齿轮滚刀，蜗轮滚刀的直径、螺纹线数、螺旋角都要求和工作蜗杆相符合。当蜗轮制造数量很少时，由于蜗轮滚刀的制造及储备都是非常昂贵，因此，用蜗轮滚刀加工蜗轮是不经济的，且制造周期长。经对现有技术文献的检索发现，郭泉恩在《机械工人：冷加工》1985年第5期上撰文“Y32滚齿机上飞刀加工蜗轮”，该方法是在滚齿机上采用飞刀加工蜗轮，即使用一个刀刃去代替蜗轮滚刀，在滚齿机上来进行蜗轮的加工，可以节省制造费用和缩短制造周期。由于这种方法飞刀杆进给轴悬臂长，在切削力作用下，飞刀杆进给轴会产生大的变形，影响蜗轮齿形精度，而且飞刀切削蜗轮过程中，由于飞刀杆进给轴刚度差以及飞刀的断续切削，加工系统稳定性低下，从而影响蜗轮齿形的加工精度和表面质量。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种超声波椭圆振动飞刀加工蜗轮的方法。根据本专利技术提供的超声波椭圆振动飞刀加工蜗轮的方法，包括如下步骤：步骤1：将具有两维超声波椭圆振动换能器与加工蜗轮的进给主轴相连；步骤2：在两维超声波椭圆振动换能器上加电压，使得两维超声波椭圆振动换能器在相互垂直的两个方向上发生伸缩，并在输出端产生超声波椭圆振动；步骤3：飞刀杆与具有两维超声波椭圆振动换能器相连，通过飞刀杆使产生的两维椭圆振动；步骤4：将飞刀固定在刀杆端部，超声椭圆振动在飞刀处达到最大，通过调解两维超声波椭圆振动的相位差，在飞刀上能够得到不同方位的超声椭圆振动轨迹；步骤5：飞刀通过做两维超声波椭圆超声波振动的同时随进给主轴进行切向移动和旋转运动，并结合工件旋转运动，飞刀刀齿的合成运动轨迹就和蜗轮滚刀齿的螺旋线一样，从而能够切出正确的蜗轮齿形。优选地，所述步骤2中在两维超声波椭圆振动换能器上同时加上两项正弦波电压120伏。优选地，所述步骤3中能够实现长轴为15μm、短轴为8μm、夹角为45°、谐振频率为21.5kHz的超声椭圆振动。优选地，当垂直方向上的椭圆振动最大速度大于飞刀垂直方向的旋转切向速度时，飞刀前刀面与切屑和工件之间发生分离；在每一个高频切削加工周期刚开始后，超声波椭圆振动飞刀在垂直方向上的振动速度小于切屑流出速度，飞刀前刀面与切屑之间的摩擦力方向与切屑流出方向相反，阻碍切屑流出；当超声波椭圆振动飞刀在垂直方向上的振动速度逐渐增大使得当垂直方向的振动速度大于切屑流出速度时，飞刀前刀面与切屑之间的摩擦力方向发生反转，且摩擦力的方向与切屑流出方向相同。从而促进切屑流出，使平均背向切削力大幅度地减小，这也使得飞刀杆进给轴变形大幅减小，有效地抑制飞刀加工蜗轮过程中颤振的产生。优选地，所述步骤5中飞刀随进给主轴进行切向移动并结合工件旋转运动是指：当飞刀随进给主轴进行切向移动时，被切蜗轮还需作相应的附加转动；其中，所述附加转动能够利用滚齿机上的分齿挂轮、差动挂轮及差动机构来实现。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术的超声波椭圆振动飞刀加工蜗轮的方法，能使超声波椭圆振动飞刀加工蜗轮的径向切削力大幅度减小，是普通飞刀加工蜗轮的径向切削力1/25～1/50左右；由于径向切削力的减小，飞刀杆进给轴径向变形明显减小，蜗轮齿形的加工精度显著提高。同时，本专利技术还能有效地抑制飞刀加工蜗轮过程中颤振的产生，提高飞刀加工蜗轮系统的稳定性，保证表面质量。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。根据本专利技术提供的超声波椭圆振动飞刀加工蜗轮的方法，包括如下步骤：步骤1：将具有两维超声波椭圆振动换能器与加工蜗轮的进给主轴相连；步骤2：在两维超声波椭圆振动换能器上同时加上两项正弦波电压120伏，两维超声波椭圆振动换能器在相互垂直的两个方向上发生伸缩，在其输出端产生超声波椭圆振动；步骤3：飞刀杆与具有两维超声波椭圆振动换能器相连，通过飞刀杆使产生的两维椭圆振动；实现长轴为15μm、短轴为8μm、夹角为45°、谐振频率为21.5kHz左右的超声椭圆振动；步骤4：将飞刀固定在刀杆端部，超声椭圆振动在飞刀处达到最大，通过调解两维超声波椭圆振动的相位差，在飞刀上能够得到不同方位的超声椭圆振动轨迹；步骤5：飞刀不仅能够作两维超声波椭圆超声波振动，还随进给主轴进行切向移动和旋转运动，再加上工件旋转运动，飞刀刀齿的合成运动轨迹就和蜗轮滚刀齿的螺旋线一样，从而能够切出正确的蜗轮齿形。本专利技术当垂直方向上的椭圆振动最大速度大于飞刀垂直方向的旋转切向速度时，飞刀前刀面与切屑、工件之间会发生分离，通常要把加工条件设定满足这一条件。因此，超声波椭圆振动石飞刀加工蜗轮是一种低频和高频相结合的周期性断续的加工方法。在每一个高频切削加工周期刚开始后，超声波椭圆振动飞刀在垂直方向上的振动速度小于切屑流出速度，飞刀前刀面与切屑之间的摩擦力方向与切屑流出方向相反，阻碍切屑流出；这之后，超声波椭圆振动飞刀在垂直方向上的振动速度逐渐增大，当该方向的振动速度大于切屑流出速度时，飞刀前刀面与切屑之间的摩擦力方向发生反转，与普通飞刀加工蜗轮不同，这时摩擦力的方向与切屑流出方向相同，促进切屑流出，使平均背向切削力大幅度地减小。超声波椭圆振动飞刀前刀面与切屑、工件之间发生分离特性和飞刀前刀面与切屑之间的摩擦力方向发生反转的特性能使飞刀加工蜗轮时的切削力大幅减小；飞刀杆进给轴变形减小能够有效地抑制飞刀加工蜗轮过程中颤振的产生，提高飞刀加工蜗轮系统的稳定性，提高蜗轮齿形的加工精度和表面质量。本专利技术通过一个高频正负脉冲函数h(t)表征分离超声波椭圆振动飞刀加工蜗轮的过程：h(t)=1(tb+nT)≤t<(ti+nT)-1(ti+nT)≤t<(te+nT)0(te+nT)≤t<(tb+(n+1)T)---(1)]]>式中：tb表示在一个振动周期内加工开始时刻，ti表示在每一周期中飞刀前刀面与切屑之间的摩擦力方向发生反转开始时刻，te表示在一个振动周期内加工终了时刻，T表示超声波椭圆振动周期；其中n＝0,1,2……。高频正负脉冲函数程表征了超声波椭圆振动飞刀加工蜗轮过程中的分离特性和摩擦方向反转特性，对大幅减小飞刀杆进给轴变形、有效地抑制飞刀加工蜗轮过程中颤振的产生、提高飞刀加工蜗轮系统的稳定性和提高蜗轮齿形的加工精度和表面质量有重要的影响。本专利技术将超声波椭圆振动附加于飞刀加工蜗轮的过程，与普通飞刀加工蜗轮的过程相比，将超声波椭圆振动附加飞刀上的加工蜗轮的过程具有两个明显特征：(1)分离特性，即飞刀前刀面与切屑和工件分离；(2)飞刀前刀面与切屑之间的摩擦力方向具有反转特性；这导致飞刀径向切削力在一个高频切削周期内出现负值，使平均径向切削力大幅度地减小，能大幅减小飞刀杆进给轴变形、有效地抑制飞刀加工蜗轮过程中颤振的产生、提高飞刀加工蜗轮系统的稳定性和提高蜗轮齿形的加工精度和表面质量。实施例结合本专利技术方法的内容提供以下飞刀加工蜗轮仿真结果。刀具材料：硬质合金，前角：0°，主后角：12°本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波椭圆振动飞刀加工蜗轮的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将具有两维超声波椭圆振动换能器与加工蜗轮的进给主轴相连；步骤2：在两维超声波椭圆振动换能器上加电压，使得两维超声波椭圆振动换能器在相互垂直的两个方向上发生伸缩，并在输出端产生超声波椭圆振动；步骤3：飞刀杆与具有两维超声波椭圆振动换能器相连，通过飞刀杆使产生的两维椭圆振动；步骤4：将飞刀固定在刀杆端部，超声椭圆振动在飞刀处达到最大，通过调解两维超声波椭圆振动的相位差，在飞刀上能够得到不同方位的超声椭圆振动轨迹；步骤5：飞刀通过做两维超声波椭圆超声波振动的同时随进给主轴进行切向移动和旋转运动，并结合工件旋转运动切出正确的蜗轮齿形。

【技术特征摘要】
1.一种超声波椭圆振动飞刀加工蜗轮的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将具有两维超声波椭圆振动换能器与加工蜗轮的进给主轴相连；步骤2：在两维超声波椭圆振动换能器上加电压，使得两维超声波椭圆振动换能器在相互垂直的两个方向上发生伸缩，并在输出端产生超声波椭圆振动；步骤3：飞刀杆与具有两维超声波椭圆振动换能器相连，通过飞刀杆使产生的两维椭圆振动；步骤4：将飞刀固定在刀杆端部，超声椭圆振动在飞刀处达到最大，通过调解两维超声波椭圆振动的相位差，在飞刀上能够得到不同方位的超声椭圆振动轨迹；步骤5：飞刀通过做两维超声波椭圆超声波振动的同时随进给主轴进行切向移动和旋转运动，并结合工件旋转运动切出正确的蜗轮齿形。2.根据权利要求1所述的超声波椭圆振动飞刀加工蜗轮的方法，其特征在于，所述步骤2中在两维超声波椭圆振动换能器上同时加上两项正弦波电压120伏。3.根据权利要求1所述的超声波椭圆振动飞刀加工蜗轮的方法，其特征在于，所述步骤3中能够实现长轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：马春翔，郑立波，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31