基于直齿锥齿轮的加工工艺和加工装置的制作方法

1.本发明涉及直齿锥齿轮的加工技术领域，具体为基于直齿锥齿轮的加工工艺和加工装置。


背景技术：

2.直齿锥齿轮常用来传递两相交轴之间的运动和动力，实现运动和动力的转向及传输，广泛应用于煤矿、机械加工、汽车等行业的机械设备的传动系统中。为了获得传动性能优良的齿轮传动系统，国内外众多学者对齿轮设计、成形、修形、啮合、接触及相位等方面进行了相关研究，取得了一定的研究成果，现有的直齿锥齿轮加工方法生产成本高、效率低、材料利用率只有40％左右，齿轮部分变形量大，成形过程中常常出现齿顶充不满和成形负荷过大，齿膜过早失效等问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供基于直齿锥齿轮的加工工艺和加工装置，实现了直齿锥齿轮加工过程的精准切割，高效打磨，并通过渗碳及冷处理，加强了直齿锥齿轮自身的硬度，配合摄像检测机构，便于及时发现问题，进一步提高直齿锥齿轮的加工质量。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于直齿锥齿轮的加工工艺，所述加工工艺具体步骤如下：
5.s1:将齿轮毛坯进行固定安装，利用划线组件绕其回转中心轴进行回转运动，实现齿轮毛坯倾斜面的单个齿距划线；
6.s2:利用电火花线切割机床对划线后齿轮毛坯的进行进给式切割；
7.s3:粗磨锥齿，利用打磨组件绕其回转中心轴进行回转粗磨运动，进行锥齿间的连续式打磨；
8.s4:渗碳处理，将磨齿后的工件放入炉中加热进行渗碳处理；
9.s5:将渗碳处理后的工件放在料架上，而后将工件放入冷冻机进行冷处理；
10.s6:精磨锥齿，利用打磨组件对齿轮毛坯所在的每个齿槽的进行不同角度的精磨运动；
11.s7:利用摄像检测机构，对直齿锥齿轮加工后的图像进行采集，并通过单片机进行图像分析和处理。
12.一种根据权利要求所述的基于直齿锥齿轮的加工工艺的加工装置，包括：安装架；设置在所述安装架底部的底座，所述底座上设置有夹紧机构，用于齿轮毛坯的固定安装；设置在齿轮毛坯上部的回转机构，用于实现粗磨锥齿时的连续式打磨；所述回转机构包括固定设置的第二安装环和可转动的安装套，所述安装套的外壁固定安装有固定块，所述固定块的下部安装有可滑动的活动块，所述活动块上设置有打磨组件，所述固定块上设置有啮合传动机构，当安装套转动时，所述啮合传动机构用于带动打磨组件来回运动。
13.优选的，所述啮合传动机构包括固定在固定块上部的第四电机，所述第四电机的
输出端固定安装有安装板，所述安装板的顶部固定有第五电机，所述第五电机的输出轴延伸至安装板的下表面并固定连接有驱动轴，所述驱动轴的中部设置有可上下活动的第二动力齿，所述第二安装环的下部安装有与所述第二动力齿相啮合的内齿环，所述驱动轴的底端固定安装有内齿环，所述活动块靠近驱动轴的一端固定安装有限位框，所述内齿环远离驱动轴的一端固定安装有限位柱，所述限位柱在限位框内部限位滑动。
14.优选的，所述驱动轴的外壁通过安装盘固定有两个第三电动伸缩杆，两个所述第三电动伸缩杆用于第二动力齿的上下运动。
15.优选的，所述打磨组件包括固定安装在活动块的底部的安装件，所述安装件的内部设置有转轴，所述安装件的端部固定安装有第四电机，所述第四电机用于驱动转轴转动，所述转轴的外壁固定安装有连接板，所述连接板的端部固定连接有打磨头，用于锥齿轮齿槽的打磨。
16.优选的，所述打磨头所在的侧壁面为可伸缩的橡胶层，所述橡胶层表面设置有打磨层，所述固定块的侧壁通过连接条固定安装有活塞套，所述活塞套内部滑动安装有活塞板，所述活塞板上固定安装有活塞杆，所述活塞杆远离活塞板的一端与活动块的端部固定连接，所述活塞套与打磨头之间通过导管连通。
17.优选的，所述夹紧机构包括固定在底座顶部的多个第二电动伸缩杆，所述第二电动伸缩杆呈环形分布，且每个所述第二电动伸缩杆的输出端固定连接有夹持块，所述夹持块与齿轮毛坯端部所在的外壁贴合。
18.优选的，设置在所述安装架上部的转向调节机构，用于在精磨锥齿时实现不同角度的切换，所述转向调节机构包括固定在安装架竖向段的第一电机，所述第一电机的输出端固定安装有安装轴，且安装轴的端部固定安装有固定架，所述固定架的中部通过通孔转动安装有安装杆，所述安装杆的端部固定安装有第一安装环，所述安装杆的下表面通过连接条固定连接有固定柱，所述安装套转动设置在固定柱的外壁上，所述第二安装环通过连接条与滑轨的底部固定连接，所述固定架上还连接有用于驱动安装杆转动的齿轮啮合机构；
19.所述齿轮啮合机构包括固定在固定架上的第二电机，所述第二电机的输出轴固定连接有第二传动齿，所述安装杆的外壁固定连接有与第二传动齿相啮合的第一传动齿。
20.优选的，所述第一安装环上还设置有摄像检测机构，用于对直齿锥齿轮的加工状态进行采集，所述摄像检测机构包括开设在第一安装环上的滑轨，所述滑轨内部滑动安装有滑块，所述滑块上固定安装有安装块，所述安装块的顶部固定安装有第三电机，所述第三电机的输出轴延伸至安装块的下表面并转动安装有摄像头，所述摄像头的顶部通过竖条与安装块固定连接，所述第三电机所在的输出轴外壁固定有第一动力齿，所述第一安装环的外壁环形分布有与外齿环，所述外齿环与第一动力齿啮合传动。
21.优选的，所述打磨头的顶部设置有两个划线机构，每个所述划线机构包括固定在打磨头顶部的固定件，所述固定件为l形结构设置，且连接板的顶部固定有第一电动伸缩杆，所述第一电动伸缩杆的内部设置有可上下活动的滑杆，所述滑杆的端部连接有划线笔，所述划线笔与滑杆之间可弹性伸缩。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
23.本发明通过该加工工艺，利用对齿轮毛坯进行预划线，再进行电火花线切割，实现
初步成型，之后进行回转式粗磨、渗碳处理、冷处理以及精磨处理，实现了直齿锥齿轮加工过程的精准切割，高效打磨，并通过渗碳及冷处理，加强了直齿锥齿轮自身的硬度，配合摄像检测机构，便于及时发现问题，进一步提高直齿锥齿轮的加工质量。
附图说明
24.图1为本发明的第一视角立体结构示意图；
25.图2为本发明的第二视角立体结构示意图；
26.图3为本发明的正视结构示意图；
27.图4为本发明的侧视结构示意图；
28.图5为本发明的俯视结构示意图；
29.图6为本发明的a-a剖面结构示意图；
30.图7为本发明的c-c剖面结构示意图；
31.图8为本发明的d-d剖面结构示意图；
32.图9为本发明的b处放大结构示意图；
33.图10为本发明的e处放大结构示意图。
34.图中：1、安装架；2、底座；3、齿轮毛坯；4、打磨头；5、第一电动伸缩杆；6、第一电机；7、安装轴；8、固定架；9、滑轨；10、外齿环；11、第一安装环；12、安装杆；13、第二电机；14、第一传动齿；15、第二传动齿；16、第二安装环；17、固定件；18、第二电动伸缩杆；19、夹持块；20、滑块；21、安装块；22、第三电机；23、摄像头；24、第一动力齿；25、安装套；26、固定块；27、第四电机；28、第五电机；29、驱动轴；30、第三电动伸缩杆；31、第二动力齿；32、内齿环；33、限位柱；34、限位框；35、活动块；36、活塞杆；37、活塞套；38、安装板；39、安装件；40、转轴；41、固定柱；42、导管；43、连接板；44、划线笔；45、滑杆。
具体实施方式
35.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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的限制。下面结合附图详细介绍本发明各实施例。
36.请参阅图1至图10，本发明提供技术方案：基于直齿锥齿轮的加工工艺，加工工艺具体步骤如下：s1:将齿轮毛坯3进行固定安装，利用划线组件绕其回转中心轴进行回转运动，实现齿轮毛坯3倾斜面的单个齿距划线；s2:利用电火花线切割机床对划线后齿轮毛坯3的进行进给式切割，s3:粗磨锥齿，利用打磨组件绕其回转中心轴进行回转粗磨运动，进行锥齿间的连续式打磨；s4:渗碳处理，将磨齿后的工件放入炉中加热进行渗碳处理；s5:将渗碳处理后的工件放在料架上，而后将工件放入冷冻机进行冷处理；s6:精磨锥齿，利用打磨组件对齿轮毛坯3所在的每个齿槽的进行不同角度的精磨运动；s7:利用摄像检测机构，对直齿锥齿轮加工后的图像进行采集，并通过单片机进行图像分析和处理。
37.一种如前述的基于直齿锥齿轮的加工工艺的加工装置，包括：
38.安装架1；设置在安装架1底部的底座2，底座2上设置有夹紧机构，用于齿轮毛坯3
的固定安装；设置在齿轮毛坯3上部的回转机构，用于实现粗磨锥齿时的连续式打磨；回转机构包括固定设置的第二安装环16和可转动的安装套25，安装套25的外壁固定安装有固定块26，固定块26的下部安装有可滑动的活动块35，活动块35上设置有打磨组件，固定块26上设置有啮合传动机构，当安装套25转动时，啮合传动机构用于带动打磨组件来回运动。
39.该设计，当第二安装环16与齿轮毛坯3平行设置，由于啮合传动机构的作用，可实现活动块35发生圆周运动的同时实现自身的伸缩运动，从而使得活动块35绕其回转中心轴进行回转运动，实现粗磨锥齿时的连续式打磨，进一步提高了加工效率和质量。
40.进一步地，啮合传动机构包括固定在固定块26上部的第四电机27，第四电机27的输出端固定安装有安装板38，安装板38的顶部固定有第五电机28，第五电机28的输出轴延伸至安装板38的下表面并固定连接有驱动轴29，驱动轴29的中部设置有可上下活动的第二动力齿31，第二安装环16的下部安装有与第二动力齿31相啮合的内齿环32，驱动轴29的底端固定安装有内齿环32，活动块35靠近驱动轴29的一端固定安装有限位框34，内齿环32远离驱动轴29的一端固定安装有限位柱33，限位柱33在限位框34内部限位滑动。
41.当驱动第五电机28工作时，可带动驱动轴29发生转动，一方面，当驱动轴29带动第二动力齿31发生转动时，此时在第二动力齿31与内齿环32的啮合作用，可带动第二动力齿31沿着内齿环32做环形轨迹运动，另一方面，驱动轴29的转动，可进一步带动内齿环32发生转动，由于限位柱33与限位框34的限位作用，可进一步带动活动块35在固定块26底部前后伸缩运动，该过程，使得活动块35发生圆周运动的同时实现自身的伸缩运动，从而使得活动块35绕其回转中心轴进行回转运动。
42.进一步地，驱动轴29的外壁通过安装盘固定有两个第三电动伸缩杆30，两个第三电动伸缩杆30用于第二动力齿31的上下运动。
43.通过设置的第三电动伸缩杆30，可带动第二动力齿31在驱动轴29外壁上下运动，当第二动力齿31的位置与内齿环32啮合时，可实现活动块35绕其回转中心轴进行回转运动，当划线组件绕其回转中心轴进行回转运动，可实现s1中划线过程，同时，当打磨组件绕其回转中心轴进行回转粗磨运动，进行锥齿间的连续式打磨，可实现s3中粗磨过程，当再次驱动第三电动伸缩杆30工作时，使得第二动力齿31的位置与内齿环32脱离时，此时可实现活动块35的单点伸缩运动，即可实现s6中精磨过程。
44.进一步地，打磨组件包括固定安装在活动块35的底部的安装件39，安装件39的内部设置有转轴40，安装件39的端部固定安装有第四电机27，第四电机27用于驱动转轴40转动，转轴40的外壁固定安装有连接板43，连接板43的端部固定连接有打磨头4，用于锥齿轮齿槽的打磨。
45.通过驱动第四电机27工作，可带动转轴40发生转动，从而使得连接板43发生倾斜，便于调节打磨头4的位置，通过打磨头4的位置的变化，便于实现s1及s3的工序。
46.进一步地，打磨头4所在的侧壁面为可伸缩的橡胶层，橡胶层表面设置有打磨层，固定块26的侧壁通过连接条固定安装有活塞套37，活塞套37内部滑动安装有活塞板，活塞板上固定安装有活塞杆36，活塞杆36远离活塞板的一端与活动块35的端部固定连接，活塞套37与打磨头4之间通过导管42连通。
47.通过该打磨头4的设置，配合可伸缩的橡胶层，且橡胶层表面设置有打磨层，当活动块35在固定块26底部前后伸缩运动，可进一步带动活塞杆36运动，从而使得活塞板在活
塞套37内部往复运动，配合导管42的连通作用，如图3所示，当活动块35向靠近活塞套37的方向运动时，一方面，活塞套37处于压缩状态，另一方面，打磨头4在齿轮毛坯3的齿槽内运动，此时的导管42的连通作用，可进一步实现打磨头4的膨胀，进而使得打磨头4的打磨层与齿槽内壁紧贴，从而实现高效率的打磨过程。
48.进一步地，夹紧机构包括固定在底座2顶部的多个第二电动伸缩杆18，第二电动伸缩杆18呈环形分布，且每个第二电动伸缩杆18的输出端固定连接有夹持块19，夹持块19与齿轮毛坯3端部所在的外壁贴合。
49.如图1-4所示，通过设置的夹紧机构，当驱动第二电动伸缩杆18工作时，可带动夹持块19向靠近齿轮毛坯3的方向运动，实现对齿轮毛坯3的固定。
50.进一步地，设置在安装架1上部的转向调节机构，用于在精磨锥齿时实现不同角度的切换，转向调节机构包括固定在安装架1竖向段的第一电机6，第一电机6的输出端固定安装有安装轴7，且安装轴7的端部固定安装有固定架8，固定架8的中部通过通孔转动安装有安装杆12，安装杆12的端部固定安装有第一安装环11，安装杆12的下表面通过连接条固定连接有固定柱41，安装套25转动设置在固定柱41的外壁上，第二安装环16通过连接条与滑轨9的底部固定连接，固定架8上还连接有用于驱动安装杆12转动的齿轮啮合机构；
51.齿轮啮合机构包括固定在固定架8上的第二电机13，第二电机13的输出轴固定连接有第二传动齿15，安装杆12的外壁固定连接有与第二传动齿15相啮合的第一传动齿14。
52.精磨锥齿，当活动块35的单点伸缩运动时，配合设置的转向调节机构，如图1和2所示，当第一电机6工作时，可带动安装轴7发生转动，从而使得固定架8及其上的组件发生轴向转动，进一步带动打磨头4发生角度的前后偏转，当驱动第二电机13工作时，由于第二传动齿15与第一传动齿14的啮合作用，可进一步带动安装杆12及其下部的打磨头4再一次角度偏转，实现打磨头4的俯仰角度调节，从而实现打磨头4不同角度的切换，便于对单个的齿槽进行不同面的精加工。
53.进一步地，第一安装环11上还设置有摄像检测机构，用于对直齿锥齿轮的加工状态进行采集，摄像检测机构包括开设在第一安装环11上的滑轨9，滑轨9内部滑动安装有滑块20，滑块20上固定安装有安装块21，安装块21的顶部固定安装有第三电机22，第三电机22的输出轴延伸至安装块21的下表面并转动安装有摄像头23，摄像头23的顶部通过竖条与安装块21固定连接，第三电机22所在的输出轴外壁固定有第一动力齿24，第一安装环11的外壁环形分布有与外齿环10，外齿环10与第一动力齿24啮合传动。
54.当精磨锥齿结束时，如图2，通过驱动第三电机22工作，可进一步带动第一动力齿24发生转动，由于第一动力齿24与外齿环10的啮合作用，可进一步带动摄像头23绕第一安装环11圆周运动，从而使得摄像头23在第一安装环11外壁周向运动，对精磨后的锥齿进行单个齿槽的图像采集，单片机通过对采集后的图像进行数据分析，当数据分析存在偏差时，可对存在偏差的齿槽进行再次精磨，直至完全合格。
55.进一步地，打磨头4的顶部设置有两个划线机构，每个划线机构包括固定在打磨头4顶部的固定件17，固定件17为l形结构设置，且连接板43的顶部固定有第一电动伸缩杆5，第一电动伸缩杆5的内部设置有可上下活动的滑杆45，滑杆45的端部连接有划线笔44，划线笔44与滑杆45之间可弹性伸缩。
56.通过打磨组件上设置的划线组件，如图2和9所示，当驱动第一电动伸缩杆5工作
时，可带动滑杆45向下运动，使得划线笔44的尖部与齿轮毛坯3的斜锥面接触，当活动块35绕其回转中心轴进行回转运动时，可进一步带动划线笔44在齿轮毛坯3的斜锥面上划线，从而为电火花线切割机床切割做准备。
57.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。其中，可拆卸安装的方式有多种，例如，可以通过插接与卡扣相配合的方式，又例如，通过螺栓连接的方式等。
58.以上结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。
59.上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。