谐波减速器齿轮微弧加工机床的制作方法

本实用新型涉及谐波减速器生产领域，尤其涉及一种谐波减速器齿轮微弧加工机床。

背景技术：

在国际工业4.0和我国工业制造2025激烈竞争背景下，国内精密加工企业和自动化设备研发企业纷纷研发谐波减速器，其中谐波减速器柔轮和刚轮加工是关键技术之一，难度大、投资大和风险高，对于小模数超高精密齿轮的加工，往往通过进口小模数超精密滚齿机、插齿机、全系列滚齿刀和插齿刀、超精密工装夹具、磨齿机等等来实现齿轮的制造，然而进口难度大制约了对谐波减速器的研发。

谐波减速器柔轮和刚轮的加工关键困难是：尺寸种类多(5、8、11、14、17、20、25、32、40...)，减速比多(30、50、80、100、120、160)，齿形变化大(渐开线齿形、p齿形、s齿形、圆弧齿形…)，模数从0.1到0.8，齿数从60到300多，尺寸精度要求1μm以下，表面粗糙度0.2μm以下，因此，如何提高制造精度、提高制造效率、减摩延寿、提高可靠性和减少成本等问题成为了谐波减速器的加工关键，现有的齿轮都采用切削齿轮的方式对谐波齿轮进行加工，切削力、高温热变形以及切削过程中产生振动等因素都会使得齿轮的表面粗糙度和尺寸精度降低，无法满足谐波减速器柔轮和刚轮的加工精度要求。

因此，亟需一种谐波减速器齿轮微弧加工机床来解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种谐波减速器齿轮微弧加工机床，其能提高制造精度、提高制造效率、减摩延寿、提高可靠性和减少成本。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种谐波减速器齿轮微弧加工机床，其包括工作平台、电解液循环装置、微弧加工电源、用于夹持工件的第一夹具、用于夹持母模的第二夹具以及安装于所述工作平台的电解箱、微调模组和母模移动机构，所述电解液循环装置与所述电解箱连通并将电解液通入所述电解箱内，所述第一夹具内置于所述电解箱并安装于所述微调模组的输出端，借由所述微调模组的移动调整所述第一夹具上的工件位置，所述第二夹具内置于所述电解箱并安装于所述母模移动机构的输出端，所述第二夹具正对所述第一夹具，所述第二夹具在所述母模移动机构的驱动下靠近所述第一夹具，所述微弧加工电源的正极与所述第一夹具电连接以使得所述第一夹具上的工件形成电解阳极，所述微弧加工电源的负极与所述第二夹具电连接以使得所述第二夹具上的母模形成电解阴极，借由所述电解液于所述母模与所述工件之间的流动溶解所述工件以加工。

与现有技术相比，本实用新型的谐波减速器齿轮微弧加工机床通过将电解液循环装置、微弧加工电源、电解箱、微调模组和母模移动机构等结合在一起，第一夹具内置于电解箱并安装于微调模组的输出端，借由微调模组的移动调整第一夹具上的工件位置，从而使得第一夹具上的工件正对第二夹具上的母模以完成加工前的位置校准的工序，进而提高精确度；第二夹具内置于电解箱并安装于母模移动机构的输出端，第二夹具在母模移动机构的驱动下靠近第一夹具，微弧加工电源的正极与第一夹具电连接以使得第一夹具上的工件形成电解阳极，微弧加工电源的负极与第二夹具电连接以使得第二夹具上的母模形成电解阴极，利用电解原理使得电解阳极与电解阴极之间产生微弧，借由电解液于母模与工件之间的流动逐渐溶解电解阳极上的工件，工件根据母模的齿形逐渐成型至目标齿形，从而达到加工的目的，采用微弧加工技术实现工件与模具之间非接触式的加工，故克服了传统上因电弧烧伤、切削力大、高温热变形和应力集中等因素导致工件表面变形大和粗糙度高等缺陷，即使在工装夹具精度较低的情况下依然使得最终得到的齿轮表面变形非常小、表面粗糙度低且加工牙齿表面达到透镜效果，无需进行研磨处理，仍然使得齿轮达到较高的硬度，从而大大提高齿轮的耐磨能力和缩短齿轮的使用寿命，本实用新型的谐波减速器齿轮微弧加工机床能提高制造精度、提高制造效率、减摩延寿、提高可靠性和减少成本。

较佳地，所述母模移动机构包括x轴气浮式进给模组和z轴气浮式进给模组，所述x轴气浮式进给模组安装于所述工作平台，所述z轴气浮式进给模组安装于所述x轴气浮式进给模组的输出端，所述z轴气浮式进给模组在所述x轴气浮式进给模组的驱动下沿所述工作平台的x轴方向移动，所述第二夹具安装于所述z轴气浮式进给模组的输出端，所述第二夹具在所述z轴气浮式进给模组的驱动下沿所述工作平台的z轴方向移动。

具体地，所述x轴气浮式进给模组包括第一驱动器、第一移动座、第一气浮导轨及与所述第一驱动器电性连接的第一编码器，所述第一气浮导轨和第一驱动器安装于所述工作平台，所述第一移动座滑动地设于所述第一气浮导轨且所述第一移动座还安装于所述第一驱动器的输出端，所述第一移动座与所述z轴气浮式进给模组连接，所述第一驱动器通过驱使所述第一移动座沿所述工作平台的x轴方向移动以带动所述z轴气浮式进给模组沿所述工作平台的x轴方向移动。

具体地，所述z轴气浮式进给模组包括第二驱动器、第二移动座、第二气浮导轨及与所述第二驱动器电性连接的第二编码器，所述第二气浮导轨和第二驱动器安装于所述第一移动座，所述第二移动座滑动地设于所述第二气浮导轨且所述第二移动座还安装于所述第二驱动器的输出端，所述第二移动座与所述第二夹具连接，所述第二驱动器通过驱使所述第二移动座沿所述工作平台的z轴方向移动以带动所述第二夹具沿所述工作平台的z轴方向移动。

具体地，所述微调模组包括滑移底板、安装板、y轴千分尺微调器和z轴千分尺微调器，所述滑移底板沿所述工作平台的y轴方向滑动地安装于所述工作平台上，所述y轴千分尺微调器安装于所述工作平台，且所述滑移底板安装于所述y轴千分尺微调器的输出端，借由所述y轴千分尺微调器的伸缩调节所述滑移底板的位置，所述安装板沿所述工作平台的z轴方向滑动地安装于所述滑移底板上，所述z轴千分尺微调器安装于所述滑移底板，且所述安装板安装于所述z轴千分尺微调器的输出端，借由所述z轴千分尺微调器的伸缩调节所述安装板的位置，所述第一夹具安装于所述安装板上。

较佳地，所述的谐波减速器齿轮微弧加工机床还包括第一夹盘和第二夹盘，所述第一夹具通过所述第一夹盘安装于所述微调模组的输出端，所述第二夹具通过所述第二夹盘安装于所述母模移动机构的输出端。

较佳地，所述电解箱包括电解液箱体、第一盖板和第二盖板，所述电解液箱体内开设有用于存储电解液的电解液槽，所述第一盖板和第二盖板均与所述电解液箱体连接，所述第一盖板和第二盖板盖于所述电解液槽的槽口处，所述第一盖板开设有可供所述第二夹具伸入的通孔。

较佳地，所述的谐波减速器齿轮微弧加工机床还包括气浮减震座，所述工作平台为大理石平台，所述气浮减震座安装于所述工作平台的底部。

较佳地，所述电解液循环装置包括电解液泵站、进液管、回液管和设于所述进液管的液压泵，所述进液管的一端与所述电解液泵站连通，所述进液管的另一端与所述电解箱连通，所述回液管的一端与所述电解箱连通，所述回液管的另一端与所述电解液泵站连通。

附图说明

图1是本实用新型的谐波减速器齿轮微弧加工机床的立体结构示意图。

图2是本实用新型的谐波减速器齿轮微弧加工机床在隐藏壳体和显示器后的立体结构示意图。

图3是图2中的谐波减速器齿轮微弧加工机床在沿纵向剖切后的平面结构示意图。

图4是图3中a处的局部放大图。

图5是本实用新型的谐波减速器齿轮微弧加工机床且电解液循环装置循环电解液时的状态图。

图6是本实用新型的谐波减速器齿轮微弧加工机床中的微调模组的立体结构示意图。

图7是图6中沿箭头c所指方向投影后的平面结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1至图3，本实用新型的提供一种谐波减速器齿轮微弧加工机床100，可用于对杯型和礼帽型谐波减速器之齿轮的加工，谐波减速器齿轮微弧加工机床100包括工作平台1、电解液循环装置2、微弧加工电源(图未示)、电解箱5、微调模组6、母模移动机构7、气浮减震座10、机柜11、显示器12、用于夹持工件300的第一夹具3和用于夹持母模200的第二夹具4，工作平台1为大理石平台，但不限于此，显示器12安装于机柜11上，从而显示加工参数，气浮减震座10承载于机柜11上，气浮减震座10安装于工作平台1的底部，气浮减震座10分别支撑于大理石平台的四角处，从而将机床振动、地面无序和振动误差降低至最低，以将对工件300制造的精度影响降低至接近零，从而提高工件300加工的整体精确度，电解液循环装置2与电解箱5连通并将电解液通入电解箱5内，电解液循环装置2还可将电解箱5回流的电解液进行回收过滤，从而对电解液实现循环往复利用；电解箱5、微调模组6和母模移动机构7安装于工作平台1，且电解箱5位于微调模组6与母模移动机构7之间，工作平台1上设有用于安装微调模组6的支架组件1a，微调模组6通过该支架组件1a安装于工作平台1上，第一夹具3内置于电解箱5，第一夹具3安装于微调模组6的输出端，借由微调模组6的移动调整第一夹具3上的工件300位置，从而使得第一夹具3上的工件300正对第二夹具4上的母模200以完成加工前的位置校准工序，进而提高位置精确度，较优的是，微调模组6的输出端处设有安装法兰65，安装法兰65呈密封地穿置于电解箱5的箱壁处，第一夹具3通过安装法兰65安装于微调模组6的输出端，但不限于此；第二夹具4内置于电解箱5，第二夹具4安装于母模移动机构7的输出端，第二夹具4正对第一夹具3，第二夹具4在母模移动机构7的驱动下靠近第一夹具3，从而使得第二夹具4上的母模200靠近第一夹具3上工件300，并使得母模200与工件300之间的距离保持在50至200微米之间，模具为仿形齿形，微弧加工电源的正极与第一夹具3电连接以使得第一夹具3上的工件300形成电解阳极，微弧加工电源的负极与第二夹具4电连接以使得第二夹具4上的母模200形成电解阴极，借由电解液于母模200与工件300之间的流动溶解工件300以加工，换句话说，加工时，工件300为电解阳极，母模200为电解阴极，在电解阴阳极之间加上电压，于本实施例中，微弧加工电源采用直流脉冲电源，脉冲波形为方波，电解阴阳极控制电压为300-600v，调控峰值电流波形的脉宽⊿ton为2-80us，两个脉冲之间间隔⊿toff为10-200us，从而缩短加工的时间以提高加工的效率，电解阴阳极之间产生微弧，其电解水分子h2o，产生氢离子等离子体，该离子体与阳极(被加工齿轮)中的铁原子产生化学反应，生产氧化铁，俗称铁锈，工件300与母模200之间形成供电解液流动的微小间隙，电解液在该间隙中高速流动，从而带走铁锈，工件300的逐渐溶解使得工件300根据母模200的齿形逐渐成型至目标齿形，进而达到微弧加工的目的，随着高频脉冲微弧的不断产生，达到齿轮高速超高精密加工的目的，齿轮的表面粗糙度是铁原子的大小，达到纳米级或微米级别的精度，由于母模200与待加工工件300之间具有间隙，加工外力为零，因此工件300变形也是零，实现母模200与工件300之间的非接触式加工，从而使得加工得到的齿轮表明硬度可以达到hrc60至hrc65，表面质量达到镜面。于其他实施例中，微弧加工可以选择恒流模式或恒压模式，其中恒流模式下峰值电流密度为10-200a/dm2，恒压模式下输出电压200-600v，从而使得加工更加稳定，齿轮加工得到的表面更加平滑。更为具体地，如下：

请参阅图3至图4，本实用新型的谐波减速器齿轮微弧加工机床100还包括第一夹盘8和第二夹盘9，第一夹具3通过第一夹盘8安装于微调模组6的输出端，第一夹盘8对第一夹具3进行夹持，从而便于第一夹具3上工件300的拆卸；具体地，第一夹具3通过第一夹盘8安装于微调模组6的输出端，换句话说，第一夹具3、第一夹盘8、安装法兰65和微调模组6依次连接，从而使得各部件之间的连接更加稳定，第二夹具4通过第二夹盘9安装于母模移动机构7的输出端，第二夹盘9对第二夹具4进行夹持，从而便于第二夹具4上母模200的拆卸，较优的是，第一夹盘8和第二夹盘9为三爪夹盘。当然，生产者可以根据需要将第一夹盘8、第二夹盘9和安装法兰65删除，故不限于此。

请参阅图2至图3，母模移动机构7包括x轴气浮式进给模组71和z轴气浮式进给模组72，x轴气浮式进给模组71安装于工作平台1，z轴气浮式进给模组72安装于x轴气浮式进给模组71的输出端，z轴气浮式进给模组72在x轴气浮式进给模组71的驱动下沿工作平台1的x轴方向移动(x轴、y轴和z轴方向如图2所示)，第二夹具4安装于z轴气浮式进给模组72的输出端，第二夹具4在z轴气浮式进给模组72的驱动下沿工作平台1的z轴方向移动，加工时，第二夹具4上的母模200通过沿工作平台1的x轴和z轴的移动始终与工件300保持在50至200微米的间距，由于x轴气浮式进给模组71和z轴气浮式进给模组72均为气浮式装置，利用x轴气浮式进给模组71和z轴气浮式进给模组72具有高速度和高精度的特点，使得母模200的进给精确度可以达到纳米级或微米级的进给，从而使得齿轮加工牙齿表面达到透镜效果，无需进行研磨处理以达到高精度标准。具体地，x轴气浮式进给模组71包括第一驱动器711、第一移动座712、第一气浮导轨713及第一编码器(图未示)，第一编码器与第一驱动器711电性连接，从而实现第一驱动器711高精度运行，第一气浮导轨713和第一驱动器711安装于工作平台1，第一移动座712沿工作平台1的x轴方向滑动地设于第一气浮导轨713，第一移动座712还安装于第一驱动器711的输出端，第一移动座712与z轴气浮式进给模组72之间通过螺纹连接，第一驱动器711通过驱使第一移动座712沿工作平台1的x轴方向移动，以带动z轴气浮式进给模组72沿工作平台1的x轴方向移动，第一气浮导轨713能够有效减少第一移动座712移动时所受到的摩擦力，从而提高第一移动座712的位置精确度，进而使得母模200在x轴方向上的进给动作达到较高的精确度。z轴气浮式进给模组72包括第二驱动器721、第二移动座722、第二气浮导轨723及第二编码器(图未示)，第二编码器与第二驱动器721电性连接，从而实现第二驱动器721高精度运行；第二气浮导轨723和第二驱动器721安装于第一移动座712，第二移动座722沿工作平台1的z轴方向滑动地设于第二气浮导轨723，第二移动座722还安装于第二驱动器721的输出端，第二移动座722与第二夹具之间通过螺纹连接，第二驱动器721通过驱使第二移动座722沿工作平台1的z轴方向移动以带动第二夹具4沿工作平台1的z轴方向移动，第二气浮导轨723能够有效减少第二移动座722移动时所受到的摩擦力，从而提高第二移动座722的位置精确度，进而使得第二夹具4上的母模200在z轴方向上的进给动作达到较高的精确度。

请参阅图5至图7，微调模组6包括滑移底板61、安装板62、y轴千分尺微调器63和z轴千分尺微调器64，滑移底板61沿工作平台1的y轴方向滑动地安装于工作平台1上，y轴千分尺微调器63通过螺纹连接的方式安装于工作平台1，且滑移底板61安装于y轴千分尺微调器63的输出端，借由y轴千分尺微调器63的伸缩调节滑移底板61的位置，安装板62沿工作平台1的z轴方向滑动地安装于滑移底板61上，z轴千分尺微调器64通过螺纹连接的方式安装于滑移底板61，且安装板62安装于z轴千分尺微调器64的输出端，借由z轴千分尺微调器64的伸缩调节安装板62的位置，第一夹具3安装于安装板62上，安装法兰65设于安装板62上，在调试的过程中，由于设置了z轴千分尺微调器64和y轴千分尺微调器63，使用千分表能够精确地检查母模200与工件300之间在z轴方向和y轴方向上的位置偏差，根据偏差的大小，调整微米级别的y轴千分尺微调器63和z轴千分尺微调器64，按照微米级微调量进行调整直到合乎精加工定位精度的的要求。具体的，滑移底板61向y轴千分尺微调器63延伸形成连接块611，连接块611为凸块结构，连接块611与y轴千分尺微调器63的输出端连接，连接块611在y轴千分尺微调器63的驱动下移动以带动滑移底板61滑动，安装板62向z轴千分尺微调器64延伸形成固定块621，固定块621为凸块结构，固定块621与z轴千分尺微调器64的输出端连接，固定块621在y轴千分尺微调器63的驱动下移动以带动安装板62滑动，换句话说，y轴千分尺微调器63和z轴千分尺微调器64共同驱动安装板62移动，从而确保工件300和母模200之间精确定位。

请参阅图4至图5，电解液循环装置2包括电解液泵站21、进液管22、回液管23和液压泵24，电解液泵站21设于机柜11的一侧，电解液泵站21存放有电解液，电解液泵站21用于供给、回收和过滤电解液，电解液由纯净水和添加剂共同组成，添加剂为nacl溶液、kcl溶液、naf溶液、nahco3溶液、naoh溶液中的一种或几种的混合而成，电解液流速为：0.5～2m/s，但不限于此，电解液泵站21内具有过滤装置(图未示)，从而实现电解液的不断循环利用，液压泵24设于进液管22，进液管22的一端与电解液泵站21连通，进液管22的另一端与电解箱5连通，回液管23的一端与电解箱5连通，回液管23的另一端与电解液泵站21连通，电解液由电解液泵站21抽出依次通过进液管22、电解箱5和回液管23(电解液的流动路径如图5中箭头b所指方向)，并最终回到电解液压站。较优的是，回液管23处设置有电磁阀25，当电磁阀25开启时，回液管23连通，电解箱5的液体通过回液管23回收至电解液泵站21。

请参阅图2至图3，电解箱5包括电解液箱体51、第一盖板52和第二盖板53，电解液箱体51安装于工作平台1，电解液箱体51内开设有用于存储电解液的电解液槽511，第一盖板52和第二盖板53均与电解液箱体连接，较优的是，第一盖板52和第二盖板53均与电解液箱体铰接，第一盖板52和第二盖板53共同遮盖于电解液槽511的槽口处，第一盖板52开设有可供第二夹具4伸入的通孔521。由于第一盖板52和第二盖板53与电解箱5铰接，从而实现第一盖板52和第二盖板53的转动，工作时，第一盖板52和第二盖板53盖于电解液槽511，从而有效避免外界环境对加工的影响，而生产者可利用第一盖板52和第二盖板53的转动打开电解液箱体51，从而达到观察电解液槽511的情况或者进行位置调整，结构简单且使用方便。较优的是，电解液槽511外围设置有冷却水系统，从而实现降温，以达到更优的加工效果，微弧加工电源的两极通过信号采集单元与控制系统电连接，从而实现控制。

与现有技术相比，本实用新型的谐波减速器齿轮微弧加工机床100通过将电解液循环装置2、微弧加工电源、电解箱5、微调模组6和母模移动机构7等结合在一起，第一夹具3内置于电解箱5并安装于微调模组6的输出端，借由微调模组6的移动调整第一夹具3上的工件300位置，从而使得第一夹具3上的工件300正对第二夹具4上的母模200以完成加工前的位置校准的工序，进而提高精确度；第二夹具4内置于电解箱5并安装于母模移动机构7的输出端，第二夹具4在母模移动机构7的驱动下靠近第一夹具3，微弧加工电源的正极与第一夹具3电连接以使得第一夹具3上的工件300形成电解阳极，微弧加工电源的负极与第二夹具4电连接以使得第二夹具4上的母模200形成电解阴极，利用电解原理使得电解阳极与电解阴极之间产生微弧，借由电解液于母模200与工件300之间的流动逐渐溶解电解阳极上的工件300，工件300根据母模200的齿形逐渐成型至目标齿形，从而达到加工的目的，采用微弧加工技术实现工件300与模具之间非接触式的加工，故克服了传统上因电弧烧伤、切削力大、高温热变形和应力集中等因素导致工件300表面变形大和粗糙度高等缺陷，即使在工装夹具精度较低的情况下依然使得最终得到的齿轮表面变形非常小、表面粗糙度低且加工牙齿表面达到透镜效果，无需进行研磨处理，仍然使得齿轮达到较高的硬度，从而大大提高齿轮的耐磨能力和缩短齿轮的使用寿命，本实用新型的谐波减速器齿轮微弧加工机床100能提高制造精度、提高制造效率、减摩延寿、提高可靠性和减少成本。

请参阅图1至图7，本实用新型的提供一种谐波减速器的齿轮加工方法，建立上述的谐波减速器齿轮微弧加工机床100，谐波减速器齿轮微弧加工机床100包括电解液循环装置2、微弧加工电源、用于夹持工件300的第一夹具3、用于夹持母模200的第二夹具4、电解箱5、微调模组6和母模移动机构7；利用谐波减速器齿轮微弧加工机床100加工齿轮的方法，包括如下步骤：

(1)提供工件300和母模200，将工件300安装于第一夹具3，将母模200安装于第二夹具4，通过微调模组6调节第一夹具3上的工件300位置，以使得第一夹具3上的工件300正对第二夹具4上的母模200，从而确保工件300与母模200之间的准确定位；

(2)开启谐波减速器齿轮微弧加工机床100，第二夹具4在母模移动机构7的驱动下靠近第一夹具3，以使得母模200与工件300之间距离保持在50至200微米之间；

(3)电解液循环装置2通入电解液至电解箱5内，电解液流速保持在0.5～2m/s，从而在保证加工效率的前提下使得工件300最终成型的表面粗糙度达到亚纳米或微米级别，效果更佳；

(4)微弧加工电源通电使得第一夹具3上的工件300形成电解阳极和第二夹具4上的母模200形成电解阴极，电解阴阳极控制电压为300-600v，调控峰值电流波形的脉宽⊿ton为2-80us，两个脉冲之间间隔⊿toff为10-200us，使得电解阳极与电解阴极之间产生微弧，借由电解液于母模200与工件300之间的流动溶解电解阳极上的工件300，工件300根据母模200的齿形成型至目标齿形；

(5)电解箱5内的电解液回流至电解液循环装置2，电解液循环装置2回收过滤电解液。

与现有技术相比，本实用新型的谐波减速器齿轮加工的方法利用电解原理使得电解阳极与电解阴极之间产生微弧，借由电解液于母模200与工件300之间的流动逐渐溶解电解阳极上的工件300，工件300根据母模200的齿形逐渐成型至目标齿形，从而达到加工的目的，采用微弧加工技术实现工件300与模具之间非接触式的加工，故克服了传统上因电弧烧伤、切削力大、高温热变形和应力集中等因素导致工件300表面变形大和粗糙度高等缺陷，即使在工装夹具精度较低的情况下依然使得最终得到的齿轮表面变形非常小、表面粗糙度低且加工牙齿表面达到透镜效果，无需进行研磨处理，仍然使得齿轮达到较高的硬度，从而大大提高齿轮的耐磨能力和缩短齿轮的使用寿命。

以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。