电致塑性效应辅助滚压刀具的制作方法

本发明涉及一种电致塑性效应辅助滚压刀具。

背景技术：

高性能一直是重载齿轮追求的目标，主要以高功率密度、长寿命、平稳低噪为主要评价指标。高性能齿轮应具有优异的高温服役性能、高承载能力、高抗疲劳性能，以及具有可靠的恶劣工况适应性。高性能齿轮在工作时需要承受极大负载，因此重载齿轮齿根要具有高强度的特点。

据调查发现传统滚压主要分为平面类零件加工和圆柱面类零件加工。目前平面类零件滚压加工主要是将滚压刀头装夹在机床的主轴上，通过滚压刀头的旋转运动和工件在加工平面内的进给运动来实现。这种传统滚压刀具对存在齿轮齿面的表面进行加工时，由于表面的凹凸不平导致刀头滚珠不能与被加工表面充分接触，会造成被加工表面加工不均匀以及表面光洁度被破坏的现象，并且部分区域会出现滚压轨迹密集的现象，这会导致在该区域出现热变形，所以传统滚压刀具对齿轮齿面加工存在极大的局限性。电脉冲滚压加工作为特种加工技术的一种，是一种将脉冲电流附加到传统机械加工技术上的复合加工方式。高能脉冲电流作为一种材料辅助加工手段，在其电致塑性效应作用下，能够促进位错的运动，从而显著提高材料塑性变形能力，改善难变形材料的加工性能，从而达到提高和改善相应的加工效果。

技术实现要素：

为了解决传统滚压刀具所存在的缺陷，完成协调电脉冲对齿轮齿面滚压的加工效果，本发明提供了一种附加电脉冲对齿轮齿面进行滚压的电致塑性效应辅助滚压刀具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电致塑性效应辅助滚压刀具，包括滚压机构、电脉冲装置和连接结构，所述电脉冲装置通过连接结构与所述滚压机构连接，所述滚压机构包括刀头、联轴器和电机，所述电机安装在电机壳内并通过联轴器与刀头连接；

所述电脉冲装置包括导轨、滑动块、两个调位杆、两个绝缘弧形安装管、两个复位弹簧和两个导电头，两个绝缘弧形安装管分别前后对称的布置在导轨的前后两侧且其上端通过连接块固定安装在导轨的下端上，两个绝缘弧形安装管相互正对形成带有缺口的环形，所述滑动块可滑动的套装在导轨上，所述滑动块在远离滚压机构的一侧设有固定螺栓，两个调位杆前后对称布置且其上端与滑动块上的固定螺栓铰接，两个复位弹簧分别设置在两个绝缘弧形安装管内，两个导电头分别套装在两个绝缘弧形安装管内并通过导线与脉冲电源连接，每个复位弹簧的上端与相应的绝缘弧形安装管连接，每个复位弹簧的下端与相应的导电头连接；两个导电头上分别沿着其长度方向开有弧形槽，两个绝缘弧形安装管上也在两个导电头的弧形槽相对应的位置上开有弧形槽，两个调位杆的下端在朝向绝缘弧形安装管的一侧分别设有短轴，每个调位杆上的短轴依次穿过相对应的绝缘弧形安装管上的弧形槽和导电头上的弧形槽，在滑动块向下滑动时，两个调位杆会带动相应的导电头伸出绝缘弧形安装管；

在连接块朝向滚压机构的一侧上固定安装有基架，所述连接结构包括v型连接杆、限位弹簧和短杆，所述v型连接杆的开口朝下布置，所述v型连接杆的一端与滚压机构的电机壳顶部铰接，所述v型连接杆的另一端与所述基架的上部铰接，所述短杆的一端与电机壳的侧壁铰接，所述短杆的另一端与基架的下部铰接，所述限位弹簧的一端与所述短杆连接，所述限位弹簧的另一端与基架的中上部铰接。

进一步，所述刀头包括输出轴、安装架和刀头组件，所述输出轴的上端通过联轴器与电机的电机轴连接，所述刀头组件通过安装架安装在输出轴的下端上，所述输出轴的下端上设有与刀头组件数目相同的安装槽，所述刀头组件设置两个以上，每个刀头组件均包括tpe热塑性弹性体、安装块、陶瓷滚珠和刀头固定架，所述tpe热塑性弹性体位于安装块的上方且安装在安装槽内，所述安装块的上部也安装在安装槽内，所述安装块的底部设有球形凹槽，所述陶瓷滚珠通过刀头固定架安装在所述球形凹槽内。

再进一步，所述电机壳包括电机壳本体和电机壳顶盖，所述电机安装在电机壳本体内，所述电机壳顶盖与电机壳本体螺纹连接，所述电机壳顶盖的顶部和电机壳本体朝向电脉冲装置的侧面上设有铰接部，所述v型连接杆的另一端通过销轴与电机壳顶盖上的铰接部铰接，所述短杆的另一端通过销轴与电机壳本体上的铰接部铰接。

再进一步，所述v型连接杆的一端与基架之间、所述短杆的一端与基架之间均通过销轴铰接。

再进一步，所述v型连接杆和短杆分别设置两个，两个v型连接杆前后对称布置，所述限位弹簧位于两个短杆之间且其一端与连接两个短杆的销轴连接。

更进一步，所述安装架与输出轴螺纹连接，所述刀头固定架与安装块螺纹连接。

本发明技术构思为：实现电脉冲与传统滚压工艺组合在一起，并重新设计滚压机构使其脱离机床工作变得可能，实现对齿轮齿面等不正常平面进行滚压加工的目的。

从传统滚压刀具的缺点出发，设计了一种柔性刀头，tpe热塑性弹性体在刀头工作过程中起到了柔性缓冲的作用。当刀头接触齿轮齿面时，凸起表面会挤压陶瓷滚珠，会导致安装块挤压tpe热塑性弹性体，使得刀头中的陶瓷滚珠回缩，使陶瓷滚珠与被加工表面充分接触，这可使得刀头工作时，保证每一个球形滚珠都能与被加工表面有着充分的接触，避免出现加工不均匀现象。

为解决传统刀具对被加工表面的位置有着严格的要求，只能加工被固定在规定位置上才能对其进行加工的问题。本发明对滚压机构进行了重新的设计，所述滚压机构可以脱离机床主轴而独自工作，从而实现从空间各个位置都可对齿轮齿面进行滚压加工，而不是仅限于机床上。可以对于不同空间位置的各种弧面进行加工。并且不再由机床主轴带动刀具转动，而是由滚压机构中的电机来带动刀头旋转，从而实现正常工作。

本发明的有益效果主要表现在：能对空间中不同位置的工件进行滚压加工；能对齿轮齿面表面进行滚压加工；实现电脉冲滚压加工，从而显著提高材料塑性变形能力，改善难变形材料的加工性能，从而达到提高和改善相应的加工效果。

附图说明

图1是刀头的剖视图。

图2是本发明的爆炸图。

图3是本发明的加工示意图。

图4是电脉冲装置的侧视图。

图5是图4的仰视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图5，一种电致塑性效应辅助滚压刀具，包括滚压机构、电脉冲装置和连接结构，所述电脉冲装置通过连接结构与所述滚压机构连接，所述滚压机构包括刀头7、联轴器8和电机11，所述电机11安装在电机壳内并通过联轴器8与刀头7连接；

所述电脉冲装置包括导轨18、滑动块17、两个调位杆20、两个绝缘弧形安装管19、两个复位弹簧21和两个导电头22，两个绝缘弧形安装管19分别前后对称的布置在导轨18的前后两侧且其上端通过连接块固定安装在导轨18的下端上，两个绝缘弧形安装管19相互正对形成带有缺口的环形，所述滑动块17可滑动的套装在导轨18上，所述滑动块17在远离滚压机构的一侧设有固定螺栓，两个调位杆20前后对称布置且其上端与滑动块17上的固定螺栓铰接，两个复位弹簧21分别设置在两个绝缘弧形安装管19内，两个导电头分别套装在两个绝缘弧形安装管19内并通过导线与脉冲电源连接，每个复位弹簧21的上端与相应的绝缘弧形安装管连接，每个复位弹簧21的下端与相应的导电头连接；两个导电头22上分别沿着其长度方向开有弧形槽，两个绝缘弧形安装管19上也在两个导电头22的弧形槽相对应的位置上开有弧形槽，两个调位杆的下端在朝向绝缘弧形安装管的一侧分别设有短轴，每个调位杆20上的短轴依次穿过相对应的绝缘弧形安装管上的弧形槽和导电头上的弧形槽，在滑动块17向下滑动时，两个调位杆20会带动相应的导电头伸出绝缘弧形安装管19；

在连接块朝向滚压机构的一侧上固定安装有基架，所述连接结构包括v型连接杆13、限位弹簧15和短杆14，所述v型连接杆13的开口朝下布置，所述v型连接杆13的一端与滚压机构的电机壳顶部铰接，所述v型连接杆13的另一端与所述基架的上部铰接，所述短杆14的一端与电机壳的侧壁铰接，所述短杆14的另一端与基架的下部铰接，所述限位弹簧15的一端与所述短杆14连接，所述限位弹簧15的另一端与基架的中上部铰接。

进一步，所述刀头7包括输出轴6、安装架4和刀头组件，所述输出轴的上端通过联轴器8与电机11的电机轴连接，所述刀头组件通过安装架4安装在输出轴6的下端上，所述输出轴6的下端上设有与刀头组件数目相同的安装槽，所述刀头组件设置两个以上，每个刀头组件均包括tpe热塑性弹性体5、安装块3、陶瓷滚珠1和刀头固定架2，所述tpe热塑性弹性体5位于安装块3的上方且安装在安装槽内，所述安装块3的上部也安装在安装槽内，所述安装块3的底部设有球形凹槽，所述陶瓷滚珠1通过刀头固定架2安装在所述球形凹槽内。

再进一步，所述电机壳包括电机壳本体10和电机壳顶盖12，所述电机11安装在电机壳本体10内，所述电机壳顶盖12与电机壳本体10螺纹连接，所述电机壳顶盖12的顶部和电机壳本体10朝向电脉冲装置的侧面上设有铰接部，所述v型连接杆13的另一端通过销轴与电机壳顶盖12上的铰接部铰接，所述短杆14的另一端通过销轴16与电机壳本体10上的铰接部铰接。

再进一步，所述v型连接杆13的一端与基架之间、所述短杆14的一端与基架之间均通过销轴铰接。

再进一步，所述v型连接杆13和短杆14分别设置两个，两个v型连接杆13前后对称布置，所述限位弹簧15位于两个短杆之间且其一端与连接两个短杆14的销轴连接。

更进一步，所述安装架4与输出轴6螺纹连接，所述刀头固定架2与安装块3螺纹连接。

本实施例中，滚压机构的安装步骤为：将电机11安装在电机壳本体10内，通过螺栓9固定，再通过螺纹连接装上电机壳顶盖10。电机11的电机轴通过联轴器8与刀头7实现传动联接。所述滚压机构可以脱离机床而独自工作，从而实现从空间各个位置都可对齿轮齿面进行滚压加工，而不是仅限于机床上。滑动块17，手动滑动，滑到导电头22能接触齿轮通电的位置，然后固定。

所述电脉冲装置安装步骤为：将滑动块17与调位杆20安装于导轨18上，通过滑动块17上的固定螺栓联接，将复位弹簧21装入绝缘弧形安装管19，再将导电头22安装在绝缘弧形安装管19，之后将调位杆20下方的短轴与导电头22上的弧形槽配合。脉冲电源电信号从绝缘弧形安装管内部导线传输到导电头上，当滑动块沿着导轨向下移动并固定时，调位杆带动导电头伸出绝缘弧形安装管，两个导电头接触齿轮23侧面，从而实现电脉冲滚压加工。

所述连接机构通过v型连接杆13、短杆14使用销轴16连接电脉冲装置与滚压机构，限位弹簧15安装于电脉冲装置的基架与短杆14之间，达到控制滚压时预紧力的大小。

所述刀头的输出轴6通过联轴器8与电机11连接，实现动力传输。刀头安装顺序为：将tpe热塑性弹性体5、安装块3依次安装在输出轴6内，再将安装架4通过螺纹安装在输出轴6上，同时安装块3的上端设有凸台，刚好安装架4将其卡住，从而实现固定安装块3的作用，再将陶瓷滚珠1与刀头固定架2依次安装在刀头7上，刀头安装架2实现固定陶瓷滚珠1的作用。

首先调整安装，使导电头22接触齿轮，加工时，脉冲电源给电脉冲装置供电，电机驱动刀头头工作，可以在齿轮在被通电的情况下进行滚压加工。

本发明拟通过对重载齿轮齿面进行电脉冲滚压加工进而提高齿根的强度，实现重载齿轮齿面性能的大幅度提升，提高重载齿轮服役寿命。