柔性传动超声齿面滚压刀具的制作方法

本发明涉及一种柔性传动超声齿面滚压刀具。

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，因此重载齿轮齿面要具有高强度，高耐磨性的特点。

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弧面加工存在极大的局限性。超声滚压加工作为特种加工技术的一种，是一种将超声高频振动附加到传统机械加工技术上的复合加工方式，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对于不平整平面的不适合性，以及通过附加超声振动达到改善与提高传统滚压加工的加工效果，本发明提供了一种加工效果较好、可适用不平整加工面的柔性传动超声齿面滚压刀具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种柔性传动超声齿面滚压刀具，包括刀头装置、超声振动装置、传动装置和夹持装置，所述刀头装置包括刀头安装架和刀头组件，所述刀头组件设置两个以上，所述刀头安装架的底部设有与刀头组件数目相同的安装凹槽，每个刀头组件包括tpe热塑性弹性体、安装块、球形滚珠和刀头固定架，安装块的上端安装在相应的安装凹槽内，安装块与安装凹槽之间设有tpe热塑性弹性体，所述球形滚珠通过刀头固定架固定在安装块的下端上；

所述超声振动装置包括应变片、壳体、壳顶架、壳底架、传动轴和两个电气旋转接头，所述壳顶架、壳底架分别与壳体通过紧定螺钉固定连接，所述传动轴的下端依次穿过壳顶架、壳体和壳底架，并通过固定螺栓与刀头安装架固定连接，所述传动轴的上下两端分别通过一个深沟球轴承可转动的安装在壳体上，所述传动轴与壳顶架、壳底架之间分别设有密封圈；

两个电气旋转接头位于两个深沟球轴承之间且上下错位布置在壳体内，每个电气旋转接头包括电刷和导电柱，所述导电柱为子弹状且与传动轴过盈配合，所述电刷为环形，套装在传动轴外并与导电柱接触，所述导电柱的一端通过导线与应变片连接，所述导电柱的另一端连接脉冲电源；位于上侧的电气旋转接头的电刷与上侧的深沟球轴承之间设有垫圈，位于下侧的电气旋转接头的电刷与下侧的深沟球轴承之间设有止推环，止推环与电刷之间也设有垫圈；

所述传动装置包括主轴带轮、传送带和传动带轮，所述主轴带轮安装在主轴上，主轴通过主轴驱动电机驱动，主轴带轮通过所述传送带与传动带轮连接，所述传动带轮通过安装螺栓固定在传动轴的上端，在传动带轮与壳体顶架之间安装有所述应变片；

所述夹持装置包括支撑架和安装轴，所述壳体通过定位螺栓固定在支撑架上，传动轴穿过支撑架并通过一个深沟球轴承可转动的安装在支撑架上，所述支撑架通过连接螺栓和连接螺母与安装轴连接。

进一步，所述安装凹槽为斜槽，斜槽的轴线与传动轴的轴线在刀头装置下方相交。

再进一步，所述传送带为v型带。

更进一步，所述连接螺栓为六角螺栓，所述连接螺母为六角螺母。

本发明技术构思为：将超声振动与传统滚压加工工艺组合一起，并能对重载齿轮齿面等不平整面进行滚压加工的目的。从传统滚压加工的缺点出发和加强滚压加工的效果的角度入手，设计了一款附加超声振动的滚压刀具。超声振动使被滚压零件表层材料在受到静压力作用的同时,还受到冲击引起的动压力作用。振动滚压使材料的表面变形更容易,滚压硬化层更深,并能获得更好的表面质量。通过带传动超声滚压刀具会获得更高性能的齿轮表面。

为解决超声振动所带来的刚性冲击的问题，在整个滚压刀具装置中安装有带传动驱动装置，如果直接与主轴安装不加缓冲装置，超声振动装置产生的振动会损坏主轴与整个装置，所以使用带传动作为整个装置的驱动装置可以柔性缓冲作用。

为解决传统刀具对被加工表面的位置和工作空间大小有着严格的要求，只能加工被固定在规定位置上和依靠主轴旋转才能对其进行加工的问题。本发明对刀具的夹持装置进行了重新的设计，可以通过调节安装轴的位置，对于不同空间位置的各种齿面进行加工。

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；能对表面不平整的齿轮齿面进行滚压加工；能根据对齿轮表面进行超声滚压加工，使其能获得更高性能和表面形貌更优秀。

附图说明

图1是本发明的刀头组件的剖视图。

图2是本发明的半剖视图。

图3是本发明的整体示意图。

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3，一种柔性传动超声齿面滚压刀具，包括刀头装置、超声振动装置、传动装置和夹持装置，所述刀头装置包括刀头安装架5和刀头组件，所述刀头组件设置两个以上，所述刀头安装架5的底部设有与刀头组件数目相同的安装凹槽，每个刀头组件包括tpe热塑性弹性体4、安装块3、球形滚珠1和刀头固定架2，安装块3的上端安装在相应的安装凹槽内，安装块3与安装凹槽之间设有tpe热塑性弹性体4，所述球形滚珠1通过刀头固定架2固定在安装块3的下端上；

所述超声振动装置包括应变片18、壳体10、壳顶架16、壳底架9、传动轴7和两个电气旋转接头，所述壳顶架16、壳底架9分别与壳体10通过紧定螺钉17固定连接，所述传动轴7的下端依次穿过壳顶架16、壳体10和壳底架9，并通过固定螺栓6与刀头安装架5固定连接，所述传动轴的上下两端分别通过一个深沟球轴承11可转动的安装在壳体10上，所述传动轴7与壳顶架16、壳底架9之间分别设有密封圈8；

两个电气旋转接头位于两个深沟球轴承之间且上下错位布置在壳体10内，每个电气旋转接头包括电刷15和导电柱14，所述导电柱14为子弹状且与传动轴7过盈配合，所述电刷15为环形，套装在传动轴7外并与导电柱14接触，所述导电柱14的一端通过导线与应变片18连接，所述导电柱的另一端连接脉冲电源；位于上侧的电气旋转接头的电刷与上侧的深沟球轴承之间设有垫圈，位于下侧的电气旋转接头的电刷与下侧的深沟球轴承之间设有止推环12，止推环12与电刷15之间也设有垫圈13；

所述传动装置包括主轴带轮28、传送带和传动带轮20，所述主轴带轮28安装在主轴上，主轴通过主轴驱动电机驱动，主轴带轮28通过所述传送带与传动带轮20连接，所述传动带轮20通过安装螺栓19固定在传动轴7的上端，在传动带轮20与壳体顶架16之间安装有所述应变片18；

所述夹持装置包括支撑架21和安装轴26，所述壳体10通过定位螺栓22固定在支撑架21上，传动轴7穿过支撑架21并通过一个深沟球轴承23可转动的安装在支撑架21上，所述支撑架21通过连接螺栓和连接螺母与安装轴26连接。

进一步，所述安装凹槽为斜槽，斜槽的轴线与传动轴的轴线在刀头装置下方相交。

再进一步，所述传送带为v型带27。

更进一步，所述连接螺栓为六角螺栓24，所述连接螺母为六角螺母25。

本实施例中，刀头组件设置有三个，三个刀头组件均布在传动轴的一周，且三个球形滚珠向传动轴聚拢；所述刀头装置中的刀头安装架5与所述超声振动装置的传动轴7通过固定螺栓6相连接，再将tpe热塑性弹性体4装入刀头安装架5的安装凹槽处，之后依次装入安装块3、球形滚珠1，以及刀头固定架2。安装块3的下端端部上设有半圆形凹槽，刀头固定架上设有圆孔，球形滚珠1放入安装块3上的半圆形凹槽内并正对刀头固定架上的圆孔，通过刀头固定架安装在安装块3上。安装块3的纵剖面为十字型，安装块3和tpe热塑性弹性体4过盈连接，tpe热塑性弹性体4和刀头安装架5过盈连接，安装块3和刀头安装架5间隙配合，刀头固定架2与安装块3之间为螺纹连接。导电柱14为环状，与传动轴7为过盈配合，会随之转动，电刷时刻与导电柱接触，并会在壳体10预设空间中自转，并保持自身位置不变，与外界导线相连；上下有橡胶材质的垫圈13，用以固定电刷上下位置，下方垫圈设有止推环12，用以固定垫圈，并辅助固定电刷15；在上述结构上下有深沟球轴承，用以保持壳体10和传动轴7之间的相对位置；上下又分别有密封圈8保持腔内有充足润滑条件。

首先是传动带轮20与传动轴7通过安装螺栓19连接，再在传动带轮20与传动轴7间装入应变片18，再将壳顶架16装入传动轴7上，将深沟球轴承11、垫圈13、止推环12、电刷15、导电柱14依次装入壳体10中，之后安装壳底架9，最后传动轴7与壳顶架17和壳底架9之间加入密封圈8，可以保证传动轴在工作时可以正常运行。电气旋转接头使超声振动装置在工作时，应变片18仍然能够通电，从而使超声振动装置持续输出振动。

整个传动装置通过主轴带动主轴带轮28旋转，再通过v型带27带动传动带轮20连接旋转，从而实现将主轴的动力传递给整个装置。相应的安装顺序为主轴与主轴带轮28通过键连接，主轴带轮28与传动带轮20通过传送带连接。带传动作为整个装置的驱动装置可以柔性缓冲作用。

所述夹持装置包括安装轴26、六角螺栓24、六角螺母25，深沟球轴承23、定位螺栓22、支撑架21。通过六角螺栓24与六角螺母25连接安装轴26与支撑架21，再通过定位螺栓22连接夹持装置的支撑架21与超声振动装置的壳体10。安装轴26其实是机械臂的延伸，调节机械臂位置，就是调节安装轴26的位置。

本发明的整体工作过程为：主轴驱动电机驱动主轴带轮旋转，从而带动传动带轮旋转，传动带轮带动传动轴旋转，从而带动刀头转动而使其正常工作。在传动轴旋转时，电气旋转接头继续给应变片供电，使得超声振动装置持续产生振动。

本发明拟通过对重载齿轮齿面进行超声滚压加工进而提高，实现重载齿轮表面性能的提升，提高齿面接触疲劳强度和功率传输效率，并延长重载齿轮服役寿命，降低振动和噪声。