阅读说明：本技术 一种三自由度球齿轮的电火花加工装置和加工方法 (Electric spark machining device and method for three-degree-of-freedom spherical gear ) 是由 王佰超 张雪 张澧桐 顾莉栋 宋林森 孙晨晨 赵鹏程 王鑫 王丞 荆事成 吕智 于 2021-10-15 设计创作，主要内容包括：一种三自由度球齿轮的电火花加工装置和加工方法,属于机械加工技术领域。其中,一种三自由度球齿轮的电火花加工装置,包括多个仿形电极杆一、多个仿形电极杆二、多个仿形电极工具头一、多个仿形电极工具头二、多个导向槽一、多个导向槽二、转轴和进给盘。本发明公开的加工方法及装置使用的仿形电极工具头各侧曲面为待加工件共轭曲面,适用于所有齿形齿轮。该加工方法为电火花加工,通过控制仿形电极工具头进给量实现一次性完成待加工件的精加工,为一次性加工,有利于提高脉冲利用率,高效加工。该加工方法及装置利用电热熔结原理快速生产,仿形电极工具头加工路径简单,效率高,可用于批量加工。(An electric spark machining device and a machining method for a three-degree-of-freedom ball gear belong to the technical field of machining. The electric spark machining device for the three-degree-of-freedom spherical gear comprises a plurality of first copying electrode rods, a plurality of second copying electrode rods, a plurality of first copying electrode tool heads, a plurality of second copying electrode tool heads, a plurality of first guide grooves, a plurality of second guide grooves, a rotating shaft and a feeding disc. The invention discloses a processing method and a device, wherein the curved surfaces of the sides of a copying electrode tool head are conjugate curved surfaces of workpieces to be processed, and the method and the device are suitable for all tooth-shaped gears. The machining method is electric spark machining, finish machining of the workpiece to be machined is completed at one time by controlling the feeding amount of the tool head of the copying electrode, and the machining method is one-time machining, is favorable for improving the pulse utilization rate and is efficient in machining. The processing method and the device utilize the electric heating sintering principle for rapid production, the processing path of the profiling electrode tool head is simple, the efficiency is high, and the method and the device can be used for batch processing.)

一种三自由度球齿轮的电火花加工装置和加工方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种三自由度球齿轮的电火花加工装置和加工方法。

背景技术

参见国防科技大学的潘存云等人发布的硕士论文“球齿轮数控磨齿机结构设计与分析”，该论文所述二自由度球齿轮机构采用设计的数控磨齿机进行精密磨削加工，但是对于六级精度以上的齿面需要设计与齿形相符合专用磨削工具进行加工甚至对于三自由度球齿轮局部齿面根本无法完成精加工，精度受加工方法和设备影响较大。

发明内容

本发明为了解决现有技术针对三自由度球齿轮的复杂齿面加工时，存在对局部齿面难以精加工的问题，提出一种三自由度球齿轮的电火花加工装置和加工方法，该加工方法适用于所有齿形的齿轮，经济、高效且满足批量加工。

本发明解决技术问题的技术方案：

一种三自由度球齿轮的电火花加工装置，其特征是，该装置包括多个仿形电极杆一、多个仿形电极杆二、多个仿形电极工具头一、多个仿形电极工具头二、多个导向槽一、多个导向槽二、转轴和进给盘。所述多个仿形电极杆一和所述多个仿形电极杆二背面均带有螺纹，两处螺纹均能与进给盘正面带有的平面螺纹配合；所述多个仿形电极工具头一和所述多个仿形电极工具头二形状均不同，所述多个仿形电极工具头一依次与待加工三自由度球齿轮上齿腔系一位置相对应，且均为齿腔系一各个曲面所对应的共轭曲面；所述多个仿形电极工具头二依次与待加工三自由度球齿轮上齿腔系一位置相对应，且均为齿腔系一各个曲面所对应的共轭曲面；所述多个导向槽一和多个导向槽二中心线均通过待加工三自由度球齿轮的球心；所述多个仿形电极杆一与所述多个仿形电极工具头一对应固定安装，并与多个导向槽一对应同轴放置；所述多个仿形电极杆二与所述多个仿形电极工具头二对应固定安装，并与多个导向槽二对应同轴放置；所述多个导向槽一和所述多个导向槽二相间分布；所述转轴固定安装于待加工三自由度球齿轮上；所述进给盘圆心与待加工三自由度球齿轮同球心配合安装。

一种三自由度球齿轮的电火花加工方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

步骤1，齿腔系一处加工：启动进给盘，在其平面螺纹和多个仿生电极杆一背面螺纹的配合带动下，在待加工三自由度球齿轮上对应的齿腔系一内均匀分布的多个仿形电极工具头一向中心同步进给至待加工三自由度球齿轮的齿根圆；进给盘反向转动，在其平面螺纹和多个仿生电极杆一背面螺纹的配合带动下，在待加工三自由度球齿轮上对应的齿腔系一内均匀分布的多个仿形电极工具头一向中心同步退出至安全位置，进给盘停止转动，完成该经线处齿腔系一的加工；

步骤2，换位加工：启动转轴，完成待加工三自由度球齿轮沿自身轴线转动30°；

步骤3，多个齿腔系一加工：重复完成步骤1和2直至所有齿腔系一加工完成；

步骤4，更换电极：卸载齿腔系一位置上的多个仿形电极杆一和多个仿形电极工具头一，并在多个导向槽二处对应安装齿腔系二所对应的多个仿形电极杆二和多个仿形工具头二；

步骤5，齿腔系二处加工：启动进给盘，在待加工三自由度球齿轮上对应的齿腔系二内均匀分布的多个仿形电极工具头二向中心同步进给至待加工三自由度球齿轮的齿根圆；进给盘反向转动，在待加工三自由度球齿轮上对应的齿腔系二内均匀分布的多个仿形电极工具头二向中心同步退出至安全位置，进给盘停止转动，完成该经线处齿腔系二的加工；

步骤6，换位加工：启动转轴，完成待加工三自由度球齿轮沿自身轴线转动30°；

步骤7，多个齿腔系二处加工：重复完成步骤5和6直至所有齿腔系二加工完成。

本发明的有益效果是：

该加工方法及装置使用的仿形电极工具头各侧曲面为待加工件共轭曲面，适用于所有齿形齿轮。

该加工方法为电火花加工，通过控制仿形电极工具头进给量实现一次性完成待加工件的精加工，为一次性加工，有利于提高脉冲利用率，高效加工。

该加工方法及装置利用电热熔结原理快速生产，仿形电极工具头加工路径简单，效率高，可用于批量加工。

附图说明

图1为本发明一种三自由度球齿轮的电火花加工装置整体示意图。

图2为本发明所述待加工三自由度球齿轮结构示意图。

图3为本发明所述的电火花加工主要部件示意图一。

图4为本发明所述的电火花加工主要部件示意图二。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1-4所示，一种三自由度球齿轮的电火花加工装置，包括多个仿形电极杆一1、多个仿形电极杆二2、多个仿形电极工具头一3、多个仿形电极工具头二4、多个导向槽一5、多个导向槽二6、转轴7和进给盘8。

所述多个仿形电极杆一1和所述多个仿形电极杆二2背面均带有螺纹，两处螺纹均能与进给盘8正面带有的平面螺纹配合；

所述多个仿形电极工具头一3和所述多个仿形电极工具头二4形状均不同，所述多个仿形电极工具头一3依次与待加工三自由度球齿轮9上齿腔系一9-1位置相对应，且均为齿腔系一9-1各个曲面所对应的共轭曲面；所述多个仿形电极工具头二4依次与待加工三自由度球齿轮9上齿腔系一9-2位置相对应，且均为齿腔系一9-2各个曲面所对应的共轭曲面；

所述多个导向槽一5和多个导向槽二6中心线均通过待加工三自由度球齿轮9的球心；

所述多个仿形电极杆一1与所述多个仿形电极工具头一3对应固定安装，并与多个导向槽一5对应同轴放置；

所述多个仿形电极杆二2与所述多个仿形电极工具头二4对应固定安装，并与多个导向槽二6对应同轴放置；

所述多个导向槽一5和所述多个导向槽二6相间分布；

所述转轴7固定安装于待加工三自由度球齿轮9上；

所述进给盘8圆心与待加工三自由度球齿轮9同球心配合安装。

一种三自由度球齿轮的电火花加工方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

步骤1，齿腔系一9-1处加工：启动进给盘8，在其平面螺纹和多个仿生电极杆一1背面螺纹的配合带动下，在待加工三自由度球齿轮9上对应的齿腔系一9-1内均匀分布的多个仿形电极工具头一3向中心同步进给至待加工三自由度球齿轮9的齿根圆；进给盘8反向转动，在其平面螺纹和多个仿生电极杆一1背面螺纹的配合带动下，在待加工三自由度球齿轮9上对应的齿腔系一9-1内均匀分布的多个仿形电极工具头一3向中心同步退出至安全位置，进给盘8停止转动，完成该经线处齿腔系一9-1的加工；

步骤2，换位加工：启动转轴7，完成待加工三自由度球齿轮9沿自身轴线转动30°；

步骤3，多个齿腔系一9-1加工：重复完成步骤1和2直至所有齿腔系一9-1加工完成；

步骤4，更换电极：卸载齿腔系一9-1位置上的多个仿形电极杆一1和多个仿形电极工具头一3，并在多个导向槽二6处对应安装齿腔系二9-2所对应的多个仿形电极杆二2和多个仿形工具头二4；

步骤5，齿腔系二9-2处加工：启动进给盘8，在待加工三自由度球齿轮9上对应的齿腔系二9-2内均匀分布的多个仿形电极工具头二4向中心同步进给至待加工三自由度球齿轮9的齿根圆；进给盘8反向转动，在待加工三自由度球齿轮9上对应的齿腔系二9-2内均匀分布的多个仿形电极工具头二4向中心同步退出至安全位置，进给盘8停止转动，完成该经线处齿腔系二9-2的加工；

步骤6，换位加工：启动转轴7，完成待加工三自由度球齿轮9沿自身轴线转动30°；

步骤7，多个齿腔系二9-2处加工：重复完成步骤5和6直至所有齿腔系二9-2加工完成。