[发明专利]一种超声冷摆精密加工面齿轮的装置及方法

权利要求书

1.一种超声冷摆精密加工面齿轮的装置，其特征在于包括：

机架(100)；

旋转驱动装置(200)，安装于机架(100)；

底座(300)，与旋转驱动装置(200)连接，上端用于装夹工件(101)；

摆动轴(630)，位于底座(300)上方，内部安装有超声振动装置，输出超声振动；

齿形模具(400)，位于摆动轴(630)和工件(101)之间，能在摆动轴(630)的作用下对工件进行加工；

加工进给驱动机构(600)，安装于机架(100)，并与摆动轴(630)连接，以驱动摆动轴(630)升降和旋转；还包括导向套(500)和传动轴(510)，所述导向套(500)与机架(100)固定；所述传动轴(510)安装于导向套(500)内并能沿导向套(500)升降；所述齿形模具(400)固定在传动轴(510)底部以用于与工件(101)接触，所述传动轴(510)上端用于与摆动轴(630)接触作用以对下方的工件(101)进行加工。

2.根据权利要求1所述的超声冷摆精密加工面齿轮的装置，其特征在于：所述齿形模具(400)与传动轴(510)通过螺栓相连。

3.根据权利要求1所述的超声冷摆精密加工面齿轮的装置，其特征在于：所述传动轴(510)上端设有与摆动轴(630)底部轮廓部分适配的凹槽。

4.根据权利要求1所述的超声冷摆精密加工面齿轮的装置，其特征在于：还包括复位机构，所述复位机构用于对传动轴(510)施加朝上的弹性作用力，使得摆动轴(630)脱离与传动轴(510)接触时，传动轴(510)在弹性作用力的驱动下朝上运动并带动齿形模具(400)脱离与工件的接触。

5.根据权利要求4所述的超声冷摆精密加工面齿轮的装置，其特征在于：所述复位机构包括圆环(520)和复位弹簧(530)，所述圆环(520)固定在导向套(500)上，并位于传动轴(510)下方，所述复位弹簧(530)安装于传动轴(510)与圆环(520)之间。

6.一种超声冷摆精密加工面齿轮的方法，其特征在于，采用权利要求1所述的超声冷摆精密加工面齿轮的装置进行加工，包括如下步骤：

S1，摆动轴(630)向下运动，给工件施加5KN的压力，且压力随着时间逐渐增大至一设定值，超声振动装置开始激励，超声振动传递给齿形模具(400)，摆动轴(630)开始旋转摆动提供向下的冲击力，通过挤压对工件上的第一成型区域的齿形进行成型；

S2，摆动轴向上运动，齿形模具与工件完全脱离接触；

S3，旋转驱动装置(200)带动底座(300)和工件旋转0.85θ₁后，重复步骤S1和步骤S2，对工件第二成型区域及后续成型区域进行加工，直至工件旋转角度等于或大于360度为止，完成第一次挤压成型，θ₁为工件与齿形模具接触区域的圆心角；

S4，摆动轴(630)向下运动并施加压力至设定值后，超声振动装置开始激励，摆动轴(630)旋转摆动，对工件挤压成型；

S5，摆动轴向上运动，齿形模具与工件完全脱离接触；

S6，旋转驱动装置(200)带动底座(300)和工件旋转0.4θ₁后，重复步骤S4和步骤S5，直至工件旋转角度等于或大于360度为止，完成第二次挤压成型。

7.根据权利要求6所述的超声冷摆精密加工面齿轮的方法，其特征在于，根据超声冷摆冲击下的振幅放大系数以及超声冷摆冲击下的力传递率对摆动轴的加工参数进行优化；

其中r_i为频率比，f₂为第一成型区域成型时引起的振动高频激励频率，f₃为第二成型区域及其后续成型区域成型时引起的振动高频激励频率；f₄为第一成型区域成型时引起的振动低频激励频率，f₅为第二成型区域及其后续成型区域成型时引起的振动低频激励频率；ω_n为工件和底座的固有频率；c₁为工件和底座的阻尼系数。