[发明专利]加工齿轮外形的设备和方法

说明书

本发明涉及一种用成形工具对工件进行加工以便制出具有齿轮外形的成品并可对它测量的设备和方法。

齿轮是机械的重要构件，可用来传动，只要把它们的齿一个和另一个啮合在一起。特别是，因为齿轮能以精确的速比来进行旋转运动，并能用非常小的结构有效地传送相当大的动力，所以被广泛应用在各个领域，例如测量仪器和手表等用的小齿轮，汽车传动齿轮用的中等大小的齿轮，以及在数万马力的船用燃气轮机中作为减速齿轮用的大齿轮。

一般地说，不管多么小，齿轮都能引起振动和噪声，至于其大小则要看齿轮的加工精度而定。特别是最近，在汽车领域内由于用户重视乘座环境，要求提高齿轮的加工精度以便排除振动源和噪声源。

迄今为止，各种加工过程例如应用齿轮刀具的机械加工过程、压力加工过程和电火花加工过程都曾用来成形齿轮；为了生产率的原因，挤压的压力加工过程和烧结的压力加工过程常被采用，因为能够比较容易地以低成本大量生产齿轮。就压力加工而言，成形模具的精度会直接影响齿轮的精度，因此成形模具的精度对获得精确的压出件来说至关紧要。成形模是用电火花加工法加工出来的，该法在使用时与成形模材料的机械强度无关并能进行精确的加工。曾经尝试过用各种方法来提高这种加工的精度，例如日本实用新型公报昭61-5 528号所公开的方法是将电火花加工电极分为一个粗加工电极和一个精加工电极，两者都设在同一根电极轴上，从而能够提高齿轮形状在精加工以后的精度。又如日本专利公报平4-152025号所公开的是一种成形模的电火花加工过程，该过程能跟随齿轮的各种尺寸变化而变化，办法是将电火花加工电极形成正齿轮状并改变在齿顶形成的电极部分的厚度。

在传统的齿轮外形的电火花加工过程中，有一电火花加工用的、具有与所要成形的齿轮形状同一形状的成形电极沿着工件的轴向移动，工件就被电火花加工形成齿轮的形状。其时，如电火花加工电极具有阳的齿轮形状，形成的就是阴的齿轮；如电极具有阴的齿轮形状，形成的就是阳的齿轮。

在传统的齿轮外形的电火花加工过程中，电火花加工电极在沿齿轮轴向移动进行加工时，电极和工件互相接近，间距仅为0．02-0．05mm，用一加工液(绝缘液例如煤油或纯水)隔开，因此很难排除金属碎屑；金属碎屑会粘结在电火花加工电极的工作表面上并降低加工液的绝缘程度，从而由于外部因素而降低加工的精度。在电火花加工刚好开始后或刚好要结束之前，其时由于电火花加工电极只有一部分与工件靠近，电火花集中在工件与电火花加工电极接近的那部分区域内；在电火花加工刚好开始后或刚好要结束之前的电火花情况与稳定进行加工时不同，稳定加工时整个电火花加工电极与工件是互相均匀接近的。结果，电火花就集中在电火花加工电极的进口和出口的周围，因为在那里电火花加工电极接近工件的面积较小，致使工件过多熔化，并使工作表面变形，从而降低齿轮外形的精度。

另外，一般都还需要进行一些加工过程后的工步，例如磨削、精研和形状测量；工件在每一工步都要重新夹紧，因此除了机械加工误差以外还会发生搬运误差，这将进一步降低齿轮外形的精度。

因此，本发明的第一个目的是要提供一种加工齿轮外形的设备和方法，其中，工件和成形工具例如成形电极在佯啮合的位置上同步运动，以便加工出齿轮外形并易于排除金属碎屑，从而提高齿轮形状的加工精度。

本发明的第二个目的是要提供一种加工齿轮外形的设备和方法，其中工件始终被装夹而工件和各种工具是在啮合状态下同步运动，以便从材料到齿轮形状进行统一的加工，从而可以容易地排除金属碎屑并消除操作误差，因此可以提高齿轮形状的加工精度。

本发明的第三个目的是要提供一种加工齿轮外形的设备和方法，其中，工件仍被装夹，齿轮形状可被测量，成为齿轮形状加工的最后一道工步。

为了达到上述目的，按照本发明的第一个方面，设有齿轮外形的加工设备，其包括：

一个可旋转地支承工件的夹盘；

一个使所述夹盘旋转的机构；

一个使所述夹盘在一平面上按任何需要方向运动的机构；

一个夹持成形工具用的、能移动到任何需要位置并能旋转的夹持器；

一个使所述夹持器旋转的机构；

一个使所述夹持器在垂直于夹盘运动平面的方向上滑动的机构；

其特征在于，所述设备进一步包括：

一个内周轴心偏离外周轴心、用来将所述夹持器夹持在所述内周上的第一偏心环；

至少一个外围偏心环，其使所述第一偏心环夹持在所述外围偏心环的内周上；