一种采用飞秒激光加工面齿轮的方法
成果类型:: 发明专利
发布时间: 2022-10-24 17:06:20
本发明公开了面齿轮加工技术领域的一种采用飞秒激光加工面齿轮的方法,该方法具有加工的面齿轮精度等级高、加工过程可操作度大等特点。包括:将待加工面齿轮通过夹装工具固定在飞秒激光加工平台上并扫描定位;基于待加工面齿轮的差曲面,对待加工面齿轮进行基于加工区域的分组,并根据待加工面齿轮的差曲面绘制等高线图;待加工面齿轮翻转至设定角度,用于使待加工面齿轮的待加工面与水平面保持在给定的误差范围内;设置加工参数,并按照给定的分组加工顺序逐一加工;以整个齿面作为加工区域,基于待加工面齿轮的等高线图进行二次加工;对二次加工后的面齿轮进行检测分析,得到加工差曲面检测报告。
面齿轮的传统机械加工,其半精和精加工方法一般采用插齿或滚齿或铣齿+磨齿,磨齿是曲面齿轮的精密机械加工方法之一。由于共轭曲面齿轮是一种变齿厚齿形,一般需采用范成法加工,磨齿机复杂、调整困难、磨削效率和精度较低,加工成本高,而目前国外数控精密磨齿机和曲面齿轮先进制造技术对我国进行封锁。针对这些长期存在的严重技术瓶颈,需要探索研究新的加工理论、方法和工艺。飞秒激光加工采用超短脉冲和极高峰值功率,加工材料作用机理不同于传统机械加工和长脉冲激光加工,涉及在时间/空间上动态效应多尺度作用影响的科学问题。飞秒激光加工具有加工区域精确、可精密加工任何材料等突出特点,使得其快速发展和广泛应用。采用飞秒激光精微修正加工面齿轮是一种新的先进精密制造方法,对于提高其加工质量和降低制造成本,具有重大科学理论意义和广泛工程应用前景。
面齿轮是实现空间相交或交错传动的关键件,具有重合度大、承载能力强、高速传动平稳等诸多优势,在交通运输、大型装备、航空航天、工程机械等领域。随着多轴数控机床的出现,使得该类齿轮已越来越多地应用于高速、重载荷的航空器。该成果提出的飞秒激光加工面齿轮的方法,可以更好的适用于面齿轮的机械加工
(1)通过定制的夹装工具将面齿轮安装在飞秒激光加工平台的四轴移动平台上,使面齿轮在加工过程中能够进行多自由度姿态调整;通过结合精加工后的差曲面及等高线图,进行分组、分区域加工,分层修整,加工的面齿轮精度等级高、加工过程可操作度大,同时更加具有效率性以及可靠性;
(2)通过对面齿轮进行多自由度调整改变加工面使齿面类似平面再对其他参数进行调整可以更好的得到优化后的加工参数,避免了一些常规参数的调整在曲面上可能会发生误差,造成加工效果不好的问题;
(3)采用飞秒激光加工,飞秒激光加工属于冷加工不会对齿轮产生形变效果,加工过程中不会引起定位偏差,在单齿加工后由于齿轮本身的误差需要重新进行定位,通过红外激光扫描,重新进行精微修正,确保加工时减少误差;
(4)在飞秒激光加工面齿轮的过程中,由于等离子体冲击波效应的产生,在加工时会产生喷射物形成融熔层降低加工效果,本发明通过采用辅助脉冲气流在加工时配备与飞秒激光相同频率的吹风嘴对飞秒激光加工的焦点喷射氩离子气体,吹掉表面的喷射物,该吹气嘴随着飞秒激光的加工焦点进行调整,减少该效应带来的影响;
(5)在加工完成后采用高频低功率的多脉冲对齿面进行扫描抛光;由于分层加工的原因,在齿面加工完程后会产生一层氧化物,随着分层加工,该氧化物会影响加工精度,进行抛光处理,降低该影响得到精确的检测结果;
(6)加工完成后的检测报告能够分析出整个加工流程中存在的问题,同时获得最优的加工参数。
可通过技术转让和合作开发的方法进行成果转化。