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专利摘要

本发明公开了一种齿轮数控化学机械抛光装置及方法，其中，抛光装置包括机架、数控模块、抛光模块、分度模块、装夹模块和辅助模块。数控模块控制抛光模块和分度模块运动，依照设定程序，抛光模块的小抛光头在齿面上进行仿形运动并高速转动，在抛光垫和化学机械抛光液的协同作用下，实现齿面逐点仿形抛光，在单齿抛光完成后，分度模块将下一个齿旋转至工作位置，重复进行单齿抛光，直至完成所有齿。化学机械抛光液包括0.01～40wt％的胶体二氧化硅、0～10wt％的有机羧酸、0～10wt％的过氧化氢、剩余为水，pH值2‑11。本发明采用数控逐点仿形抛光，可以实现齿面保形加工，利用化学机械协同作用，可以加工实现光滑齿面，同时化学机械抛光液绿色环保。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202210621257.3
申请日期:
2022-06-02
专利申请人:
西南交通大学
分类号:
B23F19/00 ; B23F23/00 ; B23F23/08 ; B23F23/06 ; C09G1/02
发明/设计人:
江亮，晏璐文，钱林茂，谢鸿升，叶夫义
权利要求: 1.一种齿轮数控化学机械抛光装置，其特征在于，包括机架、数控模块、抛光模块、分度模块、装夹模块和辅助模块，所述机架上安装所述数控模块、所述抛光模块、所述分度模块、所述装夹模块和所述辅助模块，所述数控模块通过数控程序控制所述抛光模块、所述分度模块和所述辅助模块，依照设定程序，所述抛光模块的小抛光头在齿面上进行仿形运动并高速转动，实现齿面逐点仿形抛光，在单齿抛光完成后，所述分度模块将下一个齿旋转至工作位置，重复进行单齿抛光，直至完成所有齿，在抛光时，所述辅助模块的抛光液泵打开或者关闭，控制化学机械抛光液供给，所述装夹模块负责齿轮的装夹定位，所述辅助模块主要负责化学机械抛光液供给与废液排放。2.根据权利要求1所述的一种齿轮数控化学机械抛光装置，其特征在于，所述机架包括支架和平台，所述支架用于安装所述平台，所述平台用于安装所述功能模块，其中，所述分度模块和所述装夹模块安装在所述平台一侧，所述抛光模块安装在所述平台另一侧，所述平台平面度优于10μm，材质选用大理石、花岗岩、铸铁中的一种。3.根据权利要求1所述的一种齿轮数控化学机械抛光装置，其特征在于，所述数控模块包括控制单元、操作面板和显示屏，所述控制单元与所述功能模块的伺服电机和泵电气连接，将数控程序输入到所述控制单元中，使用所述操作面板控制数控程序启停，进而控制伺服电机和泵依照设定程序动作，通过所述显示屏监控所述功能模块的运行状态。4.根据权利要求1所述的一种齿轮数控化学机械抛光装置，其特征在于，所述抛光模块包括连接板、调整支架、多轴联动运动台、万向转台、抛光电机、联轴器和小抛光头，所述连接板固定安装在所述平台上，所述调整支架固定安装在所述连接板的卡槽内，所述多轴联动运动台安装在所述调整支架上，所述万向转台安装在所述多轴联动运动台一轴的滑块上，所述抛光电机为伺服电机，安装在所述万向转台上，用于带动所述小抛光头旋转，所述小抛光头通过所述联轴器与所述抛光电机连接。5.根据权利要求1所述的一种齿轮数控化学机械抛光装置，其特征在于，所述小抛光头包括小抛光头柄和抛光垫，所述小抛光头柄为圆柱，一端为光杆，一端为滚花结构，用于粘贴所述抛光垫，所述小抛光头柄材质选用不锈钢、高强度钢、铝合金、镁合金、钛合金中的一种，所述小抛光头柄直径依据齿槽宽度进行设计，保证粘贴所述抛光垫的一端可以深入齿根部位，所述抛光垫材质选用聚氨酯、羊毛、牛皮、尼龙中的一种。6.根据权利要求1所述的一种齿轮数控化学机械抛光装置，其特征在于，所述分度模块包括分度电机、减速单元、轴承单元、卡盘连接板和顶尖安装套，所述分度电机为伺服电机，所述减速单元的减速比大于100，所述轴承单元包括轴承座、滚动轴承、传动轴和转台轴承，所述轴承座贯穿所述平台，并固定安装在所述平台上，所述滚动轴承和所述转台轴承安装在所述轴承座上，所述传动轴一端固定安装在所述滚动轴承中，且底端与所述减速单元输出轴相连，所述传动轴另一端固定安装在所述转台轴承中，且顶端与所述卡盘连接板相连，所述顶尖安装套固定安装在所述卡盘连接板上，抛光时，所述分度电机通过所述减速单元和所述轴承单元，带动所述卡盘连接板和所述顶尖安装套依照设定程序进行转动。7.根据权利要求1所述的一种齿轮数控化学机械抛光装置，其特征在于，所述装夹模块包括上装夹模块和下装夹模块，对于盘形齿轮，仅使用所述下装夹模块进行装夹定位，所述下装夹模块包括卡盘和卡爪，所述卡盘固定安装在所述卡盘连接板上，所述卡爪安装在所述卡盘上，装夹时，盘形齿轮端面和所述卡爪端面贴合，完成轴向定位，同时所述卡爪外扩胀紧盘形齿轮的内孔，完成径向和周向定位；对于齿轮轴，使用所述上装夹模块和所述下装夹模块配合进行装夹定位，所述上装夹模块包括立柱、滑枕、尾架套筒和上圆锥顶尖，所述立柱固定安装在所述平台一侧，且位于所述分度模块后方，所述滑枕安装在所述立柱的导轨上，所述尾架套筒固定连接在所述滑枕上，所述上圆锥顶尖安装在所述尾架套筒内，为回转顶尖，所述滑枕可以沿着所述立柱的导轨上下运动，带动所述尾架套筒上下运动，从而带动所述上圆锥顶尖上下运动，所述下装夹模块包括卡盘、下圆锥顶尖、圆螺母和轴颈夹头，所述下圆锥顶尖安装在所述顶尖安装套的锥孔内，为固定顶尖，通过所述圆螺母固定连接，所述轴颈夹头与所述卡盘固定连接，装夹时，齿轮轴通过所述上圆锥顶尖和所述下圆锥顶尖完成轴向和径向定位，通过所述轴颈夹头完成周向定位。8.根据权利要求1所述的一种齿轮数控化学机械抛光装置，其特征在于，所述辅助模块包括抛光液盛放桶、抛光液传输管、抛光液泵、上废液盆和下废液盆，所述抛光液泵为蠕动泵，放置在所述抛光液盛放桶旁，所述抛光液传输管一端浸没于化学机械抛光液中，另一端可根据抛光位置进行调整，所述下废液盆安装在所述平台上，所述下废液盆中设有一废液排放口，所述上废液盆架设在所述下废液盆上，根据齿轮直径和厚度，设计所述上废液盆的直径和深度。9.根据权利要求1所述的一种齿轮数控化学机械抛光方法，其特征在于，采用上述权利要求1-8任意一项所述的一种齿轮数控化学机械抛光装置，包括以下步骤：S1.将齿轮通过所述装夹模块安装定位，对于盘形齿轮，安装在所述卡盘上，使用所述卡爪胀紧装夹定位，对于齿轮轴，安装在所述上圆锥顶尖和所述下圆锥顶尖之间，配合所述轴颈夹头，完成装夹定位；根据被抛光齿轮的直径和厚度，选择合适的所述调整支架高度和安装位置以及所述抛光电机行程；根据被抛光齿轮的齿槽宽度，选择合适的所述小抛光头直径；根据被抛光齿轮的齿面形状，选择合适的所述万向转台角度，以确保所述小抛光头可以深入齿根部位，完成整个齿面的仿形运动；S2.配制化学机械抛光液，搅拌均匀，倒入所述抛光液盛放桶中；S3.输入数控程序，程序中主要设定所述小抛光头转速、所述多轴联动运动台轨迹、所述分度模块轨迹，以及化学机械抛光液的供给，按下所述操作面板上的启动按钮，开始抛光；S4.每个齿面抛光结束后，暂停化学机械抛光液供给，清洗并擦干抛光后的齿面，避免污染和腐蚀；整个齿轮抛光结束后，按下所述操作面板上的停止按钮，观察所有齿面状态，如果未达到预设要求，重复进行S2～S4，直至达到要求。10.根据权利要求1所述的一种齿轮数控化学机械抛光方法，其特征在于，所述化学机械抛光液与所述小抛光头配合使用，以加工实现光滑齿面，所述化学机械抛光液包括0.01～40wt％的胶体二氧化硅、0～10wt％的有机羧酸、0～10wt％的过氧化氢、剩余为水，pH值2-11，其中，有机羧酸选用甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、乳酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸、没食子酸等中的一种或多种。