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微型小齒輪的制造

日期:2008-06-06 08:30:13     瀏覽:216    來源:東莞模具培訓(xùn)網(wǎng)
目前,在驅(qū)動(dòng)電機(jī)方面,已能制造出轉(zhuǎn)子直徑為0.5mm、外徑為幾毫米的微型電機(jī)。但是由于這種微型電機(jī)速度高、扭矩小,要充分發(fā)揮其性能,則需在電機(jī)和負(fù)載(執(zhí)行元件)之間加入傳動(dòng)比為幾百的微型減速器。而在各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中,齒輪傳動(dòng)是最為常用的。因此,要使減速器微型化,有必要實(shí)現(xiàn)齒輪的微型化。
下面對(duì)微型齒輪的制造方法、小笠原株式會(huì)社的小型齒輪和其加工刀具的有關(guān)機(jī)械加工技術(shù)予以介紹。

微型齒輪的制造方法



  1. 滾刀滾削加工
    通常采用滾刀在滾齒機(jī)上切制齒輪。微型齒輪(m0.1以下)滾齒加工時(shí),滾刀的齒形必須進(jìn)行微加工。因?yàn)辇X形微小,除滾刀齒形誤差外,滾刀的孔徑跳動(dòng)、端面跳動(dòng)、周節(jié)等誤差都將對(duì)微型齒輪的精度有很大的影響。而加工用的滾齒機(jī)、工件主軸、刀具主軸、工件分度機(jī)構(gòu)及工件夾具等諸多方面的精度、剛度以及滾刀和工件的安裝精度等等,都會(huì)影響微型齒輪的制造精度,因此,有必要提高制造系統(tǒng)總的綜合精度。在此基礎(chǔ)上,再選擇易切削的材料,就可較容易地實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)模數(shù)相同、品種不同的微型齒輪。

  2. 注射成型塑料齒輪
    利用注射成型法加工的塑料齒輪,由于能在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn),因此多用于辦公室機(jī)器、家用電器等較輕載荷下使用的齒輪。近年來,在注射成型技術(shù)不斷提高、注塑材料性能不斷改進(jìn)的同時(shí),注塑成型齒輪的精度也大幅提高,注塑齒輪用模具的精度和注射成型技術(shù)均為影響注射成型法的重要因素。在制作模具時(shí),主要采用線切割和電火花加工。但由于所使用的線徑、成型電極的放電間隙等因素的影響,限制了微型齒輪模具精度的提高。模具也可采用電鑄方法制造。電鑄所用的基準(zhǔn)齒輪,采用切削或磨削加工可提高其精度?;鶞?zhǔn)件齒輪可電鍍加厚。通過化學(xué)溶解,由陽(凸)的基準(zhǔn)件得到陰(凹)的模具。因基準(zhǔn)件齒輪的精度高、電鍍處理不會(huì)產(chǎn)生變形等原因,因此有可能制作出精度較高的微型齒輪模具。由于采用基準(zhǔn)件,借助化學(xué)溶解法,可以加工出形狀復(fù)雜的模具來,除直齒輪、斜齒輪外,錐齒輪、端面齒輪、蝸桿、蝸輪等各種不同類型的模具都能制造。使用高精度模具,使塑料微型齒輪的大規(guī)模生產(chǎn)成為可能。但由于其齒形小、受力容易變形等原因,在大載荷傳動(dòng)且傳動(dòng)精度要求高的場合,采用強(qiáng)度大的金屬齒輪更為有利。

  3. 金屬燒結(jié)制作法
    金屬粉末在模具中高壓成型后,進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)固化而成的燒結(jié)金屬齒輪(粉末冶金齒輪),其機(jī)械強(qiáng)度比塑料齒輪高,在中等載荷條件下使用。模具成型法適于大批量生產(chǎn)。但模具成形后,經(jīng)過高溫?zé)Y(jié),變形很大,因此要達(dá)到必要的精度,在燒結(jié)后齒輪還要進(jìn)行精加工。由于齒形微小,微型齒輪的精加工比較困難,加之金屬粉末的金屬顆粒較大,從而限制了其形狀精度和表面光潔度的提高。成型模具若采用上文注射成型塑料齒輪中所提到的基準(zhǔn)齒輪電極電解加工方法,其加工出的齒輪精度就有可能提高。

  4. 其它制造方法
    采用半導(dǎo)體制造法、光蝕法或激光加工法均可制造微型齒輪。光蝕法可以試制出幾十微米大小的微型齒輪,拉刀可以拉制內(nèi)齒輪等。今后微型齒輪的需求越來越多,新的制造方法和批量生產(chǎn)技術(shù)也將不斷出現(xiàn)。

微型齒輪的試制


小笠原株式會(huì)社采用公司現(xiàn)有的滾刀切削加工技術(shù),進(jìn)行了可能達(dá)到的最小模數(shù)微型齒輪的試制。
使用滾刀的主要參數(shù):模數(shù)m:0.01,壓力角a:20°,齒溝數(shù):12,外徑OD:Ø25mm,內(nèi)孔直徑:Ø10mm,滾刀寬度:8mm,材質(zhì):硬質(zhì)合金。
滾刀精度:按公司3A級(jí)滾刀精度制造。蔡司公司的萬能工具顯微鏡(UMM200)測量齒輪;端面跳動(dòng)等用公司的無線電測微儀ESM-01測量。
試制微型齒輪的主要參數(shù):模數(shù)m:0.01,壓力角a:20°,齒型:漸開線,齒數(shù)Z:100,外徑OD:Ø1.02mm,材質(zhì):B.S。
由于接觸式齒輪測量儀不能測量m0.3以下的齒輪,故在200倍投影儀上用放大圖來檢測,該測量方法的齒形精度可達(dá)2~3µm。使用高精度滾刀和改造的高精度滾齒機(jī),可將滾刀和工件的安裝精度控制在1µm以內(nèi)。對(duì)制造出的微型齒輪進(jìn)行檢測,結(jié)果表明,滾切加工能夠用來制造高精度微型齒輪。
為了進(jìn)一步研究微型齒輪的實(shí)用價(jià)值,進(jìn)行了微型齒輪副嚙合損耗的測量。試驗(yàn)結(jié)果表明,在適當(dāng)?shù)臐櫥绞较拢浣Y(jié)果和普通尺寸的齒輪處于同等水平。

采用微型端面齒輪試制端齒減速器


對(duì)微型齒輪嚙合效率的測量,證實(shí)了它有實(shí)用化的可能性,繼而利用微型端面齒輪和小齒輪試制了變異行星齒輪減速器。由于微型化后機(jī)械零件的加工精度相對(duì)變差,因而需使所開發(fā)的微型減速器的機(jī)構(gòu)對(duì)精度不敏感。為此,減速器各個(gè)零件的軸向位置將根據(jù)齒輪嚙合部位調(diào)節(jié)的狀況而定。試制的減速器利用軸向位置調(diào)整實(shí)現(xiàn)了無側(cè)隙傳動(dòng)。
試制減速器所采用齒輪的參數(shù)如下:m:0.05,a:20°,Z1:100,Z2:21,Z3:102,Z4:100(Z1、Z3、Z4是端面齒輪,Z2是小齒輪),外徑:Ø6.6mm,全長:7.4mm,減速比約為1∶101,傳遞扭矩、減速比與總功率的關(guān)系式如下:

輸入扭矩:ti=1

輸出扭矩:to=(h1h2Z4/Z1+h2h3Z4/Z3)/(1-h2h3Z4/Z3),

速比:µ=(Z4/Z1+Z4/Z3)/(1-Z4/Z3)=101

總效率:[(1-Z4/Z3)/(Z4/Z1+Z4/Z3)]×(h1h2Z4/Z1+h2h3Z4/Z3)/(1-h2h3Z4/Z3)=0.425(式中h1,h2,h3=0.987)

加工內(nèi)齒輪用拉刀的試制


內(nèi)齒輪通常采用插齒加工,但小直徑插齒刀因切削阻力大,刀具強(qiáng)度不夠,故不適于微型內(nèi)齒輪的加工;如采用線切割加工或電火花加工,則因受線徑或放電間隙的制約,難以制造微型齒輪,也不適于批量生產(chǎn)。比較可行的方法是制造出與產(chǎn)品內(nèi)齒輪參數(shù)相同的拉刀,用其來拉制出內(nèi)齒輪。拉刀的精度將復(fù)映于被拉制的內(nèi)齒輪,因此生產(chǎn)精度較好的內(nèi)齒輪是可行的。
試制的內(nèi)齒輪拉刀的參數(shù)為:m:0.14,a:20°,Z:74,切削刃數(shù):70,全長:170mm。其精度采用200倍投影儀檢測,齒形誤差僅為幾微米,具有實(shí)用精度。

蝸桿和蝸輪的試制


蝸桿蝸輪減速器用在高速比、輸入輸出軸不平行的場合,非常有效。公司采用切削加工的方法試制了小模數(shù)的蝸桿和與其配對(duì)的、用作蝸輪的斜齒輪。
試制蝸桿的參數(shù):m:0.03,a:20°,頭數(shù):1,外徑:Ø0.5mm。試制出的蝸桿、斜齒輪各項(xiàng)精度經(jīng)蔡司萬工顯(UMM200)檢測,誤差都在數(shù)微米以內(nèi),驗(yàn)證了用切削的方法制造微型蝸桿、蝸輪是可行的。如加工中所使用的刀具、加工機(jī)床、夾具等滿足了高精度加工條件的要求,那么用切削或磨削加工各種不同類型的微型齒輪是可行的,這已得到了驗(yàn)證。
對(duì)模數(shù)為0.01以下的齒輪進(jìn)行切削或磨削加工的可能性尚處于探索階段,而在制造微型齒輪的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)超微型齒輪的制造、實(shí)用化,將是今后的重要課題。由于極小化零件的加工精度相對(duì)較差,因而在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),需考慮對(duì)精度不敏感的構(gòu)件進(jìn)行調(diào)整。
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