1.1前言

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，硬齒面和高承載能力的齒輪應用變得越來越廣泛。在一定的程度，提高齒輪表面質(zhì)量和優(yōu)化齒輪齒形，能夠提高它的承載能力、使用壽命，還可以降低工作噪音。齒輪是應用z為廣泛的傳動部件之一，因此，研究一種能夠改良齒輪傳統(tǒng)齒輪加工中不足的方法是很有必要的。

傳統(tǒng)的機械式物理齒輪加工方法，都不可避免地會產(chǎn)生齒輪沿齒寬方向產(chǎn)生中凹現(xiàn)象，造成齒輪的形狀和性能都不能符合要求。而且存在刀具磨損、齒輪加工精度不高、噪音大、成本高等缺點。電化學齒輪加工作為一種新興的齒輪加工方法，有成本較低、齒輪加工表面質(zhì)量好、不受齒面硬度限制、無殘余應力等諸多優(yōu)點，用于齒輪修型，對輪齒沿齒寬方向進行齒向修鼓，這有利于齒面上載荷呈均布狀態(tài)，提高齒輪的疲勞壽命，降低其磨損和嚙合噪聲。

2、齒輪修型的現(xiàn)狀

齒輪修形經(jīng)歷了傳統(tǒng)機械修形和非傳統(tǒng)齒輪加工方法修形，它們之間的工藝是完全不同的。傳統(tǒng)的修型方法主要有手工修型、剃齒修形、數(shù)控修形等，但都有一個共同的缺點就是：齒輪加工受齒輪表面硬度限制，而且有比較大的工具損耗。齒向修形通常是齒輪端部修形和鼓形修形的總稱。

無論是齒端修形還是鼓形修形，目的都是使齒輪嚙合首先發(fā)生在靠近齒寬中間的部分，然后過度到全齒寬，而且能夠增大齒輪接觸面積和承載面積，因此能夠提高齒輪壽命和承載能力。

3、電化學齒輪修型齒輪加工原理：

3.1 電化學齒輪修型原理

電化學齒輪加工是建立上電解齒輪加工的基礎上的，但兩者又有所區(qū)別。

電化學齒輪加工以齒輪為陽極，利用電化學腐蝕的原理，通過控制陰極沿齒向按一定的速度規(guī)律變化，齒輪加工出符合修型形狀和修型量的修型齒輪。研究表明，脈沖電化學齒輪加工能明顯改善齒輪加工中電解液流場的狀況，從而提高被齒輪加工表面的質(zhì)量。只要適當控制齒輪加工中移動陰極的速度和齒輪加工間隙，就可以達到準確修形的目的。

電化學齒輪加工的陰極相對工件是不進給的，只是沿齒向按一定的速度規(guī)律運動，利用停留時間與去除量成正比的關系齒輪加工出齒形。因此陰極的形狀簡單， 要與電解齒輪加工區(qū)別開來。

4、電化學齒輪齒向修形齒輪加工控制系統(tǒng)設計

4.1本控制系統(tǒng)主要是在建立電化學腐蝕齒輪加工用于齒輪修形的數(shù)學模型的基礎上，根據(jù)該數(shù)學模型用可視化編程軟件Visual Basic來設計實時控制齒輪加工過程的軟件。現(xiàn)概括如下：

(1)本控制系統(tǒng)的齒輪修形的成形方法是移動式成形陰極法。

(2)根據(jù)移動式成型陰極法方案中陰極移動的規(guī)律，建立金屬去除規(guī)律的數(shù)學模型。

(3)驅(qū)動方面采用步進電機，因為步進電機是數(shù)字化的電機，通過發(fā)送脈沖就能控制它做變速的步進運動，非常適合本實驗中陰極運動的控制。

(4)軟件方面選用VB來編寫可視化的程序，通過人機界面交換信息，輸入?yún)?shù)后輸出控制脈沖，并反饋出主要的參數(shù)，方便監(jiān)控整個過程。

4.2齒輪電化學修形的數(shù)學模型

齒輪電化學修形過程主要經(jīng)過陰極快速靠近、勻加、減速齒輪加工階段和快速退出三個階段，主要參數(shù)有瞬時速度、加速度、蝕除時間、蝕除量等。

(1)勻速部分的速度為：;加速部分的平均速度

加速部分的加速度a和時間，超程部分的時間還有勻速部分的時間分別為：

h1—快速靠近部分的長度h2—加、減速部分的長度

h3—勻速部分的長度t—齒輪加工所耗的總時間

瞬時速度的計算：可以用平均速度代替整個小段的瞬時速度。那么在編程的時候，就可以用遞歸的方法計算任意時候的速度了。

(2)蝕除量公式的推導

由電化學齒輪加工金屬蝕除速度公式,那么可以知道蝕除量與時間成正比,即,其中i為電流密度，不為常數(shù)，受電壓、電阻率、間隙等因數(shù)影響。

因此只要給出初始間隙h0,電流效率、電化學當量和電壓U，就可以計算每一段的蝕除量。

4.3控制程序界面設計

程序有參數(shù)輸入、參數(shù)反饋、操作按鈕三大部分組成，下面分別具體介紹：

（1）參數(shù)輸入部分：參數(shù)輸入只設置齒輪寬度、齒數(shù)和模數(shù)三個輸入文本框。

（2）參數(shù)反饋部分：參數(shù)反饋的作用是將必須的當前齒輪加工參數(shù)實時反饋在用戶面前，起監(jiān)視控制的作用。反饋部分主要顯示當前陰極的位置，對應的蝕除量，還有運行速度、加速度等參數(shù)。z后，在齒輪加工完畢后還應該顯示齒輪修型后的輪廓圖，這是實驗的z終結(jié)果。

（3）操作部分：操作按鈕是使用者修改輸入?yún)?shù)、控制齒輪加工狀態(tài)、初始化程序的工具。

4.4模擬實驗結(jié)果及分析

能夠做到實時反映齒輪加工過程中主要參數(shù)，便于用戶的監(jiān)控。實驗得出的齒輪齒向輪廓線，齒端部分由小到大光滑過渡，修形量z大達到19um,齒廓曲線比較理想，基本達到預期的效果。齒輪加工出來的齒輪粗糙度明顯降低，沒有殘余應力，沒有毛刺和飛邊，同時齒輪加工精度較高，優(yōu)勢明顯突出。:

5、結(jié)論與展望

齒輪作為z常用的機械傳動部件，使用相當廣泛。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的迅速發(fā)展，特別是汽車工業(yè)、重型機械工業(yè)等行業(yè)，對齒輪的受載能力和精度水平要求更高。提高齒輪的受載能力，除了在制造材料、齒輪選擇、后處理等方面下工夫以外，必須對齒輪進行輪廓修形。因此，電化學齒輪加工作為一種全新的化學齒輪加工方法，齒輪加工出來的齒輪表面質(zhì)量高，承載能力提高，齒輪加工精度要高，而且這些齒輪工作時噪音小，使用壽命增長。