一种附带运动状态检测功能丝杆表面加工装置的制作方法

1.本发明涉及丝杆啮合表面处理技术领域，具体为一种附带运动状态检测功能丝杆表面加工装置。


背景技术：

2.丝杆，其表面需要进行氮化处理的主要是螺旋槽的表面，螺旋槽在往后使用过程中承载负荷，也是磨损的发生位置，所以需要氮化处理提高表面强度与硬度，而现有技术中，氮化处理一般只是将丝杆置入到氮源氛围中，在低压高温环境下，氮原子融入到工件表面形成渗氮层，表面强度硬度提升，然而，由于螺旋槽表面向内凹陷，氮原子到达该表面的概率低于外圆柱面的概率，在离子氮化工艺下，工件连接阴极，工件表面的负电荷更多地分布到相互远离的地方，根据静电相关特性，螺旋槽表面的电荷密度低于外圆柱面的电荷密度，进一步降低了离子氮化作业过程中氮原子到达螺旋槽表面的概率，因此，传统的氮化处理方式使用在长直丝杆表面处理过程中会存在效率偏低，能源消耗大的情况，更多的氮元素被附着到了不需要渗氮的外圆柱光面上，而需要氮化处理的螺旋槽则渗氮深度不均匀，存在变形等情况，影响丝杆的尺寸精度，即使后面再进行精加工，也由于渗氮层厚度不一而导致加工变形，需要配合高质量的检测才能保证丝杆精度。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种附带运动状态检测功能丝杆表面加工装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
5.一种附带运动状态检测功能丝杆表面加工装置，表面加工装置包括仓壳、导气套、真空泵、工件供电线、气套供电线、供气管线，仓壳构建封闭腔室，仓壳内设置导气套，仓壳内腔室对外连接真空泵，导气套内穿过待氮化处理的工件，导气套内具有与工件上螺旋槽等距的表面，导气套内到螺旋槽的等距表面连接气套供电线成为正电位，工件连接工件供电线成为负电位，导气套连接供气管线，供气管线往导气套与工件之间的间隙中输入氮源气。
6.氮源气通过管线送入到导气套与工件之间，导气套与工件之间的间隙作为离子氮化的电离间隙，在设计时，该间隙可以与螺旋槽连续地保持距离不变，因为等距，电场强度是相对均匀地从导气套内指向螺旋槽的表面，仅会因为是圆弧面而有微量变形，相对均匀的电场内通入的氮源气被电离，氮原子以相等的概率撞击到螺旋槽表面，实现相对均匀的氮化处理，氮化层深度保持一致。
7.导气套包括套身、螺旋凸起、啮合滚珠，套身外表面连接到仓壳内壁上，套身中央为圆柱孔，套身内壁上还设置螺旋凸起，螺旋凸起的延伸路径上至少设置两个可自转的啮合滚珠，套身内壁圆柱面与工件外圆柱面间距小于螺旋凸起与螺旋槽的间距，啮合滚珠嵌入螺旋槽且与螺旋槽接触，套身、啮合滚珠为绝缘材料制成，螺旋凸起为导电材料制成，气
套供电线连接至螺旋凸起。
8.在工件穿过套身的过程中，啮合滚珠用作径向限位，保持工件的轴线不发生浮动，啮合滚珠在螺旋凸起上是球转动连接，工件与啮合滚珠的接触顺畅，螺旋凸起作为离子氮化的阳极，其与螺旋槽直接面对面且间距不发生改变，电场均匀，电离间隙中的氮源气让氮原子自由并朝向待氮化表面撞击，完成表面处理过程，套身的内表面和工件的外表面均为圆柱面，间隙很小防止氮气进入，让大部分的氮元素位于螺旋槽内，螺旋槽表面进行大部分的氮化过程，而工件的圆柱外表面则不进行氮化处理，不仅可以节省能量消耗，啮合滚珠在氮化过程中还可以滚压螺旋槽的表面让螺旋槽保持需求的尺寸，高温以及氮化处理过程发生的变形量尽量向工件的外圆柱面释放，而外圆柱面是允许微量变形的，不影响丝杆后期的使用精度。
9.套身为分体件，套身沿其轴线对开，套身结合面上设置止口限位。分体的套身可以方便其内表面螺旋凸起的装配，啮合滚珠的嵌入与更换。螺旋凸起如果做成一体件，可以使用旋入的方式装入套身。
10.表面加工装置还包括直线电机、阻力矩检测组件，直线电机设置在仓壳外，直线电机输出轴与工件同轴，直线电机与工件轴端之间设置阻力矩检测组件，阻力矩检测组件检测工件在沿其轴向直线移动的同时所受到的转动阻力。
11.工件在直线电机推动下缓慢前进，因为本技术中通过导气套在很小的间隙内进行离子氮化过程，所以，氮化处理速度显著高于传统的氛围自发渗透，而工件又是长细类零件，可以在一个长度上设置导气套让工件可以经历相对长时间的轴向移动同时又保持氮化过程，直线电机可以设置到仓壳内，阻力矩检测组件在于工件接触的位置使用绝热材料，防止工件氮化过程的高温传递到直线电机处。阻力矩检测组件检测工件前进过程的转动阻力可以作为螺旋槽是否发生形变的判定，如果阻力显著增大，则说明螺旋槽的至少一处发生的较大变形，应当及时查找故障位置以及因素，例如通入的氮源气不均匀，或者导气套发生了损坏，不适合再进行后续的氮化作业，即，通过工件的运动状态及时发现螺旋槽的变形情况，保证氮化过程的稳定进行。
12.阻力矩检测组件包括施力弹簧、旋转释放盘、距离传感器，施力弹簧一端连接在直线电机输出轴端面，施力弹簧另一端挤压旋转释放盘使其抵住工件端面，旋转释放盘与工件转动接触，距离传感器固定在直线电机输出轴端部外表面，距离传感器检测其与旋转释放盘间距。
13.在工件可以低阻力转动时，施力弹簧处于最小压缩量，当工件转动不畅时，需要更大的轴向推力才能让其前进，此时施力弹簧会被压缩以提供更大轴向力，距离传感器检测距离减小作为工件转动不畅的信号，提示工作人员关注或处理。
14.旋转释放盘与工件轴端之间设置滚球。减小旋转释放盘与工件的摩擦力。
15.供气管线包括第一供气管线和第二供气管线，啮合滚珠有三个，三个啮合滚珠分别位于套身的两端以及中间，其中工件进入端的两个啮合滚珠之间区域连接第一供气管线，工件离开端的两个啮合滚珠之间区域连接第二供气管线，第一供气管线提供的氮元素浓度高于第二供气管线提供的氮元素浓度。
16.两个供气管线内做浓度区分，处于中间位置的啮合滚珠做隔离用，让先行氮化的螺旋槽表面处于高浓度氛围下，快速渗入大量氮元素，而为氮化处理的后期，让螺旋槽表面
处于较低的氮元素氛围下，降低渗入速度，渗氮层较薄的位置表面电荷密度大于渗氮层较厚的位置的密度，氮原子撞击到薄层位置概率变大，在较长的时间内弥补渗氮层的不均匀促使其趋向均匀，提升渗氮质量。
17.第一供气管线为螺旋凸起和螺旋槽之间间隙供入的氮源气流向与工件前进方向相逆，第二供气管线为螺旋凸起和螺旋槽之间间隙供入的氮源气流向与工件前进方向相同。
18.由于氮源气在间隙内流动过程中进行电离氮化，氮元素浓度随随着流动而不断降低，两段供气管线内流向不同，第一供气管线的供气与工件前进方向相逆，保持后方位置的螺旋槽处于最高的浓度下，让已经经历的一半时间氮化过程的螺旋槽表面仍然处于高浓度氮元素氛围下，仍然具有较高的渗氮速度，而套身内刚进入工件位置处，螺旋槽为光面，即使浓度较低仍然也有显著的渗氮速度；而第二供气管线段落内的考虑则相反，出于提升渗氮层均匀性的考虑，不断减少氮元素浓度，减少渗氮速度，只分配微量的氮元素，每个氮原子相对独立不影响，让其均按电场场降方向撞击向渗氮层较薄的位置。
19.工件供电线包括电源、电阻以及若干线缆，电源正极接地，电源负极依次连接两个电阻并最终接地，在靠近电源负极的电阻两端分别引线连接到工件的两端。工件连接在负电位的电阻两端，工件在处于负电位的同时，还有电流过流，根据电流在导体内的流动特性，过流的电流聚集到工件表面，增加工件表面的电荷分布密度、渗氮层厚度差异导致的表面电荷密度差异，由于渗氮层厚的位置电荷少，所以也就进一步增加了氮原子朝向渗氮层薄位置的撞击概率。
20.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过导气套在局部位置构建离子氮化所需的氮源气电离环境，让氮源气在朝向待渗氮表面的均匀电场下进行电离渗氮，保证螺旋槽表面的渗氮均匀性，也减少不需要渗氮的外圆柱面的能量消耗，外圆柱面不再进行渗氮，工件整体变形量得以控制，可以作为末道加工工序，渗氮加工过程工件进行啮合运动，根据其转动是否顺畅的运动状态来判断渗氮过程是否稳定进行，导气套是否需要检查更换。
附图说明
21.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
22.图1是本发明所加工的丝杆工件外形示意图；
23.图2是本发明的整体结构示意图；
24.图3是本发明导气套的立体结构示意图；
25.图4是图2中的视图a；
26.图5是本发明直线电机与工件传动连接处结构示意图；
27.图6是本发明工件供电线电路原理图；
28.图中：1、仓壳；2、导气套；21、套身；22、螺旋凸起；23、啮合滚珠；3、真空泵；41、工件供电线；42、气套供电线；51、第一供气管线；52、第二供气管线；6、直线电机；7、阻力矩检测组件；71、施力弹簧；72、旋转释放盘；73、距离传感器；9、工件；91、螺旋槽。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.一种附带运动状态检测功能丝杆表面加工装置，表面加工装置包括仓壳1、导气套2、真空泵3、工件供电线41、气套供电线42、供气管线，仓壳1构建封闭腔室，仓壳1内设置导气套2，仓壳1内腔室对外连接真空泵3，导气套2内穿过待氮化处理的工件9，导气套2内具有与工件9上螺旋槽91等距的表面，导气套2内到螺旋槽91的等距表面连接气套供电线42成为正电位，工件9连接工件供电线41成为负电位，导气套2连接供气管线，供气管线往导气套2与工件9之间的间隙中输入氮源气。
31.如图1、2所示，氮源气通过管线送入到导气套2与工件9之间，导气套2与工件9之间的间隙作为离子氮化的电离间隙，在设计时，该间隙可以与螺旋槽91连续地保持距离不变，因为等距，电场强度是相对均匀地从导气套2内指向螺旋槽91的表面，仅会因为是圆弧面而有微量变形，相对均匀的电场内通入的氮源气被电离，氮原子以相等的概率撞击到螺旋槽表面，实现相对均匀的氮化处理，氮化层深度保持一致。
32.导气套2包括套身21、螺旋凸起22、啮合滚珠23，套身21外表面连接到仓壳1内壁上，套身21中央为圆柱孔，套身21内壁上还设置螺旋凸起22，螺旋凸起22的延伸路径上至少设置两个可自转的啮合滚珠23，套身21内壁圆柱面与工件9外圆柱面间距小于螺旋凸起22与螺旋槽91的间距，啮合滚珠23嵌入螺旋槽91且与螺旋槽91接触，套身21、啮合滚珠23为绝缘材料制成，螺旋凸起22为导电材料制成，气套供电线42连接至螺旋凸起22。
33.如图2～4所示，在工件9穿过套身21的过程中，啮合滚珠23用作径向限位，保持工件9的轴线不发生浮动，啮合滚珠23在螺旋凸起22上是球转动连接，工件9与啮合滚珠23的接触顺畅，螺旋凸起22作为离子氮化的阳极，其与螺旋槽91直接面对面且间距不发生改变，电场均匀，电离间隙中的氮源气让氮原子自由并朝向待氮化表面撞击，完成表面处理过程，套身21的内表面和工件9的外表面均为圆柱面，间隙很小防止氮气进入，让大部分的氮元素位于螺旋槽91内，螺旋槽91表面进行大部分的氮化过程，而工件9的圆柱外表面则不进行氮化处理，不仅可以节省能量消耗，啮合滚珠23在氮化过程中还可以滚压螺旋槽91的表面让螺旋槽91保持需求的尺寸，高温以及氮化处理过程发生的变形量尽量向工件9的外圆柱面释放，而外圆柱面是允许微量变形的，不影响丝杆后期的使用精度。
34.套身21为分体件，套身21沿其轴线对开，套身21结合面上设置止口限位。如图3所示，分体的套身21可以方便其内表面螺旋凸起22的装配，啮合滚珠23的嵌入与更换。螺旋凸起22如果做成一体件，可以使用旋入的方式装入套身21。
35.表面加工装置还包括直线电机6、阻力矩检测组件7，直线电机6设置在仓壳1外，直线电机6输出轴与工件9同轴，直线电机6与工件9轴端之间设置阻力矩检测组件7，阻力矩检测组件7检测工件9在沿其轴向直线移动的同时所受到的转动阻力。
36.如图2、5所示，工件9在直线电机6推动下缓慢前进，因为本技术中通过导气套2在很小的间隙内进行离子氮化过程，所以，氮化处理速度显著高于传统的氛围自发渗透，而工件9又是长细类零件，可以在一个长度上设置导气套2让工件9可以经历相对长时间的轴向
移动同时又保持氮化过程，直线电机6可以设置到仓壳1内，阻力矩检测组件7在于工件9接触的位置使用绝热材料，防止工件9氮化过程的高温传递到直线电机6处。阻力矩检测组件7检测工件9前进过程的转动阻力可以作为螺旋槽91是否发生形变的判定，如果阻力显著增大，则说明螺旋槽91的至少一处发生的较大变形，应当及时查找故障位置以及因素，例如通入的氮源气不均匀，或者导气套2发生了损坏，不适合再进行后续的氮化作业，即，通过工件9的运动状态及时发现螺旋槽91的变形情况，保证氮化过程的稳定进行。
37.阻力矩检测组件7包括施力弹簧71、旋转释放盘72、距离传感器73，施力弹簧71一端连接在直线电机6输出轴端面，施力弹簧71另一端挤压旋转释放盘72使其抵住工件9端面，旋转释放盘72与工件9转动接触，距离传感器73固定在直线电机6输出轴端部外表面，距离传感器73检测其与旋转释放盘72间距。
38.在工件9可以低阻力转动时，施力弹簧71处于最小压缩量，当工件9转动不畅时，需要更大的轴向推力才能让其前进，此时施力弹簧71会被压缩以提供更大轴向力，距离传感器73检测距离减小作为工件9转动不畅的信号，提示工作人员关注或处理。
39.旋转释放盘72与工件9轴端之间设置滚球。减小旋转释放盘72与工件9的摩擦力。
40.供气管线包括第一供气管线51和第二供气管线52，啮合滚珠23有三个，三个啮合滚珠23分别位于套身21的两端以及中间，其中工件9进入端的两个啮合滚珠23之间区域连接第一供气管线51，工件9离开端的两个啮合滚珠23之间区域连接第二供气管线52，第一供气管线51提供的氮元素浓度高于第二供气管线52提供的氮元素浓度。
41.如图2所示，两个供气管线内做浓度区分，处于中间位置的啮合滚珠23做隔离用，让先行氮化的螺旋槽91表面处于高浓度氛围下，快速渗入大量氮元素，而为氮化处理的后期，让螺旋槽表面处于较低的氮元素氛围下，降低渗入速度，渗氮层较薄的位置表面电荷密度大于渗氮层较厚的位置的密度，氮原子撞击到薄层位置概率变大，在较长的时间内弥补渗氮层的不均匀促使其趋向均匀，提升渗氮质量。
42.第一供气管线51为螺旋凸起22和螺旋槽91之间间隙供入的氮源气流向与工件9前进方向相逆，第二供气管线52为螺旋凸起22和螺旋槽91之间间隙供入的氮源气流向与工件9前进方向相同。
43.如图2所示，由于氮源气在间隙内流动过程中进行电离氮化，氮元素浓度随随着流动而不断降低，两段供气管线内流向不同，第一供气管线51的供气与工件9前进方向相逆，保持后方位置的螺旋槽91处于最高的浓度下，让已经经历的一半时间氮化过程的螺旋槽91表面仍然处于高浓度氮元素氛围下，仍然具有较高的渗氮速度，而套身21内刚进入工件9位置处，螺旋槽91为光面，即使浓度较低仍然也有显著的渗氮速度；而第二供气管线52段落内的考虑则相反，出于提升渗氮层均匀性的考虑，不断减少氮元素浓度，减少渗氮速度，只分配微量的氮元素，每个氮原子相对独立不影响，让其均按电场场降方向撞击向渗氮层较薄的位置。
44.工件供电线41包括电源、电阻以及若干线缆，电源正极接地，电源负极依次连接两个电阻并最终接地，在靠近电源负极的电阻两端分别引线连接到工件9的两端。如图6所示，工件9连接在负电位的电阻两端，工件9在处于负电位的同时，还有电流过流，根据电流在导体内的流动特性，过流的电流聚集到工件9表面，增加工件9表面的电荷分布密度、渗氮层厚度差异导致的表面电荷密度差异，由于渗氮层厚的位置电荷少，所以也就进一步增加了氮
原子朝向渗氮层薄位置的撞击概率。
45.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
46.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种附带运动状态检测功能丝杆表面加工装置，其特征在于：所述表面加工装置包括仓壳(1)、导气套(2)、真空泵(3)、工件供电线(41)、气套供电线(42)、供气管线，所述仓壳(1)构建封闭腔室，仓壳(1)内设置导气套(2)，所述仓壳(1)内腔室对外连接真空泵(3)，所述导气套(2)内穿过待氮化处理的工件(9)，导气套(2)内具有与工件(9)上螺旋槽(91)等距的表面，导气套(2)内到螺旋槽(91)的等距表面连接气套供电线(42)成为正电位，所述工件(9)连接工件供电线(41)成为负电位，导气套(2)连接供气管线，供气管线往导气套(2)与工件(9)之间的间隙中输入氮源气。2.根据权利要求1所述的一种附带运动状态检测功能丝杆表面加工装置，其特征在于：所述导气套(2)包括套身(21)、螺旋凸起(22)、啮合滚珠(23)，所述套身(21)外表面连接到仓壳(1)内壁上，套身(21)中央为圆柱孔，套身(21)内壁上还设置螺旋凸起(22)，所述螺旋凸起(22)的延伸路径上至少设置两个可自转的啮合滚珠(23)，所述套身(21)内壁圆柱面与工件(9)外圆柱面间距小于螺旋凸起(22)与螺旋槽(91)的间距，所述啮合滚珠(23)嵌入螺旋槽(91)且与螺旋槽(91)接触，所述套身(21)、啮合滚珠(23)为绝缘材料制成，所述螺旋凸起(22)为导电材料制成，所述气套供电线(42)连接至螺旋凸起(22)。3.根据权利要求2所述的一种附带运动状态检测功能丝杆表面加工装置，其特征在于：所述套身(21)为分体件，套身(21)沿其轴线对开，套身(21)结合面上设置止口限位。4.根据权利要求2所述的一种附带运动状态检测功能丝杆表面加工装置，其特征在于：所述表面加工装置还包括直线电机(6)、阻力矩检测组件(7)，所述直线电机(6)设置在仓壳(1)外，直线电机(6)输出轴与工件(9)同轴，直线电机(6)与工件(9)轴端之间设置阻力矩检测组件(7)，所述阻力矩检测组件(7)检测工件(9)在沿其轴向直线移动的同时所受到的转动阻力。5.根据权利要求4所述的一种附带运动状态检测功能丝杆表面加工装置，其特征在于：所述阻力矩检测组件(7)包括施力弹簧(71)、旋转释放盘(72)、距离传感器(73)，所述施力弹簧(71)一端连接在直线电机(6)输出轴端面，施力弹簧(71)另一端挤压旋转释放盘(72)使其抵住工件(9)端面，所述旋转释放盘(72)与工件(9)转动接触，所述距离传感器(73)固定在直线电机(6)输出轴端部外表面，距离传感器(73)检测其与旋转释放盘(72)间距。6.根据权利要求5所述的一种附带运动状态检测功能丝杆表面加工装置，其特征在于：所述旋转释放盘(72)与工件(9)轴端之间设置滚球。7.根据权利要求2所述的一种附带运动状态检测功能丝杆表面加工装置，其特征在于：所述供气管线包括第一供气管线(51)和第二供气管线(52)，所述啮合滚珠(23)有三个，三个啮合滚珠(23)分别位于套身(21)的两端以及中间，其中工件(9)进入端的两个啮合滚珠(23)之间区域连接第一供气管线(51)，工件(9)离开端的两个啮合滚珠(23)之间区域连接第二供气管线(52)，所述第一供气管线(51)提供的氮元素浓度高于第二供气管线(52)提供的氮元素浓度。8.根据权利要求7所述的一种附带运动状态检测功能丝杆表面加工装置，其特征在于：所述第一供气管线(51)为螺旋凸起(22)和螺旋槽(91)之间间隙供入的氮源气流向与工件(9)前进方向相逆，所述第二供气管线(52)为螺旋凸起(22)和螺旋槽(91)之间间隙供入的氮源气流向与工件(9)前进方向相同。9.根据权利要求8所述的一种附带运动状态检测功能丝杆表面加工装置，其特征在于：
所述工件供电线(41)包括电源、电阻以及若干线缆，电源正极接地，电源负极依次连接两个电阻并最终接地，在靠近电源负极的电阻两端分别引线连接到工件(9)的两端。

技术总结
本发明涉及丝杆啮合表面处理技术领域，具体为一种附带运动状态检测功能丝杆表面加工装置，表面加工装置包括仓壳、导气套、真空泵、工件供电线、气套供电线、供气管线，仓壳构建封闭腔室，仓壳内设置导气套，仓壳内腔室对外连接真空泵，导气套内穿过待氮化处理的工件，导气套内具有与工件上螺旋槽等距的表面，导气套内到螺旋槽的等距表面连接气套供电线成为正电位，工件连接工件供电线成为负电位，导气套连接供气管线，供气管线往导气套与工件之间的间隙中输入氮源气。导气套与工件之间的间隙作为离子氮化的等距电离间隙，均匀电场内通入的氮源气被电离，氮原子以相等的概率撞击到螺旋槽表面，实现相对均匀的氮化处理。实现相对均匀的氮化处理。实现相对均匀的氮化处理。


技术研发人员：吴辉 李树红
受保护的技术使用者：常州富丽康精密机械有限公司
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/10/8