CN102264498B - 用于机械加工内齿轮的圆筒形螺纹工具 - Google Patents

用于机械加工内齿轮的圆筒形螺纹工具 Download PDF

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Abstract

本发明的目标是提供用于机械加工内齿轮的圆筒形螺纹工具，其通过恰当地设置螺旋角而能够以高精度进行机械加工。为了实现该目标，螺纹砂轮(11)形成为圆筒形状，该圆筒形状具有从其轴向中间部向其轴向相对两端部逐渐减小的直径，使得在工件(W)的机械加工期间，螺纹砂轮(11)以与工件(W)之间具有轴交角的方式与工件(W)啮合，根据距离轴向中间部的长度设置螺旋角。

Description

用于机械加工内齿轮的圆筒形螺纹工具
技术领域
本发明涉及用于机械加工内齿轮的圆筒形螺纹工具，该工具形成为圆筒形状，以在将被机械加工的内齿轮的机械加工期间，以一定的轴交角与将被机械加工的内齿轮啮合。
背景技术
通常，齿轮切削工艺包括：通过由齿轮切削对预定材料的齿轮进行机械加工；对被机械加工的齿轮进行热处理；以及随后对尺寸进行抛光(磨光)，以去除由该热处理引起的扭曲。迄今，已经提供了采用诸如白色铝氧化物(WA)砂轮和超硬(钻石、立方氮化硼(CBN)和类似物)砂轮之类的工具的多种磨齿方法，以有效地抛光热处理过的齿轮的齿面。而且，用在这些方法中的工具为根据将被研磨的齿轮的形式选择的外齿轮形式、内齿轮形式、螺杆(蜗杆)形式和类似物。
另一方面，在齿轮中，内齿轮通常用在汽车传动系统和类似物中。近来，已经存在对为了降低这种传动系统的振动和噪声的目的而改善机械加工精度的需求。
因此，在此之前，已经提出了内齿轮磨削方法，其通过同时旋转以其间具有轴交角的方式彼此啮合的经过热处理的内齿轮和圆筒形螺纹砂轮而进行齿面的磨削。通过这种方法，采用啮合旋转和轴交角，在内齿轮和螺纹砂轮之间产生滑移速度，从而可以精细磨削内齿轮的齿面。例如在非专利文献1中披露了这种用在常规内齿轮磨削中的螺纹砂轮。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：Shigeru Hoyashita于1996年1月发表在“Transactionsof the Japan Society of Mechanical Engineers C”(Vol.62，No.593，pp.284-290)上的文章“Barrel Worm-Shaped Tool with Conjugate Cutting-EdgeProfile Generated from Tooth Profile of Internal Gear[日文]”。
发明内容
要解决的技术问题
在常规内齿轮磨削方法中，如上所述，通过相对于螺纹砂轮具有轴交角以滑移速度而改善机械加工性。因此，螺纹砂轮形成为圆筒形状，其具有从其轴向中间部向其轴向相对两端部逐渐降低的直径尺寸，使得在以任何轴交角放置螺纹砂轮时螺纹砂轮可以与内齿轮恰当地啮合。
而且，在螺纹砂轮的外表面上，螺纹形成为与内齿轮的齿啮合。以预定的轴交角放置该螺纹砂轮。因此，使所述螺纹具有螺旋角。在其中使圆筒形螺纹砂轮的所述螺纹具有螺旋角的情况中，圆筒形螺纹砂轮的螺纹和内齿轮的齿之间的接触点在螺纹砂轮的轴向中间部和其轴向相对端部之间不同。因此，需要改变螺旋角。换句话说，为了以高精度磨削内齿轮，被认为重要的是恰当地设置与圆筒形形状相关的螺纹砂轮的螺旋角的变化量。
因此，已经做出了本发明，以解决上述问题，且本发明的目标是提供用于机械加工内齿轮的圆筒形螺纹工具，其能够通过恰当地设置螺旋角以高精度进行机械加工。
技术方案
根据第一发明的用于解决上述问题的用于机械加工内齿轮的圆筒形螺纹工具是一种形成为圆筒形形状的圆筒形螺纹工具，该圆筒形状具有从圆筒形螺纹工具的轴向中间部向圆筒形螺纹工具的轴向相对端部逐渐减小的直径，使得在将被机械加工的内齿轮的机械加工期间，圆筒形螺纹工具以圆筒形螺纹工具和将被机械加工的内齿轮之间具有轴交角的方式与将被机械加工的内齿轮啮合，其特征在于，根据距离轴向中间部的长度设置螺旋角。
根据第二发明的用于解决上述问题的用于机械加工内齿轮的圆筒形螺纹工具的特征在于，螺旋角的增量随着距离轴向中间部的长度的增加而逐渐增加。
有益效果
在根据本发明的用于机械加工内齿轮的圆筒形螺纹工具中，通过根据距离其轴向中间部的长度设置螺旋角，可以恰当地设置与圆筒形形状相关联的螺旋角的变化量。因此，可以以高精度进行机械加工。
附图说明
图1为示出采用根据本发明的一种实施方式的圆筒形螺纹砂轮的内齿轮磨削方法的视图。
图2为螺纹砂轮的垂直剖视图。
图3(a)和3(b)示出了通过模拟(1)的分析结果。图3(a)为示出与砂轮规格相关的砂轮螺旋角的变化量的图表，图3(b)为示出砂轮宽度和砂轮螺旋角的变化量之间的关系的视图。
图4(a)和4(b)示出了通过模拟(2)的分析结果。图4(a)为示出与砂轮规格相关的砂轮螺旋角的变化量的图表，图4(b)为示出砂轮宽度和砂轮螺旋角的变化量之间的关系的视图。
图5(a)和5(b)示出了通过模拟(3)的分析结果。图5(a)为示出与砂轮规格相关的砂轮螺旋角的变化量的图表，图5(b)为示出砂轮宽度和砂轮螺旋角的变化量之间的关系的视图。
图6(a)和6(b)示出了通过模拟(4)的分析结果。图6(a)为示出与砂轮规格相关的砂轮螺旋角的变化量的图表，图6(b)为示出砂轮宽度和砂轮螺旋角的变化量之间的关系的视图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细描述根据本发明的用于机械加工内齿轮的圆筒形螺纹工具。应当注意到，在下文描述的该实施方式中，将根据本发明的用于机械加工内齿轮的圆筒形螺纹工具应用于磨削内齿轮的圆筒形螺纹砂轮。
实施方式
如图1所示，内齿轮磨床(未示出)期望用于采用螺纹砂轮(螺纹工具)11磨削工件(将被机械加工的内齿轮)W。
工件W连接至内齿轮磨床，以能够围绕竖直的(Z轴方向)工件旋转轴线C1旋转。工件W为指定的工件(内齿轮)规格，从该工件(内齿轮)规格可以获得预定的齿形。
而且，在内齿轮磨床上，砂轮心轴12被支撑为能够沿彼此垂直的X、Y和Z轴方向移动，并能够围绕砂轮旋转轴线B1旋转。而且，用于磨削工件W的螺纹砂轮11连接至该砂轮心轴12的顶端。因此，沿X、Y和Z轴方向移动砂轮心轴12和使砂轮心轴12围绕砂轮旋转轴线B1旋转使螺纹砂轮11与砂轮心轴12一起移动并旋转。
而且，砂轮心轴12被支撑为能够围绕未图示的沿X轴方向延伸的砂轮枢轴转动。因此，通过围绕砂轮枢轴转动砂轮心轴12以改变砂轮旋转轴线B1的转角，可以调节该砂轮旋转轴线B1和工件旋转轴线C1之间的轴交角(以后称为轴间角∑)。换句话说，螺纹砂轮11围绕以轴间角∑与工件W的工件旋转轴线C1交叉的砂轮旋转轴线B1旋转。
而且，如图2所示，螺纹砂轮11形成为圆筒形状，其具有从其轴向中间部向其轴向相对端部逐渐降低的直径尺寸。将螺纹砂轮11形成这种圆筒形状使得即使将螺纹砂轮11放置为以轴间角∑倾斜，该螺纹砂轮11也能够与工件W啮合。而且，螺纹砂轮11为指定的砂轮规格，其与工件规格恰当地啮合。
应当注意到，将作为砂轮规格中的一种的砂轮螺旋角设置为从螺纹砂轮11的轴向中间部向其轴向相对端部逐渐变化。以后将描述这种细节。而且，根据工件螺旋角和轴向中间部的砂轮螺旋角得到轴间角∑为[(轴向中间部的砂轮螺旋角)-(工件螺旋角)]。
因此，如图1所示，通过转动砂轮心轴12以预定轴间角∑放置螺纹砂轮11开始用螺纹砂轮11磨削工件W。随后，将以轴间角∑放置的螺纹砂轮11移动至工件W的内部，随后进一步移动以与工件W啮合。而且，在上述啮合情况中，工件W围绕工件旋转轴线C1旋转，螺纹砂轮11在围绕砂轮旋转轴线B1旋转的同时上下(沿Z轴方向)移动。因此，工件W的齿面由螺纹砂轮11的螺纹面磨削。
而且，在上述磨削中，由于螺纹砂轮11围绕以轴间角∑与工件旋转轴线C1交叉的砂轮旋转轴线B1旋转，则在螺纹砂轮11和工件W之间出现滑移速度V。该滑移速度V为在螺纹砂轮11的螺纹面和工件W的齿面之间的接触点处工件W的工件角速度ω1相对于螺纹砂轮11的砂轮角速度ω2的相对速度(滑移速度V也可以为螺纹砂轮11的砂轮角速度ω2相对于工件W的工件角速度ω1的相对速度)。工件W的齿面由如上所述在螺纹砂轮11和工件W之间产生滑移速度V的啮合旋转和轴间角∑精细地磨削。
如上所述，在采用螺纹砂轮11的内齿轮磨削方法中，将轴间角∑设置为大，以增加滑移速度V。由于轴间角∑的这种设置，螺纹砂轮11形成为圆筒形形状。而且，由于螺纹砂轮11由此形成为圆筒形形状，因此圆筒形螺纹砂轮11的螺纹和工件W的齿之间的接触点在螺纹砂轮11的轴向中间部和其轴向相对端部之间不同。因此，需要改变砂轮螺旋角。
根据螺纹砂轮11的圆筒形状的形式(曲率)设置砂轮螺旋角。然而，该圆筒形状的形式还沿其轴向方向有规则地变化，难以采用一个简单的公式或类似物限定这些。因此，根据圆筒形形式的形式直接得到砂轮螺旋角看起来是不利的。因此，在根据本发明的螺纹砂轮11中，注意力集中在砂轮宽度(轴向长度)上，其为用于限定圆筒形形状的形式的一个因素。基于该砂轮宽度，设置砂轮螺旋角。
接下来，将参照图3(a)-6(b)描述设置螺纹砂轮11的砂轮螺旋角的方法。
为了弄清砂轮宽度和螺纹砂轮11的砂轮螺旋角之间的关系，通过下述模拟(1)-(4)进行分析。应当注意到，在这些模拟(1)-(4)中的每一个中，采用螺纹砂轮11进行分析，其中轴向中间部的砂轮螺旋角是恒定的，而工件规格和砂轮规格是变化的。
首先，参照图3(a)和3(b)描述模拟(1)。
在该模拟(1)中，如下述(W1)和(T1)所示设置工件规格和砂轮规格。
(W1)
工件规格
模数：2.0
齿数：60
压力角：20°
螺旋角：20°
齿根直径：131.7mm
齿顶直径：123.7mm
齿宽：30mm
(T1)
砂轮规格
螺纹数：23
砂轮外径(轴向中间部)：84.2mm
砂轮节径(轴向中间部)：80.2mm
砂轮宽度：20-50mm
螺旋角(轴向中间部)：55°
当对于螺纹砂轮11，齿数、轴向中间部的砂轮外径和砂轮节径、砂轮宽度和轴向中间部的砂轮螺旋角如上设置时，相应地设置轴间角∑、轴向相对端部的砂轮螺旋角和类似物。因此，可以得到砂轮螺旋角的变化量。砂轮螺旋角的该变化量为轴向相对端部的砂轮螺旋角相对于轴向中间部的砂轮螺旋角的变化量，并且得到为[(轴向中间部的砂轮螺旋角)-(轴向相对端部的砂轮螺旋角)]。
在具有上述砂轮规格的每个螺纹砂轮11上进行模拟。该模拟显示滑移速度V高至令人满意的水平。为了检查这些中的数个螺纹砂轮11，其砂轮规格的一部分与对应的砂轮宽度和对应的砂轮螺旋角的变化量收集在如图3(a)所示的表中，砂轮宽度和砂轮螺旋角的变化量之间的关系如图3(b)所示。
因此，如图3(a)所示，可以看出，砂轮螺旋角的变化量随着砂轮宽度增加而增加。换句话说，由于螺纹砂轮11在其端部处的直径随着砂轮宽度增加而减小，因此砂轮螺旋角从螺纹砂轮11的轴向中间部向其轴向相对端部逐渐变化。而且，如图3(b)所示，可以看出，砂轮螺旋角的变化量不是以恒定变化率增加，而是其增量逐渐增加。
接下来，将参照图4(a)和4(b)描述模拟(2)。
在该模拟(2)中，如下述(W2)和(T2)所示设置工件规格和砂轮规格。
(W2)
工件规格
模数：2.0
齿数：60
压力角：20°
螺旋角：20°
齿根直径：131.7mm
齿顶直径：123.7mm
齿宽：30mm
(T2)
砂轮规格
螺纹数：23
砂轮外径(轴向中间部)：75.6mm
砂轮节径(轴向中间部)：71.6mm
砂轮宽度：20-50mm
螺旋角(轴向中间部)：50°
因此，如图4(a)所示，可以看出，砂轮螺旋角的变化量随着砂轮宽度增加而增加。换句话说，由于螺纹砂轮11在其端部处的直径随着砂轮宽度增加而减小，因此砂轮螺旋角从螺纹砂轮11的轴向中间部向其轴向相对端部逐渐变化。而且，如图4(b)所示，可以看出，砂轮螺旋角的变化量不是以恒定变化率增加，而是其增量逐渐增加。
接下来，将参照图5(a)和5(b)描述模拟(3)。
在该模拟(3)中，如下述(W3)和(T3)所示设置工件规格和砂轮规格。
(W3)
工件规格
模数：2.0
齿数：80
压力角：20°
螺旋角：15°
齿根直径：169.6mm
齿顶直径：161.6mm
齿宽：30mm
(T3)
砂轮规格
螺纹数：29
砂轮外径(轴向中间部)：94.2mm
砂轮节径(轴向中间部)：90.2mm
砂轮宽度：20-50mm
螺旋角(轴向中间部)：50°
因此，如图5(a)所示，可以看出，砂轮螺旋角的变化量随着砂轮宽度增加而增加。换句话说，由于螺纹砂轮11在其端部处的直径随着砂轮宽度增加而减小，因此砂轮螺旋角从螺纹砂轮11的轴向中间部向其轴向相对端部逐渐变化。而且，如图5(b)所示，可以看出，砂轮螺旋角的变化量不是以恒定变化率增加，而是其增量逐渐增加。
接下来，将参照图6(a)和6(b)描述模拟(4)。
在该模拟(4)中，如下述(W4)和(T4)所示设置工件规格和砂轮规格。
(W4)
工件规格
模数：1.2
齿数：90
压力角：20°
螺旋角：20°
齿根直径：117.3mm
齿顶直径：112.5mm
齿宽：30mm
(T4)
砂轮规格
螺纹数：31
砂轮外径(轴向中间部)：60.3mm
砂轮节径(轴向中间部)：57.9mm
砂轮宽度：20-50mm
螺旋角(轴向中间部)：50°
因此，如图6(a)所示，可以看出，砂轮螺旋角的变化量随着砂轮宽度增加而增加。换句话说，由于螺纹砂轮11在其端部处的直径随着砂轮宽度增加而减小，因此砂轮螺旋角从螺纹砂轮11的轴向中间部向其轴向相对端部逐渐变化。而且，如图6(b)所示，可以看出，砂轮螺旋角的变化量不是以恒定变化率增加，而是其增量逐渐增加。
具体地，如从图3(a)-6(b)可以看到的那样，在形成圆筒形形状的螺纹砂轮11中，通过根据从螺纹砂轮11的轴向中间部开始的轴向长度(位置)设置砂轮螺旋角，可以恰当地设置与圆筒形形状相关联的砂轮螺旋角的变化量。而且，螺纹砂轮11的轴向相对端部中的一个的砂轮螺旋角为通过将根据从轴向中间部到所述一个端部的长度的砂轮螺旋角的变化量加至轴向中间部的砂轮螺旋角获得的角度。另一方面，螺纹砂轮11的轴向相对端部中的另一个的砂轮螺旋角是通过从轴向中间部的砂轮螺旋角减去根据从轴向中间部到所述另一个端部的长度的砂轮螺旋角的变化量获得的角度。
因此，在根据本发明的螺纹砂轮中，通过根据离螺纹砂轮11的轴向中间部的长度设置砂轮螺旋角，可以恰当地设置与圆筒形形状相关联的砂轮螺旋角的变化量。因此，可以以高精度进行机械加工。
应当注意到，在该实施方式种，根据本发明的用于机械加工内齿轮的圆筒形螺纹工具已经应用于用于磨削经过热处理的工件W的螺纹砂轮11，但也可以应用于用于抛光未经过热处理的工件W的剃齿刀。
工业应用性
本发明可以适用于能够快速地机械加工内齿轮的圆筒形螺纹工具。

Claims (1)

1.一种用于机械加工内齿轮的圆筒形螺纹工具，该圆筒形螺纹工具形成为圆筒形状，该圆筒形状具有从圆筒形螺纹工具的轴向中间部向圆筒形螺纹工具的轴向相对端部逐渐减小的直径，使得在将被机械加工的内齿轮的机械加工期间，圆筒形螺纹工具以圆筒形螺纹工具和将被机械加工的内齿轮之间具有轴交角的方式与将被机械加工的内齿轮啮合，其特征在于，
根据距离轴向中间部的轴向长度设置螺旋角，并且
螺旋角的增量随着距离轴向中间部的轴向长度的增加而逐渐增加。
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