CN104416238B - 渐开线齿形的加工方法及其加工机的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种渐开线齿形的加工方法及其加工机的控制装置。渐开线齿形的加工方法通过使具有渐开线齿形的多个齿的研削工具(6)和具有渐开线齿形的多个齿的工件(7)沿切进方向相对移动，且使研削工具(6)和工件(7)以压接的状态相对旋转，对工件(7)的齿进行加工，其中，基于工件(7)的每旋转一圈的法线方向的加工余量设定切进的速度。

Description

渐开线齿形的加工方法及其加工机的控制装置

技术领域

本发明涉及渐开线齿形的加工方法及其加工机的控制装置。

背景技术

作为现有的渐开线齿形的加工方法，已知有专利文献1记载的方法。

该现有的渐开线齿形的加工方法中，分别可旋转地支承渐开线齿形的外齿和与其啮合的内齿齿轮状部件，使这两部件向压接的方向相对移动，同时以啮合的状态旋转驱动，由一部件对另一部件的齿进行加工。

该情况下，在对同种多个或同一另一齿轮状部件进行多次的加工中，在因一部件或另一部件的消耗而使它们之间的中心间距离变动的情况下，根据该中心间距离的增大将切进量设定得较小。另外，以另一部件的齿厚方向的加工余量在上述多次中均为一定的方式设定切进量。

专利文献1：(日本)特开平10－94920号公报

在此，在上述专利文献1中，“齿厚”的定义未明确定义，但“齿厚”例如根据“机械用语辞典”(机械用语辞典编辑委员会编株式会社コロナ社昭和47年9月30日发行)，是指“齿轮的齿的厚度根据其测定方法区别为圆弧齿厚、弦齿厚、公法线齿厚。狭义上是指圆弧齿厚”，另外，“圆弧齿厚”是指“沿着节圆上的弧的齿的厚度”。该圆弧齿厚如图4所示(同图中，齿以8表示，基础圆以9表示，节圆以11表示)。

但是，在上述现有的渐开线齿形的方法中，基于齿厚方向的加工余量来设定切入量，但该情况下，在磨具或工件(或其它磨具)的齿轮诸因素变化的情况下，实际的加工余量不一定，如果齿轮诸因素发生变化则不能维持相同的切入状态，存在需要相应进行调整变更的问题。

即，如果齿厚是指基准节圆上的齿厚，则在将诸因素不同的齿轮A和齿轮B比较的情况下，如果在齿轮A将基准节圆上的齿厚方向的加工余量例如设为1，则其齿尖的齿厚方向的加工余量例如为1.4，与之相对，如果在齿轮B将基准节圆上的齿厚方向的加工余量例如设为1，则其齿尖的齿厚方向的加工余量例如为1.2。

另外，即使在将基准节圆上的齿厚方向的加工余量在齿轮A和齿轮B上设为相同的加工余量、例如1时，这些齿的法线方向也会不同。

这样的问题即使改变上述齿厚的定义也仍产生。

发明内容

本发明是着眼于上述问题而设立的，其目的在于提供一种渐开线齿形的加工方法及其加工机的控制装置，在具有渐开线齿形的工件的珩磨加工或剃齿加工中，即使在改变了工件或研削工具的诸因素的情况下，也能够使齿厚方向的加工余量在多次加工中一定。

为了该目的，本发明提供一种渐开线齿形的加工方法，通过使具有渐开线齿形的多个齿的研削工具和具有渐开线齿形的多个齿的工件在切进方向上相对移动，且使研削工具和工件在压接的状态下相对旋转，对工件的齿进行加工，其中，基于工件每旋转一圈的法线方向的加工余量设定切进的速度。

另外，优选的是，根据加工前的工件的基础圆上的圆弧齿厚和加工后的工件的基础圆上的圆弧齿厚之差算出最终的工件的齿的法线方向的加工余量，根据加工前的工件及研削工具间的轴间距离和加工后的工件及研削工具间的轴间距离之差算出加工前后的轴间距离差，通过将工件的每旋转一圈的法线方向的加工余量和工件的转速和加工前后的轴间距离差的乘积除以最终的工件的齿的法线方向的加工余量，设定切进的速度。

另外，本发明提供一种渐开线齿形的加工机的控制装置，使具有渐开线齿形的多个齿的研削工具和具有渐开线齿形的多个齿的工件在切进方向上相对移动，且使研削工具和工件以压接的状态相对旋转，对工件的齿进行加工，其中，具备切入速度计算装置，其基于由用户预先设定的工件的每旋转一圈的齿的法线方向的加工余量算出切进的速度。

另外，优选的是，基于工件的诸因素算出加工前的工件的基础圆上的圆弧齿厚和加工后的工件的基础圆上的圆弧齿厚之差，基于工件及研削工具的诸因素算出加工前的工件及研削工具间的轴间距离和加工后的工件及研削工具间的轴间距离之差，且根据该差算出加工前后的轴间距离差，将由用户设定的工件的每旋转一圈的齿的法线方向的加工余量、由用户设定的工件的转速、算出的加工前后的轴间距离差的乘积除以算出的最终的工件的齿的法线方向的加工余量，算出切进的速度。

在本发明的渐开线齿形的加工方法中，基于工件每旋转一圈的法线方向的加工余量设定切进的速度，因此，渐开线齿形的加工在齿的法线方向上进行，从齿的法线方向观察，该加工余量从齿根到齿尖为一定。其结果，即使在改变了研削工具及工件的齿轮的诸因素的情况下，也能够以相同的切入状态进行加工，无需每次都进行变更。

另外，通过工件每旋转一圈的法线方向的加工余量和工件的转速和加工前后的轴间距离差的乘积除以最终的工件的齿的法线方向的加工余量来设定切进的速度，根据工件及研削工具的诸因素和研削条件(工件每旋转一圈的法线方向切削量(加工余量)及工件的旋转数)来决定切进的速度，因此，即使通过简单的运算来变更研削工具及工件的齿轮的诸因素，也能够以相同的切入速度进行加工，另外，能够削减用户用于设定切进的速度的工序数。

另外，在本发明的渐开线齿形的加工机的控制装置中，具备切进速度计算装置，因此，渐开线齿形的加工在齿的法线方向进行，从齿的法线方向观察，其加工余量从齿根到齿尖为一定。其结果，即使在改变了研削工具及工件的齿轮的诸因素的情况下，也能够以相同的切入状态进行加工，无需每次都进行变更。

另外，切进速度计算装置通过工件每旋转一圈的法线方向的加工余量和工件的转速和加工前后的轴间距离差的乘积除以最终的工件的齿的法线方向的加工余量来设定切进的速度，根据工件及研削工具的诸因素和研削条件(工件每旋转一圈的法线方向切削量(加工余量)及工件的旋转数)来决定切进的速度，因此，即使通过简单的运算来变更研削工具及工件的齿轮的诸因素，也能够以相同的切入速度进行加工，另外，能够削减用户用于设定切进的速度的工序数。

附图说明

图1是表示包含本发明实施例1的控制装置的渐开线齿形的加工机的整体构成的框图；

图2是示意性地表示实施例1的加工机中作为研削工具的珩磨磨具和工件的关系的图；

图3是表示实施例1的加工机的控制装置执行的加工控制的流程的图；

图4是说明圆弧齿厚的图；

图5是说明实施例1中的螺旋角的图；

图6是说明实施例1的珩磨加工的啮合几何的图；

图7是示意性地表示包含本发明实施例2的控制装置的渐开线齿形的加工机的、作为研削工具的剃齿刀和工件的关系的图；

图8说明是实施例2中的螺旋角的图；

图9是说明实施例2的剃齿加工的啮合几何的图；

标记说明

1：输入装置

2：控制装置

2a：切入速度计算部(切入速度计算装置)

3：研削工具旋转用电动机

4：工件旋转用电动机

5：切进用电动机

6：珩磨磨具(研削工具)

7：工件

8：齿

9：基础圆

10：剃齿刀(研削工具)

具体实施方式

以下，基于附图所示的实施例对本发明的实施方式进行详细说明。

【实施例1】

首先，说明实施例1的渐开线齿形的加工机的控制装置的整体构成。

该实施例1的渐开线齿形的加工机为珩磨加工机，使用上述现有技术记载的装置或其它公知的装置。珩磨加工机的具体的构成是公知的，因此，其详情省略，在此，图1中以区框表示其整体构成。

如图1所示，珩磨加工机具备输入装置1、控制装置2、研削工具旋转用电动机3、工件旋转用电动机4、切进用电动机5。

输入装置1是输入工件或研削工具等诸因素等并将这些信息输入控制装置2的装置。

控制装置2具备切入速度计算部2a(相当于本发明的切入速度计算装置)等，基于之后说明的流程图生成分别控制研削工具旋转用电动机3、工件旋转用电动机4、切进用电动机5的控制信号，并将控制信号向它们输出。

研削工具旋转用电动机3使图2所示的研削工具即具有内齿的环状的珩磨磨具6旋转。

工件旋转用电动机4使图2所示的工件(加工成具有渐开线齿形的多个齿的齿轮)7绕该轴旋转。

切进用电动机5使工件7如图2中箭头标记C所示地向朝向珩磨磨具6的内周面压接的方向或其相反的离开方向移动。

在控制装置2中，基于图3所示的流程图进行珩磨加工的控制。此外，在该流程图中，切进速度简单地记载为切入速度。

同图中，在步骤S1中，进行新工件的准备，即将珩磨磨具6及工件7设置于加工机。接着，进入步骤S2。

在步骤S2中，用户向输入装置1输入工件7的齿轮诸因素。在此，作为工件的齿轮诸因素，为齿直角模数mn、齿直角压力角αm、螺旋角β、齿数Z、加工前变位系数Xn'、加工后变位系数Xn。接着，进入步骤S3。

在步骤S3中，用户向输入装置1输入研削条件。在此，作为研削条件，为工件7每旋转一圈的法线方向切削量(加工余量)B(um/rev)、工件旋转数R(rpm)、全切入量X(mm)。其中，上述B是预先通过试验等设定的值，R＝(磨具6的齿数/工件7的齿数)×磨具6的旋转数。此外，单位um为微米即micron，单位rpm为每分钟的旋转数，单位mm为毫米。接着，进入步骤S4。

在步骤S4，控制装置2的切入速度计算部2a算出工件7的加工前基础圆上齿直角圆弧齿厚Sbn'(mm)。此外，基础圆是指作为渐开曲线的基础的圆。接着，进入步骤S5。

在步骤S5中，计算工件7的加工后基础圆上齿直角圆弧齿厚Sbn(mm)。接着，进入步骤S6。

在步骤S6中，通过下式算出齿直角法线方向切削量S。

S＝(Sbn'－Sbn)/2

接着，进入步骤S7。

在步骤S7中，用户向输入装置1输入珩磨磨具6的新品时的齿轮诸因素。接着，进入步骤S8。

在步骤S8中，切入速度计算部2a对工件加工后齿厚和珩磨磨具6的啮合的几何进行计算，并算出它们的轴间距离a(mm)。在后文中说明该几何计算。接着，进入步骤S9。

在步骤S9中，对工件加工前齿厚和珩磨磨具6的啮合几何进行计算，并算出它们的轴间距离a'(mm)。接着，进入步骤S10。

在步骤S10中，基于步骤S8中算出的轴间距离a及步骤S9中算出的轴间距离a'并通过下式求出时间距离差A(mm)。

A＝abs(a－a')

在此，abs是指绝对值。

接着，进入步骤S11。

在步骤S11中，根据下式算出切进速度V(mm/min)。

V＝(B·R·A)/(S·1000)

接着，进入步骤S12。

在步骤S12中，控制装置2以达到工件7的切进速度V的方式驱动控制工件切进用电动机5，进行工件7的加工。该加工在全切入量达到X的位置结束。接着，进入步骤S13。

在步骤S13中，判定研削工具的诸因素是否变更。判定结果为“是”的是珩磨磨具6的情况、实施了修整的情况、还有将磨具6更换为新品的情况，该情况下，进入步骤S14，上述情况以外的情况下，为“否”并返回步骤S12。

在步骤S14中，改写磨具6的齿轮诸因素的设备存储器。此外，修整后的磨具的齿轮诸因素通过计算求出。磨具的齿轮诸因素为齿直角模数mn、齿直角压力角αm、螺旋角β、齿数Z、变位系数Xn(变位系数也可以根据BBD(在剃齿刀的情况下为OBD)、或公法线齿厚算出)。接着，进入步骤S8。

在此，上述步骤S8及S9中的啮合几何计算根据下式求出。

此外，以下的标记中，下标1表示工件7的参数，下标2表示内齿磨具6的参数。

将齿数设为Z，基准节圆上的螺旋角(右为+、左为－)设为β，基础圆上螺旋角(右为+、左为－)设为βb，基础圆上超前角(右为－、左为+)设为γb，齿直角模数设为mn，轴直角模数设为mt，齿直角压力角设为αn，轴直角压力角设为αt，齿直角啮合压力角设为αωn，轴直角啮合压力角设为αωt，齿直角变位系数设为xn，轴直角变位系数设为xt，基础圆上齿轮直角圆弧齿厚设为sbn，基础圆上轴直角圆弧齿轮设为sbt，基准节圆直径设为d(＝mt·z、其中，mt＝mn/cosβ)，基础圆直径设为db，基础圆半径设为rb，直至啮合作用平面交线的直径设为dω，轴交差角设为Σ，基础圆上轴直角齿厚半角设为Ψbt，轴间距离设为a，工件7和磨具6的啮合作用平面交线间的距离设为M，基础圆上轴直角圆弧齿隙设为Wbt。

此外，这些诸因素作为参考示于图6及图9。

于是，步骤S4中算出的工件7的加工前的基础圆上圆弧齿厚Sbn1'根据：

mt1＝mn/cosβ1

d1＝mt1·Z1

xt1'＝xn1'·cosβ1

αt1＝tan^－1(Tanαn/Cosβ1)

db1＝d1·cosαt1

βb1＝tan^－1(db1/d1·Tanβ1)

Ψb1'＝π/(2·Z1)+(2·xt1'·Tanαt1/Z1)+invαt1

Stb1'＝Ψbt1'·db1

Sbn1'＝Sbt1'·Cosβb1

得到。

另一方面，步骤S5中算出的工件加工后的基础圆上圆弧齿厚Sbn1根据：

mt1＝mn/cosβ1

d1＝mt1·Z1

xt1＝xn1·cosβ1

αt1＝tan^－1(Tanαn/Cosβ1)

db1＝d1·cosαt1

βb1＝tan^－1(db1/d1·Tanβ1)

Ψb1＝π/(2·Z1)+(2·xt1·Tanαt1/Z1)+invαt1(inv表示渐开线函数)

Stb1＝Ψbt1·db1

Sbn1＝Sbt1·Cosβb1

得到。

在珩磨加工的情况下，工件磨具7的外齿和磨具6的内齿的螺旋齿轮啮合几何计算如下。

珩磨加工以按照在加工结束时的啮合位置成为共通垂线和作用线相交的状态(工件7和磨具的啮合作用平面交线间距离M＝0)的方式计算出的轴交差角Σ进行准备，进行加工。

αt1、αt2、βb1、βb2通过上述式算出。

ε＝Σ－90

如果通过啮合几何计算轴直角啮合压力角，则根据

【式1】

【式2】

得到

【式3】

dω1＝db1/cosαωt1

【式4】

dω2＝db2/cosαωt2

因此，可根据

【式5】

a＝dω2/2-dω1/2

算出工件7和磨具6的工件加工前的轴间距离a(相当于步骤S8)。

另一方面，要计算步骤S9中进行的工件7和磨具6的工件加工前的轴间距离a'，进行以下的运算。

在珩磨加工中，由于在加工结束时的啮合位置成为共通垂线和作用线相交的状态，故而在该加工前这些线不相交(M≠0)。因此，需要考虑M来计算轴间距离a'。

根据螺旋齿轮的啮合性质，αωt1、αωt2、dω1、dω2的值与上述计算得到的值相同。

另外，工件7和磨具6的啮合作用平面交线间的距离M根据下式算出。

具有内齿的磨具6的基础圆上轴直角齿隙为：

【式6】

ψbt2＝π/(2·Z2)+(-2·xt2·tanαt1/Z2)+invαt1

【式7】

Wbt2＝ψbt2·db2

若根据啮合几何计算齿隙fn，则：

【式8】

在珩磨加工中，由于为齿隙为0的啮合，所以在设为fn＝0并导出M时，成为：

【式9】

工件加工前的轴间距离a'为：

【式10】

a′＝dω2/2-dω1/2-M

由以上的说明可知，在实施例1的加工机的控制装置及控制方法中，得到以下的效果。

在磨具6或工件7的诸因素不同的情况下，以相同旋转数和相同切进速度进行珩磨加工时，切入状态、即工件7每旋转一圈的加工余量不同，因此，在现有技术中，这些诸因素每次改变时，必须要在确认工件7的加工精度的同时，用户通过试行错误来设定作为适当的加工条件的工件7的切进速度，从而工数增多，但在实施例1的控制装置及控制方法中，基于工件7每旋转一圈的法线方向加工余量来设定切进速度，因此，即使齿轮诸因素等发生变化，也能够以运算来设定适当的加工条件，因此，可以削减用户设定切进速度的工数。

该情况下，切进速度能够根据工件7及磨具6的诸因素和研削条件(工件7每旋转一圈的法线方向切削量B及工件7的旋转数R)简单且在短时间内适当进行设定。

接着，说明其它实施例。该其它实施例的说明中，对于与上述实施例1相同的构成部分省略图示，或者标注同一符号并省略说明，仅说明不同点。

【实施例2】

实施例2中，代替实施例1中的使用珩磨加工机，使用剃齿加工机进行与实施例1相同的控制。

即，如图7所示，在以通过工件旋转用电动机绕轴旋转的方式安装的工件7的外周面可压接地设置通过研削工具旋转用电动机绕上述轴具有倾斜的轴旋转的研削工具即剃齿刀10的外周面，利用切进用电动机使工件7如图7中箭头标记D所示那样向压接于剃齿刀10的方向、或相反离开的方向移动。

此外，图1的构成相同，就控制方法而言，也只要代替磨具6而使用剃齿刀10即可。

另外，在剃齿刀10的情况下，在步骤13中判定结果为“是”的是将刀更换为再研磨了的刀的情况、或将刀更换为新品的情况。

图8、图9分别表示与实施例1的图5及图6相对应的实施例2的图。

此外，以下对剃齿刀的情况的啮合几何的计算进行说明。此外，关于标记，使用与实施例1相同的标记。

首先，工件加工后的轴间距离a如下求得。

在剃齿中，以按照在加工结束时的啮合位置成为共通垂线和作用线相交的状态(M＝0)的方式计算出的交差角Σ进行准备，进行加工。

Αt1、αt2、βb1、βb2通过上述式算出。

ε＝Σ－90

如果根据啮合几何计算轴直角啮合压力角，则：

【式11】

【式12】

【式13】

dω1＝db1/cosαωt1

【式14】

dω2＝db2/cosαωt2

在加工结束时的状态下，M＝0，故而时区间距离a成为：

【式15】

a＝dω2/2+dω1/2

另一方面，工件加工前的轴间距离a'如下求得。

就剃齿而言，由于在加工结束时的啮合位置成为共通垂线和作用线相交的状态，所以在加工前它们不相交(M≠0)。因此，工件加工前的轴间距离a'需要考虑M来算出。

根据螺旋齿轮的啮合限制，αωt1、αωt2、dω1、dω2的值与上述计算得到的值相同。

工件和刀的啮合作用平面交线间的距离M通过下式算出。

【式16】

ηbt2＝((π/2)-(2·xt2·tanαt2))/Z2-invαt2

此外，ηbt2为基础圆上轴直角齿隙半角。

【式17】

Wbt2＝ηbt2·db2

如果通过啮合几何导出齿隙fn，则：

【式18】

剃齿由于为齿隙为0的啮合，所以设为fn＝0并导出M时，成为：

【式19】

根据上式，可通过下式算出加工前的轴间距离a'。

【式20】

a′＝dω2/2+dω1/2+M

因此，在实施例2的的情况下，也可以得到与实施例1同样的效果。

以上，基于上述各实施例对本发明进行了说明，但本发明不限于这些实施例，即使在不脱离本发明宗旨的范围内有设计变更等的情况下，也包含于本发明中。

例如，在上述加工机中，使工件7相对于研削工具6、10移动，但也可以相反。

另外，在图3的流程图中，步骤的顺序不是绝对的，例如只要将步骤S7提到其之前等不是实质上的变更，则也可以进行变更。

Claims (2)

1.一种渐开线齿形的加工方法，通过使具有渐开线齿形的多个齿的研削工具和具有渐开线齿形的多个齿的工件在切进方向上相对移动，且使所述研削工具和所述工件在压接的状态下相对旋转，对所述工件的齿进行加工，其特征在于，

基于所述工件每旋转一圈的法线方向的加工余量设定所述切进的速度，

根据加工前的工件的基础圆上的圆弧齿厚和加工后的工件的基础圆上的圆弧齿厚之差算出最终的所述工件的齿的法线方向的加工余量，

根据所述加工前的工件及所述研削工具间的轴间距离和所述加工后的工件及所述研削工具间的轴间距离之差算出加工前后的轴间距离差，

通过将所述工件的每旋转一圈的法线方向的加工余量和所述工件的转速和所述加工前后的轴间距离差的乘积除以所述最终的工件的齿的法线方向的加工余量，设定所述切进的速度。

2.一种渐开线齿形的加工机的控制装置，使具有渐开线齿形的多个齿的研削工具和具有渐开线齿形的多个齿的工件在切进方向上相对移动，且使所述研削工具和所述工件以压接的状态相对旋转，对所述工件的齿进行加工，其特征在于，

具备切入速度计算装置，其基于用户预先设定的所述工件的每旋转一圈的齿的法线方向的加工余量算出所述切进的速度，

基于齿直角模数、齿直角压力角、螺旋角、齿数、加工前变位系数、加工后变位系数算出加工前的工件的基础圆上的圆弧齿厚和加工后的工件的基础圆上的圆弧齿厚之差，

基于齿直角模数、齿直角压力角、螺旋角、齿数、变位系数算出所述加工前的工件及所述研削工具间的轴间距离和所述加工后的工件及所述研削工具间的轴间距离之差，且根据该差算出加工前后的轴间距离差，

将由所述用户设定的工件的每旋转一圈的齿的法线方向的加工余量、由用户设定的所述工件的转速、所述算出的加工前后的轴间距离差的乘积除以所述算出的最终的工件的齿的法线方向的加工余量，算出所述切进的速度。