CN1829578A - 具有内齿的部件的制造方法和滚轧机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够在主滚轧工序中进行较大变形、能够省略拉削加工或插齿工序等的具有内齿的部件的制造方法和滚轧机械。不采用筒状坯料的夹持机构，设置具有能够对应冷锻波的内压的刚性的容器，将筒状坯料基本匹配地插入到该从动旋转自如的容器内，使驱动旋转的滚轧工具从内侧作用而挤压筒状坯料，通过使工具旋转轴与容器旋转轴之间的距离逐渐变化而依次使齿形成长，通过延展而使外径扩大，结果充满并约束在上述容器的内侧，在此状态下得到具有内齿的部件。这里，优选为预先在筒状坯料的内周面上等分圆周地配设与内齿的齿数相同数量的凹槽。

Description

具有内齿的部件的制造方法和滚轧机械

技术领域

本发明涉及具有多片式离合器的滚筒、或内齿轮等内齿形状的部件的制造方法及滚轧机械。

背景技术

作为制造具有例如像内齿轮或具备多片摩擦片的滚筒那样的内齿的部件的手段，使用压力机械和金属模的方法有许多记载，但随着压力机、金属模的大型化，其弹性变形量也增大，所以不能期待它有好的加工精度。

另一方面，作为制造具有多片式离合器的滚筒、或内齿轮等内齿形状的部件的制造方法，在称作滚轧的领域中的现有技术大体存在两类。

一类是如下的方法：将内外周都为圆形的被加工坯料内径匹配地插入嵌合到具有复制仿形了最终要得到的内齿形状的凹凸的轴状内模中，用辊或压勺等使坯料外周的一点或多点向球心方向加压变形，使其作用点沿圆周及轴向依次移动，来复制内模，而得到具有内齿的部件。该方法暂且不提优劣特色，其特征是轴状内模的齿数与完成内齿的齿数一致。

另一类是使滚轧工具从筒状坯料的内侧作用的方法，所述滚轧工具具有与最终想要得到的内齿形状内啮合的齿形(必然比想要得到的内齿的齿数少)。在该以往的方法中，在供给的筒状坯料的内侧成形的意思是，已经存在大体完成的齿形，在滚轧工序中仅仅是应用于齿形、凸面加工、表面粗糙度的精加工的构造。即，该以往的方法中，由于是工具齿尖不与被加工材料接触的轻微的变形，所以宏观上负荷较低、能够以被加工材料自身的刚性来避免圆度的变化(恶化)是成立的最大必要条件。结果，也能够采用刚性相对较低的夹持机构，以事实与预想相反的方式，夹持机构的存在也被应用于已有齿形与滚轧工具的齿槽的初始相位配合。

非专利文献1：ユタカ精密工業株式会社製内歯車仕上げ転造盤“GR-151N”カタログ

在该以往方法中存在的问题是，如何低成本地改善用来得到具有大体完成的齿形的筒状坯料的拉削加工或插齿工序。

发明内容

所以，本发明的目的是提供一种能够在主滚轧工序中进行较大变形、能够省略拉削加工或插齿工序的具有内齿的部件的制造方法和滚轧机械。

根据本发明的具有内齿的部件的制造方法是：不采用筒状坯料的夹持机构，设置具有能够对应冷锻波的内压的刚性的容器，将筒状坯料基本匹配地插入到该从动旋转自如的容器内，使驱动旋转的滚轧工具从内侧作用而挤压筒状坯料，通过使工具旋转轴与容器旋转轴之间的距离依次变化而依次使齿形成长，通过延展而使外径扩大，结果充满并约束在上述容器的内侧，在此状态下得到具有内齿的部件。这里，优选地，预先在筒状坯料的内周面上等分圆周地配设与要成形的内齿的齿数相同数量的凹槽。

根据本发明的滚轧机械，具有：从动并旋转自如的容器，匹配插入具有内齿的部件成形用的筒状坯料；基座，通过径向轴承载置容器；滚轧工具，具有从筒状坯料的内侧推压来滚轧内齿的外齿；滚轧工具旋转轴，旋转驱动滚轧工具；移动机构，使滚轧工具旋转轴强制移动，而使上述容器旋转轴与上述滚轧工具旋转轴之间的距离强制变化。

此外，根据本发明的滚轧机械，具有：从动并旋转自如的容器，匹配插入具有内齿的部件成形用的筒状坯料；基座，通过径向轴承载置容器；滚轧工具，具有从筒状坯料的内侧推压来滚轧内齿的外齿；滚轧工具旋转轴，旋转驱动滚轧工具；移动机构，使滚轧工具旋转轴强制移动，而使上述容器旋转轴与上述滚轧工具旋转轴之间的距离强制变化；垂直伸缩轴，用来相对于工具位置将容器的轴向位置改变或刚性较高地保持。这里，垂直伸缩轴，其轴可以由2根以上的数控轴、或平行配置在围绕容器旋转轴的3点上的3根分别独立的数控轴构成。此外，垂直伸缩轴是如下的结构：每次在滚轧加工开始时，可以将装填有筒状坯料的容器的外周插入嵌合到设在基座上的径向轴承的内侧中，在滚轧加工结束后为了进行加工完成品的排出及新筒状坯料的插入可以将容器与径向轴承的卡合解除。此外，移动机构由推压与滚轧工具旋转轴连结的滑块的增力楔、和推回滑块的弹簧构成，并且将直接监视滑块位置的距离传感器的数据反馈来进行控制。

本发明的效果如下：根据本发明，具有内齿的部件通过以贴在具有足够的刚性的容器内侧上的形状来保证圆度，不会残留因加工中途的依次加工而导致的偏负荷的后遗症，能够用滚轧赋予非常大的变形。此外，对于筒状坯料的要求也大幅减弱，能够直接供给压力加工品。

此外，根据本发明，在带底螺旋内齿轮的滚轧时，相对于使3轴在输出侧的数值相同的1轴处理的结果，能够实现精度2等级的改善。特别是齿线误差的修正的精度提高的效果很显著。

进而，根据本发明，不再需要以往所需的滚轧机械的工具旋转角和容器旋转角的同步机构，可以低成本地提供滚轧机械，并且能够实现以往所不能成功进行的带底螺旋内齿轮的冷成形。

附图说明

图1是表示有关本发明的第一实施方式的在带底凸缘的螺旋内齿轮(具有内齿的部件)的制造方法中使用的滚轧机械的俯视图。

图2是图1的剖视图。

图3是通过本发明的第一实施方式制造的带底凸缘的螺旋内齿轮的外观图。

图4是表示通过本发明的第一实施方式制造的带底凸缘的螺旋内齿轮的齿型精度的图。

图5是表示通过本发明的第一实施方式制造的带底凸缘的螺旋内齿轮的齿型精度的图。

图6是表示要通过本发明的第一实施方式的滚轧成形的部件的轴直角剖面形状及滚轧工具和容器的配置的剖视图。

图7是表示对本发明的第二实施方式的发明方法中的滚轧供给的筒状坯料的轴直角剖面形状及滚轧开始前的滚轧工具和容器的配置的剖视图。

图8是表示对本发明的第三实施方式中的滚轧工具轴和容器的旋转轴的2个伸缩轴的配置的剖视图。

图9是表示对本发明的第四实施方式中的滚轧工具轴和容器的旋转轴的3个伸缩轴的配置的剖视图。

图10是本发明的第五实施方式的滚轧机械的俯视图。

图11是本发明的第五实施方式的滚轧机械的正视图。

图12是本发明的第五实施方式的滚轧机械的侧视图。

图13是表示使用本发明的第五实施方式的滚轧机械的带底凸缘的螺旋内齿轮(具有内齿的部件)的制造方法的说明图。

具体实施方式

(第一实施方式)

图1和图2表示有关本发明的第一实施方式的在带底凸缘的螺旋内齿轮(具有内齿的部件)12的制造方法中使用的滚轧机械1。

该滚轧机械1具有：从动并旋转自如的容器2，匹配插入具有内齿11的部件成形用筒状坯料10；基座3，通过径向轴承4载置该容器2；滚轧工具5，具有从筒状坯料10的内侧推压来滚轧内齿11的外齿5a；滚轧工具旋转轴6，旋转驱动滚轧工具5；移动机构7，强制地使滚轧工具旋转轴6相对移动，而使容器2的旋转轴2a与滚轧工具旋转轴6之间的距离强制变化。

径向轴承4配置在容器2的外周与兼作径向轴承箱的基座3的内周之间。

滚轧工具旋转轴6嵌入在设于滑块8上的滚轧工具轴承9中。此外，滚轧工具旋转轴6与未图示的旋转驱动装置连接。

移动机构7由组装在基座3中的进给缸构成，在滚轧工具旋转轴6正在驱动的状态下，使滑块8强制地相对移动，使容器2的旋转轴2a移动。

接着，对使用了这样构成的有关本实施方式的滚轧机械1的带底凸缘的螺旋内齿轮(具有内齿的部件)12的制造方法进行说明。

首先，将具有内齿11的部件成形用筒状坯料10，匹配插入到旋转自如地载置在基座3上的容器2内。

接着，驱动滚轧工具5，在将旋转的外齿5a推压到筒状坯料10的内表面上的状态下，通过移动机构7强制地使滑块8相对移动，一边使驱动旋转的滚轧工具旋转轴6与容器2的旋转轴2a之间的距离逐渐变化，一边在滚轧工具5的外齿5a与容器2的内周2b之间使筒状坯料10挤压变形，由此逐渐使齿形成长，通过延展使外径扩大，结果，在充满并约束在容器2的内侧的状态下完成了滚轧。

这样，如图3所示，能够得到具有内齿11的部件，即带底凸缘的螺旋内齿轮12。

图4、图5是表示通过本实施方式得到的带底凸缘的螺旋内齿轮12的齿形精度的图。该图是ZEISS公司的软件所表示的，省略了其解析，但可以确信基本可评价为JIS3级的齿轮的精度。但是，并没有对未置于旋转中心、以及轴的倾斜设置进行修正。

(第二实施方式)

在第一实施方式中，如图6所示，必须使在滚轧刚开始后形成的齿槽与要在坯料一次旋转的自转后再次形成得更深的滚轧工具5的外齿(凸部)5a正确地一致，才能确保圆周均等的分割精度。如果能够从初始阶段开始就能够确保容器2与筒状坯料10之间的固接，则经由容器2使滚轧工具5的旋转角与筒状坯料10的旋转角同步，在机械构造方面就不是不可能的，但从初始阶段开始就确保容器2与筒状坯料10之间的固接是不容易的。

所以，在本实施方式中，如图7所示，不是通过滚轧机械的控制来进行滚轧工具5的旋转角与筒状坯料10的旋转角的同步旋转，而是利用了如下的方法：通过在作为依次作用的接受点的筒状坯料10的内周面上等分圆周地配置与要成形的内齿11的齿数相同数量的凹槽13，来使从动侧的筒状坯料10或与筒状坯料10一体的容器2自然地同步旋转。即，在本实施方式中，与筒状坯料10和容器2是否一体无关，而只要筒状坯料10不相对于滚轧工具5失步、而是同步旋转就没有问题，着眼于这一点，在滚轧机械1的构造中，能够脱离使滚轧工具5的旋转角与容器2的旋转角同步、还不容许在筒状坯料10与容器2之间存在间隙或滑动的双重课题。

在实施本实施方式时，要预先等分圆周地配置在筒状坯料10的内周面上的凹槽13为相对于要成形的内齿11的深度40％以下就足够了，其形状优选为与滚轧工具5的齿顶相似的形状，在该凹槽13的加工中不需要大的压力机械。当然，该凹槽13的加工机构如果是拉刀、插床等的切削也没有问题，但与如对以往供给精加工的坯料那样的99％的齿形完全不同。

此外，根据本实施方式，通过在筒状坯料10的内侧预先设置与完成齿数相同数量的阶差较低的平滑的凹槽13，在滚轧初筒状坯料10完全旋转自如，所以能够解决对滚轧中对于特定的一个槽，在初期形成2个齿峰的问题。

另外，在本实施方式中，除了筒状坯料10以外的其他结构与第一实施方式相同，所以省略它们的说明。

(第三实施方式)

在第一实施方式中使用的滚轧机械1中，即在将部件成形用的筒状坯料10基本匹配地插入到从动并可自转的容器2中、在驱动旋转的滚轧工具5与容器2的内侧之间使筒状坯料10挤压变形、来滚轧加工具有内齿11的部件12的装置中，从加工品的插入、排出等的便利性出发，滚轧工具轴6的保持一定是单臂机构。因而，作为对应于加工应力的挤压必然会带来滚轧工具轴6的弹性弯曲。所以，在本实施方式中，如图8所示，作为同样利用弹性弯曲强制地使容器2的旋转轴2a向不平行的滚轧工具轴6倾斜、恢复取得平行的机构，在滚轧工具轴6与容器2的旋转轴3a的连接线上的两轴的外侧配置2根伸缩轴14、15，通过分别使该2根伸缩轴14、15伸缩而可以实现强制地使容器2倾斜。

2根伸缩轴(控制轴)14、15在将无负荷时水平地保持容器2的状态确认为偏差零点后，使滚轧结束阶段的各轴的输出侧理论到达位置主动地偏移例如0.3mm左右。

即使滚珠螺杆轴等的弯曲有负效果，也能够相对于轴间距250mm而产生0.1mm左右的容器2的倾斜。该倾斜对于在齿轮的滚柱外母线(over pin)直径的倾斜及螺旋角误差25mm间进行10μm左右的改善或修正是有价值的。

(第四实施方式)

在本实施方式中，是在第三实施方式中，对由原本刻设在滚轧工具5上的齿线或螺旋角决定的滚轧品的齿线或螺旋角也在微小范围内进行控制。

在本实施方式中，如图9所示，为了在弹性弯曲范围内强制地使容器2的旋转轴2a相对于固定的滚轧工具轴6弯曲，而在包括旋转轴2a的3点上配置了伸缩轴(控制轴)16、17、18，能够单独地对其每个进行数值控制。

3根伸缩轴(控制轴)16、17、18在无负荷时水平地保持容器2的状态确认为偏差零点后，使滚轧结束阶段的各轴的输出侧理论到达位置主动地偏移例如0.3mm左右。

即使滚珠螺杆轴等的弯曲有负效果，也能够相对于轴间距250mm而产生0.1mm左右的容器2的倾斜。该倾斜对于在齿轮的滚柱外母线直径的倾斜及螺旋角误差25mm间进行10μm左右的改善或修正是有价值的。

通过利用该3轴独立控制，能够抵消滚轧工具轴6的弹性弯曲、可以对内齿轮实施凸面加工、即使在微小的范围内也能够调整齿线。

在本实施方式中，对在滚轧过程中作为容器2开口侧的滚轧工具5侧因容器2的弹性变形而打开、因而滚轧品其节圆柱也变为圆锥，或滚轧工具5的螺旋角即使如设定那样也会因变位量的变化而使导程(lead)变化等与齿轮精度有关的微小的不良点主动地进行修正。

在本实施方式中，由于使对应于滚轧工具轴6的容器2的旋转轴2a在X轴方向和Y轴方向上都弯曲，所以最低需要设置3轴，该3轴的伸缩必须单独地控制才可实现本实施方式。

在实施本实施方式时，考虑到有效且控制的容易性，3轴的具体配置为，在可能由挤压力使滚轧工具轴6弯曲的滚轧工具轴6与容器2的旋转轴2a的连线上配置的1个伸缩轴16、和在跨着该线的两侧平衡配置的2个伸缩轴17、18。

(第五实施方式)

图10～图13表示有关本实施方式的滚轧机械。

图10～图13表示在有关第五实施方式的带底凸缘的螺旋内齿轮(具有内齿的部件)12的制造方法中使用的滚轧机械20。

该滚轧机械20具有：从动并旋转自如的容器21，匹配插入具有内齿11的部件成形用筒状坯料10；固定基座28，具有与该容器21卡合的径向轴承29；滚轧工具36，具有从筒状坯料10的内侧推压来滚轧内齿11的外齿36a；滚轧工具旋转轴37，旋转驱动滚轧工具36；移动机构40，使滚轧工具旋转轴37强制变化，而使容器21的旋转轴21a与滚轧工具旋转轴37之间的距离强制变化。

容器21经由推力轴承24旋转自如地设置在固定于升降用NC轴22的上部的工作台23的上部，该升降用NC轴22配设在位于固定基座下方的搁架部26上。在工作台23上设有升降自如地轴支撑在搁架部26上的升降导杆25。升降用NC轴22在Z轴用NC电动机27的作用下升降自如地运转。

固定基座28具有：孔部30，用来安装径向轴承29；孔部31，使移动机构40的增力楔41升降；滑块载置面32，滑动自如地载置滑块39，该滑块39用来支撑固定具有滚轧工具36的滚轧工具装置38；四个滑块导轨33，设在滑块载置面32的两侧；滑块39的回位弹簧34，与孔部31对置配置；侧距传感器35，监视滑块39的端部。

滚轧工具36经由滚轧工具轴37安装在具有带减速机的电动机的滚轧工具装置38上。滚轧工具装置38固定在滑块39上。

移动机构40由以下部件构成：增力楔41，在固定基座28的孔部31内升降；挤压NC轴42，使增力楔41升降；回位弹簧34，设在固定基座28上；侧距传感器35，设在固定基座28上。挤压NC轴42升降自如地轴支撑在搁架部26上，在NC电动机43的作用下升降自如地运转。侧距传感器35直接监视滑块39的位置，对未图示的控制装置反馈控制该电动机。控制装置配置在控制箱44内。

另外，由控制装置进行例如如下的控制。

·控制挤压力(NC电动机的电流值、即转矩)而进行挤压加工。

·对相对于工具轴旋转角的轴间距离进行控制。

·将工具轴的右旋转与左旋转怎样组合。

·怎样设定旋转角改变时的暂时停止后的开始旋转加速度。

当然，控制装置进行的控制是随着滚轧开始时、滚轧加工进行过程中、以及结束时的程序而执行的，这里省略详细的说明。

另外，在控制装置中，不仅是对应于滚轧工具36的旋转角的挤压的强制推进，而且，对于滚轧工具旋转轴37的反转时间(或者转速)、反转开始的旋转加速度、各个伸缩轴的最终到达位置的设定等滚轧推进的各种条件的设定，当然，是作为经由NC电动机电流值的挤压力的异常值监视、将来自测距传感器的数据作为滚轧结束程序(用来进行整周同样滚轧的空转旋转等)的引发器，或对再现性较高的自动运转所需的所有信息进行处理。

接着，对使用这样构成的本实施方式的滚轧机械20的带底凸缘的螺旋内齿轮(具有内齿的部件)12的制造方法进行说明。

首先，如图11和图13(a)所示，在从固定基座28降下的容器21内，匹配插入具有内齿11的部件成形用筒状坯料10。

接着，如图11和图13(b)所示，驱动Z轴用NC电动机27而使升降用NC轴22上升，将容器21嵌入到固定基座28的径向轴承29中，将容器21与径向轴承29卡合。

接着，如图10和图13(c)所示，驱动滚轧工具装置38和移动机构40。由此，在将滚轧工具36的旋转的外齿30a推压在筒状坯料10的内表面上的状态下，滑块39随着移动机构40的增力楔41的升降，如图9的箭头所示，使滚轧工具轴37强制变化。即，首先，移动机构40的增力楔41一边被随着NC电动机43的旋转而被拉入的挤压NC轴42拉入到孔部31内，一边将滑块39向回位弹簧34方向推出，使滚轧工具轴37向回位弹簧34方向强制变化。接着，移动机构40的增力楔41被随着NC电动机43的旋转而被拉出的挤压NC轴42从孔部31内拉出，随之滑块39被回位弹簧34的反作用力向增力楔41方向推回。以下通过将向这2个方向的强制变化赋予滚轧工具轴37，来进行挤压滚轧。

接着，如图11和图13(d)所示，驱动Z轴用NC电动机27而使升降用NC轴22下降，解除容器21与径向轴承29的卡合，将容器21回复到原来的位置，将加工品排出。

如上所述，如图3所示，可以得到作为具有内齿11的部件的、带底凸缘的螺旋内齿轮12。

根据本实施方式，有如下的优点。

·相对于挤压力，NC轴22、42的输出减小到几分之一。·通过由增力楔41的角度改变利用2部件的更换，可以加减推压力的界限。

·通过增力楔41的摩擦力吸收滚轧时所需挤压力的变化、或滚轧反作用力的变动(补偿NC轴22、42的低刚性)，刚性较高地保持滚轧工具轴37与容器21的旋转轴21a的轴间距离。

·不论在NC轴22、42侧存在的齿隙如何，都能够将滚轧工具轴37与容器21的旋转轴21a的轴间距离方向的齿隙消除。

·不受NC电动机27、43的旋转角的影响而能够通过直接监视轴间距离来进行高精度的轴间距离的控制。

·根据距离传感器35的数据能够进行依据于齿轮啮合试验的制品精度确认。

另外，在本实施方式中，优选为并设第三实施方式所说明的2根控制轴14、15或第四实施方式所说明的3根伸缩轴(控制轴)16、17、18。2根控制轴14、15或3根伸缩轴(控制轴)16、17的设置、运转控制，与第三实施方式或第四实施方式相同。

Claims (8)

1、一种具有内齿的部件的制造方法，其特征在于，

将筒状坯料基本匹配地插入到从动旋转自如的容器内，一边使驱动旋转的滚轧工具旋转轴与容器旋转轴之间的距离逐渐变化，一边使筒状坯料在滚轧工具的外周与上述容器的内周之间挤压变形，由此使齿形逐渐成长，并在通过延展使外径扩大而使得充满并约束在上述容器的内侧的状态下结束滚轧。

2、如权利要求1所述的具有内齿的部件的制造方法，其特征在于，

预先在筒状坯料的内周面上等分圆周地配置与要成形的内齿的齿数相同数量的凹槽。

3、一种滚轧机械，其特征在于，具有：

从动旋转自如的容器，用于匹配插入具有内齿的部件成形用筒状坯料；

基座，经由径向轴承载置上述容器；

滚轧工具，具有从上述筒状坯料的内侧推压来滚轧内齿的外齿；

滚轧工具旋转轴，旋转驱动上述滚轧工具；

移动机构，使上述滚轧工具旋转轴强制移动，从而使上述容器旋转轴与上述滚轧工具旋转轴之间的距离强制变化。

4、一种滚轧机械，其特征在于，具有：

从动旋转自如的容器，用于匹配插入具有内齿的部件成形用筒状坯料；

基座，经由径向轴承载置上述容器；

滚轧工具，具有从上述筒状坯料的内侧推压来滚轧内齿的外齿；

滚轧工具旋转轴，旋转驱动上述滚轧工具；

移动机构，使上述滚轧工具旋转轴强制移动，从而使上述容器旋转轴与上述滚轧工具旋转轴之间的距离强制变化；

垂直伸缩轴，用来相对于工具位置改变容器的轴向位置或刚性较高地保持容器的轴向位置。

5、如权利要求4所述的滚轧机械，其特征在于，

上述垂直伸缩轴是2根以上的数控轴。

6、如权利要求4所述的滚轧机械，其特征在于，

上述垂直伸缩轴由平行配置在围绕容器旋转轴的3点上的3根各自独立的数控轴构成。

7、如权利要求4所述的滚轧机械，其特征在于，

上述垂直伸缩轴在每次滚轧加工开始时，将装填有筒状坯料的容器的外周插入嵌合到设在基座上的径向轴承的内侧，在滚轧加工结束后将容器与径向轴承的卡合解除以进行加工完成品的排出及新筒状坯料的插入。

8、如权利要求4所述的滚轧机械，其特征在于，

上述移动机构由推压与滚轧工具旋转轴连结的滑块的增力楔、和将滑块推回的弹簧构成，并且对直接监视滑块位置的距离传感器的数据进行反馈控制。

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