TW201400215A - 製造齒輪嚙合之方法及執行此方法用的銑齒機 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種形成齒輪嚙合的方法，這種方法是將一個要形成齒輪嚙合的工件及一個去除切屑的刀具以滾切的方式互相進給，直到刀具走刀多次而形成齒輪嚙合的每一個齒面為止，其中刀具每走刀一次就會在工件上形成一個帶有至少一個齒面切口的切削面，其特徵為：將一個附加動作疊加到滾切動作中，透過這個附加動作使至少兩個前後連續的走刀產生的齒面切口連在一起，此外本發明還涉及一種執行此方法用的銑齒機。

Description

製造齒輪嚙合之方法及執行此方法用的銑齒機

本發明涉及一種形成齒輪嚙合的方法，這種方法是將一個要形成齒輪嚙合的工件及一個去除切屑的刀具以滾切的方式互相進給，直到刀具走刀多次而形成齒輪嚙合的每一個齒面為止，其中刀具每走刀一次就會在工件上形成一個帶有至少一個齒面切口的切削面，此外本發明還涉及一種執行此方法用的銑齒機。

這類去除切屑的輥制法屬於已知的方法，尤其是以齒輪狀的刀具進行的滾切/形成方法。這些方法在多個走刀後形成的齒面並非一定必須具備完成後的齒輪嚙合的齒面末端幾何形狀，也就是說切屑去除法通常會為之後的精加工留下適當的加工餘量，這些走刀的區別在於進給深度不同。例如，如果是從一個工件毛坯開始，通常是先在第一個走刀以第一進給深度去除材料，因而產生第一切削面，此第一切削面對稱於之後形成的齒輪嚙合的齒間中心，其中從第一切削面可以得知一個走刀去除掉多少材料。
第3圖顯示一個與工作轉軸正交之斷面的示意圖。在這個斷面圖中，元件符號10代表這個加工在最後一個走刀後形成的跟隨齒面，元件符號20代表進入齒面。第3圖並未給出經過精加工後完成之工件的齒間形狀，也就是從齒面10，20去除加工餘量q之後的齒間形狀。
從第3圖還可以看出，第一個走刀的切削面30.1帶有一個(跟隨的)側切削面31、一個頭部切削面33、以及一個(進入的)側切削面32。底部切削面33及未繪出的之前的工件毛坯表面之間的距離是第一個走刀之進給量的指標。
第二個走刀的進給量會提高，透過滾切動作進一步將材料切削去除，形成切削面30.2，其中切削面30.2同樣帶有兩個側切削面及一個頭部切削面。
通常會控制走刀的次數，以使每一個走刀都達到所希望的材料去除量。在第3圖以示意方式顯示的先前技術的例子中，加工過程包括5個走刀，其中前面4個走刀分別形成切削面30.1、30.2、30.3、30.4，第5個走刀則形成齒面10，20，其相應的切削面符合所產生之嚙合齒面的包絡切削面。此外，為了盡可能提高刀具耐用度，應盡可能使嚙合刀具的進入齒面及離開齒面承擔近似對稱的負荷。例如這可用一個曲線圖來顯示，在此曲線圖中，切屑厚度是由形成齒間時在整個刀具齒的刀刃長度上產生的切屑加總而成。從這種曲線圖可以看出，從刀具的頭部刀刃範圍到兩個齒面的負荷基本上是對稱的。
雖然在滾切加工期間可以使進入齒面及離開齒面的負荷達到近似對稱的度，以及達到很高的刀具耐用度，本發明仍要對這種方法行進一步的改良。

為了進一步改良前面描述的方法，本發明的特徵是將一個附加動作疊加到滾切動作中，透過這個附加動作使至少兩個前後連續的走刀產生的齒面切口連在一起。
從本發明得知，本發明的方法可以提高刀具有耐用度。本發明的方法可以減少即使有前面說明的對稱策略仍會因為靠近刀刃的切屑排除區造成的磨損產生的三齒面切屑的數量，此處所謂的三齒面切屑是指在一個走刀產生的凹穴中，由於兩個齒面及足部同時發生材料磨損而形成的切屑，也稱為U形切屑。
透過本發明建議的疊加到滾切動作的附加動作，可以在兩個前後連續的走刀產生的齒面切口之間形成關係，因而將U形切屑的產生量降到最低。刀具被引導沿著上一個走刀產生的齒面切口移動，只要刀具齒潛入在這個走刀中要在工件上形成的凹穴內，則在被引導期間基本上不會再產生切屑。這表示被引導的刀刃產生的切屑會趨近零切屑厚度，在任何情況下，此處的切屑厚度都會小於由刀刃倒圓定義的極限切屑厚度。
尤其是為多個、尤其是所有前後連續的走刀建立這種前後連續的走刀的齒面切口之間的關係，這樣就可以達到延長的導引，以及使刀具的刀刃有愈來愈大的範圍在愈來愈後面的走刀中有效的提供無切屑的切削。儘管如此，刀具耐用度仍會因為整體而言更為有利的切屑產生情況而提高。例如在n=2個走刀中，可以產生第一嚙合齒面，以及與其連在一起的齒面切口，同時在接下來的m≧1個走刀中，刀具是以沒有附加動作的方式進行加工。
為了降低必要的附加動作對滾切法的處理過程造成的影響，一種有利的方式是，使兩個連在一起的齒面切口(也就是由至少3個前後連續的走刀產生的齒面切口)形成於相同齒面的側面上。這樣以一個零附加動作為準，每一個走刀所需的切向作用的附加動作並不會互相對立，而是只有數值會改變。
一種有利的方式是使連在一起的齒面切口形成於在加工時跟隨齒面上。這樣在切削系統的剛性為固定的情況下，會產生一個具有提高直齒嚙合之品質的同一方向的切向力。在加工進入齒面時，切屑厚度會相應的大幅提高。切屑排除區會從切屑面移到距刀刃較遠的範圍。
一種特別有利的方式是，連在一起的齒面切口跟隨一個待形成嚙合齒面的路線(而不是以對稱方式從齒間中心出發，從兩邊朝待形成的齒面的方向前進)。本發明還獨立提出一種形成齒輪嚙合的方法，這種方法是將一個要形成齒輪嚙合的工件及一個去除切屑的刀具以滾切的方式互相進給，直到刀具走刀多次而形成嚙合齒面之間的齒輪嚙合的每一個齒間為止，其特徵是將一個附加動作疊加到滾切動作中，透過這個附加動作，從一個嚙合齒面的一側到其他嚙合齒面的一側都會形成齒間。
根據另一種有利的實施方式，所形成的嚙合齒面是由最後一個走刀之前的走刀中的至少一個走刀的一個齒面切口共同決定。這樣以先前之走刀形成的齒面切口進行導引的方式基本上就會移到待形成的齒面上。以這種方式可以使形成的多個齒面切口共同決定形成的嚙合齒面，尤其是所有的走刀形成的嚙合齒面。由於疊加附加動作的關係，刀具的每一個走刀都會形成一個齒面的包絡切削面，其中最後一個加工步驟的附加動作可以是零，而且最好是零。
和前面所說的一樣，上一個齒面較佳是在加工時跟隨齒面，也稱為離開齒面。
附加動作本身較佳是經由計算滾切動作產生的工件位置及嚙合齒面位置之間的偏移量來決定。例如，理想的滾切動作將一個偏移量定為修正參數，其訊息內容包括由走刀的進給深度決定的從待形成之齒面到齒間中心的距離。這個偏移量會配合每一個新的走刀調整。如果加工方法使用的是連續改變的進給，則偏移量是進給深度的一個連續函數，例如滾切插齒的進給是以進給螺旋的方式進行。
有許多不同的附加動作可供選擇。其中一種有利的方式是改變工件繞工件轉動軸的滾切旋轉動作及刀具繞刀具轉軸的滾切旋轉動作之間的相對相位，以產生附加動作。這種簡稱為”附加轉動”的附加動作同樣是由進給深度決定。如果想要進行齒面改良，可以將這個由進給決定的附加動作加上一個偏移量再疊加到滾切嚙合，其中滾切嚙合會跟著另一個參數變化，並經過滾切嚙合達到齒面改良的目的。
一種替代及/或附加方式是在工件及刀具之間形成一個與工件繞工件轉動軸的滾切旋轉動作相切的相對線性運動，以產生附加動作。視進給的改變方式而定，關於刀具及工件轉動軸之間的相對位置，這個相對線性運動相當於一個根據走刀選擇的切向位移，在連續運轉的情況下，則相當於一個與進給深度有關的連續線性運動。
關於每一個走刀的進給深度，原則上可以選擇等距離的進給。一種有利的方式是根時間-切屑量控制刀具及工件之間的相對進給。例如，如果給定一個最大切屑量，則可以根據擬定的處理過程產生下一個最大進給深度，以及所屬之偏移量的等於或小於最大進給深度的下一個進給深度。
本發明之方法最適合的應用範圍是滾切插齒法及去滾切去殼法。
本發明還提出一種控制銑齒機用的電腦程式產品，這個在銑齒機的控制裝置上執行的電腦程式產品的作用是控制銑齒機執行如前面所述之任一項方法。
此外，本發明還提出一種銑齒機，尤其是滾切插齒機或滾切去殼機，其控制裝置可以控制機器執行如前面所述之任一項方法。此處所謂滾切插齒機(滾切去殼機)是指一種也能夠執行滾切插齒法(滾切去殼法)的機器，而不是僅能執行滾切插齒法(滾切去殼法)的機器。

10、20．．．齒面

11、12、13、14．．．切口

30.1、30.2、30.3、30.4．．．切削面

31、32．．．側切削面

33．．．頭部切削面

40．．．刀具

50a、50b、50c、50d、50e、50f．．．滾切位置

以下配合圖式對本發明的特徵、細節及優點做進一步的說明。其中：
第1a圖至第1f圖：按時間順序以示意方式顯示利用本發明之方法產生的不連續滾切位置。
第2圖：以示意方式顯示每一個走刀後形成的切削面及齒間，作為與第3圖比較之用。
第3圖：顯示以先前技術形成的相應於第2圖的切削面及齒間。

第1a圖至第1f圖除了以示意方式顯示刀具40外，還顯示待形成齒輪嚙合的一個齒的不連續的滾切位置50a至50b，這些位置是出現於以本發明的方法進行的滾切插齒。此外，第1b圖至第1f圖還顯示先前走刀的不連續的滾切位置。從一個走刀的滾切位置相對於前一個走刀的滾切位置的相對改變可以看出，兩個走刀的區別在於一個由附加動作產生的屬於理想的滾切動作的偏移量。因此各組滾切位置50a，50b，50c，50d，50e，50f的對稱軸(未繪出)彼此切向相隔一段距離。這整這個偏移量，使得刀具在前後連續的走刀中的潛入動作產生的齒面切口在跟隨齒面上連在一起。
因此就刀具而言，基本上只有刀刃會產生切削作用，這些刀刃形成進入嚙合齒面，也就是頭部刀刃及靠近頭部刀刃的產生跟隨嚙合齒面的刀刃範圍。換句話說，在繪製齒間形成時在刀具齒的整個刀刃長度上出現的切屑的切屑厚度曲線時，至少在遠離頭部刀刃的區域會出現明顯的反對稱圖形。就數量而言，此部分佔100%或更高，甚至是好幾個100%。
在本實施例中，作為精銑走刀用的最後一個加工走刀的附加動作不同於之前的加工走刀的附加動作，最後一個加工走刀的附加動作相對於理想的滾切動作的絕對值可以是零。
經試驗證實，使用本發明的方法僅會產生很少量的U形切屑。所產生的切屑大部分是L形切屑。由於刀具的總負荷量降低，因此刀具的耐用度會提高。
第2圖以示意方式顯示各個走刀(第2圖的例子共有5個走刀)前後連續形成的齒間，以供比較第2圖的切削面(尤其是齒面切口11，12，13，14)與第3圖之切削面30.1，30.2…的齒面切口31不同之處。從比較中可以發現，在第3圖中，跟隨走刀的切削面基本上是以對稱及相隔一段距離的方式將前一個走刀的切削面包圍住，但是在第1圖並未在齒面上出現這種相隔一段距離的包圍方式，這是因為兩個前後連續的走刀的齒面切口是連在一起的。此外，從第2圖可以看出，在連在一起的齒面切口11-12，12-13，13-14,…的齒面中，後面的齒面會跟隨待形成的嚙合齒面10的曲線變化，因此待形成的齒間並不是從中心到齒面對稱，而是從一個齒面到另一個齒面對稱。在刀刃的整個長度上只有進入齒面會出現切削加工造成的材料切屑，其中切屑厚度明顯大於第3圖的切屑厚度。這是本發明的方法與先前技術之方法相差最大的加功特性。在第2圖及第3圖的例子中，為形成嚙合齒面在最後一個走刀中以軸向動作為準的機器設定是一樣的，但是由於前一個走刀的切削面不同，因此產生的切屑是不一樣的。
本發明並不受第1a圖至第1f圖顯示的滾切插齒的例子的限制。也就是說，本發明亦可應用於其他去除切屑的滾切加工方法，尤其是應用於滾切去殼。在本文前面及以下之申請專利範圍中描述的各個特徵或其可能的組合，對於實現本發明的不同的實施方式都有可能是非常重要的。

10、20．．．齒面

11、12、13、14．．．切口

Claims (14)

1. 一種形成齒輪嚙合的方法，這種方法是將一個要形成齒輪嚙合的工件及一個去除切屑的刀具以滾切的方式互相進給，直到刀具走刀多次而形成齒輪嚙合的每一個齒面為止，其中刀具每走刀一次就會在工件上形成一個帶有至少一個齒面切口的切削面，
   其特徵為：
   將一個附加動作疊加到滾切動作中，透過這個附加動作使至少兩個前後連續的走刀產生的齒面切口連在一起。
2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中至少有兩個這種在至少3個前後連續的走刀中產生的連在一起的齒面切口形成於相同齒面的側面上。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項的方法，其中連在一起的齒面切口形成於在加工時的跟隨齒面上。
4. 如前述申請專利範圍中任一項的方法，其中連在一起的齒面切口跟隨一個待形成嚙合齒面的曲線變化，尤其是所形成的嚙合齒面是由最後一個走刀之前的走刀中的至少一個走刀的一個齒面切口共同決定。
5. 如申請專利範圍第4項的方法，其中至少一個形成的嚙合齒面是由所有走刀的齒面切口決定。
6. 如申請專利範圍第4項或第5項的方法，其中所產生的嚙合齒面是在加工時的跟隨齒面。
7. 如前述申請專利範圍中任一項的方法，其中經由計算滾切動作產生的工件位置及嚙合齒面位置之間的偏移量決定附加動作。
8. 如前述申請專利範圍中任一項的方法，其中改變工件繞工件轉動軸的滾切旋轉動作及刀具繞刀具轉軸的滾切旋轉動作之間的相對相位，以產生附加動作。
9. 如前述申請專利範圍中任一項的方法，其中在工件及刀具之間形成一個與工件繞工件轉動軸的滾切旋轉動作相切的相對線性運動，以產生附加動作。
10. 如前述申請專利範圍中任一項的方法，其中根據時間-切屑量控制刀具及工件之間的相互進給。
11. 如前述申請專利範圍中任一項的方法，其中這種方法是一種滾切插齒法。
12. 如申請專利範圍第1項至第10項中任一項的方法，其中這種方法是一種滾切去殼法。
13. 一種控制銑齒機用的電腦程式產品，這個在銑齒機的控制裝置上執行的電腦程式產品的作用是控制銑齒機執行如前述申請專利範圍中任一項的方法。
14. 銑齒機，尤其是滾切插齒機或滾切去殼機，其控制裝置可以控制機器執行如申請專利範圍第1項至第12項中任一項的方法。