TWI451926B - Internal gear machining method - Google Patents

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TWI451926B TW098140109A TW98140109A TWI451926B TW I451926 B TWI451926 B TW I451926B TW 098140109 A TW098140109 A TW 098140109A TW 98140109 A TW98140109 A TW 98140109A TW I451926 B TWI451926 B TW I451926B
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Description

內齒輪加工方法
本發明係關於一種使用桶形螺紋狀工具對內齒輪被加工物進行齒輪加工的內齒輪加工方法
一般而言，齒輪加工法，係藉由對預定的齒輪素材進行切齒加工而形成齒輪，且在對該已被加工的齒輪進行熱處理之後，進行用以去除因該熱處理而造成的畸變等之精細加工(研磨加工)。以往為了有效地精細加工熱處理後的齒輪之齒面，提供一種依WA系磨石或超磨粒(鑽石、CBN等)磨石等之工具所完成的各種齒形研磨法。又，被使用於此等研磨法的工具之形狀中，也有與所要研磨的齒輪之形狀相應的外齒輪形、內齒輪形、螺紋(蝸桿)形等。
另一方面，齒輪中，內齒輪係多被使用於汽車用變速箱等中，近年來則以謀求該變速箱之低震動化及低噪音化為目的，而被要求提高其加工精度。
因此，以往提供一種使熱處理後的外齒輪與磨石齒輪，在施予軸交叉角的狀態下相咬合，並藉由使熱處理後的外齒輪與磨石齒輪同步旋轉，而進行齒面研磨的外齒輪研磨法。此方法中，藉由其相咬合旋轉與軸交叉角，使滑動速度產生於外齒輪與磨石齒輪之間，即可細微地研磨其齒面。如此的習知外齒輪研磨方法，例如已被揭示於專利文獻1。
[先前技術文獻]
(專利文獻1)日本特開2004-136426號
又，即使在齒輪中研磨內齒輪時，為了在內齒輪的內側，使螺紋狀磨石與該內齒輪相咬合，而必須將螺紋狀磨石之外徑設定得比內齒輪之內徑還小。然而，當如此地將螺紋狀磨石形成小徑時，由於可研磨的有效磨石表面積會變小，所以工具壽命會變短。
因而，本發明係用以解決上述課題者，其目的在於提供一種藉由增大滑動速度可提高加工精度及延長工具壽命的內齒輪加工方法。
用以解決上述課題的第1發明之內齒輪加工方法，係藉由使內齒輪被加工物及桶形螺紋狀工具相咬合並同步旋轉而對內齒輪被加工物進行內齒輪加工的內齒輪加工方法，該內齒輪被加工物係能繞著工件旋轉軸而旋轉，該螺紋狀工具係能繞著與前述工件旋轉軸具有預定軸交叉角的工具旋轉軸而旋轉，其特徵在於：根據前述螺紋狀工具的形狀來設定軸交叉角。
用以解決上述課題的第2發明之內齒輪加工方法，其特徵在於：前述螺紋狀工具之形狀，係根據其軸向中間部之工具直徑及其軸向兩端部之工具直徑所求得的工具半徑變化量，在工具半徑變化量與軸交叉角之間，係成立軸交叉角隨著工具半徑變化量變大而變大的關係。
用以解決上述課題的第3發明之內齒輪加工方法，其特徵在於：前述螺紋狀工具，係形成：其工具直徑隨著從其軸向中間部朝向軸向兩端部逐漸變小的桶形。
依據本發明的內齒輪加工方法，由於根據螺紋狀工具之形狀，大幅地設定軸交叉角，藉此增大滑動速度，所以螺紋狀工具之銳利度變佳，可提高加工精度及延長工具壽命。
以下，使用圖式針對本發明的內齒輪加工方法加以詳細說明。另外，在下述記載的本實施形態中，係將本發明的內齒輪加工方法，適用於使用齒輪磨床而得之內齒輪研磨方法中。
[實施例]
如第1圖所示，採用本發明的內齒輪加工方法之齒輪磨床(省略圖示)，係使用螺紋狀磨石(螺紋狀工具)11，對工件(內齒輪被加工物)W進行研磨加工者。另外，該齒輪磨床，也可對未圖示的被加工外齒輪進行研磨加工。
在上述內齒輪磨床安裝有工件W，該工件W係以可繞著鉛垂(Z軸向)的工件旋轉軸C1旋轉的方式安裝。在該工件W，施有可獲得預定之齒形形狀的工件(內齒輪)諸元素。
又，在內齒輪磨床支撐有磨石心軸(grind stone arbor)12，該磨石心軸12係以可繞著磨石旋轉軸B1旋轉的方式支撐，並且以可朝能調整工件旋轉軸C1與磨石旋轉軸B1間之距離的方向(以下，稱為X軸向)、與磨石旋轉軸B1正交的方向(以下，稱為Y軸向)、Z軸向移動的方式支撐。然後，在該磨石心軸12之前端，係安裝有用以研磨工件W的螺紋狀磨石11。因而，藉由使磨石心軸12朝X軸、Y軸、Z軸向移動以及繞著磨石旋轉軸B1旋轉，螺紋狀磨石11即可與磨石心軸12一起移動以及旋轉。
更且，磨石心軸12，係以可繞著朝X軸向延伸之未圖示的磨石迴旋軸迴旋的方式支撐。因而，藉由使磨石心軸12繞著其磨石迴旋軸迴旋，並變更其磨石旋轉軸B1之迴旋角度，就可調整該磨石旋轉軸B1與工件旋轉軸C1之間的軸交叉角(以下，稱為軸角Σ)。亦即，研磨時的螺紋狀磨石11，係相對於工件W之工件旋轉軸C1，繞著以軸角Σ交叉的磨石旋轉軸B1旋轉。
另外，在研磨被加工外齒輪時，藉由將磨石齒輪安裝於磨石心軸12之前端，以取代螺紋狀磨石11，即可利用上述的齒輪磨床進行被加工外齒輪的研磨。
然後，如第2圖所示，螺紋狀磨石11，係形成：其直徑尺寸隨著從其軸向中間部朝軸向兩端部逐漸變小的桶形。如此，藉由將螺紋狀磨石11形成桶形，即便將該螺紋狀磨石11以軸角Σ傾斜配置，亦可與工件W相咬合。更且，在螺紋狀磨石11，施有與工件諸元素進行適當相咬合的磨石諸元素。另外，軸角Σ，係根據工件扭轉角及軸向中間部之磨石扭轉角(以下，稱為磨石基準扭轉角)而求出，且成為[(磨石基準扭轉角)-(工件扭轉角)]。
因而，如第1圖所示，在利用螺紋狀磨石11來研磨工件W時，係首先使磨石心軸12迴旋，以將螺紋狀磨石11配置於預定之軸角Σ。接著，使已被配置於軸角Σ的螺紋狀磨石11，移動至工件W之內側後，使之更進一步移動而與工件W相咬合。然後，在如此相咬合的狀態下，使工件W繞著工件旋轉軸C1旋轉，並且使螺紋狀磨石11一邊繞著磨石旋轉軸B1旋轉，一邊朝上下方向(Z軸向)擺動。藉此，可藉由螺紋狀磨石11之刃面，來研磨工件W之齒面。
又，在進行上述研磨作業時，由於螺紋狀磨石11繞著相對於工件旋轉軸C1以軸角Σ交叉的磨石旋轉軸B1旋轉，所以在螺紋狀磨石11與工件W之間，會發生滑動速度V。該滑動速度V，係螺紋狀磨石11之刃面與工件W之齒面的接觸點中，工件W之工件角速度ω1對螺紋狀磨石11之磨石角速度ω2的相對速度(亦可為螺紋狀磨石11之磨石角速度ω2對工件W之工件角速度ω1的相對速度)。如此，藉由其相咬合旋轉與軸角Σ，使其在螺紋狀磨石11與工件W之間產生滑動速度V，藉此可細微地研磨工件W之齒面。
在此，如上所述，由於滑動速度V係工件角速度ω1對磨石角速度ω2的相對速度，所以可根據軸角Σ而設定。亦即，藉由將螺紋狀磨石11之直徑尺寸，隨著從其軸向中間部朝軸向兩端部而設定得更小，即可加大軸角Σ，結果，可加大滑動速度V。然而，當將軸角Σ設定得過大時，磨石心軸12就有干擾到工件W之虞。
因此，本發明的內齒輪研磨方法中，當要增大滑動速度V時，並非只是將軸角Σ設定得較大，而是附加了螺紋狀磨石11的形狀。
其次，使用第3圖至第5圖針對以滑動速度V之增大為目的之根據螺紋狀磨石11之形狀而得的軸角Σ之設定方法加以說明。
在此，為了明確軸角Σ與螺紋狀磨石11之形狀的關係，進行了後述的模擬(1)~(3)之解析。另外，在此等的模擬(1)~(3)中，係使用磨石寬度為固定的螺紋狀磨石11，並使工件諸元素及磨石諸元素一邊產生變化，一邊進行各自的解析。
首先，使用第3圖(a)、(b)針對模擬(1)加以說明。
在該模擬(1)中，係將工件諸元素及磨石諸元素設定成如下之(W1)、(T1)所示。
(W1)工件諸元素
模數：2.0
齒數：60
壓力角：20°
扭轉角：20°
齒元素圓直徑：131.7mm
齒尖圓直徑：123.7mm
齒寬：30mm
(T1)磨石諸元素
齒數：23
磨石寬度：30mm
磨石基準扭轉角：30°~60°
如此，在螺紋狀磨石11中，當齒數、磨石寬度以及磨石基準扭轉角被設定時，軸角Σ、軸向中間部之磨石節圓直徑(以下，稱為磨石基準節圓直徑)、軸向兩端部之磨石節圓直徑等也隨之被設定。藉此，可求出磨石節圓半徑變化量。該磨石節圓半徑變化量，係軸向兩端部之磨石節圓半徑對軸向中間部之磨石節圓半徑(以下，稱為磨石基準節圓半徑)的變化量(減少量)，並成為[(磨石基準節圓半徑)-(軸向兩端部之磨石節圓半徑)]。
然後，使用具有如上述之磨石諸元素的各螺紋狀磨石11進行模擬，且經確認活動速度V之大小並無問題。其中，為了針對複數個螺紋狀磨石11進行檢討，如第3圖(a)所示，將此等的磨石諸元素之一部分與當時的軸角Σ及磨石節圓半徑變化量整理於表，並且如第3圖(b)所示，可明確軸角Σ與磨石節圓半徑變化量的關係。
因而，如第3圖(a)所示，了解磨石基準節圓直徑及磨石節圓半徑變化量是隨著軸角Σ變大而變大。換句話說，由於隨著磨石節圓半徑變化量變大，磨石基準節圓直徑就會變大，另一方面軸向兩端部之磨石節圓直徑會變小，且螺紋狀磨石11的前端會變細，所以軸角Σ也會變大。又，如第3圖(b)所示，可了解在磨石節圓半徑變化量中，並非是隨著軸角Σ之增大，以固定量逐次增加，而是其增加量逐漸變大。
另外，軸角Σ的範圍，係被設定在10°~40°之間，此理由在於：當軸角Σ未滿10°時，滑動速度V就會過小，當軸角Σ超過40°時，就有磨石心軸12干擾到工件W之虞。
接著，使用第4圖(a)、(b)針對模擬(2)加以說明。
在該模擬(2)中，係將工件諸元素及磨石諸元素設定成如下之(W2)、(T2)所示。
(W2)工件諸元素
模數：2.0
齒數：80
壓力角：20°
扭轉角：15°
齒元素圓直徑：169.6mm
齒尖圓直徑：161.6mm
齒寬：30mm
(T2)磨石諸元素
齒數：29
磨石寬度：30mm
磨石基準扭轉角：25°~55°
因而，如第4圖(a)所示，了解磨石基準節圓直徑及磨石節圓半徑變化量是隨著軸角Σ變大而變大。換句話說，由於隨著磨石節圓半徑變化量變大，磨石基準節圓直徑就會變大，另一方面軸向兩端部之磨石節圓直徑會變小，且螺紋狀磨石11的前端會變細，所以軸角Σ也會變大。又，如第4圖(b)所示，可了解在磨石節圓半徑變化量中，並非是隨著軸角Σ之增大，以固定量逐次增加，而是其增加量逐漸變大。
接著，使用第5圖(a)、(b)針對模擬(3)加以說明。
在該模擬(3)中，係將工件諸元素及磨石諸元素設定成如下之(W3)、(T3)所示。
(W3)工件諸元素
模數：1.2
齒數：90
壓力角：20°
扭轉角：20°
齒元素圓直徑：117.3mm
齒尖圓直徑：112.5mm
齒寬：30mm
(T3)磨石諸元素
齒數：31
磨石寬度：30mm
磨石基準扭轉角：30°~60°
因而，如第5圖(a)所示，了解磨石基準節圓直徑及磨石節圓半徑變化量是隨著軸角Σ變大而變大。換句話說，由於隨著磨石節圓半徑變化量變大，磨石基準節圓直徑就會變大，另一方面軸向兩端部之磨石節圓直徑會變小，且螺紋狀磨石11的前端會變細，所以軸角Σ也會變大。又，如第5圖(b)所示，可了解在磨石節圓半徑變化量中，並非是隨著軸角Σ之增大，以固定量逐次增加，而是其增加量逐漸變大。
亦即，根據第3圖至第5圖可了解，藉由使用磨石節圓半徑變化量較大的螺紋狀磨石11，就可將軸角Σ設定得較大。藉此，可一邊防止磨石心軸12干擾到工件W，一邊獲得最大限的滑動速度V。
因而，依據本發明的內齒輪研磨方法，因根據螺紋狀磨石11之磨石節圓半徑變化量，將軸角Σ設定得較大，故可輕易地增大滑動速度。結果，因可改善螺紋狀磨石11之銳利度，故可提高加工精度及延長工具壽命。又，當滑動速度V增大時，因可提高研磨能力及修正能力，故亦可輕易地修正間距誤差。
另外，本實施形態中，雖然已將本發明的內齒輪加工方法，適用於使用螺紋狀磨石11對熱處理後的工件W進行研磨加工之內齒輪研磨方法中，但是亦可適用於使用刮齒刀(shaving cutter)對熱處理前的工件W進行精細加工的內齒輪精細加工方法中。
 [產業上之可利用性]
本發明係可適用於藉由桶形螺紋狀工具以高速加工內齒輪的內齒輪加工方法中。
11．．．螺紋狀磨石
12．．．磨石心軸
B1．．．磨石旋轉軸
C1．．．工件旋轉軸
V．．．滑動速度
W．．．工件
Σ．．．軸角
ω1．．．工件角速度
ω2．．．磨石角速度
第1圖係顯示本發明一實施例的內齒輪研磨方法之示意圖。
第2圖係螺紋狀磨石的縱剖視圖。
第3圖係為模擬(1)之解析結果；其中(a)係顯示相對於各磨石諸元素的軸角及磨石節圓半徑變化量之表，(b)係顯示軸角與磨石節圓半徑變化量的關係之示意圖。
第4圖係為模擬(2)之解析結果；其中(a)係顯示相對於各磨石諸元素的軸角及磨石節圓半徑變化量之表，(b)係顯示軸角與磨石節圓半徑變化量的關係之示意圖。
第5圖係為模擬(3)之解析結果；其中(a)係顯示相對於各磨石諸元素的軸角及磨石節圓半徑變化量之表，(b)係顯示軸角與磨石節圓半徑變化量的關係之示意圖。
11．．．螺紋狀磨石
12．．．磨石心軸
B1．．．磨石旋轉軸
C1．．．工件旋轉軸
V．．．滑動速度
W．．．工件
Σ．．．軸角
ω1．．．工件角速度
ω2．．．磨石角速度

Claims (2)

  1. 一種內齒輪加工方法，係藉由使內齒輪被加工物及桶形螺紋狀工具相咬合並同步旋轉而對內齒輪被加工物進行內齒輪加工的內齒輪加工方法，該內齒輪被加工物係能繞著工件旋轉軸而旋轉，該螺紋狀工具係能繞著與前述工件旋轉軸具有預定軸交叉角的工具旋轉軸而旋轉，其特徵在於：根據前述螺紋狀工具的形狀來設定軸交叉角；前述螺紋狀工具之形狀，係根據其軸向中間部之工具直徑及其軸向兩端部之工具直徑所求得的工具半徑變化量，在工具半徑變化量與軸交叉角之間，係成立軸交叉角隨著工具半徑變化量變大而變大的關係。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的內齒輪加工方法，其中，前述螺紋狀工具，係形成：其直徑隨著從其軸向中間部朝向軸向兩端部逐漸變小的桶形。
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