TWI453094B - Method of making barrel - shaped helical tool - Google Patents

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Mitsubishi Heavy Ind Ltd
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Description

桶形螺旋狀工具之製作方法
本發明，是關於內齒輪的齒面研磨加工所使用之形狀為桶形的桶形螺旋狀砂輪其成形或修整的方法。
齒輪大多數是使用汽車用齒輪傳動裝置等。近年來，為了實現齒輪傳動裝置的低振化及低噪音化，是要求需提昇齒輪的加工精度。一般，齒輪加工方法，是對指定的齒輪素材進行滾齒加工形成齒形，在滾齒加工後的齒輪經熱處理後，為了去除該熱處理造成的變形等是進行表面加工(研磨加工)。先前，是將熱處理後的被加工外齒輪和砂輪在賦予軸交差角的狀態下咬合，然後進行被加工外齒輪的齒面研磨。對於該等研磨方法所使用的工具，根據進行研磨的齒輪形狀，是有外齒輪形、內齒輪形、螺旋(蝸旋)形等各種形狀的工具。
隨著研磨加工的進行，砂輪會產生堵塞或磨損，導致砂輪的切削性降低。因此，在指定數量的齒輪研磨後，對於研削面磨損的砂輪，是需要進行修整或切削加工使其重現銳利刃面。
進行修整或切削加工的方法，是使用設定成和表面加工後的齒輪幾乎相同之齒輪各項條件的修整齒輪對砂輪進行修整。專利文獻1中，關於對熱處理後的齒輪使用內齒砂輪的硬齒輪珩磨加工，是揭示有為了要高精度進行修整或切削加工內齒砂輪而將修整齒輪的齒數為被加工齒輪(工件)齒數的1.5倍以上齒數的修整齒輪。
[先行技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平7-32214號公報(例如參照說明書段落[0006]～[0008]等)
近年來並不限於外齒輪，對於內齒輪，其加工精度也有需要更加提昇的需求。被加工內齒輪研磨加工時使用的砂輪，是使用直徑尺寸隨著從砂輪的旋轉軸方向中間部朝軸方向兩端部逐漸形成為較小之桶形狀的桶形螺旋狀砂輪。對該桶形螺旋狀砂輪進行修整或切削加工之修整砂輪的形狀，為了讓桶形螺旋狀砂輪的形狀適合表面加工後之被加工內齒輪的形狀，一般是以和表面加工後的被加工內齒輪相同的各項條件設計製作。
但是，對於熱處理後的被加工內齒輪是設定有研磨加工所需的加工預留寬幅，因此當使用經過與內齒輪相同各項條件製作之修整齒輪修整或切削加工後的桶形螺旋狀砂輪對被加工內齒輪進行表面加工時，是有無法適當咬合桶形螺旋狀砂輪之齒形的狀況。具體而言，如第9圖及第10圖所示，被加工內齒輪211是形成有齒形222的取代齒形(加工預留寬幅)221。接著，研磨開始時，是對桶形螺旋狀砂輪212和被加工內齒輪211的位置進行適當的彼此咬合，但一般是以桶形螺旋狀砂輪212的中心為基準進行咬合。因此，加工當時是在桶形螺旋狀砂輪212的軸方向兩端部212b、212c使桶形螺旋狀砂輪212的刃212a只接觸被加工內齒輪211的取代齒形221，比桶形螺旋狀砂輪212的軸方向中心部還咬入成需求以上。於該咬合狀態下進行研磨加工時，在研磨加工開始時，對於桶形螺旋狀砂輪212的兩端部212b、212c，是會有局部性負荷的施加，恐怕會產生不規則性的研磨負荷或偏磨損。
因此，本發明是有鑑於上述問題而提案的發明，目的是提供一種能夠容易製作沒有偏磨損能夠有效率研磨之桶形螺旋狀工具的桶形螺旋狀工具之製作方法。
用以解決上述課題之本發明相關的桶形螺旋狀工具之製作方法，是針對直徑隨著從軸方向端部朝軸方向中間部逐漸形成為較大，使用在被加工內齒輪之齒輪加工的桶形螺旋狀工具，經由使用修整工具進行修整，藉此製作桶形螺旋狀工具的方法，其特徵為：根據比上述被加工內齒輪之齒數還少的齒數數據，使上述修整工具和上述桶形螺旋狀工具在上述桶形螺旋狀工具的齒輪加工時相同的軸交叉角咬合後進行修整。
用以解決上述課題之本發明相關的桶形螺旋狀工具之製作方法，是於上述的桶形螺旋狀工具之製作方法中，其特徵為：上述修整工具，是使用其具有的齒數比上述被加工內齒輪的齒數還少的內齒狀修整齒輪。
用以解決上述課題之本發明相關的桶形螺旋狀工具之製作方法，是於上述的桶形螺旋狀工具之製作方法中，其特徵為：上述修整工具，是使用以上述被加工內齒輪之齒剖面形狀為輪廓形狀的圓盤修整器，減少上述被加工內齒輪之各項條件的齒數後進行修整動作數據運算，使上述圓盤修整器和上述桶形螺旋狀工具咬合，根據上述修整動作數據，以彼此咬合的狀態使上述桶形螺旋狀砂輪及上述圓盤修整器移動。
根據本發明相關的桶形螺旋狀工具之製作方法時，是能夠容易製作其軸方向兩端部的砂輪節距圓直徑比先前的桶形螺旋狀砂輪還小，該位置的曲率半徑也比較小的桶形螺旋狀砂輪。利用上述的桶形螺旋狀砂輪，即使是在對熱處理造成變形或加工預留寬幅太大時的被加工內齒輪進行表面加工時，還是能夠實現加工負荷及偏磨損的降低，能夠高精度進行齒輪加工。
[發明之最佳實施形態]
以下，是針對本發明相關的桶形螺旋狀工具之製作方法的各實施形態進行詳細說明。
[第一實施形態]
第一實施形態相關的桶形螺旋狀工具之製作方法，是參照第1圖～第3圖進行說明。本實施形態，是說明應用在具備有修整齒輪(修整工具)之修整裝置時的狀況。
如第1圖所示，內齒輪磨床1，是具備機座2、柱台3、滑架4、旋繞頭5、砂輪頭6。柱台3，是可朝水平之X軸方向移動地支撐在機座2上。X軸方向是要調整砂輪旋轉軸B1和工件旋轉軸C1之間距離的移動方向，形成為沿著內齒輪磨床1的前後方向。滑架4，是安裝在柱台3，被支撐成可朝與X軸方向正交之垂直的Z軸方向昇降。旋繞頭5是安裝在滑架4，被支撐成可繞著與X軸平行之水平的砂輪旋繞軸A旋繞。砂輪頭6是安裝在旋繞頭5，可移動地被支撐在與砂輪旋轉軸B1正交的Y軸方向上。砂輪頭6，是支撐著未圖示砂輪主軸及安裝在砂輪主軸的砂輪心軸6a，使砂輪主軸及砂輪心軸6a可繞著砂輪旋轉軸(工具旋轉軸)B1旋轉。砂輪心軸6a的前端，是可拆裝地安裝有桶形螺旋狀砂輪12。
如上述之軸構成的內齒輪磨床1，是藉由柱台3的移動，使桶形螺旋狀砂輪12和該柱台3及滑架4、旋繞頭5、砂輪頭6(砂輪心軸6a)一起朝箭頭符號a所示的X軸方向移動。另外，是藉由滑架4的移動，使桶形螺旋狀砂輪12和該滑架4及旋繞頭5、砂輪頭6(砂輪心軸6a)一起朝箭頭符號b所示Z軸方向(內齒輪磨床1的上下方向)移動。此外，是藉由旋繞頭5的旋繞，使桶形螺旋狀砂輪12和該旋繞頭5一起繞著箭頭符號c所示砂輪旋繞軸A旋繞。另，此時Y軸方向(砂輪頭6的移動方向)也是形成為和旋繞頭5一起繞著砂輪旋轉軸A旋繞。藉由砂輪頭6的移動，使桶形螺旋狀砂輪12和該砂輪頭6(砂輪心軸6a)一起朝箭頭符號d所示Y軸方向移動。接著，藉由驅動砂輪頭6內的砂輪主軸，使桶形螺旋狀砂輪12和砂輪心軸6a一起繞著箭頭符號e所示砂輪旋轉軸B1旋轉。
在機座2上的柱台3正對面，是設有可繞著垂直之工件旋轉軸C1旋轉的旋轉台7。旋轉台7的上面，是設有圓筒狀的安裝固定工具8，該安裝固定工具8的上端內圍面，是可拆裝地安裝有被加工內齒輪(工件)W。因此，當驅動旋轉台7時，被加工內齒輪W是會和旋轉台7一起朝箭頭符號i所示工件旋轉軸C1旋轉。
當利用修整齒輪11對桶形螺旋狀砂輪12進行修整時，修整齒輪11是安裝在安裝固定工具8，使修整齒輪11和桶形螺旋狀砂輪12咬合。於咬合狀態下，使修整齒輪11繞著修整齒輪旋轉軸(工件旋轉軸)C1旋轉的同時，邊使桶形螺旋狀砂輪12同步繞著砂輪旋轉軸B1旋轉，邊使桶形螺旋狀砂輪12朝上下方向(Z軸方向)擺動，藉此利用修整齒輪11的刃面11a修整桶形螺旋狀砂輪12的刃面12a。
上述的修整齒輪11，是根據比被加工內齒輪W齒數還少的齒數數據，形成為其齒數要比利用桶形螺旋狀砂輪12研磨加工的被加工內齒輪的齒數還少。因此，修整齒輪11，其具有的節距圓直徑是比齒數形成為和通常被加工內齒輪齒數相同之修整齒輪的節距圓直徑還小。修整動作運算部是根據該數據進行動作數據的運算，對修整時的動作進行控制。因此，當利用具有的節距圓直徑比齒數形成為和通常被加工內齒輪齒數相同之修整齒輪的節距圓直徑還小的修整齒輪11對桶形螺旋狀砂輪12進行修整或切削加工時，桶形螺旋狀砂輪12的形狀，如第3圖所示，是形成為於砂輪寬度(砂輪的軸方向長度)H方向隨著從其軸方向中間部(中心部)朝軸方向兩端部12b、12c，其徑尺寸逐漸比表面加工後之被加工內齒輪形狀所適合之尺寸還更小的桶形狀。
如此一來，使用桶形螺旋狀砂輪12對熱處理後的被加工內齒輪進行表面加工時，就能夠防止桶形螺旋狀砂輪12軸方向端部的刃超過需求進入在被加入內齒輪齒槽。因此，就能夠降低加工負荷及偏磨損。再加上，還能夠使桶形螺旋狀砂輪12全體接觸成和被加工內齒輪的齒面一樣，能夠進行高精度齒輪加工。
另，修整齒輪11齒數的下限值，是根據被加工內齒輪的加工預留寬幅或利用桶形螺旋狀砂輪12研磨被加工內齒輪時的桶形螺旋狀砂輪12和被加工內齒輪的接觸寬幅(長度)考慮研削性(研磨加工時間)來加以設定。
其次，即使被加工內齒輪因熱處理而變形或加工預留寬幅太大，但為了要能夠製作出可達到降低加工負荷及偏磨損，能夠高精度進行加工之桶形螺旋狀砂輪，對於根據被加工內齒輪之齒數設定修整齒輪之齒數的設定方法，是使用第7圖及第8圖進行具體性說明。
於此，為了使外齒狀的修整齒輪的齒數和桶形螺旋狀砂輪的砂輪節距圓半徑變化量之關係明確，進行了下述模擬(1)、(2)的解析。另，桶形螺旋狀砂輪的砂輪節距圓半徑變化量，是指桶形螺旋狀砂輪的軸方向中心部之節距圓半徑和桶形螺旋狀砂輪的軸方向端部之節距圓半徑的差值。
首先，是針對模擬(1)使用第7(a)圖、第7(b)圖進行說明。
在該模擬(1)，修整齒輪各項條件是設定成下述的(D1)，桶形螺旋狀砂輪各項條件是設定成下述的(T1)，工件(被加工內齒輪)各項條件是設定成下述的(W1)。
(D1)修整齒輪各項條件
模數：2
壓力角：20°
螺旋角：20°
齒寬：30mm
(T1)砂輪各項條件
齒數：23
砂輪外徑(中心部)：75.6mm
砂輪寬度：30mm
砂輪螺旋角(中心部)：50°
(W1)工件各條件
模數：2
齒數：60
壓力角：20°
螺旋角：20°
齒底徑：131.7mm
工件節距圓直徑：127.7mm
齒尖徑：123.7mm
齒寬：30mm
利用比被加工內齒輪齒數還少之齒數的修整齒輪[第7(a)圖的1～5]對桶形螺旋狀砂輪進行修整的結果，得知砂輪節距圓半徑變化量Δr是比利用具有和被加工內齒輪齒數相同齒數的修整齒輪[第7(a)圖的6]對桶形螺旋狀砂輪進行修整時還大。即，得知桶形螺旋狀砂輪軸方向端部的砂輪節距圓直徑會改變，具體而言，是得知修整齒輪的齒數比被加工內齒輪的齒數愈少則砂輪節距圓半徑變化量Δr會愈增加。因此，利用比被加工內齒輪齒數還少之齒數的修整齒輪對桶形螺旋狀砂輪進行修整，和利用具有和被加工內齒輪齒數相同齒數的修整齒輪對桶形螺旋狀砂輪進行修整時相比，是能夠使桶形螺旋狀砂輪端部的直徑形成為較小。
如此一來，桶形螺旋狀砂輪的曲率半徑，就會形成為軸方向端部比軸方向中心部還小。其結果，當使用桶形螺旋狀砂輪對熱處理後的被加工內齒輪進行表面加工時，就能夠防止軸方向端部的刃超過需求進入被加工內齒的齒槽。因此，就能夠降低加工負荷及偏磨損。再加上，還能夠使桶形螺旋狀砂輪12全體接觸成和被加工內齒輪的齒面一樣，能夠高精度進行齒輪加工。藉此得知能夠容易製作上述的桶形螺旋狀砂輪。
接著，是針對模擬(2)使用第8(a)圖、第8(b)圖進行說明。
在該模擬(2)，修整齒輪各項條件是設定成下述的(D2)，桶形螺旋狀砂輪各項條件是設定成下述的(T2)，工件(被加工內齒輪)各項條件是設定成下述的(W2)。
(D2)修整齒輪各項條件
模數：1.2
壓力角：20°
螺旋角：20°
齒寬：30mm
(T2)砂輪各項條件
齒數：31
砂輪外徑(中心部)：60.3mm
砂輪寬度：30mm
砂輪螺旋角(中心部)：50°
(W2)工件各條件
模數：1.2
齒數：90
壓力角：20°
螺旋角：20°
齒底徑：117.3mm
工件節距圓直徑：114.9mm
齒尖徑：112.5mm
齒寬：30mm
如第8(a)圖所示，得知和模擬(1)相比，模擬(1)即使是在對不同之各項條件的被加工內齒輪進行研磨加工時，還是能夠和模擬(1)相同，當使用不同於被加工內齒輪之齒數的修整齒輪對桶形螺旋狀砂輪進行修整或切削加工時，桶形螺旋狀砂輪軸方向端部的砂輪節距圓直徑會改變，具體而言，可得知修整齒輪的齒數比被加工內齒輪的齒數愈少則桶形螺旋狀砂輪的軸方向端部的節距圓直徑與軸方向中心部的節距圓直徑比較會愈減少。
如此一來，桶形螺旋狀砂輪的曲率半徑，就會形成為軸方向端部比軸方向中心部還小。其結果，當使用桶形螺旋狀砂輪對熱處理後的被加工內齒輪進行表面加工時，就能夠防止軸方向端部的刃超過需求進入被加工內齒的齒槽。因此，就能夠降低加工負荷及偏磨損。再加上，還能夠使桶形螺旋狀砂輪12全體接觸成和被加工內齒輪的齒面一樣，能夠高精度進行齒輪加工。藉此得知能夠容易製作上述的桶形螺旋狀砂輪。
[第二實施形態]
第二實施形態相關的桶形螺旋狀工具之製作方法，是參照第4圖～第6圖進行說明。本實施形態，是說明應用在具備有圓盤修整器(修整工具)之修整裝置時的狀況。
內齒輪磨床(未圖示)，是設有第4圖所示之具備有圓盤修整器21的修整裝置20。即，修整裝置20是安裝在內齒輪磨床之機座上的旋轉台所設置的安裝固定工具。如此一來，圓盤修整器21，是被支撐成可繞著對垂直方向成指定安裝角度(例如工件的螺旋角)A2的修整器旋轉軸(工具旋轉軸)C13旋轉的同時，被支撐成可繞著垂直之修整器旋繞軸(工件旋轉軸)C1旋繞。圓盤修整器21是配置成與修整器旋繞軸C1隔著指定距離，繞著C1軸旋繞。
圓盤修整器21，是以被加工內齒輪W的1齒剖面形狀(與齒輪的接觸線)為輪廓的形狀，在沿著其周圍面的緣部形成有刃面21a，使圓盤修整器21能夠對桶形螺旋狀砂輪(桶形螺旋狀工具)12進行修整。
其次，是使用第5圖及第6圖對修整裝置20的修整動作進行說明。
如第5圖及第6圖所示，桶形螺旋狀砂輪12和圓盤修整器21咬合後，在桶形螺旋狀砂輪12繞著砂輪旋轉軸B1旋轉，圓盤修整器21繞著修整器旋轉軸C13旋轉的同時，以圓盤修整器21沿著桶形螺旋狀砂輪12刃槽的狀態邊使桶形螺旋狀砂輪12朝X軸、Y軸移動邊使圓盤修整器21繞著修整器旋繞軸C1旋繞，從d1位置移動至和桶形螺旋狀砂輪12中間部咬合的d2位置，接著，從d2位置移動至和桶形螺旋狀砂輪12其他端部咬合的d3位置進行修整或切削加工。
於此，上述的圓盤修整器21的動作或桶形螺旋狀砂輪12的動作，是根據所輸入之被加工內齒輪各項條件的齒數假設成比指定數量少，齒數以外的螺旋角等假設成和被加工內齒輪各項條件相同的砂輪形狀，於修整動作運算部運算出動作數據後加以控制。如此一來，桶形螺旋狀砂輪12的形狀，就會形成為在砂輪寬幅(砂輪的軸方向長度)的方向隨著從其軸方向中間部(中心部)朝軸方向兩端部12b、12c，其徑尺寸逐漸比表面加工後之被加工內齒輪形狀所適合之尺寸還更小的桶形狀。
因此，使用桶形螺旋狀砂輪12對熱處理後的被加工內齒輪進行表面加工時，就能夠防止桶形螺旋狀砂輪12軸方向端部的刃超過需求進入在被加入內齒輪齒槽。藉此，就能夠降低加工負荷及偏磨損。再加上，還能夠使桶形螺旋狀砂輪12全體接觸成和被加工內齒輪的齒面一樣，能夠進行高精度齒輪加工。
另，利用圓盤修整器21進行修整或切削加工時所假定的被加工內齒輪齒數的下限值，是根據被加工內齒輪的加工預留寬幅或利用桶形螺旋狀砂輪12研磨被加工內齒輪時的桶形螺旋狀砂輪12和被加工內齒輪的接觸寬幅(長度)考慮研削性(研磨加工時間)來加以設定。
[產業上之可利用性]
根據本發明時，是能夠容易製作出可降低加工負荷及偏磨損，高精度進行齒輪加工的桶形螺旋狀砂輪，因此能夠有益利用在工作機械產業等。
11．．．修整齒輪
12．．．桶形螺旋狀砂輪
20．．．修整裝置
21．．．圓盤修整器
A1．．．軸交叉角
A2．．．修整器安裝角
B1．．．砂輪旋轉軸
C1．．．工件旋轉軸
C13．．．修整器旋轉軸
第1圖為內齒輪磨床的概略圖。
第2圖為表示本發明一實施形態應用桶形螺旋狀工具之製作方法時的修整裝置之砂輪及修整齒輪的支撐構造圖。
第3圖為桶形螺旋狀砂輪的縱剖面圖。
第4圖為表示本發明另一實施形態應用桶形螺旋狀工具之製作方法時的修整裝置之砂輪及修整齒輪的支撐構造圖。
第5圖為表示桶形螺旋狀砂輪利用圓盤修整器進行修整時的狀態圖。
第6圖為表示圓盤修整器的修整動作模式圖。
第7圖為模擬(1)的解析結果，第7(a)圖為表示各修整齒輪齒數相對的修整齒輪齒底徑(mm)、修整齒輪齒尖徑(mm)、軸方向中心部的砂輪螺旋角(deg)、軸角(deg)、軸方向中心部的砂輪節距圓直徑(mm)、軸方向端部的砂輪節距圓直徑(mm)、砂輪節距圓半徑變化量Δr(mm)之數據表，第7(b)圖為表示砂輪節距圓半徑變化量Δr(mm)和修整齒輪齒數之關係圖表。
第8圖為模擬(2)的解析結果，第8(a)圖為表示各修整齒輪齒數相對的修整齒輪齒底徑(mm)、修整齒輪齒尖徑(mm)、軸方向中心部的砂輪螺旋角(deg)、軸角(deg)、軸方向中心部的砂輪節距圓直徑(mm)、軸方向端部的砂輪節距圓直徑(mm)、砂輪節距圓半徑變化量Δr(mm)之數據表，第8(b)圖為表示砂輪節距圓半徑變化量Δr(mm)和修整齒輪齒數之關係圖表。
第9圖為表示利用先前砂輪研磨加工被加工內齒輪時的狀態圖。
第10圖為第9圖的要部放大圖。
11．．．修整齒輪
11a．．．刃面
12．．．桶形螺旋狀砂輪
12a．．．軸方向中間部
12b、12c．．．軸方向兩端部
A1．．．軸交叉角
B1．．．砂輪旋轉軸
C1．．．工件旋轉軸

Claims (2)

  1. 一種桶形螺旋狀工具之製作方法，其是針對直徑隨著從軸方向端部朝軸方向中間部逐漸形成為較大，使用在被加工內齒輪之齒輪加工的桶形螺旋狀工具，經由使用修整工具進行修整，藉此製作桶形螺旋狀工具的方法，其特徵為：根據比上述被加工內齒輪之齒數還少的齒數數據，使上述修整工具和上述桶形螺旋狀工具在上述桶形螺旋狀工具的齒輪加工時相同的軸交叉角咬合後進行修整；上述修整工具，是使用其具有的齒數比上述被加工內齒輪的齒數還少的內齒狀修整齒輪。
  2. 一種桶形螺旋狀工具之製作方法，其是針對直徑隨著從軸方向端部朝軸方向中間部逐漸形成為較大，使用在被加工內齒輪之齒輪加工的桶形螺旋狀工具，經由使用修整工具進行修整，藉此製作桶形螺旋狀工具的方法，其特徵為：根據比上述被加工內齒輪之齒數還少的齒數數據，使上述修整工具和上述桶形螺旋狀工具在上述桶形螺旋狀工具的齒輪加工時相同的軸交叉角咬合後進行修整；上述修整工具，是使用以上述被加工內齒輪之齒剖面形狀為輪廓形狀的圓盤修整器，減少上述被加工內齒輪之各項條件的齒數後進行修整動作數據運算，使上述圓盤修整器和上述桶形螺旋狀工具咬合， 根據上述修整動作數據，以彼此咬合的狀態使上述桶形螺旋狀砂輪及上述圓盤修整器移動。
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