TWI814479B

TWI814479B - 長鼓型蝸杆軸加工裝置

Info

Publication number: TWI814479B
Application number: TW111125961A
Authority: TW
Inventors: 韓奎鳳
Original assignee: 韓商成振科技有限公司; 韓奎鳳
Priority date: 2021-11-04
Filing date: 2022-07-11
Publication date: 2023-09-01
Also published as: JP2023070021A; CN116060704B; JP7148942B1; EP4176995A1; US20230136148A1; TW202319151A; CN116060704A; KR102377424B1; EP4176995B1

Abstract

本發明涉及一種長鼓型蝸杆軸加工裝置，包括：基座，具備用於旋轉具有長鼓型主體的被加工物的主軸、及用於將該被加工物固定到該主軸的尾座；旋轉單元，具備能夠進行左右旋轉並且在上表面安裝有該基座的旋轉板；排列手段，能夠沿前後左右移動該基座，使得以該旋轉板的中心點為基準，該長鼓型主體的圓弧切削面配置成與該旋轉板的旋轉路徑構成同心圓結構；以及刀具，固定在該旋轉板的中心側，以朝向該長鼓型主體的圓弧切削面；該被加工物通過在該刀具的外圍進行公轉來在該長鼓型主體的圓弧切削面實現長鼓型蝸杆軸的螺紋加工。

Description

長鼓型蝸杆軸加工裝置

本發明涉及一種長鼓（janggu）型蝸杆軸加工裝置，更詳細地，涉及一種如下的長鼓型蝸杆軸加工裝置：即在具有中心部凹陷且外周面呈圓弧形狀的長鼓型主體的被加工物切削加工螺紋的長鼓型蝸杆軸加工裝置中，使被加工的長鼓型蝸杆軸的齒形始終朝向蝸輪的中心軸並以均勻的深度進行切削，從而提高長鼓型蝸杆軸的加工精度，無需進行後續加工。

與大部分一般的齒輪不同，蝸輪蝸杆（worm gear）是通過蝸杆軸的旋轉來在蝸輪（worm wheel）的齒面滑動而傳遞力，其在2個軸彼此正交的情況下使用。

這種蝸輪蝸杆可以產生10：1以上的大齒輪比，能夠簡化需要使用多個齒輪組的裝置的設計，因此用於各種裝置的動力傳遞手段（減速器），然而在現有的一般蝸輪蝸杆的情況下，由於蝸杆軸的螺紋部為圓筒型結構，存在因與蝸輪齒面的小接觸而導致發熱且效率低的缺陷。

為解決上述問題，開發了一種長鼓型蝸杆軸齒輪。

長鼓型蝸杆軸齒輪是指使用形成有長鼓型螺紋部（替代現有的圓筒型螺紋部）的蝸杆軸。

具體而言，如圖1A所示，長鼓型蝸杆軸是在長度方向上越靠近中央部分外徑逐漸減少的凹形長鼓型主體上形成有螺紋1a齒形，與點或線接觸的一般圓筒形蝸杆軸不同，以長鼓型蝸杆軸1的螺紋1a包圍蝸輪3的齒輪部的結構性，因此，與通常的圓筒形蝸杆軸相比，對蝸輪齒輪部的接觸面積顯著增加，從而通過力的分散提升潤滑性，減少發熱，使噪音和震動最少化，從而在減少能耗的同時確保出色的耐久性。

由於上述優點，對長鼓型蝸杆軸（蝸輪蝸杆）的需求正在增加，然而在現有的長鼓型蝸輪蝸杆加工方式的情況下，如圖1B所示，由於通過刀具相對於被加工物移動並進行切削，來加工長鼓型蝸杆軸1，因此存在如下問題：即齒形方向不朝向蝸輪的中心，導致與蝸輪的接觸面不均勻，或者為了使接觸面保持均勻而需要進行附加的後續加工。

為了解決上述問題，作為一種用於加工長鼓型蝸杆軸的裝置，存在如公開專利第10-2016-0028198號、公開專利第10-2020-0034181號的刀具以畫圓弧的方式轉動來在被加工物切削、加工長鼓型螺紋部的技術（以下稱為現有技術）。

如圖1C所示，在上述現有技術中，隨著安裝有刀具的旋轉體以中心軸C1為中心進行旋轉，刀具以畫圓弧的方式轉動，從而在長鼓型主體的外周面切削、加工螺紋部。

然而，根據與蝸輪的齒輪比等，長鼓型蝸杆軸具有各種不同的尺寸。

因此，當使用轉動型刀具來加工長鼓型蝸杆軸（如現有技術）時，與長鼓型蝸杆軸的曲率無關地，齒形的方向均以與轉動型刀具的旋轉半徑匹配的方式被加工，因此當實際與蝸輪嚙合時，存在長鼓型蝸杆軸與蝸輪的齒面接觸不均勻，導致作為長鼓型蝸杆軸齒輪的優點減少，或者為了防止這種問題而需要進行附加的後續加工的問題。

即如圖1C所示，長鼓型螺紋部的曲率根據蝸輪的大小（半徑）而不同，然而在現有技術中，刀具的轉動半徑始終恒定，因此其中心也始終不變，存在因長鼓型螺紋部的曲率與刀具的旋轉半徑之差而導致齒形的方向與蝸輪中心不匹配的缺點。

換言之，在圖1C中，中心位置C1、C2、C3根據長鼓型螺紋部的各個曲率R1、R2、R3而互不相同，然而在現有技術中，刀具的轉動半徑的中心C1恒定，因此長鼓型螺紋部的加工精度降低或者幾乎不能進行加工。對此，在現有技術中，根據長鼓型螺紋部的曲率前後調節刀具的位置來補償上述差，但在這種情況下，由於刀具的實際轉動半徑恒定，齒形方向與刀具的轉動中心匹配而不是蝸輪的中心，導致切削深度不同，加工精度下降，而實際長鼓型蝸杆軸齒輪加工企業通過進行後需加工來使長鼓型蝸杆軸準確地與蝸輪嚙合，因此存在加工精度和生產率下降的缺點。

發明要解決的問題

本發明是鑒於解決如上所述的問題而提出，旨在提供一種在加工長鼓型蝸杆軸的過程中，其通過在使齒形的方向均朝向蝸輪的中心形成且形成均勻的切削深度來提高加工精度，從而提高生產率，無需後續加工等附加作業。生產率。

用於解決問題的手段

為了實現上述目的，本發明的長鼓型蝸杆軸加工裝置具有如下特徵：即包括：基座，具備用於旋轉具有長鼓型主體的被加工物的主軸、及用於將上述被加工物固定到上述主軸的尾座；旋轉單元，具有能夠進行左右旋轉並且在上表面安裝有上述基座的旋轉板；排列手段，能夠沿前後左右移動上述基座，使得以上述旋轉板的中心點為基準，上述長鼓型主體的圓弧切削面配置成與上述旋轉板的旋轉路徑成同心圓結構；以及刀具，固定在上述旋轉板的中心側，以朝向上述長鼓型主體的圓弧切削面；上述被加工物通過在上述刀具的外圍進行公轉來在上述長鼓型主體的圓弧切削面實現長鼓型蝸杆軸的螺紋加工。

並且在本發明的長鼓型蝸杆軸加工裝置的特徵在於，上述旋轉單元包括：蝸杆軸，通過電機進行旋轉；以及蝸輪，結合於上述旋轉板並且與上述蝸杆軸嚙合。

另外，本發明的長鼓型蝸杆軸加工裝置的特徵在於，包括：角度改變單元，設置在上述旋轉單元的下部，並且通過使上述旋轉單元相對於上述刀具左右轉動來改變上述被加工物的安裝角度。

另外，在本發明的長鼓型蝸杆軸加工裝置的特徵在於，上述角度改變單元包括：底座，具有半球形蝸輪部；以及轉動塊，與上述底座軸結合並進行轉動，在上表面結合有上述旋轉單元，並且具有與上述半球形蝸輪部嚙合的蝸杆軸部。

發明效果

本發明的長鼓型蝸杆軸加工裝置具有如下效果：即不同於現有的旋轉移動型刀具的切削方式，在刀具固定的狀態下，被加工物本身根據蝸輪的曲率公轉來實現長鼓型蝸杆軸切削加工，使得長鼓型蝸杆軸的齒形方向始終與蝸輪匹配，且切削深度均勻，提高加工精度，由此無需進行附加的後續加工，生產率優異；能夠使用蝸輪蝸杆來精密地控制被加工物的旋轉移動（公轉）；能夠通過改變被加工物本身的角度來對長鼓型蝸杆軸的導程角（扭轉角度）進行各種改變並進行加工，能夠通過使用半球形蝸輪蝸杆改變旋轉單元的角度來精密地調節長鼓型蝸杆軸的導程角；能夠使用一個電機調節主軸與旋轉板的旋轉減速比來聯動被加工物的旋轉移動（公轉）與被加工物自身的旋轉（自轉），從而實現精密控制；能夠通過使用離合器分別控制主軸和旋轉板的旋轉來根據長鼓型蝸杆軸的螺紋條數進行切削加工。

本發明可以進行各種修改並且可以具有各種形式，本文中將詳細說明實現例（方面，aspect）（或者實施例）。然而，這並不旨在將將本發明限制在特定的公開形式，應理解為包括所有包含在在本發明的思想和技術範圍內的所有變更、等同物至替代物。

在各個圖式中，相同的圖式標記，尤其是十位數和個位數，或者十位數、個位數以及字母相同的圖式標記表示相同或者具有類似功能的部件，除非另有說明，圖式的各個圖式標記所指的部件可以被理解為符合這些標準的部件。

另外，對於各個圖式中，為了方便理解，以誇張的方式（放大（或者加厚）或者縮小（或者薄化））或簡化表示了構成要素的大小或厚度，但本發明的保護範圍不應因此而被解釋為是限制性的。

在本說明書中使用的術語僅用於說明特定實現例（形式，方面，aspect）（或者實施例），並不旨在限制本發明。除非在上下文中另有明確說明，否則單數表述包括複數表述。

在本申請中，「包括」或者「組成」等術語旨在說明在說明書中記載的特徵、數字、步驟、動作、構成要素、部件或者它們的組合的存在，不應被理解為預先排除一個或一個以上其他特徵或者數字、步驟、動作、構成要素、部件或者它們的組合的存在或者附加可能性。

除非另有定義，本文中使用的包括技術性術語或者科學術語在內的所有術語均具有與本發明所屬技術領域的普通技術人員通常理解的含義相同的含義。通常使用的辭典中定義的術語等應被解釋為具有與在相關技術的上下文中具有的含義相同的含義，除非在本申請中有明確的定義，否則不應被解釋為具有過於理想或形式化的含義。

在本說明書中記載的~第一~、~第二~等僅用於區分不同的構成要素，不受製造順序的影響，並且在發明的詳細說明和權利要求範圍中其名稱可以有所不同。

在本發明的長鼓型蝸杆軸加工裝置的說明中，如果為了方便說明，參照圖1來指定粗略的大致方向基準，將重力的作用方向指定為向下側的方向，並將所看到的方向指定為上下左右方向，在與其他圖式相關的發明的詳細說明和權利要求書中，除非另有說明，以上述基準指定方向並進行說明。

下面將參照圖式來說明本發明的長鼓型蝸杆軸加工裝置。

本發明涉及一種長鼓型蝸杆軸加工裝置，如圖2A至圖5所示，大體上包括基座10、旋轉單元20、排列手段30、刀具、角度改變單元40。

具體而言，本發明的特徵在於，包括：基座10，具備用於旋轉具有長鼓型主體2a的被加工物2的主軸11，和用於將上述被加工物2固定到上述主軸11的尾座12；旋轉單元20，具備可以進行左右旋轉並且在上表面安裝有上述基座10的旋轉台21；排列手段30，能夠沿前後左右移動上述基座10，使得以上述旋轉台21的中心點為基準，上述長鼓型主體2a的圓弧切削面配置成與上述旋轉台21的旋轉路徑成同心圓結構；以及刀具，固定在上述旋轉台21的中心側，以朝向上述長鼓型主體2a的圓弧切削面；上述被加工物2通過在上述刀具的外圍進行公轉來在上述長鼓型主體2a的圓弧切削面實現長鼓型蝸杆軸1的螺紋加工。

上述被加工物2通過預先銑削加工來被加工成具有一定曲率的長鼓型主體2a，以具有長鼓型初始形狀。

上述基座10可以在上述旋轉單元20的上表面進行前後左右移動，並且在基座10上表面的兩側具有用於旋轉上述被加工物2的主軸11，和與上述主軸11對應固定被加工物2的尾座12。

上述主軸11夾住被加工物2的一端並使被加工物2以長度方向軸為中心進行旋轉（自傳），在圖式中省略的電機連接到與上述主軸11通過齒輪聯動的輸入軸13，使主軸11旋轉。

上述尾座12能夠相對於上述主軸11在被加工物2的長度方向上進行前後移動，支撐上述被加工物2另一端的中心點。

在圖式中，可以確認上述尾座12設置於與上述主軸11不在同一條直線上的位置處的模塊的實施例，然而如同應用於現有的滾齒機等的金屬加工設備的尾座，主軸11與具有尾座12的塊當然也可以排列在同一條直線上。

在這種情況下，雖然圖中未示出，上述主軸11和尾座12優選設置成分別可以在上述基座進行前後移動。

在上述旋轉單元20中，上述旋轉台21以能夠進行左右水平方向旋轉的方式結合到固定台22的上部，並且上述旋轉單元20包括設置在上述旋轉台21內部的蝸輪蝸杆。

上述蝸輪蝸杆包括：蝸杆軸23，通過電機旋轉，以及蝸輪24，結合於上述旋轉台2並與上述蝸杆軸23嚙合。

在圖式中，可以確認以下實施例：在上述輸入軸13與蝸杆軸23之間設置有由多個正齒輪25a構成的減速齒輪部25，主軸11和旋轉台21通過供給到上述輸入軸13的電機的旋轉力來聯動並旋轉。與圖式不同地，可以通過將單獨的伺服電機分別連接到主軸11（輸入軸13）和蝸杆軸23來以數值控制的方式分別控制主軸11和蝸杆軸23的旋轉。

然而，被加工物2自身旋轉（自轉）和旋轉移動（公轉）的速度應根據長鼓型蝸杆軸1的導程值以一定比例調節，因此優選通過改變減速齒輪部25的齒輪比來同時控制主軸11和旋轉台21的旋轉速度。

在這種情況下，上述減速齒輪部25的齒輪比根據長鼓型蝸杆軸齒輪的減速比調節。

例如，當加工具有20：1的減速比的長鼓型蝸杆軸齒輪時，如果旋轉台21的蝸輪蝸杆減速比為90：1，則上述減速齒輪部25以具有4.5：1的減速比的方式設置並與主軸11和旋轉台21連接，以使主軸11和旋轉台21聯動旋轉。

另外，通過在連接到上述主軸11的輸入軸13的齒輪應用分離式離合器（未圖示）來根據長鼓型蝸杆軸1的螺紋條數分別控制主軸11和旋轉台21的聯動旋轉。

例如，當長鼓型蝸杆軸1的螺紋條數為1條時，不使用離合器，當長鼓型蝸杆軸1的螺紋條數為2條時，能夠通過將離合器分180度來僅使主軸11旋轉。

另外，當長鼓型蝸杆軸1的螺紋條數為3條或者4條時，可以通過操作分離式離合器來進行加工。

同時，在上述輸入軸13可以設置有手動旋轉用把手，在加工前進行設定時，用於將旋轉台21旋轉移動到規定位置。

上述排列手段30只要能夠在向前後左右移動上述基座10後固定上述基座10即可，其方式不受限制。

即圖2A至圖2C是將本發明應用於機械等前進行試驗操作的樣品的照片，代表性地示出了由夾緊式固定塊構成的排列手段30，但不限於此（例如，可以使用機械本身的坐標移動台來實現基座10的位置調節和固定。）。

在這種情況下，如圖3所示，上述基座10計算上述長鼓型主體2a的曲率半徑，並將上述被加工物2設置成與上述旋轉台21的中心隔開相同的半徑距離。

上述刀具切削加工上述長鼓型主體2a的外表面以形成螺紋，其使用已知的金屬切削用刀具，在圖式中代表性地示出了圓鋸形刀具S。

在圓鋸形刀具S的情況下，其軸設在另設的固定軸，由電機進行旋轉並進行切削，此時，圓鋸形刀具S與上述旋轉台21的中心對準並以豎立方式安裝，使得圓鋸形刀具S的末端位於上述被加工物2的旋轉路徑，刀具正確的配置位置根據長鼓型圓軸的螺紋槽深度調節。

接著，上述角度改變單元40設置在上述旋轉單元20的下部，通過相對於上述刀具左右轉動上述旋轉單元20來改變上述被加工物2的安裝角度。

即上述角度改變單元40改變上述被加工物2的角度，使其相對於上述刀具向一側傾斜。

由此可以按規格調節在長鼓型主體2a切削的螺紋的導程角（扭轉角度）。

具體而言，上述角度改變單元40包括：底座41，具有半球形蝸輪部41a；以及和轉動塊42，軸結合到上述底座41並進行轉動，在上表面上結合有上述旋轉單元20，並且具有與上述半球形蝸輪部41a嚙合的蝸杆軸部42a。

上述底座41具有向上側突出的半球形外周面，並且在中心部上形成有半球形蝸輪部41a。

上述轉動塊42的前後兩側端部軸設於上底座41並進行左右轉動，上述蝸杆軸部42a在上述半球形蝸輪部41a的上部交叉嚙合。

在圖式中，可以確認上述蝸杆軸部42a通過把手43旋轉的實施例，當然也可以在上述蝸杆軸部42a另設電機。

同時，在上述底座41的前後兩側端部設置有引導槽41b以引導上述轉動塊42的左右轉動。

另外，在上述底座41或者轉動塊42設置有半球形角度計41c和指示部，從而可以用肉眼準確確認轉動塊42，即被加工物2的角度，並進行調整。

與現有的蝸杆軸加工方式不同，具有這種結構的本發明如下實現螺紋的切削加工：即被加工物2本身相對於固定的刀具進行旋轉（公轉），上述旋轉與形成長鼓型蝸杆軸齒輪的蝸輪的曲率。

因此，與具有較大曲率RL的長鼓型主體2a或者具有較小曲率RS的長鼓型主體2a無關地，通過刀具切削的螺紋1a的齒形均朝向蝸輪的中心C，形成均勻的切削深度，從而加工精度高，因而無需進行附加的後續加工，能夠提高生產率。

以上，在本發明的說明中，參照圖式，主要說明了長鼓型蝸杆軸加工裝置，然而本領域技術人員可以對本發明進行各種修改、變更和替換，並且這種修改、變更和替換應被解釋為包括在本發明的保護範圍內。

1:長鼓型蝸杆軸 1a:螺紋 2:被加工物 2a:長鼓型主體 10:基座 11:主軸 12:尾座 13:輸入軸 20:旋轉單元 21:旋轉台 22:固定台 23:蝸杆軸 24:蝸輪 25:減速齒輪部 25a:正齒輪 30:排列手段 31:固定塊 40:角度改變單元 41:底座 41a:蝸輪部 41b:引導槽 41c:角度計 42:轉動塊 42a:蝸杆軸部 43:把手 S:圓鋸形刀具 R1:曲率 R2:曲率 R3:曲率 RS:較小曲率 RL:較大曲率 C:中心位置 C1:中心軸/中心/中心位置 C2:中心位置 C3:中心位置

圖1A是用於說明長鼓型蝸杆軸的凹部剖視圖。

圖1B、圖1C是用於說明現有的長鼓型蝸杆軸加工裝置的圖。

圖2A至圖2C是本發明的長鼓型蝸杆軸加工裝置樣品的照片。

圖3是簡要示出本發明的俯視圖。

圖4是示出本發明的旋轉單元的蝸輪蝸杆的凹部剖視圖。

圖5是簡要示出本發明的刀具的角度變化的主視圖。

無

1:長鼓型蝸杆軸

1a:螺紋

2:被加工物

2a:長鼓型主體

10:基座

11:主軸

12:尾座

13:輸入軸

20:旋轉單元

21:旋轉台

22:固定台

23:蝸杆軸

24:蝸輪

25:減速齒輪部

25a:正齒輪

30:排列手段

40:角度改變單元

41:底座

41c:角度計

42:轉動塊

42a:蝸杆軸部

43:把手

C:中心位置

Claims

一種長鼓型蝸杆軸加工裝置，包括：基座，具備用於旋轉具有長鼓型主體的被加工物的主軸、及用於將該被加工物固定到該主軸的尾座；旋轉單元，具有能夠進行左右旋轉並且在上表面安裝有該基座的旋轉板；排列手段，計算該長鼓型主體的曲率半徑，並沿前後左右移動該基座，使得該被加工物以相同的半徑距離與該旋轉台的中心點隔開及匹配；以及刀具，固定在該旋轉板的中心側，朝向該長鼓型主體的圓弧切削面，其中，在以該旋轉板的該中心點為基準，該長鼓型主體的圓弧切削面配置成與該旋轉板的旋轉路徑構成同心圓結構之狀態下，該被加工物通過在該刀具的外圍進行公轉來在該長鼓型主體的圓弧切削面實現長鼓型蝸杆軸的螺紋加工。
如請求項1所述的長鼓型蝸杆軸加工裝置，其中該旋轉單元包括：蝸軸，通過電機進行旋轉；以及蝸輪，結合於該旋轉板並且與該蝸軸嚙合。
如請求項1所述的長鼓型蝸杆軸加工裝置，包括：角度改變單元，設置在該旋轉單元的下部，並且通過使該旋轉單元相對於該刀具左右轉動來改變該被加工物的安裝角度。
如請求項3所述的長鼓型蝸杆軸加工裝置，其中該角度改變單元包括：底座，具有半球形蝸輪部；以及轉動塊，與該底座實現軸結合並進行轉動，且在上表面結合有該旋轉單元，並且具有與該半球形蝸輪部嚙合的蝸杆軸部。