用於機械加工內齒輪的圓筒形螺紋工具的製作方法

2023-05-19 12:03:51 3

專利名稱：用於機械加工內齒輪的圓筒形螺紋工具的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於機械加工內齒輪的圓筒形螺紋工具，該工具形成為圓筒形狀，以在將被機械加工的內齒輪的機械加工期間，以一定的軸交角與將被機械加工的內齒輪嚙合。
背景技術：
通常，齒輪切削工藝包括通過由齒輪切削對預定材料的齒輪進行機械加工；對被機械加工的齒輪進行熱處理；以及隨後對尺寸進行拋光(磨光)，以去除由該熱處理引起的扭曲。迄今，已經提供了採用諸如白色鋁氧化物(WA)砂輪和超硬(鑽石、立方氮化硼 (CBN)和類似物)砂輪之類的工具的多種磨齒方法，以有效地拋光熱處理過的齒輪的齒面。 而且，用在這些方法中的工具為根據將被研磨的齒輪的形式選擇的外齒輪形式、內齒輪形式、螺杆(蝸杆)形式和類似物。另一方面，在齒輪中，內齒輪通常用在汽車傳動系統和類似物中。近來，已經存在對為了降低這種傳動系統的振動和噪聲的目的而改善機械加工精度的需求。因此，在此之前，已經提出了內齒輪磨削方法，其通過同時旋轉以其間具有軸交角的方式彼此嚙合的經過熱處理的內齒輪和圓筒形螺紋砂輪而進行齒面的磨削。通過這種方法，採用嚙合旋轉和軸交角，在內齒輪和螺紋砂輪之間產生滑移速度，從而可以精細磨削內齒輪的齒面。例如在非專利文獻1中披露了這種用在常規內齒輪磨削中的螺紋砂輪。現有技術文獻非專利文獻非專利文獻1 =Shigeru Hoyashita 於 1996 年 1 月發表在「Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers C」 (Vol. 62，No. 593，pp. 284—290)上的文章 "Barrel Worm-Shaped Tool with Conjugate Cutting-Edge Profile Generated from Tooth Profile of Internal Gear[日文]，，。

發明內容
要解決的技術問題在常規內齒輪磨削方法中，如上所述，通過相對於螺紋砂輪具有軸交角以滑移速度而改善機械加工性。因此，螺紋砂輪形成為圓筒形狀，其具有從其軸向中間部向其軸向相對兩端部逐漸降低的直徑尺寸，使得在以任何軸交角放置螺紋砂輪時螺紋砂輪可以與內齒輪恰當地嚙合。而且，在螺紋砂輪的外表面上，螺紋形成為與內齒輪的齒嚙合。以預定的軸交角放置該螺紋砂輪。因此，使所述螺紋具有螺旋角。在其中使圓筒形螺紋砂輪的所述螺紋具有螺旋角的情況中，圓筒形螺紋砂輪的螺紋和內齒輪的齒之間的接觸點在螺紋砂輪的軸向中間部和其軸向相對端部之間不同。因此，需要改變螺旋角。換句話說，為了以高精度磨削內齒輪，被認為重要的是恰當地設置與圓筒形形狀相關的螺紋砂輪的螺旋角的變化量。
因此，已經做出了本發明，以解決上述問題，且本發明的目標是提供用於機械加工內齒輪的圓筒形螺紋工具，其能夠通過恰當地設置螺旋角以高精度進行機械加工。技術方案根據第一發明的用於解決上述問題的用於機械加工內齒輪的圓筒形螺紋工具是一種形成為圓筒形形狀的圓筒形螺紋工具，該圓筒形狀具有從圓筒形螺紋工具的軸向中間部向圓筒形螺紋工具的軸向相對端部逐漸減小的直徑，使得在將被機械加工的內齒輪的機械加工期間，圓筒形螺紋工具以圓筒形螺紋工具和將被機械加工的內齒輪之間具有軸交角的方式與將被機械加工的內齒輪嚙合，其特徵在於，根據距離軸向中間部的長度設置螺旋根據第二發明的用於解決上述問題的用於機械加工內齒輪的圓筒形螺紋工具的特徵在於，螺旋角的增量隨著距離軸向中間部的長度的增加而逐漸增加。有益效果在根據本發明的用於機械加工內齒輪的圓筒形螺紋工具中，通過根據距離其軸向中間部的長度設置螺旋角，可以恰當地設置與圓筒形形狀相關聯的螺旋角的變化量。因此， 可以以高精度進行機械加工。


圖1為示出採用根據本發明的一種實施方式的圓筒形螺紋砂輪的內齒輪磨削方法的視圖。圖2為螺紋砂輪的垂直剖視圖。圖3(a)和3(b)示出了通過模擬⑴的分析結果。圖3 (a)為示出與砂輪規格相關的砂輪螺旋角的變化量的圖表，圖3(b)為示出砂輪寬度和砂輪螺旋角的變化量之間的關係的視圖。圖4(a)和4(b)示出了通過模擬O)的分析結果。圖4(a)為示出與砂輪規格相關的砂輪螺旋角的變化量的圖表，圖4(b)為示出砂輪寬度和砂輪螺旋角的變化量之間的關係的視圖。圖5(a)和5(b)示出了通過模擬(3)的分析結果。圖5 (a)為示出與砂輪規格相關的砂輪螺旋角的變化量的圖表，圖5(b)為示出砂輪寬度和砂輪螺旋角的變化量之間的關係的視圖。圖6(a)和6(b)示出了通過模擬⑷的分析結果。圖6 (a)為示出與砂輪規格相關的砂輪螺旋角的變化量的圖表，圖6(b)為示出砂輪寬度和砂輪螺旋角的變化量之間的關係的視圖。
具體實施例方式以下，將參照附圖詳細描述根據本發明的用於機械加工內齒輪的圓筒形螺紋工具。應當注意到，在下文描述的該實施方式中，將根據本發明的用於機械加工內齒輪的圓筒形螺紋工具應用於磨削內齒輪的圓筒形螺紋砂輪。實施方式如圖1所示，內齒輪磨床(未示出)期望用於採用螺紋砂輪(螺紋工具)11磨削工件(將被機械加工的內齒輪)W。工件W連接至內齒輪磨床，以能夠圍繞豎直的(Z軸方向)工件旋轉軸線Cl旋轉。 工件W為指定的工件(內齒輪)規格，從該工件(內齒輪)規格可以獲得預定的齒形。而且，在內齒輪磨床上，砂輪心軸12被支撐為能夠沿彼此垂直的X、Y和Z軸方向移動，並能夠圍繞砂輪旋轉軸線Bl旋轉。而且，用於磨削工件W的螺紋砂輪11連接至該砂輪心軸12的頂端。因此，沿X、Y和Z軸方向移動砂輪心軸12和使砂輪心軸12圍繞砂輪旋轉軸線Bl旋轉使螺紋砂輪11與砂輪心軸12 —起移動並旋轉。而且，砂輪心軸12被支撐為能夠圍繞未圖示的沿X軸方向延伸的砂輪樞軸轉動。 因此，通過圍繞砂輪樞軸轉動砂輪心軸12以改變砂輪旋轉軸線Bl的轉角，可以調節該砂輪旋轉軸線Bl和工件旋轉軸線Cl之間的軸交角(以後稱為軸間角Σ )。換句話說，螺紋砂輪 11圍繞以軸間角Σ與工件W的工件旋轉軸線Cl交叉的砂輪旋轉軸線Bl旋轉。而且，如圖2所示，螺紋砂輪11形成為圓筒形狀，其具有從其軸向中間部向其軸向相對端部逐漸降低的直徑尺寸。將螺紋砂輪11形成這種圓筒形狀使得即使將螺紋砂輪11 放置為以軸間角Σ傾斜，該螺紋砂輪11也能夠與工件W嚙合。而且，螺紋砂輪11為指定的砂輪規格，其與工件規格恰當地嚙合。應當注意到，將作為砂輪規格中的一種的砂輪螺旋角設置為從螺紋砂輪11的軸向中間部向其軸向相對端部逐漸變化。以後將描述這種細節。而且，根據工件螺旋角和軸向中間部的砂輪螺旋角得到軸間角Σ為[(軸向中間部的砂輪螺旋角)_(工件螺旋角)]。因此，如圖1所示，通過轉動砂輪心軸12以預定軸間角Σ放置螺紋砂輪11開始用螺紋砂輪11磨削工件W。隨後，將以軸間角Σ放置的螺紋砂輪11移動至工件W的內部，隨後進一步移動以與工件W嚙合。而且，在上述嚙合情況中，工件W圍繞工件旋轉軸線Cl旋轉，螺紋砂輪11在圍繞砂輪旋轉軸線Bl旋轉的同時上下(沿Z軸方向)移動。因此，工件 W的齒面由螺紋砂輪11的螺紋面磨削。而且，在上述磨削中，由於螺紋砂輪11圍繞以軸間角Σ與工件旋轉軸線Cl交叉的砂輪旋轉軸線Bl旋轉，則在螺紋砂輪11和工件W之間出現滑移速度V。該滑移速度V為在螺紋砂輪11的螺紋面和工件W的齒面之間的接觸點處工件W的工件角速度ω 1相對於螺紋砂輪11的砂輪角速度ω 2的相對速度(滑移速度V也可以為螺紋砂輪11的砂輪角速度 ω 2相對於工件W的工件角速度ω1的相對速度)。工件W的齒面由如上所述在螺紋砂輪 11和工件W之間產生滑移速度V的嚙合旋轉和軸間角Σ精細地磨削。如上所述，在採用螺紋砂輪11的內齒輪磨削方法中，將軸間角Σ設置為大，以增加滑移速度V。由於軸間角Σ的這種設置，螺紋砂輪11形成為圓筒形形狀。而且，由於螺紋砂輪11由此形成為圓筒形形狀，因此圓筒形螺紋砂輪11的螺紋和工件W的齒之間的接觸點在螺紋砂輪11的軸向中間部和其軸向相對端部之間不同。因此，需要改變砂輪螺旋角。根據螺紋砂輪11的圓筒形狀的形式(曲率)設置砂輪螺旋角。然而，該圓筒形狀的形式還沿其軸向方向有規則地變化，難以採用一個簡單的公式或類似物限定這些。因此， 根據圓筒形形式的形式直接得到砂輪螺旋角看起來是不利的。因此，在根據本發明的螺紋砂輪11中，注意力集中在砂輪寬度(軸向長度)上，其為用於限定圓筒形形狀的形式的一個因素。基於該砂輪寬度，設置砂輪螺旋角。接下來，將參照圖3 (a)-6(b)描述設置螺紋砂輪11的砂輪螺旋角的方法。
為了弄清砂輪寬度和螺紋砂輪11的砂輪螺旋角之間的關係，通過下述模擬 (1)-(4)進行分析。應當注意到，在這些模擬(1)-(4)中的每一個中，採用螺紋砂輪11進行分析，其中軸向中間部的砂輪螺旋角是恆定的，而工件規格和砂輪規格是變化的。首先，參照圖3(a)和3(b)描述模擬(I)0
在該模擬(1)中，如下述(Wl)和(Tl)所示設置工件規格和砂輪規格。
(Wl)
工件規格
模數2.0
齒數60
壓力角20°
螺旋角20°
齒根直徑131. 7mm
齒頂直徑123. 7mm
齒寬:30mm
(Tl)
砂輪規格
螺紋數
砂輪外徑(軸向中間部)84. 2mm
砂輪節徑(軸向中間部)80.2mm
砂輪寬度:20-50mm
螺旋角(軸向中間部)55°
當對於螺紋砂輪11，齒數、軸向中間部的砂輪外徑和砂輪節徑、砂輪寬度和軸向中
間部的砂輪螺旋角如上設置時，相應地設置軸間角Σ、軸向相對端部的砂輪螺旋角和類似物。因此，可以得到砂輪螺旋角的變化量。砂輪螺旋角的該變化量為軸向相對端部的砂輪螺旋角相對於軸向中間部的砂輪螺旋角的變化量，並且得到為[(軸向中間部的砂輪螺旋角)-(軸向相對端部的砂輪螺旋角)]。在具有上述砂輪規格的每個螺紋砂輪11上進行模擬。該模擬顯示滑移速度V高至令人滿意的水平。為了檢查這些中的數個螺紋砂輪11，其砂輪規格的一部分與對應的砂輪寬度和對應的砂輪螺旋角的變化量收集在如圖3(a)所示的表中，砂輪寬度和砂輪螺旋角的變化量之間的關係如圖3(b)所示。因此，如圖3(a)所示，可以看出，砂輪螺旋角的變化量隨著砂輪寬度增加而增加。 換句話說，由於螺紋砂輪11在其端部處的直徑隨著砂輪寬度增加而減小，因此砂輪螺旋角從螺紋砂輪11的軸向中間部向其軸向相對端部逐漸變化。而且，如圖3 (b)所示，可以看出， 砂輪螺旋角的變化量不是以恆定變化率增加，而是其增量逐漸增加。接下來，將參照圖4(a)和4(b)描述模擬(2)。在該模擬O)中，如下述m和(T2)所示設置工件規格和砂輪規格。(W2)工件規格模數2·0
齒數60壓力角20°螺旋角20°齒根直徑131.7mm齒頂直徑123.7mm齒寬30mm(T2)砂輪規格螺紋數23砂輪外徑(軸向中間部):75. 6mm砂輪節徑(軸向中間部)71 · 6mm砂輪寬度20-50mm螺旋角(軸向中間部)50 °因此，如圖4(a)所示，可以看出，砂輪螺旋角的變化量隨著砂輪寬度增加而增加。 換句話說，由於螺紋砂輪11在其端部處的直徑隨著砂輪寬度增加而減小，因此砂輪螺旋角從螺紋砂輪11的軸向中間部向其軸向相對端部逐漸變化。而且，如圖4 (b)所示，可以看出， 砂輪螺旋角的變化量不是以恆定變化率增加，而是其增量逐漸增加。接下來，將參照圖5(a)和5(b)描述模擬(3)。在該模擬(3)中，如下述(W;3)和(T3)所示設置工件規格和砂輪規格。(W3)工件規格模數2.0齒數80壓力角20°螺旋角15°齒根直徑169.6mm齒頂直徑161. 6mm齒寬30mm(T3)砂輪規格螺紋數29砂輪外徑(軸向中間部)94. 2mm砂輪節徑(軸向中間部)90. 2mm砂輪寬度20-50mm螺旋角(軸向中間部)50 °因此，如圖5(a)所示，可以看出，砂輪螺旋角的變化量隨著砂輪寬度增加而增加。 換句話說，由於螺紋砂輪11在其端部處的直徑隨著砂輪寬度增加而減小，因此砂輪螺旋角從螺紋砂輪11的軸向中間部向其軸向相對端部逐漸變化。而且，如圖5 (b)所示，可以看出， 砂輪螺旋角的變化量不是以恆定變化率增加，而是其增量逐漸增加。
接下來，將參照圖6(a)和6(b)描述模擬⑷。在該模擬(4)中，如下述(W4)和(T4)所示設置工件規格和砂輪規格。(W4)工件規格模數1.2齒數90壓力角20°螺旋角20°齒根直徑117.3mm齒頂直徑112.5mm齒寬30mm(T4)砂輪規格螺紋數31砂輪外徑(軸向中間部):60. 3mm砂輪節徑(軸向中間部)57. 9mm砂輪寬度20-50mm螺旋角(軸向中間部)50°因此，如圖6(a)所示，可以看出，砂輪螺旋角的變化量隨著砂輪寬度增加而增加。 換句話說，由於螺紋砂輪11在其端部處的直徑隨著砂輪寬度增加而減小，因此砂輪螺旋角從螺紋砂輪11的軸向中間部向其軸向相對端部逐漸變化。而且，如圖6 (b)所示，可以看出， 砂輪螺旋角的變化量不是以恆定變化率增加，而是其增量逐漸增加。具體地，如從圖3 (a) -6 (b)可以看到的那樣，在形成圓筒形形狀的螺紋砂輪11中， 通過根據從螺紋砂輪11的軸向中間部開始的軸向長度(位置)設置砂輪螺旋角，可以恰當地設置與圓筒形形狀相關聯的砂輪螺旋角的變化量。而且，螺紋砂輪11的軸向相對端部中的一個的砂輪螺旋角為通過將根據從軸向中間部到所述一個端部的長度的砂輪螺旋角的變化量加至軸向中間部的砂輪螺旋角獲得的角度。另一方面，螺紋砂輪11的軸向相對端部中的另一個的砂輪螺旋角是通過從軸向中間部的砂輪螺旋角減去根據從軸向中間部到所述另一個端部的長度的砂輪螺旋角的變化量獲得的角度。因此，在根據本發明的螺紋砂輪中，通過根據離螺紋砂輪11的軸向中間部的長度設置砂輪螺旋角，可以恰當地設置與圓筒形形狀相關聯的砂輪螺旋角的變化量。因此，可以以高精度進行機械加工。應當注意到，在該實施方式種，根據本發明的用於機械加工內齒輪的圓筒形螺紋工具已經應用於用於磨削經過熱處理的工件W的螺紋砂輪11，但也可以應用於用於拋光未經過熱處理的工件W的剃齒刀。工業應用性本發明可以適用於能夠快速地機械加工內齒輪的圓筒形螺紋工具。
權利要求
1.一種用於機械加工內齒輪的圓筒形螺紋工具，該圓筒形螺紋工具形成為圓筒形狀， 該圓筒形狀具有從圓筒形螺紋工具的軸向中間部向圓筒形螺紋工具的軸向相對端部逐漸減小的直徑，使得在將被機械加工的內齒輪的機械加工期間，圓筒形螺紋工具以圓筒形螺紋工具和將被機械加工的內齒輪之間具有軸交角的方式與將被機械加工的內齒輪嚙合，其特徵在於，根據距離軸向中間部的長度設置螺旋角。
2.根據權利要求1所述的圓筒形螺紋工具，其特徵在於， 螺旋角的增量隨著距離軸向中間部的長度的增加而逐漸增加。
全文摘要
本發明的目標是提供用於機械加工內齒輪的圓筒形螺紋工具，其通過恰當地設置螺旋角而能夠以高精度進行機械加工。為了實現該目標，螺紋砂輪(11)形成為圓筒形狀，該圓筒形狀具有從其軸向中間部向其軸向相對兩端部逐漸減小的直徑，使得在工件(W)的機械加工期間，螺紋砂輪(11)以與工件(W)之間具有軸交角的方式與工件(W)嚙合，根據距離軸向中間部的長度設置螺旋角。
文檔編號B23F21/02GK102264498SQ200980151859
公開日2011年11月30日 申請日期2009年11月13日 優先權日2008年12月25日
發明者柳瀨吉言, 越智政志 申請人:三菱重工業株式會社