内齿轮机械加工方法 |
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| 申请号 | CN200980153628.2 | 申请日 | 2009-11-13 | 公开(公告)号 | CN102271851B | 公开(公告)日 | 2013-07-10 |
| 申请人 | 三菱重工业株式会社; | 发明人 | 柳濑吉言; 越智政志; | ||||
| 摘要 | 一种内 齿轮 机械加工 方法，通过同时旋转相互 啮合 的将被机械加工的内齿轮和圆筒形 螺纹 工具在将被机械加工的内齿轮上进行内齿轮机械加工，将被机械加工的内齿轮能够围绕 工件 旋 转轴 线旋转，圆筒形螺纹工具能够围绕与工件 旋转轴 线具有预定轴交 角 的工具旋转轴线旋转。螺纹工具具有这种形状：使得工具半径的变化量和轴交角满足轴交角随着工具半径的变化量的增加而增加的关系，其中根据该螺纹工具的轴向中间部的工具直径和该螺纹工具的轴向相对端部的工具直径得到工具半径的变化量。关系，其中根据该螺纹工具的轴向中间部的工具直径和该螺纹工具的轴向相对端部的工具直径得到工具半径的变化量。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种内齿轮机械加工方法，其通过同时旋转相互啮合的将被机械加工的内齿轮和圆筒形螺纹工具在将被机械加工的内齿轮上进行内齿轮机械加工，所述将被机械加工的内齿轮能够围绕工件旋转轴线旋转，所述圆筒形螺纹工具能够围绕与工件旋转轴线具有预定轴交角的工具旋转轴线旋转，该内齿轮机械加工方法的特征在于， |
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| 说明书全文 | 内齿轮机械加工方法技术领域背景技术[0002] 通常，齿轮机械加工工艺包括：通过由齿轮切削对齿轮的预定材料进行机械加工；对被机械加工的齿轮进行热处理；以及随后对尺寸进行抛光(磨光)，以去除由该热处理引起的扭曲等。迄今，已经提供了采用诸如白色铝氧化物(WA)砂轮和超硬(钻石、立方氮化硼(CBN)和类似物)砂轮之类的工具的多种磨齿方法，以有效地抛光热处理过的齿轮的齿面。而且，用在这些方法中的工具为根据将被研磨的齿轮的形状选择的外齿轮形状、内齿轮形状、螺杆(蜗杆)形状和类似物。 [0004] 因此，迄今，已经提出了内齿轮磨削方法，其通过同时旋转以其间具有轴交角的方式彼此啮合的经过热处理的外齿轮和砂轮齿轮而进行齿面磨削。通过这种方法，采用啮合旋转和轴交角，在外齿轮和砂轮齿轮之间产生滑移速度，从而可以精细磨削外齿轮的齿面。例如在专利文献1中披露了这种常规外齿轮磨削方法。 [0005] 现有技术文献 [0006] 专利文献 [0007] 专利文献1：日本专利申请公开No.2004-136426 发明内容[0008] 要解决的技术问题 [0009] 相反地，在磨削齿轮中的内齿轮的情况中，螺纹砂轮在内齿轮内侧上与内齿轮啮合。因此，螺纹砂轮的外径必须被设置为小于内齿轮的内径。然而，如上所述形成具有较小直径的螺纹砂轮不可避免地降低了其有效用于磨削的表面积，导致工具寿命较短。 [0010] 因此，已经做出了本发明，以解决上述问题，且本发明的目标是提供内齿轮机械加工方法，其能够通过增加滑移速度实现机械加工精度的改善和工具寿命的延长。 [0011] 技术方案 [0012] 根据用于解决上述问题的第一发明的内齿轮机械加工方法是一种内齿轮机械加工方法，其通过同时旋转相互啮合的将被机械加工的内齿轮和圆筒形螺纹工具在将被机械加工的内齿轮上进行内齿轮机械加工，所述将被机械加工的内齿轮能够围绕工件旋转轴线旋转，所述圆筒形螺纹工具能够围绕与工件旋转轴线具有预定轴交角的工具旋转轴线旋转，该内齿轮机械加工方法的特征在于，基于螺纹工具形状设置轴交角。 [0013] 根据用于解决上述问题的第二发明的内齿轮机械加工方法的特征在于，螺纹工具具有这种形状，使得工具半径的变化量和轴交角满足轴交角随着工具半径的变化量的增加而增加的关系，其中根据该螺纹工具的轴向中间部的工具直径和该螺纹工具的轴向相对端部的工具直径得到工具半径的变化量。 [0014] 根据用于解决上述问题的第三发明的内齿轮机械加工方法的特征在于，螺纹工具形成为圆筒形状，该圆筒形状具有从螺纹工具的轴向中间部向螺纹工具的轴向相对端部逐渐减小的工具直径。 [0015] 有益效果 [0017] 图1为示出根据本发明一种实施方式的内齿轮磨削方法的视图。 [0018] 图2为螺纹砂轮的垂直剖视图。 [0019] 图3示出了由模拟(1)进行的分析的结果。其(a)部分为示出与砂轮规格相关的轴间角和砂轮螺距半径的变化量的图表，其(b)部分为示出轴间角和砂轮螺距半径的变化量之间的关系的视图。 [0020] 图4示出了由模拟(2)进行的分析的结果。其(a)部分为示出与砂轮规格相关的轴间角和砂轮螺距半径的变化量的图表，其(b)部分为示出轴间角和砂轮螺距半径的变化量之间的关系的视图。 [0021] 图5示出了由模拟(3)进行的分析的结果。其(a)部分为示出与砂轮规格相关的轴间角和砂轮螺距半径的变化量的图表，其(b)部分为示出轴间角和砂轮螺距半径的变化量之间的关系的视图。 具体实施方式[0022] 以下，将参照附图详细描述根据本发明的内齿轮机械加工方法。应当注意到，在下文描述的该实施方式中，采用齿轮磨床将根据本发明的内齿轮机械加工方法应用于内齿轮磨削方法。 [0023] 实施方式 [0024] 如图1所示，采用根据本发明的内齿轮机械加工方法的齿轮磨床(未示出)意图采用螺纹砂轮(螺纹工具)11磨削工件(将被机械加工的内齿轮)W。应当注意到，齿轮磨床还能够磨削将被机械加工的外齿轮(未示出)。 [0025] 工件W连接至齿轮磨床，以能够围绕垂直(Z轴方向)工件旋转轴线C1旋转。该工件W为给定工件(内齿轮)规格，根据该工件(内齿轮)规格可以获得预定齿形。 [0026] 而且，在齿轮磨床上，砂轮心轴12被支撑为，能够围绕砂轮旋转轴线B1旋转，并能够沿用于调整工件旋转轴线C1和砂轮旋转轴线B1(以下，称为X轴方向)之间的距离的方向、沿垂直于砂轮旋转轴线B1(以下，称为Y轴方向)的方向、以及沿Z轴方向移动。而且，用于磨削工件W的螺纹砂轮11连接至该砂轮心轴12的顶端。因此，沿X、Y和Z轴方向移动砂轮心轴12并围绕砂轮旋转轴线B1旋转砂轮心轴12引起螺纹砂轮11移动并与砂轮心轴12一起旋转。 [0027] 而且，砂轮心轴12被支撑为能够围绕沿X轴方向延伸的未图示的砂轮枢轴转动。因此，通过围绕砂轮枢轴转动砂轮心轴12，可以调节该砂轮旋转轴线B1和工件旋转轴线C1之间的轴交角(以下称为轴间角∑)，以改变砂轮旋转轴线B1的转动角。换句话说，在磨削中，螺纹砂轮11围绕以轴间角∑与工件W的工件旋转轴线C1交叉的砂轮旋转轴线B1旋转。 [0028] 应当注意到，代替螺纹砂轮11，通过将砂轮齿轮连接至砂轮心轴12的顶端，使得采用上述齿轮磨床磨削将被机械加工的外齿轮成为可能。 [0029] 而且，如图2所示，螺纹砂轮11形成为圆筒形状，其具有从其轴向中间部向其轴向相对端部逐渐减小的直径尺寸。将螺纹砂轮11形成这种圆筒形状使得即使以轴间角∑倾斜放置螺纹砂轮11，该螺纹砂轮11也能够与工件W啮合。而且，螺纹砂轮11为给定的砂轮规格，其与工件规格适当地吻合。注意到，根据工件螺旋角和轴向中间部的砂轮螺旋角(以下，称为砂轮参考螺旋角)得到轴间角∑为[(砂轮参考螺旋角)-(工件螺旋角)]。 [0030] 因此，如图1所示，采用螺纹砂轮11磨削工件W以转动砂轮心轴12到以预定轴间角∑放置螺纹砂轮11开始。随后，以轴间角∑放置的螺纹砂轮11移动到工件W的内部，随后进一步移动以与工件W啮合。而且，在上述啮合情况中，工件W围绕工件旋转轴线C1旋转，并且螺纹砂轮11在围绕砂轮旋转轴线B1旋转的同时上下(沿Z轴方向)移动。因此，工件W的齿面由螺纹砂轮11的螺纹面磨削。 [0031] 而且，在上述磨削中，由于螺纹砂轮11围绕以轴间角∑与工作旋转轴线C1交叉的砂轮旋转轴线B1旋转，则在螺纹砂轮11和工件W之间出现滑移速度V。该滑移速度V为在螺纹砂轮11的螺纹面和工件W的齿面之间的接触点处工件W的工件角速度ω1相对于螺纹砂轮11的砂轮角速度ω2的相对速度(滑移速度V也可以为螺纹砂轮11的砂轮角速度ω2相对于工件W的工件角速度ω1的相对速度)。工件W的齿面由如上所述在螺纹砂轮11和工件W之间产生滑移速度V的啮合旋转和轴间角∑精细地磨削。 [0032] 如上所述，滑移速度V为工件W的工件角速度ω1相对于砂轮角速度ω2的相对速度，从而可以基于轴间角∑设置滑移速度V。具体地，通过将螺纹砂轮11的直径尺寸设置为从其轴向中间部向其轴向相对端部逐渐减小，可以使轴间角∑大，因此可以使滑移速度V大。然而，将轴间角∑设置得太大可能导致砂轮心轴12干扰工件W。 [0033] 为了解决该问题，在根据本发明的内齿轮磨削方法中，除了仅仅将轴间角∑设置为大以增加滑移速度V之外，还考虑螺纹砂轮11的形状。 [0034] 接下来，将参照图3-5描述基于螺纹砂轮11的形状设置轴间角∑以增加滑移速度V的方法。 [0035] 为了弄清螺纹砂轮11的形状和轴间角∑之间的关系，通过下述模拟(1)-(3)进行分析。应当注意到，在这些模拟(1)-(3)中的每一种中，采用其中在工件规格和砂轮规格变化的情况下砂轮宽度恒定的螺纹砂轮11进行分析。 [0036] 首先，参照图3的(a)和(b)部分描述模拟(1)。 [0037] 在该模拟(1)中，如下述(W1)和(T1)所示设置工件规格和砂轮规格。 [0038] (W1) [0039] 工件规格 [0040] 模数：2.0 [0041] 齿数：60 [0043] 螺旋角：20° [0044] 齿根直径：131.7mm [0045] 齿顶直径：123.7mm [0046] 齿宽：30mm [0047] (T1) [0048] 砂轮规格 [0049] 螺纹数：23 [0050] 砂轮宽度：30mm [0051] 砂轮参考螺旋角：30°-60° [0052] 当对于螺纹砂轮11，齿数、砂轮宽度和砂轮参考螺旋角如上设置时，相应地设置轴间角∑、轴向中间部的砂轮节径(以下，称为砂轮参考节径)、轴向相对端部的砂轮节径和类似的参数。因此，可以得到砂轮螺距半径的变化量。砂轮螺距半径的该变化量为轴向相对端部的砂轮节圆半径相对于轴向中间部的砂轮节圆半径(以下，称为砂轮参考节圆半径)的变化量(减小量)，并且得到为[(砂轮参考节圆半径)-(轴向相对端部的砂轮节圆半径)]。 [0053] 在具有上述砂轮规格的每个螺纹砂轮11上进行模拟。该模拟显示滑移速度V高至令人满意的水平。为了检查这些中的数个螺纹砂轮11，其砂轮规格的一部分与对应的轴间角∑和对应的砂轮螺距半径的变化量收集在如图3的(a)部分所示的表中，轴间角∑和砂轮螺距半径的变化量之间的关系如图3的(b)部分所示。 [0054] 因此，如图3的(a)部分所示，可以看出，砂轮螺距半径的变化量和砂轮参考半径随着轴间角∑增加而增加。换句话说，由于砂轮螺距半径的变化量增加，因此砂轮参考半径增加，而轴向相对端部的砂轮节径减小。因而，螺纹砂轮11在其端部处的直径减少，从而轴间角∑增加。而且，如图3的(b)部分所示，可以看出，当轴间角∑增加时，砂轮螺距半径的变化量不是以恒定变化率增加，而是其增量逐渐增加。 [0055] 注意到，轴间角∑设置在10°和40°的范围内。这是因为，当轴间角∑小于10°时滑移速度V太低，当轴间角∑大于40°时，砂轮心轴12可能干扰工件W。 [0056] 接下来，参照图4的(a)和(b)部分描述模拟(1)。 [0057] 在该模拟(2)中，如下述(W2)和(T2)所示设置工件规格和砂轮规格。 [0058] (W2) [0059] 工件规格 [0060] 模数：2.0 [0061] 齿数：80 [0062] 压力角：20° [0063] 螺旋角：15° [0064] 齿根直径：169.6mm [0065] 齿顶直径：161.6mm [0066] 齿宽：30mm [0067] (T2) [0068] 砂轮规格 [0069] 螺纹数：29 [0070] 砂轮宽度：30mm [0071] 砂轮参考螺旋角：25°-55° [0072] 因此，如图4的(a)部分所示，可以看出，砂轮螺距半径的变化量和砂轮参考半径随着轴间角∑增加而增加。换句话说，由于砂轮螺距半径的变化量增加，因此砂轮参考半径增加，而轴向相对端部的砂轮节径减小。因此，螺纹砂轮11在其端部的直径减小，从而轴间角∑增加。而且，如图4的(b)部分所示，可以看出，当轴间角∑增加时，砂轮螺距半径的变化量不是以恒定变化率增加，而是其增量逐渐增加。 [0073] 接下来，参照图5的(a)和(b)部分描述模拟(1)。 [0074] 在该模拟(3)中，如下述(W3)和(T3)所示设置工件规格和砂轮规格。 [0075] (W3) [0076] 工件规格 [0077] 模数：1.2 [0078] 齿数：90 [0079] 压力角：20° [0080] 螺旋角：20° [0081] 齿根直径：117.3mm [0082] 齿顶直径：112.5mm [0083] 齿宽：30mm [0084] (T3) [0085] 砂轮规格 [0086] 螺纹数：31 [0087] 砂轮宽度：30mm [0088] 砂轮参考螺旋角：30°-60° [0089] 因此，如图5的(a)部分所示，可以看出，砂轮螺距半径的变化量和砂轮参考半径随着轴间角∑增加而增加。换句话说，由于砂轮螺距半径的变化量增加，因此砂轮参考半径增加，而轴向相对端部的砂轮节径减小。因此，螺纹砂轮11在其端部的直径减小，从而轴间角∑增加。而且，如图5的部分中所示，可以看出，当轴间角∑增加时，砂轮螺距半径的变化量不是以恒定变化率增加，而是其增量逐渐增加。 [0090] 具体地，如从图3-5可以看出的那样，通过采用砂轮螺距半径的变化量大的螺纹砂轮11，可以将轴间角∑设置为大。因此，可以获得最大滑移速度V，同时防止砂轮心轴12干扰工件W。 [0091] 因此，在根据本发明的内齿轮磨削方法中，通过基于螺纹砂轮11的砂轮螺距半径的变化量将轴间角∑设置为大，容易增加滑移速度。结果，改善了螺纹砂轮11的切削质量，从而可以获得机械加工精度的改善和工具寿命的延长。此外，滑移速度V的增加改善了磨削性能和齿面修改，从而能够容易地修正螺距误差。 [0092] 应当注意到，在该实施方式中，根据本发明的内齿轮机械加工方法应用于采用螺纹砂轮11在热处理过的工件W上进行磨削的内齿轮磨削方法。然而，根据本发明的内齿轮机械加工方法还适用于采用剃齿刀在未经热处理的工件上进行磨光的内齿轮磨光方法。 [0093] 工业应用性 [0094] 本发明可以适用于能够采用圆筒形螺纹工具以高速机械加工内齿轮的内齿轮机械加工方法。 |
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