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利用CNC蝸桿砂輪磨床加工變壓力角滾齒刀螺旋面之方法

摘要"

在進行滾齒加工時,若滾齒刀與齒輪工件間中心距改變,可在齒輪導程方向進行隆齒(Crowning)齒面修整,但齒面常會出現扭曲現象,為解決此問題,已有相關研究提出使用變壓力角滾齒刀可達成無扭曲(Twist-free)齒面之隆齒加工,但如何製造出變壓力角滾齒刀仍未有相關文獻發表。故針對此特殊滾齒刀的製造,本文提出一方法,係利用CNC蝸桿砂輪磨床,配合適當之加工運動參數,可將標準滾齒刀修整為變壓力角滾齒刀。文中詳述如何建立滾齒刀、砂輪及砂輪機台加工之數學模型,並以實例說明本文所提方法之可行性。

關鍵詞:蝸桿砂輪、磨床、滾齒刀、變壓力角。

在批量生產小模數齒輪時,基於效率和成本的考量,齒輪熱處理後的製程有時會使用蝸桿砂輪進行創成法(Generating method)磨削加工,取代盤型砂輪逐齒研磨之成形法(Forming method)。齒輪工件的漸開線齒面生成是基於蝸桿砂輪和齒胚之間的連續相對轉動所產生;在加工過程中,齒胚與砂輪的接觸不間斷地連續變化,故齒輪在這樣的加工方法下,齒胚餘料被移除的效率相當高。
Litvin和Fuentes[1]提出各種蝸桿的基本幾何設計方法、漸開線齒型的生成理論及相關刀具的設計參考,之後更發表數篇關於蝸桿砂輪磨削製程的文章。Wirz[24]的專利中提出利用蝸桿砂輪及其對應的工具和設備連續研磨齒輪的方法,並詳述修整齒輪單一溝槽和複數溝槽的加工製程方式。Thyssen[5]提出可在研磨機台上進行蝸桿砂輪的修整研磨。Jankowski[6,7]提出一種研磨蝸桿與改變其幾何形狀和齒面的拓樸修整方法,並可獲得更高的切削率和完成齒輪齒面的微米級補正。Stadtfeld和Mundt [8]提出一蝸桿砂輪專利,可以使齒輪在磨削加工製程中,產生無扭曲齒面的方法。Türich[9]提出使用蝸桿砂輪,針對螺旋齒輪的齒形和導程修整。Klocke等人[10,11]提出在齒輪創成過程中,加工製程參數對於蝸桿砂輪切削力的影響。Denkena等人[12]建立一種用於估算齒輪磨削之工具,可用於計算材料去除速率。Ophey和Reimann[13]引入了熱力學分析模型,描述關於在齒輪磨削時,磨削溫度對於加工表面區域的影響。近幾年,Tran等人[14,15]提出了一種新的方法,使用變壓力角滾齒刀於CNC滾齒機,以消除螺旋齒輪齒面扭曲的現象,此外,更進行有關滾齒機在導程方向雙隆齒修型加工時,其被加工齒輪的齒面拓撲誤差分析及傳動誤差分析的研究;然而,尚未有相關文獻提及如何製造此種特殊之變壓力角滾齒刀之方法,將會使變壓力角滾齒刀加工之實際應用受到侷限。
故本文將提出一種方法,說明如何以CNC蝸桿砂輪磨床機台將標準滾齒刀透過創成磨削運動成為變壓力角滾齒刀,相關的數學模型也會在本文中清楚描述,此外,更以數值範例證明可利用蝸桿砂輪進行變壓力角滾齒刀之螺旋面加工,並且加工後之刀具齒面可接近於理論變壓力角刀具齒面……(更多內容,請見機新刊雜誌)

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