面銑式戟齒輪與螺旋傘齒輪齒面縱向曲率修整方法技術

一種面銑式戟齒輪與螺旋傘齒輪齒面縱向曲率修整方法，在保持刀頭原有的幾何外型條件下，提供一動態刀位半徑運動，配合搖臺轉動，刀位半徑隨著搖臺轉動而變化，此時刀盤中心在機器平面的運動軌跡為一曲線。在不改變刀頭原有設定下進行齒面縱向曲率的修整，完全解決了現行齒面修整時所產生的安裝公差帶范圍與接觸齒印區域大小的矛盾，增加了安裝公差帶的范圍，齒面接觸面積并不因此而縮小，這新方法的提出將對戟齒輪或者螺旋傘齒輪提供一低成本高效率的縱向曲面修整方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術是關于一種齒面縱向曲率修整方法，特別是指一種面銑式戟齒輪與螺旋傘齒輪(即蝸線傘齒輪)齒面縱向曲率修整方法。
技術介紹
齒面縱向曲率修整目的在于改變齒輪對接觸齒印區域的大小。目前業界所使用的修整方法為1).改變刀具頭幾何形狀例如1991年9月3日公告的美國專利第5,044,127號中提出以修整過的砂輪外型進行齒形的修整；2).修整搖臺與工件齒輪間的滾比關系，進行齒面縱向曲率的修整運動如1988年11月1日公告的美國專利第4,780,990號所示。但齒面縱向曲率修整后，齒輪對安裝公差(V-H值)往往也隨之改變，現在業界所遇到的主要問題是當接觸齒印變大時(降低接觸時的赫茲應力)，齒輪對安裝公差帶范圍(V-H值)卻縮小。對于一齒輪對品質好與壞的兩項指針安裝公差帶范圍與接觸齒印區域大小往往產生矛盾沖突。近年來，多軸同動計算機數控(CNC)戟齒輪創成機已漸漸取代傳統搖臺式戟齒輪創成機。多軸同動戟齒輪創成機運動方式為卡式直角形式運動。如美國專利公告第4,981,402號為多軸戟齒輪創成機器，其整體機器共計六個自由度，包含三個回轉軸刀具軸、工件軸及機器齒根角軸，及三個平移軸X、Y、Z，此三個平移軸安排方式為卡式直角形式。刀具軸與工件軸的空間關系由機器齒根角軸及三個直角平移軸(X、Y、Z)來描述。如WIPO專利公告第WO02/066193號為一種傘齒輪制造方法及制造機器，其整體機器共計六個自由度，包含三個回轉軸刀具軸、工件軸及齒根角軸，及三個平移軸X、Y、Z，此三個平移軸安排方式也是卡式直角形式。刀具軸與工件軸的空間關系由齒根角軸及三個直角平移軸(X、Y、Z)來描述，傳統設計齒根角軸由搖臺構成。現在業界的齒面縱向曲率修整方法不外乎采用改變刀頭幾何外型或者修正搖臺轉角與工件齒輪轉角間的滾比關系這兩種方式。然而改變刀頭幾何外型往往其相對的機械設定也隨之需要重新設定，造成加工時間的成本浪費。現在業界所使用的搖臺型戟齒輪創成機裝置結構如圖1所示。搖臺型戟齒輪創成機刀盤1是架在轉盤角板2上，刀盤1上則排列安裝刀片。轉盤角板2則架設于一偏心圓盤3上，刀頭的傾斜角度由i(轉盤角板2)，j(偏心圓盤3)兩個轉角來控制。偏心圓盤3則架在搖臺轉盤5上。當戟齒輪創成機器刀頭不傾斜時，i＝0，j＝0，刀盤1直接架于搖臺轉盤5上。搖臺刀位半徑SR為搖臺軸線a-a與刀盤軸線b-b間在機器參考平面上的最短距離。此機器平面為一固聯在機座上且其法向量為搖臺軸線a-a。當搖臺轉動時，通過刀盤1與工件齒輪4間的相對運動進行齒輪的創成切削動作。現在業界所使用的搖臺型戟齒輪創成機其刀位半徑在創成齒輪過程中為一固定值，當搖臺轉動時，刀盤中心在機器平面上運動軌跡為一圓弧，搖臺轉角q與刀位半徑SR決定了刀盤中心的位置。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于解決安裝公差帶范圍與接觸齒印區域大小矛盾沖突，使修整過后的齒輪對能安裝容易但不犧牲齒面接觸強度，提高其產品價值。本專利技術是通過以下技術方案解決上述技術問題的一種，在保持刀頭原有的幾何外型條件下，提供一動態刀位半徑運動，配合搖臺轉動，刀位半徑隨著搖臺轉動而變化，此時刀盤中心在機器平面的運動軌跡為一曲線。動態刀位半徑運動及搖臺轉角為工件齒輪轉角或者搖臺轉角的非線性函數。所述非線性函數為一高階多項式表示式。給定任意處欲修整量后，刀具沿齒面法向量方向移動一修整量距離，對應出在機臺平面上刀盤中心新的位置，給定齒面多點欲修整量后，可對應出相對的刀盤中心新位置，通過這些新位置，可求得動態刀位半徑運動及搖臺轉角高階多項式的系數。刀盤中心的曲線軌跡由固定的刀位半徑以及變化工件齒輪軸線(c-c)與搖臺軸線(a-a)間的垂直距離(Em)來達成。動態刀位半徑運動可應用于戟齒輪和螺旋傘齒輪創成機。動態刀位半徑運動轉換至卡式直角形式運動的計算機數控(CNC)戟齒輪和螺旋傘齒輪創成機。本專利技術的優點在于提供一動態刀位半徑運動配合搖臺的轉動進行齒面縱向曲率的一種修整方法，在不改變刀頭設定下進行齒面縱向曲率的修整，完全解決了現行齒面修整時所產生的矛盾，增加了安裝公差帶的范圍，齒面接觸面積并不因此而縮小，這新方法的提出將對戟齒輪或者螺旋傘齒輪提供一低成本高效率的縱向曲面修整方法。附圖說明下面參照附圖結合實施例對本專利技術作進一步的描述。圖1是現行搖臺型戟齒輪創成機裝置構造圖。圖2是本專利技術概念說明圖。圖3是動態刀位半徑運動與刀具法向截面修整運動說明圖。圖3a是圖3中A-A剖視圖。圖4是小齒輪凸面齒面誤差圖。圖5是小齒輪凹面齒面誤差圖。圖6是齒面縱向曲率修整前后齒面初始位置接觸區及運動誤差比較圖。圖7是齒面縱向曲率修整前后齒面中點位置接觸區及運動誤差比較圖。圖8是齒面縱向曲率修整前后齒面大端位置接觸區及運動誤差比較圖。圖9是齒面縱向曲率修整前后齒面小端位置接觸區及運動誤差比較圖。圖10是創成小齒輪凸面修整前后刀盤中心運動軌跡比較圖。圖11是創成小齒輪凹面修整前后刀盤中心運動軌跡比較圖。圖12是使用現行的改變刀盤半徑進行齒面修整后齒面接觸區及運動誤差圖。圖13是多軸同動卡式直角形式運動戟齒輪創成機機器系統的刀具與工件齒輪相對空間位置說明圖。圖14是戟齒輪創成機機器系統的機械設定轉換(搖臺型轉換成卡式直角形式)的示意圖。具體實施方式請參閱圖1，本專利技術的齒面縱向曲率修整方法將現行的固定的刀位半徑修正成動態，提供現行搖臺型戟齒輪創成機一新的運動自由度。當齒面曲率進行修整時，刀位半徑隨著搖臺轉動而隨之變化，此時刀盤1中心在機器平面的運動軌跡為一曲線，而非現行搖臺型戟齒輪創成機之圓弧軌跡。μg代表刀盤轉角，當工件齒輪使用面滾法創成時，刀盤轉角μg將與工件轉角Φ1成一比例運動關系；然而當工件齒輪使用面銑法創成時，則兩轉角之間并無關聯。工件齒輪軸線c-c與搖臺軸線a-a間的相對位置及相對方向由底下機械設定參數所決定搖臺架于滑塊6上，滑塊6與基座7的相對位置B決定切齒的深度。旋轉塊8與基座7間的夾角為機械齒根角γm，控制齒輪創成時刀頭頂點的軌跡方向。滑塊9架于旋轉塊8上，用于調整工件齒輪在齒根角方向位置A。滑塊10架于滑塊9上，用于調整工件齒輪軸線c-c與搖臺軸線a-a間垂直距離Em。一戟齒輪對或者螺旋傘齒輪對接觸齒印及其刀具與齒面間的接觸路徑圖如圖2所示。圖2為大齒輪齒面11與小齒輪齒面12的接觸投影面，圖2中虛線部分13代表刀具創成小齒輪過程中的接觸線，每一條接觸線13代表不同的工件創成轉角Φ1。戟齒輪對或者螺旋傘齒輪對為點接觸，因此在齒輪對的每一嚙合轉角皆可找到一接觸點及其相對應的接觸橢圓，綜合這些接觸點及接觸橢圓便是齒輪對齒面接觸路徑14及接觸齒印區15。當進行齒面縱向區修整運動時，為了使修整后的齒輪對接觸赫茲應力與修整前相同，且齒輪對的安裝公差(V-H值)能增加，因此，在刀具創成接觸齒印區15時，其機械設定能盡量與修整前相同，當創成非接觸齒印區16、17時，修改其機械設定。我們通過底下所提的修整理論來達成此一想法。考慮一假想齒輪18安裝于滑塊6上，假想齒輪18的轉軸與搖臺軸線a-a相同。假想齒輪18的一個齒面為刀頭運動軌跡所組成。刀頭與假想齒輪18間的修整運動關系如圖3及圖3a所示。小齒輪法向截面19、修正前刀具位置20、修正后刀盤中心運動軌跡2本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種面銑式戟齒輪與螺旋傘齒輪齒面縱向曲率修整方法，其特征在于：保持刀頭原有的幾何外型條件，提供一動態刀位半徑運動，配合搖臺轉動，刀位半徑隨著搖臺轉動而變化，此時刀盤中心在機器平面的運動軌跡為一曲線。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮展華，王培郁，
申請(專利權)人：中正大學，
類型：發明
國別省市：71[中國|臺灣]