TWI819918B - 一種螺旋工件的成形加工方法 - Google Patents

Abstract

一種螺旋工件的成形加工方法，係利用一砂輪以一砂輪線速輪磨一待成形螺旋工件以形成一螺旋工件之一齒面，取得該待成形螺旋工件接觸該砂輪時的一節圓直徑的一底徑及一大徑，所分別對應之該待成形螺旋工件的一第一螺旋線速及一第二螺旋線速；接著，以一介於該第一螺旋線速及該第二螺旋線速之間的螺旋線速的輪磨進給率，驅動該砂輪對該待成形螺旋工件進行輪磨加工。

Description

一種螺旋工件的成形加工方法

本發明關於一種工件的成形加工方法，尤指一種螺旋工件的成形加工方法。

螺旋工件(例如蝸桿)為以蝸桿成形輪磨機加工而成，輪磨加工蝸桿的效率取決於輪磨的螺旋線速(Helical Speed)。當螺旋線速低時，加工效率不佳；但當螺旋線速過高，則會產生加工表面燒焦的問題，因此可以理解的是，砂輪對待加工蝸桿有一適當的螺旋線速區間，可以在不發生燒焦問題的前提下，有效地加工蝸桿。

然而，對於市售或已知的蝸桿成形輪磨機來說，僅可供使用者輸入及設定輪磨的進給率(Feed Rate)，而砂輪則按照該輪磨進給率對待加工蝸桿加工。換言之，使用者並無法輸入及設定螺旋線速，也不會知道當下對應的螺旋線速，僅能以經驗或試誤法來操作輪磨機。不僅缺乏一致性，且可能在嘗試的過程中造成工件毀損。

本發明的主要目的在於解決習知因為無法得知實際輪磨時的螺旋線速，而無法有效加工螺旋工件的問題。

為達上述目的，本發明提供螺旋工件的成形加工方法，係利用一砂輪輪磨一待成形螺旋工件以形成一螺旋工件之一齒面，該砂輪接觸該待成形螺旋工件，該方法包括以下步驟：

步驟S1-1：由下式1取得對應該待成形螺旋工件接觸該砂輪時的一節圓直徑的一底徑D _p,d1及一大徑D _p,d2之該待成形螺旋工件的一第一螺旋線速H _s,d1及一第二螺旋線速H _s,d2。

其中，s為該待成形螺旋工件相對該砂輪的一平移速度，且

，p為該待成形螺旋工件的一螺旋參數，

，λ為該待成形螺旋工件的一螺旋導程，F _r 為一輪磨進給率。

其中，

，ω為該待成形螺旋工件相對該砂輪的一角 速率，

。

步驟S1-2：得到該第一螺旋線速H _s,d1及該第二螺旋線速H _s,d2後，以介於該第一螺旋線速H _s,d1及該第二螺旋線速H _s,d2之間的一加工螺旋線速所對應的一加工輪磨進給率，驅動該砂輪對該待成形螺旋工件進行輪磨加工。

為達上述目的，本發明還提供一種螺旋工件的成形加工方法，包括以下步驟：

步驟S2-1：取得一第一砂輪對一第一待成形螺旋工件的一第一輪磨進給率。

步驟S2-2：根據該第一輪磨進給率，由下式1取得該第一砂輪接觸並加工該第一待成形螺旋工件時的一螺旋線速H _s ：

其中，s為該第一待成形螺旋工件相對該第一砂輪的一平移速度，且

，p為該第一待成形螺旋工件的一螺旋參數，

，λ為該第一待成形螺旋工件的一螺旋導程，F _r 為該第一輪磨進給率，v=

，ω為該第一待成形螺旋工件相對該第一砂輪的一角速率，ω

，D _p 為該待成形螺旋工件接觸該砂輪時的一節圓直徑。

步驟S2-3：提供一與該第一砂輪相同材質的第二砂輪以及一與該第一待成形螺旋工件相同材質但不同規格的第二待成形螺旋工件。

步驟S2-4：以該螺旋線速H _s 作為一螺旋線速參考值，根據該第二待成形螺旋工件的參數利用(式1)，從該螺旋線速參考值取得該第二砂輪對該第二待成形螺旋工件的一第二輪磨進給率。

步驟S2-5：以該第二輪磨進給率驅動該第二砂輪對該第二待成形螺旋工件進行輪磨加工。

綜上所述，透過本發明方法，可以得知該螺旋線速，以提供作為加工時的參考。

1:待成形螺旋工件

4:砂輪

D _p,d1:底徑

D _p,d2:大徑

F _r :進給率

s:平移速度

ω:角速率

γ:導程角

E:中心距

S1-1、S1-2、S2-1、S2-2、S2-3、S2-4、S2-5:步驟

(X_w,g,Y_g,Z_g):砂輪座標系統

(X_w,g,Y_w,Z_w):工件座標系統

『圖1』，為本發明一實施例中，蝸桿成形輪磨機的示意圖。

『圖2』，為本發明一實施例的步驟流程圖。

『圖3』，為本發明一實施例中，砂輪與待成形螺旋工件的關係示意圖。

『圖4』，為本發明一實施例中，待成形螺旋工件的示意圖。

『圖5』，為本發明一實施例中，砂輪的進給速率與合成速率的示意圖。

『圖6』，為本發明另一實施例的步驟流程圖。

本發明公開一種螺旋工件的成形加工方法，參閱『圖1』，為本發明一實施例中蝸桿成形輪磨機的示意圖，係利用一砂輪4輪磨一待成形螺旋工件1，以在該待成形螺旋工件1上形成預期的一螺旋工件之一齒面。在輪磨時，該砂輪4接觸該待成形螺旋工件1，且該砂輪4是以一螺旋線速對該待成形螺旋工件1進行加工。在以下實施例中，該待成形螺旋工件1是以一蝸桿作為舉例說明，但本發明並不限於此，在其他實施例中，該待成形螺旋工件1亦可為其他工件。

根據本發明一實施例，該蝸桿成形輪磨機僅能供使用者輸入及設定輪磨的進給率(Feed Rate，F _r )，而該砂輪4則按照該進給率對該待成形螺旋工件1加工。根據本發明一實施例的方法，係可以在已知該進給率F _r 的情況下，求出對應的螺旋線速(Helical Speed，H _s )。換言之，使用者可以根據該進給率F _r 及該螺旋線速H _s 之間的關係，利用期望的該螺旋線速H _s 對該待成形螺旋工件1加工。

參閱『圖2』，以下為本發明一實施例的方法，包括步驟S1-1至步驟S1-2：

步驟S1-1：基於該待成形螺旋工件1的輪廓，當加工時，該砂輪4會接觸該待成形螺旋工件1的一底徑D _p,d1(螺旋最小直徑)以及一大徑D _p,d2(螺旋最大直徑)，如『圖4』所示。本步驟是利用下式1取得該待成形螺旋工件1接觸該砂輪4時的一節圓直徑的一底徑 D _p,d1及一大徑D _p,d2所對應之該待成形螺旋工件1的一第一螺旋線速H _s,d1及一第二螺旋線速H _s,d2：

s為該待成形螺旋工件1相對該砂輪4的一平移速度，且s=

，p為該待成形螺旋工件1的一螺旋參數，

，λ為該待成形螺旋工件1的一螺旋導程，F _r 為一輪磨進給率。

v為該節圓直徑處的切線速度，

，ω為該待成形螺旋 工件1相對該砂輪4的一角速率，

。

在以上的參數中，該平移速度s以及該輪磨進給率F _r 可視為該砂輪4輪磨該待成形螺旋工件1的預期加工條件，為一預先設定且已知的值。

該螺旋導程λ為同螺旋線上相鄰對應點的軸向距離，參閱『圖3』，顯示了砂輪座標系統(X_w,g,Y_g,Z_g)及工件座標系統(X_w,g,Y_w,Z_w)，『圖3』中的E為一中心距，一導程角γ可由下式2取得：

m _x 為該待成形螺旋工件1的一軸向模數，Z為該待成形螺旋工件1的一蝸桿齒數，D _p 為該待成形螺旋工件1的一節圓直徑。該軸向模數m _x 以及該蝸桿齒數Z為與該待成形螺旋工件1相關的參數，為已知的值。

得到該導程角γ後，將該導程角γ代入下式3，可取得該螺旋導程λ：λ=πD _p tan γ (式3)

在本實施例中，式2及式3的該節圓直徑D _p 是採用該砂輪4接觸該待成形螺旋工件1的假想圓柱體的最小直徑以及最大直徑的一任意值，例如平均值。

有關該角速率ω的公式推導，詳述如後。參閱『圖5』，為本發明一實施例中，砂輪的進給速率與合成速率的示意圖，該角速率ω與該平移速度s之關係可由螺旋同動時之螺旋參數p得知，如下式4表示：根據『圖5』以及式4可得到下式5：

整理後即得：

。

步驟S1-2：得到該第一螺旋線速H _s,d1及該第二螺旋線速H _s,d2後，以介於該第一螺旋線速H _s,d1及該第二螺旋線速H _s,d2之間的一加工螺旋線速所對應的一加工輪磨進給率，驅動該砂輪4對該待成形螺旋工件1進行輪磨加工。本步驟中，係先定義出該加工螺旋線速，例如可取該第一螺旋線速H _s,d1及該第二螺旋線速H _s,d2之間的平均值，亦可為該第一螺旋線速H _s,d1及該第二螺旋線速H _s,d2之間的任意值。

由於在加工時，該待成形螺旋工件1和該砂輪4所接觸的一假想圓柱體的最小直徑以及最大直徑即分別為該底徑D _p,d1以及該大徑D _p,d2。換言之，若以超過該大徑D _p,d2所對應的螺旋線速或是低於該底徑D _p,d1所對應的的螺旋線速來進行加工，可能會有過度加工或線速偏低的問題。

另一方面，特定材料的砂輪對於特定材料的螺旋工件係具有相同的最佳螺旋線速。換言之，對於不同規格(例如不同的尺寸、 輪廓或齒數)的螺旋工件來說，只要所使用的砂輪的材料以及螺旋工件的材料相同，適合的螺旋線速就相同。但對於一般的成形輪磨機或成形加工方法來說，並無法得知加工當下的螺旋線速，又對於不同規格的螺旋工件，軸向模數m _x 、蝸桿齒數Z以及/或節圓直徑D _p 也會不同，因此，即便知道了螺旋線速，也無法準確地得知應該在成形輪磨機輸入或設定的螺旋線速。

根據本發明另一實施例，提供一種螺旋工件的成形加工方法，本方法適用於輪磨多個相同材質且不同規格的待成形螺旋工件，參閱『圖6』，包括以下步驟S2-1至步驟S2-5：

步驟S2-1：先取得一第一砂輪對一第一待成形螺旋工件的一第一輪磨進給率。在一實施例中，例如可預先以試誤法取得一參考用的輪磨進給率，在該參考用的輪磨進給率下，該第一砂輪相對該第一待成形螺旋工件有一較佳或最佳的加工效率。

步驟S2-2：根據該第一輪磨進給率，由式1取得該第一砂輪接觸並加工該第一待成形螺旋工件時的一螺旋線速H _s ：

s為該第一待成形螺旋工件相對該第一砂輪的一平移速度s，s=

，p為該第一待成形螺旋工件的一螺旋參數，

，λ為該第 一待成形螺旋工件的一螺旋導程，F _r 為該第一輪磨進給率，

，ω為該第一待成形螺旋工件相對該第一砂輪的一角速率，ω=

，D _p 為該待成形螺旋工件接觸該砂輪時的一節圓直徑。

步驟S2-3：接下來，提供一第二砂輪以及一第二待成形螺旋工件，該第二砂輪與該第一砂輪為相同材質，而該第二待成形螺旋 工件與該第一待成形螺旋工件為相同材質但不同規格，例如不同的尺寸、輪廓及/或齒數；亦可理解為該第二待成形螺旋工件與該第一待成形螺旋工件具有不同的參數，包括螺旋參數p，螺旋導程λ、軸向模數m _x 、蝸桿齒數Z及/或節圓直徑D _p 等。

步驟S2-4：在加工前，先以該螺旋線速H _s 作為一螺旋線速參考值，根據該第二待成形螺旋工件的參數，如螺旋參數p，螺旋導程λ、軸向模數m _x 、蝸桿齒數Z及節圓直徑D _p ，利用式1取得該第二砂輪對該第二待成形螺旋工件的第二輪磨進給率。

步驟S2-5：取得該第二輪磨進給率後，以該第二輪磨進給率驅動該第二砂輪對該第二待成形螺旋工件進行輪磨加工。

在以上的方法中，由於該第一砂輪與該第二砂輪為相同材質，而該第一待成形螺旋工件與該第二待成形螺旋工件為相同材質但不同規格，因此，該第一待成形螺旋工件與該第二待成形螺旋工件適合的螺旋線速為相同，但因為該第一待成形螺旋工件與該第二待成形螺旋工件的規格不同，因此實際應採用(或對應)的輪磨進給率為不同。透過本發明的方法，即可以根據該第一砂輪對該第一待成形螺旋工件的加工條件，找出適用於該第二砂輪對該第二待成形螺旋工件的加工條件。

舉例來說，先使用砂輪A加工待成形螺旋工件A，利用試誤法得到輪磨進給率參考值F _r,A ，當要使用砂輪A加工相同材料但不同規格的待成形螺旋工件B，待成形螺旋工件A、B適合的螺旋線速為相同，但對應的輪磨進給率為不同。因此，可以利用以上方法先根據待成形螺旋工件A的參數從輪磨進給率參考值F _r,A 得到對應的螺旋 線速參考值H _s,A ，在利用以上方法根據待成形螺旋工件B的參數從輪磨進給率參考值F _r,A 得到對應的螺旋線速參考值H _s,B ，並使用螺旋線速參考值H _s,B 驅動砂輪A對待成形螺旋工件B進行輪磨加工。

S1-1、S1-2:步驟

Claims (8)

1. 一種螺旋工件的成形加工方法，係利用一砂輪輪磨一待成形螺旋工件以形成一螺旋工件之一齒面，該砂輪接觸該待成形螺旋工件，該方法包括以下步驟：步驟S1-1：由下式1取得對應該待成形螺旋工件接觸該砂輪時的一節圓直徑的一底徑D _p,d1及一大徑D _p,d2之該待成形螺旋工件的一第一螺旋線速H _s,d1及一第二螺旋線速H _s,d2：

   

   其中，s為該待成形螺旋工件相對該砂輪的一平移速度，且s=

   

   ，p為該待成形螺旋工件的一螺旋參數，

   

   ，λ為該待成形螺旋工件的一螺旋導程，F _r 為一輪磨進給率； 其中，

   

   ，ω為該待成形螺旋工件相對該砂輪的一角速率，ω

   

   ；以及步驟S1-2：得到該第一螺旋線速H _s,d1及該第二螺旋線速H _s,d2後，以介於該第一螺旋線速H _s,d1及該第二螺旋線速H _s,d2之間的一加工螺旋線速所對應的一加工輪磨進給率，驅動該砂輪對該待成形螺旋工件進行輪磨加工。
2. 如請求項1所述的方法，其中該待成形螺旋工件為一蝸桿。
3. 如請求項1所述的方法，其中該螺旋導程λ為由下式2及下式3取得，

   

   λ=πD _p tan γ (式3) 其中，m _x 為該待成形螺旋工件的一軸向模數，Z為該待成形螺旋工件的一蝸桿齒數。
4. 一種螺旋工件的成形加工方法，包括以下步驟：步驟S2-1：取得一第一砂輪對一第一待成形螺旋工件的一第一輪磨進給率；步驟S2-2：根據該第一輪磨進給率，由下式1取得該第一砂輪接觸並加工該第一待成形螺旋工件時的一螺旋線速H _s ：

   

   其中，s為該第一待成形螺旋工件相對該第一砂輪的一平移速度，且

   

   ，p為該第一待成形螺旋工件的一螺旋參數，

   

   ，λ為該第 一待成形螺旋工件的一螺旋導程，F _r 為該第一輪磨進給率，

   

   ，ω 為該第一待成形螺旋工件相對該第一砂輪的一角速率，

   

   ，D _p 為該待成形螺旋工件接觸該砂輪時的一節圓直徑；步驟S2-3：提供一與該第一砂輪相同材質的第二砂輪以及一與該第一待成形螺旋工件相同材質但不同規格的第二待成形螺旋工件；步驟S2-4：以該螺旋線速H _s 作為一螺旋線速參考值，根據該第二待成形螺旋工件的參數利用(式1)，從該螺旋線速參考值取得該第二砂輪對該第二待成形螺旋工件的一第二輪磨進給率；以及步驟S2-5：以該第二輪磨進給率驅動該第二砂輪對該第二待成形螺旋工件進行輪磨加工。
5. 如請求項4所述的方法，其中該第一待成形螺旋工件及該第二待成形螺旋工件分別為一蝸桿。
6. 如請求項4所述的方法，其中該第一砂輪與該第二砂輪為相同規格。
7. 如請求項4所述的方法，其中該第一砂輪與該第二砂輪為同一砂輪。
8. 如請求項4所述的方法，其中該螺旋導程λ為由下式2及下式3取得，

   

   λ=πD _p tan γ (式3)其中，m _x 為該第一待成形螺旋工件的一軸向模數，Z為該第一待成形螺旋工件的一蝸桿齒數。

Images