使用圆板牙的齿轮的滚轧方法
【专利摘要】本发明提供使用圆板牙的齿轮的滚轧方法。为了得到一种能够得到合适的形状的齿、且在加工中不产生移动的使用圆板牙的齿轮的滚轧方法，将具有圆筒状外表面的工件以绕圆筒状外表面的旋转轴心自由滚动自如的方式支承于支承部，并且，将绕与旋转轴心平行的轴心旋转的一对圆板牙隔着工件对置配置，将一对圆板牙一边利用驱动机构对相互的旋转速度以及压入量进行同步控制一边朝工件压入操作，以使得圆板牙与工件联动旋转的旋转方式从基于相互的按压力的摩擦轮方式变化为通过圆板牙的压入在工件形成齿槽而基于工件与圆板牙之间的卡合的齿轮方式之际的、用齿槽的齿根外周长度除以预定形成的齿数而得的长度等于圆板牙的齿顶圆节距的方式设定工件的外径。
【专利说明】使用圆板牙的齿轮的滚轧方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用圆板牙(circular dies)的齿轮的滚轧方法，具备:保持部，该保持部将具有圆筒状外表面的工件保持为绕该圆筒状外表面的轴心自由地滚动自如；一对圆板牙，这一对圆板牙夹着工件对置配置，且分别绕与轴心平行的轴心旋转；以及驱动机构，该驱动机构将一对圆板牙在对其旋转速度以及压入量进行同步控制的同时进行将其压入于工件的操作。
【背景技术】
[0002]本发明所涉及的滚轧齿轮在以汽车用部件等为首的很多工业产品中使用。例如，在汽车中，混合动力化或者电动化急速发展、其中，针对各种电动致动器，今后谋求耗电量少且体型小的部件。此外，这些致动器的构成部件谋求动力传递效率、制造效率好。
[0003]在致动器中使用很多齿轮。这些齿轮对致动器的功能/制造成本等有很大影响。一般地，作为高效地制造齿轮的方法，例如公知有相对于圆筒形的实心状工件按压圆板牙的滚轧方法。对于该方法，使具有所要求形成的齿轮的形状的一对圆板牙夹着工件对置配置，在对双方的圆板牙的旋转速度以及相对于工件的压入速度进行同步控制的同时将圆板牙按压于工件的表面，形成齿轮。
[0004]在使用板牙的滚轧方法中，存在使用直线状的齿条板牙的方法、和使用圆筒状的圆板牙的方法。其中，在使用齿条板牙的滚轧中，将一定长度的齿条板牙的端部附近的齿顶抵靠于工件，一边将板牙按压于工件一边使板牙进行进给操作从而使工件滚动。很多情况下，在开始与工件接触的滚轧初期所使用的区域和在滚轧结束的时期使用的区域，齿条板牙的齿高不同。因此，在使用齿条板牙的滚轧中，所形成的齿轮的形状受齿条板牙的长度影响。
[0005]另一方面，在圆板牙的情况下，在使圆板牙旋转的同时将其按压于工件。因此，圆板牙的任意部分的齿的形状都相同，圆板牙的结构简单。并且圆板牙的旋转方向也能够在滚轧中切换，应用于大型蜗杆、斜齿轮的滚轧成形。
[0006]以往，作为使用这样的圆板牙的齿轮的滚轧方法，例如存在下述公知文献所记载的方法。该技术提供能够在实现滚轧装置的简化的同时降低“移动”的斜齿轮/蜗杆以及丝杠(在齿线具有导程的机械元件)的滚轧装置。此处，移动是指在将圆板牙压入于工件之际工件沿着圆板牙的旋转轴心移动的现象。该现象在板牙的齿与在工件的表面先前形成的齿槽之间的相对位置不合适时产生。即，板牙的齿顶被偏于一方地按压于工件的齿槽的结果会导致二者像螺纹的前进/返回运动那样发挥作用从而产生移动。当产生移动时，工件的表面的本来不形成齿轮的区域也被滚轧，因此难以保持齿轮的质量。
[0007]在上述公知技术中，为了减轻移动的产生，在隔着工件对置配置的丝辊的外周部分别沿着周方向设置切入齿、成形齿以及精加工齿等，在各丝辊旋转一周的范围内在工件成型蜗杆。在各丝辊的外周部的轴向一端侧，设置伴随着蜗杆的成形时的工件的沿轴向的移动使成形齿或者退让齿追随于蜗杆的倒角部。由此，无需利用控制器对各板牙进行驱动控制就能够抑制因移动现象而导致的不良。
[0008]专利文献1:日本特开2010-075963 (第0052段)
[0009]但是，在上述现有的技术中，作为圆板牙的形状，需要在其周方向形成切入齿、成形齿以及精加工齿等。因此，圆板牙成为特殊部件而其制作耗费时间，并且制造成本也增大。并且，该圆板牙与齿条板牙同样相对于工件仅能够驱动旋转一周，因此所制作的齿轮的形状受到限制。这样，在上述现有的滚轧方法中，为了合理地对齿轮进行滚轧加工，尚存很多应当改进的点。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于解决上述现有技术的课题，得到一种能够得到合适的形状的齿、且在加工中不会产生移动的使用圆板牙的齿轮的滚轧方法。
[0011][第I技术手段]
[0012]在本发明的使用圆板牙的齿轮的滚轧方法中，将具有圆筒状外表面的工件以绕圆筒状外表面的旋转轴心自由滚动自如的方式支承于支承部，并且，将绕与旋转轴心平行的轴心旋转的一对圆板牙隔着工件对置配置。其次，将一对圆板牙一边利用驱动机构对相互的旋转速度以及压入量进行同步控制一边朝工件压入操作。以使得圆板牙与工件联动旋转的旋转方式从基于相互的按压力的摩擦轮方式变化为通过圆板牙的压入在工件形成齿槽而基于工件与圆板牙之间的卡合的齿轮方式之际的、用齿槽的齿根外周长度除以预定形成的齿数而得的长度等于圆板牙的齿顶圆节距的方式设定工件的外径。
[0013][作用效果]
[0014]在使用圆板牙滚轧齿轮的情况下，工件的最初的表面形状是简单的圆筒面。因此，通过圆板牙的压入而开始相互抵接的圆板牙和工件以摩擦齿轮的方式开始连带旋转。当圆板牙的压入进一步进展时，在工件的表面逐渐形成齿槽。当圆板牙与工件可靠地啮合时，二者以齿轮方式旋转。虽然当像这样以上述两种方式被引导的工件的旋转速度产生差时会产生移动，但最初产生的移动也逐渐收敛。在移动收敛后的工程中，稳定的形成齿形。
[0015]在本发明中，在工件可靠地形成齿槽后的状态下，以使得用齿根的外周长度除以预定形成的齿数而得的长度成为圆板牙的齿顶圆节距的方式设定工件的初期外径。即、工件的外径是考虑工件的旋转方式从摩擦轮方式过渡至齿轮方式时在工件形成的齿槽的深度而决定的。在该情况下，在形成齿槽的时刻，在工件上齿的切割结束。若使用本方法，则圆板牙与工件以合适的相对位相旋转、在滚轧过程中不会产生移动，能够得到准确的齿轮。
[0016][笫2技术手段]
[0017]在本发明的使用圆板牙的齿轮的滚轧方法中，可以将变化为齿轮方式之际的、圆板牙相对于工件的压入量0.1mm?0.3mm。
[0018][作用效果]
[0019]为了将圆板牙以不滑动的方式压入工件，优选在工件的表面形成从周围约束圆板牙的齿顶的壁部。滚轧加工的工件通常是金属，具有规定的塑性变形能。即，当像本结构这样将圆板牙仅压入0.1mm?0.3mm时，圆板牙的齿顶的周围由这样的高度的壁部包围,在约束齿顶的方面发挥充分的阻力。若该压入量少，则存在随后圆板牙相对于工件滑动的顾虑，因此齿的切割不会结束。另一方，若将压入量设定得过大，则尽管在对齿顶的拘束的意义上来说是有利的，但由于工件的初期外径大，因此齿根的切割变得困难。并且，若工件外径大，则工件的母材中的对齿顶的形成作出贡献的体积多。因此，齿的形状不合适、或为了吸收剩余的母材体积而将圆板牙的齿根深度设定得较大等，需要进行其他的附加作业，有损于效率化。
[0020][笫3技术手段]
[0021]在本发明的使用圆板牙的齿轮的滚轧方法中，优选在旋转方式从摩擦轮方式变化为齿轮方式为止的期间，间歇地进行一对圆板牙相对于工件的压入。
[0022][作用效果]
[0023]通过像本结构这样，在旋转方式变化为齿轮方式为止的期间，断续的增加圆板牙的压入量，能够使圆板牙的齿顶以接近法线方向的角度抵接于工件的表面。因此，能够降低圆板牙的齿沿着旋转轴心方向、或者与旋转轴心方向成直角的方向对工件加压的外力分量、能够有效地抑制移动的产生。并且，通过在将圆板牙的齿顶压入工件的表面之际断续的进行圆板牙的压入量，能够使相对于各个齿槽的压入方式相等。即，通过在相对于全部的齿槽完成一定的压入之后对各齿槽施加下一个新的压入，在遍及整周形成均等的齿槽的同时切割结束。因此，随后的压入加工变得更加可靠、能够得到精度高的滚轧齿轮。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是示出滚轧装置的构造的说明图。
[0025]图2是示出滚轧装置中的工件的支承构造的说明图。
[0026]图3是示出工件以及板牙的加工前的尺寸的图。
[0027]图4是示出工件以及板牙的加工后的尺寸的图。
[0028]图5是示出工件直径的计算方法的说明图。
[0029]图6是示出板牙的压入量与工件的旋转速度之间的关系的图。
[0030]图7是示出板牙的压入量与工件的轴向变位之间的关系的图。
[0031]图8是示出移动最小的板牙的压入量与工件的旋转速度之间的关系的图。
[0032]图9是示出相对于板牙的压入量而工件的轴向变位最小的例子的图。
[0033]图10是示出相对于工件表面的板牙齿顶的压入轨迹的图。
【具体实施方式】
[0034](滚轧装置的概要)
[0035]以下，使用附图对本发明所涉及的使用圆板牙(以下仅称为“板牙”)的齿轮的滚轧方法进行说明。图1以及图2中示出在本实施方式中使用的滚轧装置的概要。一对板牙I例如由液压驱动部2朝工件3侧压入。上述板牙I的旋转例如由AC伺服马达4驱动。左右的板牙I的旋转速度以及压入量由图外的CNC装置同步控制。另一方面，工件3如图2所示由沿着旋转轴心X的两侧的支承部5支承。工件3通过板牙I的旋转被自由驱动(带动旋转)。支承工件3的一方的支承部51被固定于装置台6。支承工件3的另一方的支承部52相对于装置台6能够沿着旋转轴心X移动。该支承部52借助气压等沿旋转轴心X的方向按压工件3。由此，能够应对通过相对于工件3的板牙I的按压而产生的工件3的伸长。具备上述支承部51、52的装置台6能够沿着设置在装置基座7上的引导部件8沿着旋转轴心X的方向移动。由此构成为:即便在假设因相对于工件3的板牙I的按压而产生了移动的情况下，工件3也能够沿着旋转轴心X的方向移动。工件3的旋转速度能够利用相对于支承部5的一方侧设置于外周位置的旋转传感器9测定。并且，工件的移动能够利用与一方的支承部5配置在同一轴心上的距离传感器10测定。
[0036](工件形状以及板牙形状)
[0037]为了得到预期的齿轮，需要使板牙I的诸元与工件3的诸元相匹配。工件3的外径决定成:使得用工件3的外周除以齿数而得的尺寸与所要形成的齿轮的齿顶圆节距相等。
[0038]图3示出齿顶圆直径dal的板牙I与外径dv的工件3接触瞬间的状态。二者的轴间距离为a0。此时，对于准确地切割工件3的外周的板牙齿顶圆直径dal，当设工件3的外径为dv、设板牙I的齿数为zl、设工件3的齿数为z2时,根据式(I)计算。
[0039]
4 Ii I % cl V * I I / I 2* *.* * -1:
[0040]图4示出相对于工件3的板牙I的压入结束后的状态下的二者的节圆彼此相切的状态。如图4所示，板牙I的节圆直径为dl、完成后的齿轮的齿根直径为df2、二者啮合的状态下的板牙I与齿轮之间的轴间距离为al。压入前的工件3与板牙I的中心间距离aO为
[0041]aO = (dv+dal)/2。
[0042]另一方面，对于相对于工件3的板牙I的压入结束后的状态下的中心间距离al，当设板牙的基圆为dl时，
[0043]al = (dl+d2)/2，并且
[0044]al = (dal+df2)/20
[0045]其中，图4中的df2是斜齿轮的齿根圆直径。
[0046]在滚轧工程中，工件3和板牙I按照以下的方式运动。
[0047]在图3所示的压入最初的阶段，能够认为是将板牙齿顶圆和工件外周(齿根圆)分别作为滚圆的摩擦轮对的旋转运动。此处，当设板牙的旋转速度为ω 1、设工件的旋转速度为ω 2、设板牙的压入量为X、设板牙的齿顶圆直径为dal、设工件的外径为dv时、ω2用式⑵表示。
[0048]ω 2 = ω I.da/ (dv_2x).....(2)
[0049]另一方面，在图4中，板牙I和工件3看作是齿轮对的啮合，因此，若设zl为板牙的齿数、z2为齿轮的齿数,则式(3)的关系成立。
[0050]2 = zl/z2.ω 1.....(3)
[0051]在板牙I的压入的初期，直到在工件3的表面形成齿槽为止工件都作为摩擦轮运动。即、将能够用上述式(2)表示的工件的旋转方式称为摩擦轮方式。在该状态下不产生移动。
[0052]但是，当形成有齿槽、依次压入抵接的板牙I的齿顶嵌入齿槽时，工件3作为齿轮而与板牙联动旋转。即、成为能够用上述式(3)表示的工件的旋转方式，将此称为齿轮方式。当工件以齿轮方式旋转时，若板牙的齿顶并未顺利地切割工件表面则会产生移动。即，当工件的旋转成为齿轮方式时，若用式(2)和式(3)表示的工件的旋转速度存在差，则工件的运动成为螺纹的前进/返回那样的差动运动而产生移动。因此，为了使得不产生移动，需要在工件的旋转从摩擦轮方式变换成齿轮方式的瞬间进行准确的切割，并且需要使板牙相对于工件不滑动。
[0053]特别是关于准确的切割，需要使在工件3形成的齿槽的齿根圆外周除以工件齿数Z2而得的长度等于板牙I的齿顶圆节距。
[0054]另一方面，为了防止板牙I的滑动，需要使工件3的母材适当地包围板牙I的齿顶的周围。即，需要形成足够的深度的齿槽。通常、在滚轧中使用的工件的材料几乎都是钢材、铝等金属。若原材料是金属，则材料自身具有塑性变形能。因此，当板牙I的齿顶欲在工件3的表面滑动的情况下，需要将包围板牙I的齿顶的壁部的高度设定成合适的高度。
[0055]但是，在壁部的高度过高的情况下，工件3会有相应的多余的母材。在该情况下，会有损于成形后的齿轮的精度，或者产生需要修正板牙I的齿形以使得能够吸收多余的金属等附加工时。并且，与需要多余的母材相应地，材料的成品率变差。
[0056]以下，对更准确地决定工件3的外径的方法进行说明。
[0057]作为例子，表1中示出要形成的齿轮的形状，表2中示出板牙I的形状。
[0058]假设要形成的齿轮是齿数为2的斜齿轮。
[0059]板牙I设计成:在压入结束后的精加工状态下，板牙I的基圆与节圆相等。鉴于将板牙I安装于辊轧装置的制约条件等，板牙的齿数zl设定为85。板牙I的齿形是渐开线齿形。板牙I的各诸元以相对于工件3的板牙I的压入结束后的状态下的板牙I的节圆与板牙I的基圆一致为条件计算。因此，在相对于工件3使板牙I转位而进行加工的情况下，例如使表2中的转位系数的值变化。在该情况下，虽然板牙I的形状相同，但齿直角模数/齿直角压力角/螺旋角的值变化。
[0060][表 I]
[0061]
【权利要求】
1.一种使用圆板牙的齿轮的滚轧方法，其特征在于， 将具有圆筒状外表面的工件以绕所述圆筒状外表面的旋转轴心自由滚动自如的方式支承于支承部， 将绕与所述旋转轴心平行的轴心旋转的一对圆板牙隔着所述工件对置配置， 将所述一对圆板牙一边利用驱动机构对相互的旋转速度以及压入量进行同步控制一边朝所述工件压入操作， 以使得所述圆板牙与所述工件联动旋转的旋转方式从基于相互的按压力的摩擦轮方式变化为通过所述圆板牙的压入在所述工件形成齿槽而基于所述工件与所述圆板牙之间的卡合的齿轮方式之际的、用所述齿槽的齿根外周长度除以预定形成的齿数而得的长度等于所述圆板牙的齿顶圆节距的方式设定所述工件的外径。
2.根据权利要求1所述的使用圆板牙的齿轮的滚轧方法，其特征在于， 将变化为所述齿轮方式之际的、所述圆板牙相对于所述工件的压入量设定为0.1mm?0.3mmο
3.根据权利要求1或2所述的使用圆板牙的齿轮的滚轧方法，其特征在于， 在所述旋转方式从所述摩擦轮方式变化为所述齿轮方式为止的期间，间歇地进行所述一对圆板牙相对于所述工件的压入。
【文档编号】B21H5/00GK103987473SQ201280062222
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2012年12月4日 优先权日:2011年12月16日
【发明者】永田英理 申请人:爱信精机株式会社