专利名称：内齿轮状金刚石修整器、齿轮加工用砂轮的整形、修整方法和内齿轮的磨削加工方法
技术领域：
本发明涉及加工成内齿轮形状的金刚石修整器、回转式金刚石修整器、齿轮加工用砂轮的整形、修整方法以及内齿轮的磨削加工方法。特别涉及一种长寿命的内齿轮状金刚石修整器，能够高精度、高效率地对齿轮加工用砂轮整形或整形和修整。
背景技术：
齿轮是能够最有效地准确传递转动和转矩且被广泛应用的机械要素
之一。虽然由于各种NC机械的NC化等，齿轮的使用减少，但是作为重要的机械要素部件，从精密机械用、汽车用、机床用等小型齿轮至建设机械用、船舶用、工业机械用等大型齿轮，齿轮被广泛地用于机械工业领域中。最近，对齿轮的低噪音化、高效率化等要求是不言而喻的，另外，从节约能源的观点出发，提高了对齿轮的小型化、轻量化和长寿命化的要求。而且，齿轮自身针对上述要求，也存在材质高强度和难以切削等倾向。
例如，为了适应汽车用变速器齿轮的低噪音化、高效率化和长寿命化的需求，要求高效率地去除去齿轮坯料调质后的热变形，进行高精度的加工。对于汽车用变速器齿轮的外齿轮，已能够实施磨削加工、珩磨精加工。但是，对于内齿轮，目前尚无有效的精加工方法，只能使用调质后的齿轮。在降低噪音、降低燃料费用方面的效果也有限。也就是说，仅靠与内齿轮啮合的外齿轮的高精度化，在降低噪音、降低燃料费用方面的效果有限，急需确立一种能够高精度和高效率地对调质后的内齿轮进行精加工的方法。
由上述原因，希望开发一种能够高精度和高效率地对加工内齿轮的砂轮实施整形或整形和修整的金刚石修整器。
发明内容
为了解决上述问题，提出本发明。
也就是说，本发明的目的是特别提供一种能够高效率、高精度地对砂轮进行整形、修整的金刚石修整器，该砂轮可高精度地磨削加工调质后的内齿轮。
本发明的金刚石修整器是一种具有金刚石层的内齿轮状金刚石修整器，通过在环状基体件的内径部形成齿形形状并由结合材将金刚石粒固定在所述齿形的表面上来形成上述金刚石层。
此处，金刚石层可以在深度方向上包含多粒金刚石粒，但是对于本发明的修整器，包含一粒金刚石粒的单层金刚石层足以。
内齿轮状金刚石修整器包括环状的基体件、以及设置在基体件的内周部并沿着齿形形状配置的金刚石层。
本发明的金刚石修整器优选在齿顶设有定心基准面。
在将内齿轮状金刚石修整器安装在齿轮加工装置上时，必须将齿轮状的金刚石层的振动精度设定在所希望的规格值内。因而，在齿形的齿顶设置定心基准面，能够将内齿轮状金刚石修整器高精度地安装在齿轮加工装置上。
本发明的金刚石修整器优选定心基准面构成圆筒面的一部分。定心基准面优选被设置成由齿顶圆形成且构成圆筒内表面的一部分。
一旦如此，不仅定心容易，还能以更高的精度将内齿轮状金刚石修整器安
装在齿轮加工装置上。
优选的，结合材是镍镀层。
也可以使用公知的结合材例如树脂粘合剂、金属粘合剂和陶瓷粘合剂等。但是，由于采用镍镀层，金刚石粒的保持力优良，优选使用镍镀层。优选的，金刚石层由反镀方法(反転&o含方法)形成。此时，反镀方法采用公知的方法。将金刚石粒固定在高精度的外齿轮状主体(也称作基准齿轮)的表面上，使其反转。最好采用利用镍镀层的反镀方法。图1显示由反镀方法制造的金刚石修整器的一个示例。将金刚
石粒2和镍镀层3 —同称为金刚石层。接合层4使用低熔点合金等接合在钢制的基体件5上。
5另外，在金刚石修整器的齿顶上设置定心基准面时，使用不仅齿腹面而且齿底面被高精度地加工以构成圆筒面的一部分的外齿轮状主体。通过使金刚石粒固定在该主体表面上并使其反转，能够在金刚石修整器的齿顶上设置定心基准面。
另外，在设置定心基准面以构成圆筒面的一部分时，使用齿底面被高精度地加工以构成齿底圆的一部分的外齿轮状主体。
另外，本发明的金刚石修整器例如图2 7所示，在金刚石层的接合面上设置了凹状部。优选的，例如，基体件的接合面上采用花键形状6(图
2A和2B)、多个钻孔7 (图3A和3B)、同心圆状槽8 (图4A和4B)、螺旋状槽9 (图5A和5B)、右螺旋和左螺旋重合的槽10 (图6A和6B)中的任一种。其目的在于，对于从旋转方向承受的力，金刚石修整器获得具有充分承受能力的金刚石层的接合强度。
为了意外施加的外力不损伤金刚石层，如图7所示，优选地，基体件的厚度W比金刚石层的厚度WD大。另外，最好在金刚石层部的两侧面设置间隙11。
优选的，金刚石粒的平均粒径为10um 2000ixm。
在此，金刚石粒使用可尽量满足金刚石修整器的作用面的形状精度的粗粒，从而能够获得长寿命和优良的切割性。通常，采用利用反镀方法的制造方法能够使作用面获得更高的形状精度。另外，使用粗金刚石粒，还具有金刚石粒的突出端没有偏差、能够获得极高精度的特点。金刚石粒的平均粒径更优选为20 P m 2000 u m，最优选为30 u m 2000 P m。
优选的，金刚石粒从结合材中的平均突出量为平均粒径的1%以上70%以下。
在此，为了测量突出量，提出了采用千分表的方法等，但是为了最准确地测量从金刚石粒的突出端至结合材的高低差，优选使用zygo (3次元表面构造解析显微镜)。平均突出量被定义为例如测量任意选择的100个金刚石粒的突出量，将其平均值除以金刚石粒的平均粒径后再乘100%。由于利用电淀积法将数万 数十万个金刚石粒固定在作用面上，利用反镀方法将数千 数万个金刚石粒固定在作用面上，所以如果要测量所有金刚石粒的突出量需要耗费大量人力物力。因上述理由，实际上采用IOO个左右的平均值。如果平均突出量小于1%，则切割性不充分，导致加工效率降低。如果平均突出量超过70%，则金刚石粒的保持力降低，成为脱落的原因。为了提高金刚石粒的保持力，防止脱落并获得充分的加工效率，平
均突出量优选3%以上且60%以下，最有选5%以上且50%以下。
优选的，本发明的金刚石修整器是在对齿轮加工用砂轮进行整形、或整形和修整中使用的金刚石修整器。金刚石层的内齿轮的齿宽比工件的齿宽宽，且齿高比工件的齿高高，其他各齿轮参数与工件大致相同。
本发明的内齿轮状金刚石修整器设计得与工件的内齿轮几乎具有相同的参数，具体地说，主要参数即模数、压力角、螺旋角、齿厚等都与工件相同，为了保证与砂轮啮合，齿宽和齿高优选比工件大。但是，齿数根据金刚石修整器的规格而增减。
优选的，齿轮加工用砂轮是外齿轮状砂轮。
另外，作为砂轮的粘合剂，优选使用树脂粘合剂、金属粘合剂和陶瓷粘合剂等。砂轮的齿宽最好比工件的齿宽宽。另外，金刚石修整器的齿数最好不是砂轮的齿数的整数倍。这是为了不使金刚石修整器的某个特定齿总是对砂轮的特定齿进行修整，从而使修整精度下降。而且，齿轮加工用砂轮轴和工件轴的交角优选为1 75度。
优选，齿轮加工用砂轮是蜗杆状砂轮。
作为砂轮的粘合剂，优选使用树脂粘合剂、金属粘合剂和陶瓷粘合剂等。另外，金刚石修整器的齿数优选不是砂轮的螺纹头数的整数倍。这是为了不使金刚石修整器的某个特定齿总是对砂轮的特定齿进行修整，从而使修整精度下降。
另外，本发明涉及一种使用上述金刚石修整器对齿轮加工用砂轮实施整形、或整形和修整的方法。
另外，本发明涉及一种使用齿轮加工用砂轮磨削加工内齿轮的方法，使用上述金刚石修整器对该齿轮加工用砂轮实施了整形、或整形和修整。
根据本发明，能够获得可高效率和高精度对砂轮实施整形、修整的金刚石修整器，该砂轮能够高精度地磨削加工调质后的内齿轮。
因此，即使对汽车用变速器的内齿轮调质处理后，本发明也有助于高精度和高效率地大批量生产汽车用变速器的内齿轮。
图1是本发明的内齿轮状金刚石修整器的俯视图。
图2A是本发明的内齿轮状金刚石修整器的基体件的俯视图。 图2B是沿图2A中的IIB-IIB线的剖视图。
图3A是本发明的内齿轮状金刚石修整器的其他基体件的俯视图。 图3B是沿图3A中的IIB-IIB线的剖视图。
图4A是本发明的内齿轮状金刚石修整器的其他基体件的俯视图。 图4B是沿图4A中的IVB-IVB线的剖视图。 图5A是本发明的内齿轮状金刚石修整器的其他基体件的俯视图。 图5B是沿图5A中的VB-VB线的剖视图。
图6A是本发明的内齿轮状金刚石修整器的其他基体件的俯视图。
图6B是沿图6A中的VIB-VIB线的剖视图。
图7A是本发明的内齿轮状金刚石修整器的俯视图。
图7B是沿图7A中的VIIB-VIIB线的剖视图。
图8A是显示使用图1的金刚石修整器对齿轮状砂轮进行整形、修整 的方法的俯视图。
图8B是显示从图8A中的箭头VIIB所示方向看到的内齿轮状金刚石 修整器内周面的图。
图9A是显示由蜗杆状砂轮磨削加工内齿轮的方法的俯视图。
图9B是显示从图9A中的箭头IXB所示方向看到的内齿轮状金刚石 修整器内周面的图。
图10A是显示本发明的附带定心基准面的内齿轮状金刚石修整器的 俯视图。
图10B是显示从图10A中的箭头XB所示方向看到的内齿轮状金刚石
修整器内周面的图。
图ll是显示具有R状齿底的外齿轮状主体的图。
图12是显示具有构成圆周一部分的齿底的外齿轮状主体的图。
图13A是显示本发明的附带R状定心基准面的内齿轮状金刚石修整
器的俯视图。图13B是显示从图13A中的箭头XIIIB所示方向看到的内齿轮状金刚 石修整器内周面的图。
图13C是对图13A中由XIIC所包围部分进行放大显示的图。
图14A是显示本发明的附带构成圆周一部分的定心基准面的内齿轮 状金刚石修整器的俯视图。
图14B是显示从图14A中的箭头XIVB所示方向看到的内齿轮状金 刚石修整器内周面的图。
图14C是对图14A中由XIVC所包围部分进行放大显示的图。
附图标记说明
1内齿轮状金刚石修整器2金刚石粒3结合材4接合层5 基体件6基体件的花键槽7基体件的钻孔8基体件的同心圆槽9 基体件的螺旋槽10基体件的左右螺旋槽11金刚石层部的间隙12 砂轮 13工件(内齿轮)14定心基准面 15外齿轮状主体 16 R状 齿底17构成圆周一部分的齿底18外齿轮状主体的齿底圆19内齿轮 状金刚石修整器的齿顶圆20金刚石层WD金刚石层的宽度W基体 件的宽度0中心S构成圆周一部分的齿底的宽度d构成圆周一部 分的齿底的深度e内齿轮状金刚石修整器的螺旋角a砂轮轴和内齿轮 状金刚石修整器的交角卩砂轮的螺旋角
具体实施例方式
下文将参照附图详细说明本发明的实施例。而且，在下文的实施例中， 使用相同的附图标记表示相同或等效的部分，省略了对其进行重复说明。
图1是本发明的内齿轮状金刚石修整器的俯视图。由反镀方法制造的 内齿轮状金刚石修整器1由金刚石粒2、镍镀层3、接合层4和基体件5 构成。将金刚石粒2和镍镀层3 —同称作金刚石层20。在此，金刚石层 20使用公知的低熔点合金接合在钢制的基体件5上。为了不使无意中的外 力作用在金刚石层20上，如图7所示，基体件5的厚度最好远大于金刚 石层20的厚度。通过使金刚石粒2尽可能地使用粗粒，能够获得寿命长、 高精度和高效的金刚石粒2。在此，使用平均粒径约300um的金刚石粒。
图8A是显示使用图1的金刚石修整器对齿轮状砂轮进行整形、修整的方法的俯视图。图8B是显示从图8A中的箭头VIIB所示方向看到的内 齿轮状金刚石修整器内周面的图。内齿轮状金刚石修整器1的轴和齿轮状 砂轮12的轴之间保持适合的交角ot。使齿轮状砂轮12和内齿轮状金刚石 修整器1同步旋转，给出整形、修整的进刀量。由于使砂轮的整形、修整 痕迹方向相对于齿线方向具有角度，能够实现金刚石修整器和砂轮的啮合 更平稳的整形、修整，故优选使用该方法。
另外，通过一边使砂轮平行于金刚石修整器的齿线方向摆动， 一边进 行整形、修整，能够获得所希望的形状精度。在通过持续进行磨削加工使 砂轮直径变小时，砂轮的螺旋角(3减小，通过往复实施整形、修整，砂轮 的寿命延长。 一旦如此，由于磨削加工后的内齿轮的磨削痕迹方向与齿线 方向之间具有角度，因此齿轮的啮合更稳定，最好釆用此种方法。
而且，在用砂轮对工件磨削加工时，以砂轮轴和金刚石修整器轴所构 成的交角与砂轮轴和工件轴所构成的交角相同的方式对工件定位。例如， 在具有修整装置的机械中进行修整后，使金刚石修整器后退，使工件移动 至修整位置，能够对工件进行磨削加工。当机械不具有修整装置时，如果 将金刚石修整器和工件制作成相同尺寸，则通过将金刚石修整器变换为工 件，能够对工件磨削加工。
图9A是显示由蜗杆状砂轮磨削加工内齿轮的方法的俯视图。图9B 是显示从图9A中的箭头IXB所示方向看到的内齿轮状金刚石修整器内周 面的图。图9A和9B示意性显示由整形、修整后的蜗杆状砂轮磨削加工 内齿轮的步骤。蜗杆状砂轮通过高速旋转，易于获得与工件的速度差，能 够提高加工效率。
图10A是显示本发明的带有定心基准面的内齿轮状金刚石修整器的 俯视图。图10B是显示从图IOA中箭头XB所示方向看到的内齿轮状金刚 石修整器内周面的图。图IOA和10B显示了在齿形的齿顶上设置有定心 基准面的内齿轮状金刚石修整器的一个示例。由于设置了定心基准面14， 因此，在安装于齿轮加工装置上时，能够提高齿轮状金刚石层的振动精度。
图11是显示具有R状齿底的外齿轮状主体的视图。图11显示了反镀 中使用的外齿轮状主体。齿底加工为R状，并实施高精度加工，以使各齿 底的R的最下点与外齿轮状主体的齿底圆18位于同一圆周上。
10在此，所谓圆周意味着与齿底圆相同的圆周，或与齿底圆同心圆的圆周。
图12是显示具有构成圆周一部分的齿底的外齿轮状主体的图。图12 显示其他的反镀中使用的外齿轮状主体。齿底形成为构成宽度S、深度d 的圆周面的一部分的形状，并实施高精度加工，以使各齿底位于齿底圆18 的同一圆周上。
在此，所谓圆周意味着与齿底圆相同的圆周，或与齿底圆同心圆的圆周。
实施例1
作为工件的内齿轮所要求的齿轮的各个参数如下文所述。材质为SCM 调质，齿宽25毫米，齿数105，模数1.25，螺旋角为左22度，压力角为 20度，基准节圆直径为0141.6毫米。
本发明的内齿轮状金刚石修整器除了齿宽为35mm之外，齿轮的其他 各个参数完全与工件的内齿轮相同。而且，采用利用镍镀层的反镀方法， 制造该内齿轮状金刚石修整器。
然后，由该内齿轮状金刚石修整器对砂轮实施整形、修整，对外齿轮 状砂轮实施精加工。修整器的切割性良好。整形、修整后的砂轮的成形精 度、砂轮作用面的状态也良好。砂轮规格为WAW20，齿轮状砂轮的各个 参数为齿宽30毫米，齿数64，螺旋角为左32度，模数1.25，压力角为 20度。
使用该砂轮，对工件的内齿轮磨削加工，切割性优良，确认加工后的 齿轮精度也充分满足要求规格的高精度加工。 实施例2
采用与实施例1相同的内齿轮状金刚石修整器，对砂轮实施整形、修 整，精加工为蜗杆状砂轮。
修整器的切割性优良，整形、修整后的砂轮的成形精度、砂轮作用面 的状态也优良。砂轮的规格为WA弁120，齿轮状砂轮的各个参数为齿宽 40毫米，螺纹头数20，螺旋角左67度，模数1.25，压力角20度。
使用该砂轮，对工件的内齿轮进行磨削加工，切割性良好，确认加工 后的齿轮精度也充分满足所要求规格的高精度加工。实施例3
制造图13A 13C所示那样的齿顶设置了R状定心基准面的内齿轮状金刚石修整器。
作为工件的内齿轮所要求的齿轮各个参数与实施例1相同，材质为SCM调质，齿宽25毫米，齿数105，模数1.25，螺旋角为左22度，压力角为20度，基准节圆直径为。141.6毫米。本发明的内齿轮状金刚石修整器除了齿宽为35毫米之外，齿轮其他的各个参数完全与工件的内齿轮相同。
反镀方法中使用的外齿轮状主体保持环状毛坯材的安装孔，通过滚铣加工，实施粗加工。该粗加工也可以采用刨齿机加工或滚轧加工。然后实施热处理，使用^ —久'社制造的磨削盘对齿形实施磨削加工。而且，如图ll所示，齿底形成为0.3毫米的R状，且实施高精度加工，以使各齿底的最下点位于齿底圆18的同一圆周上。使用该外齿轮状主体，通过反镀，制造内齿轮状金刚石修整器。
然后，通过设置在齿顶的定心基准面，实施高精度地定心，将该内齿轮状金刚石修整器安装在齿轮加工装置上。
然后，利用该内齿轮状金刚石修整器，对砂轮实施整形、修整，对外齿轮状砂轮实施精加工。修整器的切割性优良，整形、修整后的砂轮的成形精度、砂轮作用面的状态也优良。砂轮的规格为WA#120，齿轮状砂轮的各个参数为齿宽30毫米，齿数64，螺旋角左32度，模数1.25，压力角20度。
使用该砂轮，对工件的内齿轮磨削加工，切割性良好，确认加工后的齿轮精度也充分满足所要求规格的高精度加工。实施例4
制造图14所示那样的在齿顶设置了构成圆周面一部分的定心基准面的内齿轮状金刚石修整器。
作为工件的内齿轮所要求的齿轮各个参数与实施例3相同，除了齿宽为35毫米之外，齿轮其他各个参数完全与工件的内齿轮相同。
采用与实施例3完全相同的方法制造反镀方法中使用的外齿轮状主体。而且图12所示，齿底形成为构成宽度S为0.3毫米，深度d为0.1毫
12米的圆周面的一部分的形状，且各齿底位于与齿底圆18同一圆周上。使 用该外齿轮状主体，通过反镀，制造内齿轮状金刚石修整器。
然后，通过设置在齿顶的定心基准面，实施高精度地定心，将该内齿 轮状金刚石修整器安装在齿轮加工装置上。
然后，利用该内齿轮状金刚石修整器，对砂轮实施整形、修整，对外 齿轮状砂轮实施精加工。修整器的切割性优良，整形、修整后的砂轮的成 形精度、砂轮作用面的状态也优良。砂轮的规格以及砂轮的各个参数与实 施例3相同。
使用该砂轮，对工件的内齿轮磨削加工，切割性良好，确认加工后的 齿轮精度也充分满足所要求规格的高精度加工。
权利要求
1.一种内齿轮状金刚石修整器，其特征在于，其具有环状的基体件(5)；设置在所述基体件(5)的内周部并沿着齿形形状配置的金刚石层(20)。
2. 如权利要求1所述的内齿轮状金刚石修整器，其特征在于， 在所述齿形的齿顶设有定心基准面(14)。
3. 如权利要求2所述的内齿轮状金刚石修整器，其特征在于， 所述定心基准面(14)构成圆筒面(17)的一部分。
4. 如权利要求l所述的内齿轮状金刚石修整器，其特征在于， 所述结合材(3)是镍镀层。
5. 如权利要求1所述的内齿轮状金刚石修整器，其特征在于， 所述金刚石层(20)通过反镀方法形成。
6. 如权利要求l所述的内齿轮状金刚石修整器，其特征在于， 所述金刚石层(20)的金刚石粒的平均粒径为10um 2000um。
7. 如权利要求6所述的内齿轮状金刚石修整器，其特征在于， 所述金刚石层(20)中的金刚石粒(2)的从结合材的平均突出量为平均粒径的1%以上且70%以下。
8. 如权利要求1所述的内齿轮状金刚石修整器，其特征在于， 所述金刚石修整器是在对齿轮加工用砂轮进行整形、或整形和修整中使用的金刚石修整器，所述金刚石层的内齿轮的齿宽比工件的齿宽宽，且所述金刚石层的内 齿轮的齿高比所述工件的齿高高，其他各齿轮参数与所述工件大致相同。
9. 如权利要求8所述的内齿轮状金刚石修整器，其特征在于， 所述齿轮加工用砂轮是外齿轮状砂轮。
10. 如权利要求9所述的内齿轮状金刚石修整器，其特征在于， 所述金刚石修整器的齿数不是所述外齿轮状砂轮的齿数的整数倍。
11. 如权利要求8所述的内齿轮状金刚石修整器，其特征在于， 所述齿轮加工用砂轮是蜗杆状砂轮(12)。
12. 如权利要求ll所述的内齿轮状金刚石修整器，其特征在于， 所述金刚石修整器的齿数不是所述蜗杆状砂轮的螺纹头数的整数倍。
13. —种使用权利要求1所述的内齿轮状金刚石修整器对齿轮加工用砂轮实施整形、或整形和修整的方法。
14. 一种使用齿轮加工用砂轮磨削加工内齿轮的方法，其中， 使用权利要求1所述的内齿轮状金刚石修整器对所述齿轮加工用砂轮实施了整形、或整形和修整。
全文摘要
本发明提供一种能够高精度、高效率地对砂轮进行整形/修整的内齿轮状金刚石修整器，该砂轮可高精度地磨削加工调质后的内齿轮。使用在环状基体件的内径部形成有具有与工件的内齿轮几乎相同参数的齿形的内齿轮状金刚石修整器(1)。优选的，齿轮的主要参数即模数、压力角、螺旋角、齿厚等都与工件的相同，为了保证与砂轮啮合，齿宽和齿高比工件大。但是，齿数根据金刚石修整器的规格而增减。更优选的，在修整器的齿顶上设置定心基准面，从而能够更高精度地将内齿轮状金刚石修整器安装在机械上。
文档编号B24B53/06GK101663133SQ20088000837
公开日2010年3月3日 申请日期2008年6月17日 优先权日2007年6月18日
发明者伊达贞夫, 熊泽照之, 长畑郁男 申请人:联合材料公司