TWI418431B - Phase alignment method and phase alignment device of helical wheel - Google Patents

Description

螺旋狀砂輪之相位對準方法及相位對準裝置

本發明是關於在修整時螺旋狀砂輪和工件或碟形修整器的咬合之前，先進行螺旋狀砂輪相對於碟形修整器之相位對準的螺旋狀砂輪之相位對準方法及相位對準裝置。

先前以來，提供有對熱處理後的被加工齒輪即工件，使用研磨工具即砂輪進行研磨，能夠效率良好加工修整工件齒面的齒輪磨床。上述齒輪磨床是以砂輪和工件已咬合的狀態，使該等同步旋轉進行工件的研磨，因此若咬合精度不足，恐怕工件的齒面會產生研磨不均，或會造成過大的負荷施加在砂輪，減少砂輪壽命。

於是，針對此種的齒輪磨床，為了高精度進行砂輪和工件的咬合，在研磨時的咬合之前，先進行兩者相位定位的相位對準，使砂輪的切削刃(凹凸)和工件的齒槽(凹凸)成為適當的相位關係。如上述，進行砂輪和工件的相位對準的方法，例如是揭示在專利文獻1。

[先行技術文獻]

[專利文獻1]日本特開平5-138438號公報

上述先前的相位對準方法是將砂輪在工件上朝其軸方向滑動，由AE感測器對砂輪越過工件螺紋溝槽時的接觸瞬間及非接觸瞬間進行檢測，在根據該檢測結果所算出的螺紋溝槽中間位置，使砂輪成相向地將工件朝其軸方向移動，藉此進行砂輪和工件的相位對準。然而，上述先前的方法，對於砂輪是否接觸工件的檢測只是一瞬間，因此難以獲得良好的精度檢測。

另外，齒輪磨床，是使用由修整器修整後的砂輪對工件進行研磨，因此不僅在研磨時砂輪和工件的相位對準，即使是在修整時砂輪和修整器的相位對準，都會有上述同樣的問題產生。

因此，本發明是為了解決上述課題所研創的發明，目的是提供一種可高精度檢測出螺旋狀砂輪的接觸及非接觸，能夠精密進行螺旋狀砂輪相位對準的螺旋狀砂輪之相位對準方法及相位對準裝置。

用以解決上述課題之第1發明相關的螺旋狀砂輪之相位對準方法，是一種修整時在進行螺旋狀砂輪和修整器的咬合之前，先進行上述螺旋狀砂輪相對於上述修整器之相位對準的螺旋狀砂輪之相位對準方法，其特徵為：將上述螺旋狀砂輪朝一方向旋轉，對上述螺旋狀砂輪一方刃面接觸到上述修整器一方刃面時產生的彈性波進行檢測，當上述螺旋狀砂輪已接觸到上述修整器，但其彈性波所對應的一方向側測定值未超過指定值時，就提高上述修整器的旋轉數直到上述一方向側測定值超過上述指定值，對上述一方向側測定值超過上述指定值時的上述螺旋狀砂輪的一方向側相位進行記憶，接著將上述螺旋狀砂輪朝另一方向旋轉，對上述螺旋狀砂輪另一方刃面接觸到上述修整器另一方刃面時產生的彈性波進行檢測，當上述螺旋狀砂輪已接觸到上述修整器，但其彈性波所對應的另一方向側測定值未超過上述指定值時，就提高上述修整器的旋轉數直到上述另一方向側測定值超過上述指定值，對上述另一方向側測定值超過上述指定值時的上述螺旋狀砂輪的另一方向側相位進行記憶，根據上述螺旋狀砂輪的上述一方向側相位及另一方向側相位，使該上述螺旋狀砂輪定位在可咬合的相位。

用以解決上述課題之第2發明相關的螺旋狀砂輪之相位對準裝置，是一種修整時在進行螺旋狀砂輪和修整器的咬合之前，先進行上述螺旋狀砂輪相對於上述修整器之相位對準的螺旋狀砂輪之相位對準裝置，其特徵為，具備：可對上述螺旋狀砂輪旋轉接觸到上述修整器時所產生的彈性波進行檢測的檢測手段；當上述檢測手段檢測出的彈性波其對應的測定值超過指定值時，就判定上述螺旋狀砂輪已經接觸上述修整器的判定手段；當上述螺旋狀砂輪接觸上述修整器，並且，上述測定值未超過上述指定值時，可設定上述修整器的旋轉數使上述測定值超過上述指定值的修整器旋轉數設定手段；及根據上述判定手段判定接觸時的上述螺旋狀砂輪的相位，使上述螺旋狀砂輪定位在可咬合之相位的砂輪相位控制手段。

用以解決上述課題之第3發明相關的螺旋狀砂輪之相位對準裝置，其特徵為：上述修整器旋轉數設定手段是階段性提高上述修整器的旋轉數。

根據本發明相關的螺旋狀砂輪之相位對準方法及相位對準裝置時，根據接觸到修整器時的螺旋狀砂輪彈性波所對應的測定值，判定螺旋狀砂輪是否已經接觸修整器，當螺旋狀砂輪接觸修整器但測定值未超過指定值時，提高修整器的旋轉數，藉此就能夠高精度檢測出螺旋狀砂輪的接觸及非接觸，能夠精密進行螺旋狀砂輪相對於修整器的相位對準。

[發明之最佳實施形態]

以下，使用圖面對本發明相關的螺旋狀砂輪之相位對準方法及相位對準裝置進行詳細說明。

[實施例]

應用本發明相關螺旋狀砂輪之相位對準裝置的齒輪磨床1，如第2圖所示利用桶形的螺旋狀砂輪14對內齒輪素材的工件(被加工齒輪) W進行研磨，再加上，如第1圖所示，其又具有可利用碟形修整器32對該螺旋狀砂輪14進行修整的修整功能。

如第1圖至第3圖所示，齒輪磨床1支撐有可移動並且可旋繞的砂輪頭11。該砂輪頭11可旋轉地支撐有主軸12，該主軸12的前端形成有砂輪心軸13。接著，砂輪心軸13的前端可裝脫地安裝有螺旋狀砂輪14。即，藉由驅動砂輪頭11，就可透過主軸12的砂輪心軸13旋轉驅動螺旋狀砂輪14。

砂輪頭11的正面，可旋轉地支撐有旋轉平台21，該旋轉平台21的上面，透過未圖示的安裝固定具可裝脫地安裝有工件W。即，藉由驅動旋轉平台21，就可旋轉驅動工件W。

旋轉平台21的側方，可移動地支撐有修整器驅動部31，該修整器驅動部31安裝有可裝脫的碟形修整器32。即，藉由驅動修整器驅動部31，就可旋轉驅動碟形修整器32。

砂輪頭11的前端面，透過托座41支撐有聲發射方式的AE(Acoustic Emission)流體感測器(檢測手段) 42。該AE流體感測器42是透過所噴射的流體檢測出材料中產生的振動或磨擦等造成的彈性波，將該彈性波以AE訊號進行處理，其具有：可將做為流體的冷卻液C噴射在砂輪心軸13指定測定位置的噴射孔42a；及從該測定位置對經由冷卻液C所傳播的彈性波進行檢測的檢測部42b。再加上，AE流體感測器42的噴射孔42a連接有冷卻液箱43，另一方面其檢測部42b連接有AE感測放大器44。

另，從冷卻液箱43供應至AE流體感測器42的冷卻液C，例如是研磨油，其冷卻液壓及噴射流量是可根據AE流體感測器42和測定位置之間的距離進行調整。

即，AE流體感測器42是將冷卻液箱43所供應的冷卻液C，從噴射孔42a噴射至砂輪心軸13的測定位置，藉此使產生的螺旋狀砂輪14的彈性波，透過冷卻液C由檢測部42b檢測出之後，將該所檢測的彈性波以AE訊號輸入至AE感測放大器44。其次，如第4圖所示，AE感測放大器44是將輸入的AE訊號轉換成電壓(測定值) V，隨時顯示該電壓V。

另外，齒輪磨床1設有NC裝置(判定手段、修整器旋轉數設定手段、砂輪相位控制手段) 50。該NC裝置50，例如是連接在砂輪頭11、旋轉平台21、修整器驅動部31、AE感測放大器44等，構成為根據輸入的工件各種基本條件或加工條件，進行螺旋狀砂輪14的工件W研磨控制，或進行碟形修整器32的螺旋狀砂輪14修整控制，同時在上述研磨時或修整時的咬合(齒對準)之前，先根據AE流體感測器42所檢測的彈性波大小，判定螺旋狀砂輪14和工件W或碟形修整器32的接觸及非接觸，進行螺旋狀砂輪14的相位調整。

因此，當利用螺旋狀砂輪14對工件W進行研磨時，首先，如第2圖所示，將螺旋狀砂輪14移動至安裝在旋轉平台21的工件W內。其次，在螺旋狀砂輪14移動至工件W側之後，在進行螺旋狀砂輪14和工件W的咬合之前，先進行該等的大概相位對準(粗相位對準)避免螺旋狀砂輪14刀尖和工件W的齒頂彼此干涉。接著，以該粗相位對準狀態，同步旋轉螺旋狀砂輪14和工件W的同時，從AE流體感測器42的噴射孔42a朝砂輪心軸13的測定位置噴射冷卻液C，由其檢測部42b開始檢測螺旋狀砂輪14的彈性波。

如上述，當AE流體感測器42開始檢測彈性波時，如第4圖所示，AE感測放大器44是將輸入的該AE訊號轉換成電壓V，以時間經過的同時顯示出該電壓的變化。另，在AE流體感測器42開始檢測彈性波的同時，電壓V是以螺旋狀砂輪14非接觸時的最大電壓Vf被測出，同時自動設定有比該電壓Vf還大的臨界值Vo。該臨界值Vo是在進行下述螺旋狀砂輪14的接觸判定時使用。

接著，只要透過提高工件W的旋轉速度(旋轉速)，錯開螺旋狀砂輪14和工件W的同步旋轉，使工件W一方的齒面接觸螺旋狀砂輪14一方的刃面。如此一來，經由接觸產生的螺旋狀砂輪14的彈性波就會傳達至砂輪心軸13，該傳達至砂輪心軸13的彈性波是透過冷卻液C由AE流體感測器42檢測出來。此時，如第4圖所示，AE感測放大器44是根據輸入的AE訊號改變電壓V的波形，當該電壓V(Vf)超過事先設定的臨界值Vo時，NC裝置50就會判定工件W已接觸螺旋狀砂輪14，對此時的螺旋狀砂輪14相位進行記憶。

另外反之，只要透過降低工件W的旋轉速度(旋轉速)，錯開螺旋狀砂輪14和工件W的同步旋轉，使工件W另一方的齒面接觸螺旋狀砂輪14另一方的刃面。如此一來，經由接觸產生的螺旋狀砂輪14的彈性波就會傳達至砂輪心軸13，該傳達至砂輪心軸13的彈性波是透過冷卻液C由AE流體感測器42檢測出來。此時，如第4圖所示，AE感測放大器44是根據輸入的AE訊號改變電壓V的波形，當該電壓V(Vf)超過事先設定的臨界值Vo時，NC裝置50就會判定工件W已接觸螺旋狀砂輪14，對此時的螺旋狀砂輪14相位進行記憶。

接著，由NC裝置50從記憶的2個螺旋狀砂輪14相位算出其中間的相位即中間相位後，就將螺旋狀砂輪14的相位定位在該中間相位，藉此就能夠精密進行相位對準(精密相位對準)。其次，以該精密相位對準狀態，使螺旋狀砂輪14咬合工件W，然後進行該等同步旋轉，就能夠使螺旋狀砂輪14的刃面研磨工件W的齒面。

於此，當使用螺旋狀砂輪14對指定數量的工件W進行研磨時，其刃面會磨損導致研磨效率降低，因此需要由碟形修整器32定期進行螺旋狀砂輪14的修整。

於是，以碟形修整器32進行螺旋狀砂輪14的修整時，首先，如第1圖所示，將螺旋狀砂輪14移動至碟形修整器32側之後，在該等咬合前，先進行該等的大概相位對準(粗相位對準)，避免螺旋狀砂輪14的刀尖和碟形修整器32的刀尖彼此干涉。接著，以該粗相位對準狀態，在螺旋狀砂輪14旋轉停止狀態下，旋轉碟形修整器32的同時，從AE流體感測器42的噴射孔42a朝砂輪心軸13的測定位置噴射冷卻液C，由其檢測部42b開始進行螺旋狀砂輪14的彈性波檢測。

另，此時的碟形修整器32的旋轉數N是設定成在螺旋狀砂輪14接觸時作業員能夠確認其接觸音程度的最低旋轉數和螺旋狀砂輪14接觸時該螺旋狀砂輪14或碟形修整器32不破損程度的最大旋轉數之間的中間值。

如上述，當AE流體感測器42開始檢測彈性波時，如第4圖所示，AE感測放大器44是將輸入的該AE訊號轉換成電壓V，以時間經過的同時顯示出該電壓的變化。另，在AE流體感測器42開始檢測彈性波的同時，電壓V是以螺旋狀砂輪14非接觸時的最大電壓Vf被測出，同時自動設定有比該電壓Vf還大的臨界值(測定值)Vo。該臨界值Vo是在進行下述螺旋狀砂輪14的接觸判定時使用。

接著，將螺旋狀砂輪14正轉，使其一方的刃面接觸碟形修整器32一方的刃面。如此一來，經由接觸產生的螺旋狀砂輪14的彈性波就會傳達至砂輪心軸13，該傳達至砂輪心軸13的彈性波是透過冷卻液C由AE流體感測器42檢測出來。此時，如第4圖所示，AE感測放大器44是根據輸入的AE訊號改變電壓V的波形，當該電壓(一方向側測定值) V超過事先設定的臨界值Vo時，NC裝置50就會判定螺旋狀砂輪14已接觸碟形修整器32，對此時的螺旋狀砂輪14相位(一方向側相位)進行記憶。

其次，將螺旋狀砂輪14逆轉，使其另一方的刃面接觸碟形修整器32另一方的刃面。如此一來，經由接觸產生的螺旋狀砂輪14的彈性波就會傳達至砂輪心軸13，該傳達至砂輪心軸13的彈性波是透過冷卻液C由AE流體感測器42檢測出來。此時，如第4圖所示，AE感測放大器44是根據輸入的AE訊號改變電壓V的波形，當該電壓(另一方向側測定值) V超過事先設定的臨界值Vo時，NC裝置50就會判定螺旋狀砂輪14已接觸碟形修整器32，對此時的螺旋狀砂輪14相位(另一方向側相位)進行記憶。

接著，由NC裝置50從記憶的2個螺旋狀砂輪14相位算出其中間的相位即中間相位後，就將螺旋狀砂輪14的相位定位在該中間相位，藉此就能夠精密進行相位對準(精密相位對準)。其次，以該精密相位對準狀態，使螺旋狀砂輪14咬合碟形修整器32，然後旋轉碟形修整器32，就能夠使碟形修整器32的刃面修整螺旋狀砂輪14的刃面。

另，本實施例中，採用內齒輪素材的工件W，但也可採用外齒輪素材的工件W。此外，螺旋狀砂輪14和工件W或碟形修整器32的接觸判定所使用的電壓臨界值是共同的臨界值Vo，但也可使用各不相同值的臨界值，該等臨界值是可根據各材質或加工條件等加以設定。

於此，如上述，在螺旋狀砂輪14正轉及逆轉造成的其與碟形修整器32的接觸時，並不拘螺旋狀砂輪14已接觸碟形修整器32，當經過指定時間但電壓V還是未超過臨界值Vo時，就由NC裝置50控制提高碟形修整器32的旋轉數N。即，如第4圖的點線所示，當所測定的電壓V超過非接觸時的最大電壓Vf時，並且，在臨界值Vo以下時，就以一定的比率階段性提高碟形修整器32的旋轉數N(參照第5圖)直到該電壓V超過臨界值Vo，強制地使螺旋狀砂輪14的彈性波變大。如此一來，就能夠提昇AE流體感測器42的檢測感度，能夠確實執行螺旋狀砂輪14的接觸判定。

接著，此時的碟形修整器32的旋轉數N的階段性設定方法，如第5圖實線所示，其增比率是可為一定的比率，但也可改變其增加比率，例如該圖點線所示，也可慢慢變小其增加比率。

其次，使用第6圖對上述NC裝置50的碟形修整器32旋轉數設定處理進行說明。

首先，步驟S1是對螺旋狀砂輪14非接觸時的最大電壓Vf進行測定，其次，步驟S2是將螺旋狀砂輪14接觸判定用的臨界值Vo設定成比步驟S1所測定的最大電壓Vf還大的值。

接著，將在螺旋狀砂輪14接觸時作業員能夠確認其接觸音程度的最低旋轉數和螺旋狀砂輪14接觸時該螺旋狀砂輪14不破損程度的最大旋轉數之間的中間值，設定成碟形修整器32的旋轉數N，其次，步驟S4是開始進行螺旋狀砂輪14相對於碟形修整器32的相位對準。

然後，步驟S5是對螺旋狀砂輪14是否已經接觸碟形修整器32進行判定。於此，若判定為是時，則步驟S6是持續進行螺旋狀砂輪14的相位對準，在步驟7結束該相位對準。此外，若判定為否時，則是在步驟8提高碟形修整器32旋轉數N，接著，回到步驟S5。

因此，根據本發明相關的螺旋狀砂輪之相位對準方法及相位對準裝置時，在修整時螺旋狀砂輪14和碟形修整器32的咬合之前，先在進行螺旋狀砂輪14相對於碟形修整器32的相位對準時，根據螺旋狀砂輪14接觸到碟形修整器32時的彈性波所對應的電壓V，判定螺旋狀砂輪14是否已接觸碟形修整器32，當螺旋狀砂輪14已接觸到碟形修整器32但電壓V未超過臨界值Vo時，就提高碟形修整器32的旋轉數強制性判定接觸，根據此時的螺旋狀砂輪14相位，使該螺旋狀砂輪14定位在可咬合的中間相位。如此一來，就可高精度檢測出螺旋狀砂輪的接觸及非接觸，能夠精密進行螺旋狀砂輪14相對於碟形修整器32的相位對準。

[產業上之可利用性]

本發明是可應用在縮短非加工時間的齒輪磨床。

1．．．齒輪磨床

11．．．砂輪頭

12．．．主軸

13．．．砂輪心軸

14．．．螺旋狀砂輪

21．．．旋轉平台

31．．．修整器驅動部

32．．．碟形修整器

41．．．托座

42．．．AE流體感測器

42a．．．噴射孔

42b．．．檢測部

43．．．冷卻液箱

44．．．AE感測放大器

50．．．NC裝置

W．．．工件

C．．．冷卻液

V．．．測定電壓

Vo．．．電壓臨界值

Vf．．．非接觸時的最大電壓

第1圖為本發明一實施例相關的螺旋狀砂輪之相位對準裝置的概略構成圖，表示利用碟形修整器對螺旋狀砂輪進行修整時的狀態圖。

第2圖為表示利用螺旋狀砂輪對工件進行研磨時的狀態圖。

第3圖為表示AE流體感測器的安裝構造圖。

第4圖為表示AE流體感測器檢測出螺旋狀砂輪彈性波時的電壓變化圖。

第5圖為表示修整器的旋轉數變化圖。

第6圖為進行螺旋狀砂輪相對於修整器之相位對準時的流程圖。

1．．．齒輪磨床

11．．．砂輪頭

12．．．主軸

13．．．砂輪心軸

14．．．螺旋狀砂輪

21．．．旋轉平台

31．．．修整器驅動部

32．．．碟形修整器

42．．．AE流體感測器

43．．．冷卻液箱

44．．．AE感測放大器

50．．．NC裝置

W．．．工件

C．．．冷卻液

V．．．測定電壓

Claims (3)

1. 一種螺旋狀砂輪之相位對準方法，其是修整時在進行螺旋狀砂輪和修整器的咬合之前，先進行上述螺旋狀砂輪相對於上述修整器之相位對準的螺旋狀砂輪之相位對準方法，其特徵為：將上述螺旋狀砂輪朝一方向旋轉，對上述螺旋狀砂輪一方刃面接觸到上述修整器一方刃面時產生的彈性波進行檢測，當上述螺旋狀砂輪已接觸到上述修整器，但其彈性波所對應的一方向側測定值未超過指定值時，就提高上述修整器的旋轉數直到上述一方向側測定值超過上述指定值，對上述一方向側測定值超過上述指定值時的上述螺旋狀砂輪的一方向側相位進行記憶，接著將上述螺旋狀砂輪朝另一方向旋轉，對上述螺旋狀砂輪另一方刃面接觸到上述修整器另一方刃面時產生的彈性波進行檢測，當上述螺旋狀砂輪已接觸到上述修整器，但其彈性波所對應的另一方向側測定值未超過上述指定值時，就提高上述修整器的旋轉數直到上述另一方向側測定值超過上述指定值，對上述另一方向側測定值超過上述指定值時的上述螺旋狀砂輪的另一方向側相位進行記憶，根據上述螺旋狀砂輪的上述一方向側相位及另一方向側相位，使上述螺旋狀砂輪定位在可咬合的相位。
2. 一種螺旋狀砂輪之相位對準裝置，其是修整時在進行螺旋狀砂輪和修整器的咬合之前，先進行上述螺旋狀砂輪相對於上述修整器之相位對準的螺旋狀砂輪之相位對準裝置，其特徵為，具備：可對上述螺旋狀砂輪旋轉接觸到上述修整器時所產生的彈性波進行檢測的檢測手段；當上述檢測手段檢測出的彈性波其對應的測定值超過指定值時，就判定上述螺旋狀砂輪已經接觸上述修整器的判定手段；當上述螺旋狀砂輪接觸上述修整器，並且，上述測定值未超過上述指定值時，可設定上述修整器的旋轉數使上述測定值超過上述指定值的修整器旋轉數設定手段；及根據上述判定手段判定接觸時的上述螺旋狀砂輪的相位，使上述螺旋狀砂輪定位在可咬合之相位的砂輪相位控制手段。
3. 如申請專利範圍第2項所記載的螺旋狀砂輪之相位對準裝置，其中，上述修整器旋轉數設定手段是階段性提高上述修整器的旋轉數。