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研究生: 黃雅絹
Ya-Chuan Huang
論文名稱: 六軸CNC傘齒輪切齒機之面滾式直傘齒輪切製法
CUTTING METHOD OF FACE-HOBBED STRAIGHT BEVEL GEARS BASED ON A SIX-AXIS CNC BEVEL GEAR CUTTING MACHINE
指導教授: 石伊蓓
Yi-Pei Shih
口試委員: 蔡高岳
Kao-Yueh Tsai
郭進星
Chin-Hsing Kuo
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 113
中文關鍵詞: 面滾式直傘齒輪切製法六軸CNC傘齒輪切齒機機械設定齒面誤差修正
外文關鍵詞: Face hobbing method of straight bevel gear, Six-axis CNC bevel gear cutting machine, Machine setting, Flank correction deviation.
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  • 面滾式加工法為連續加工,具有加工速度快、精度高與齒面性能佳等優點,然而面滾式加工法用於外擺線軌跡的戟齒輪或螺旋傘齒輪的加工中。2009年德國克林根貝格公司發表了當滾動圓半徑為內擺線基圓半徑為的一半時,其軌跡退化為直線,利用此關係來進行面滾式直傘齒輪的加工。
    已知泛用搖台切齒機所推導的面滾式直傘齒輪數學模式,由於泛用搖台切齒機為虛擬機台,無法用於實際加工,本論文使用六軸CNC傘齒輪切齒機做為切削機台,其機械設定藉由泛用搖台切齒機所推導而來。根據格里森面滾式螺旋傘齒輪和戟齒輪技術報告規劃面滾式直傘齒輪加工NC碼,並建立六軸CNC傘齒輪切齒機齒面拓樸修正方法。最後利用六軸CNC傘齒輪切齒機進行切削實驗,其實驗結果驗證了六軸機械設定與加工NC碼的正確性。加工後的齒輪經由齒輪量測專用機求得齒面拓樸誤差,根據齒面誤差修正方法修正刀具係數與機械設定,求得修正後的齒面並比對齒面拓樸誤差。根據以上數據以及實驗結果,驗證本論文數學模式的正確性。


    Face-hobbing method is a continuous cutting process. It has high productivity, precision, and produced gears with better contact bearing. Nevertheless, this method is implemented in the hypoid gear and spiral bevel gear cutting process, and generates extended epicycloidal flanks. In 2009, the German company Klingelnberg disclosed a new face-hobbing method for manufacturing the straight bevel gears. Klingelnberg introduced a hypocycloidal straight mechanism for cutting straight bevel gears. In this mechanism, setting the radius of the rolling circle equals to half of the radius of the base circle yields straight lines.
    The mathematical model of the face-hobbed straight bevel gear developed based on a universal cradle-type face-hobbing bevel gear generator is given. We want to make an experiment to verify the correction of the established mathematical model of face-hobbed straight gear. However, this universal cradle-type generator is a virtual machine, which cannot be used in the real manufacture. Instead, we use the six-axis CNC bevel gear cutting machine as the experiment machine. In this thesis, the machine settings of the six-axis CNC bevel gear cutting machine are derived from the universal cradle-type generator. According to the Gleason Works technical report about the face-hobbing cutting system for spiral bevel and hypoid gears, we program the NC codes for manufacturing face-hobbed straight bevel gears. Furthermore, a flank topographic correction method is developed based on the six-axis CNC bevel gear cutting machine. Finally, in order to verify the six-axis machine settings and the NC codes, the cutting experiment is implemented. The flank deviations of finished gears are obtained by the gear measuring center. And according to the proposed correction method, The corrections on the cutter parameters and machine settings are calculated. The results of experiments verify the correction of proposed mathematical models.

    中文摘要 I Abstract II 謝 誌 III 目 錄 IV 符號索引 VII 圖索引 X 表索引 XIII 第1章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 文獻回顧 3 1.3.1 六軸CNC戟齒輪切齒機之機械設定 3 1.3.2 NC碼撰寫 3 1.3.3 齒面誤差修正 3 1.3.4 刀具設計 4 1.4 論文架構 4 第2章 六軸CNC傘齒輪機之機械設定推導 6 2.1 前言 6 2.2 六軸CNC傘齒輪機之機械設定推導 6 2.2.1 泛用搖台傘齒輪切齒機坐標轉換矩陣 6 2.2.2 六軸CNC傘齒輪切齒機坐標轉換矩陣 9 2.2.3 六軸CNC傘齒輪切齒機機械設定推導 13 2.3 電子齒輪箱的應用 14 2.4 數值範例 14 2.5 小結 20 第3章 六軸CNC傘齒輪機面滾式加工NC碼 21 3.1 前言 21 3.2 程式原點 21 3.3 面滾式直傘齒輪加工路徑規劃 23 3.3.1 加工路徑流程規劃 23 3.3.2 成形法路徑規劃 24 3.3.3 創成法路徑規劃 25 3.4 加工條件計算 26 3.4.1 主軸轉速 26 3.4.2 成形法加工進給率 27 3.4.3 創成法加工進給率 27 3.5 數值範例 28 3.6 小結 30 第4章 齒面誤差修正 31 4.1 前言 31 4.2 機械設定參數修正 31 4.3 六軸CNC傘齒輪切齒機齒面誤差修正方法 32 4.4 數值範例 33 4.5 小結 54 第5章 面滾式直傘齒輪切削實驗 55 5.1 前言 55 5.2 實驗設備 55 5.2.1 面滾式直傘齒輪切齒設備 55 5.2.2 刀具設計 55 5.3 刀盤組裝與校正 56 5.3.1 刀盤座精度 56 5.3.2 刀刃精度 57 5.3.3 刀刃與刀盤座組裝 60 5.3.4 組裝精度 61 5.4 程式原點 63 5.5 大小齒輪試切削實驗 64 5.6 小結 72 第6章 結論與建議 73 6.1 結果與討論 73 6.2 建議與未來展望 73 參考文獻 75 附錄A 面滾式傘齒輪加工參數 77 附錄B 小齒輪加工NC碼 78 附錄C 大齒輪加工NC碼 87 附錄D 小齒輪P40量測結果 94 附錄E 大齒輪P40量測結果 95 作者簡介 96

    [1] 簡文通,機械製造,全華圖書,台北,第八章 (2008)。
    [2] 石伊蓓、沈觀葆、馮展華,「六軸電腦數控型傘齒輪創成機開發」,機械月刊,第三十四卷第六期,第6-25頁 (2008)。
    [3] 石伊蓓,「直傘齒輪製造方法介紹」,機械月刊,第三十卷,第十期,第18-26頁 (2004)。
    [4] Hunecke, C., “The Road Leads Straight to Hypoflex®,” Klingelnberg Sigma Report No.18 (2009).
    [5] Yi-Pei Shih, “Mathematical Model for Face-Hobbed Straight Bevel Gears,” Accepted by ASME, Journal of Mechanical Design.
    [6] Litvin, F. L., and Fuentes, A., Gear Geometry and Applied Theory, 2nd edition, Cambridge University Press, New York, NY (2004).
    [7] Shih Y. P., “Flank Correction for Spiral Bevel and Hypoid Gears on a Six-Axis CNC Hypoid Generator,” Transactions of ASME, Journal of Mechanical Design, Vol.130 /062604-1-10 (2008).
    [8] 吳俊霖,「六軸CNC加工戟齒輪之路徑規劃與電腦模擬」,碩士論文,國立中正大學,嘉義 (2006)。
    [9] Gleason Works, Face Hobbing Development, Rochester, NY 14692-2970, USA (2000).
    [10] FANUC Series 16i/160i/160is-MB, FANUC Series 18i/180i/180is-MB5, FANUC Series 18i/180i/180is-MB Operator’s Manual.
    [11] C.Y. Lin, C. B. Tsay, Z. H. Fong. “Computer-aided manufacturing of spiral bevel and hypoid gears by applying optimization techniques,” Journal of Materials Processing Technology, Vol. 114, pp. 22-35 (2001).
    [12] 石伊蓓、林忠運,「蝸線傘齒輪和戟齒輪切削刀具」,機械月刊,第三十一卷,第八期,第72-87頁 (2005)。
    [13] Oerlikon Geartec Ltd 技術報告。
    [14] 石伊蓓、林忠運,「面滾式蝸線傘齒輪和戟齒輪之齒面修正技術」,機械月刊,第三十二卷,第八期,第50-63頁 (2006)。
    [15] Yi-Pei Shih, “Study on the Flank Modification of Face Hobbed Hypoid Gear,” Ph. D dissertation, National Chung Cheng University, Chiayi, Taiwan (2007).
    [16] ANSI/AGMA ISO 23509-A08, Bevel and Hypoid Gear Geometry, Alexandria, VA, USA(2008).

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