簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 謝欣諺
Hsin-yen Hsieh
論文名稱: 傘齒輪切齒機之直傘齒輪雙連鎖碟型刀具切製法研究
A STUDY ON INTERLOCKING CONIFLEX CUTTING METHOD FOR STRAIGHT BEVEL GEARS BASED ON THE BEVEL GEAR CUTTING MACHINE
指導教授: 石伊蓓
Yi-Pei Shih
口試委員: 蔡高岳
Kao-Yueh Tsai
李志中
Jyh-Jone Lee
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: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 94
中文關鍵詞: 直傘齒輪雙連鎖碟型刀具切製法齒面相對修形齒面接觸分析六軸傘齒輪切齒機NC模擬器
外文關鍵詞: Straight bevel gear, ConiflexR cutting method, ease-off, tooth contact analysis, six-axis bevel gear cutting machine, NC simulator.
相關次數: 點閱:321下載:3
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報

雙連鎖碟型刀具切製法是美國格里森公司發展的傳統直傘齒輪切製法,由於具有凸狀齒面,其齒輪對具有低組裝敏感度和高精度等特點,因此被廣泛應用於直傘齒輪製造。這個切製法需要在專用的切齒機上實施,然而傳統機台切齒運動是由機構達成,其機台結構設計非常複雜,所以有較低的生產效率的缺點。為了要解決這個問題,美國格里森公司近期提出將雙連鎖碟型刀具切製法應用在新型的鳳凰數控切齒機上,但由於商業利益的考量,所以雙連鎖碟型刀具切製法之直傘齒輪齒面數學模式推導並未公開。
本論文目的是發展應用於六軸CNC傘齒輪切齒機之直傘齒輪雙連鎖碟型刀具切製法,首先利用標準假想產形輪與推導之產形輪參考點相切,發展泛用型搖台傘齒輪切齒機,以推導出雙連鎖碟型刀具切製法之直傘齒輪數學模式。此泛用型搖台式雙連鎖碟型刀具切製法之直傘齒輪齒面數學模式包含三個模組,分別為刀具、平面假想產形輪,以及工件齒輪與平面假想產形輪之間的相對運動。並對推導的雙連鎖碟型刀具切製法直傘齒輪數學模式進行齒面相對修形與齒面接觸分析,觀察其齒面接觸的情形與性能。由於泛用搖台機為虛擬機台,無法用於真實加工,為了利用六軸CNC傘齒輪切齒機當作模擬的機台,本論文推導泛用搖台機到六軸傘齒輪切齒機之機械設定,最後發展虛擬六軸CNC傘齒輪機台模擬器,以分別模擬加工NC路徑,來驗證推導之數學模式的正確性。


The ConiflexR cutting method developed by Gleason is used to produce straight bevel gear (SBG). This method uses two interlocked cutters to generate a combination of profile and lengthwise crowning in the tooth flanks, and thus achieves the advantages of low assemble sensibility and high precision. However, it is only operated in the dedicated machine. The traditional machine is difficult to be setup as a result of low repeatability. To address this problem, Gleason recently announced that this cutting method can be applied on the modern PHOENIXR CNC machine. However, the details of the ConiflexR cutting method are not provided because of commercial considerations. The main goal of this work is to transform the technology of ConiflexR cutting method to a six-axis CNC bevel gear cutting machine. A mathematical model of ConiflexR SBG is first developed based on the universal bevel gear cutting machine. This model contains three modules: a cutter, an imaginary generating gear, and the relative motion between an imaginary generating gear and the work gear. The correctness of the model is confirmed using the ease-off and tooth contact analysis. Moreover, the cutting NC data is programmed according to the six-axis machine settings which are obtained by the conversion from a universal cradle-type to a six-axis Cartesian-type machine. Finally, the 3D NC simulator developed by our research team is used to verify the correctness of the generated NC data.

指導教授推薦書 I 學位考試委員會審定書 II 中文摘要 III Abstract IV 誌 謝 V 目 錄 VI 符號索引 VIII 圖索引 XI 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 1.4 論文架構 4 第 2 章 雙連鎖碟型刀具切製法之直傘齒輪齒面數學模式 5 2.1 前言 5 2.2 直傘齒輪齒胚設計 5 2.2.1 直傘齒輪齒胚設計 6 2.2.2 平面假想產形輪齒胚設計 8 2.3 刀具數學模式 9 2.4 平面假想產形輪數學模式 11 2.4.1 標準平面假想產形輪 12 2.4.2 雙連鎖碟型刀具切製法假想產形輪之泛用機械設定 14 2.4.3 雙連鎖碟型刀具切製法假想產形輪之齒面數學模式 18 2.5 直傘齒輪齒面數學模式 18 2.6 齒面拓樸量測 22 2.7 數值範例 22 2.8 小結 38 第 3 章 接觸性能分析 39 3.1 前言 39 3.2 齒面相對修形 39 3.3 齒面接觸分析 39 3.4 數值範例 40 3.5 小結 41 第 4 章 傘齒輪切齒機機械設定推導 42 4.1 前言 42 4.2 六軸CNC傘齒輪切齒機之坐標系統 42 4.3 六軸傘齒輪切齒機之機械設定推導 47 4.4 數值範例 48 4.5 小結 51 第 5 章 傘齒輪切齒機之直傘齒輪加工NC碼規劃 52 5.1 前言 52 5.2 程式原點 52 5.3 加工路徑規劃 53 5.3.1. 加工路徑流程規劃 53 5.3.2. 成形法路徑規劃 56 5.3.3. 創成法路徑規劃 57 5.4 數值範例 58 5.5 小結 61 第 6 章 傘齒輪切齒機之直傘齒輪加工模擬 62 6.1 前言 62 6.2 六軸CNC傘齒輪切齒機之直傘齒輪加工模擬程式研發 62 6.2.1. 機台各軸運動數學模式 62 6.2.2. NC碼轉譯器 63 6.2.3. NC路徑模擬系統 63 6.3 小結 65 第 7 章 結論與建議 66 7.1 結果與討論 66 7.2 未來展望 67 參考文獻 68 附錄 A. MESINFO. CDS 70 附錄 B. SOLL1.CDS(小齒輪) 71 附錄 C. SOLL1.CDS(大齒輪) 75 附錄 D. 小齒輪加工NC碼 79 附錄 E. 大齒輪加工NC碼 86 授權書 93

[1] Stadtfeld, H. J., “Straight Bevel Gear Cutting and Grinding on CNC Free Form Machines,” Fall Technical Meeting of the American Gear Manufactures Association 2007, Detroit, USA, pp. 172-183 (2007).
[2] Stadtfeld, H. J., “Straight Bevel Gears on PhoenixR Machine Using ConiflexR Tools”, The Gleason Works, Rochester, NY, USA (2007).
[3] Stadtfeld, H. J., “Calculating Instructions Generated Straight Bevel ConiflexR Gears, The Gleason Works”, Rochester, NY, USA (1961).
[4] Spear, G. J., Rotary Cutter for Gears and the Like, U.S. Patent 2,947,062(1960).
[5] 沈頌文,齒輪的設計與製造,徐氏基金會出版,台北 (1998)。
[6] Townsend, D. P., Dudley's Gear Handbook, 2nd Edition, McGraw-Hill, NY, USA (2011).
[7] Ozel, C., İnan, A., and Ozler, L., “An Investigation on Manufacturing of the Straight Bevel Gear Using End Mill by CNC Milling Machine,” Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 127, No. 3, pp. 503-511 (2005).
[8] 石伊蓓,直傘齒輪製造方法介紹,機械月刊,第三十六卷,第六期,第84-101頁 (2010)。
[9] Chang, C. K., and Tsay, C. B., “Mathematical Model of Straight Bevel Gears with Octoid Form,” Journal of the Chinese Society of Mechanical Engineers, Vol. 21, No. 3, pp. 239-245 (2000).
[10] Chang, C. K., Tsay, C. B., “Characteristics of Profile-Shifted Straight Bevel Gears with Octoid Form,” Proceedings of the ASME Design Engineering Technical Conference, Chicago, IL, USA, Vol. 4B, pp. 895-901 (2003).
[11] Ichino, K., Tamura, H., and Kawasaki, K., “Method for Cutting Straight Bevel Gears Using Quasi-Complementary Crown Gears,” ASME Proceedings of the Seventh International Power Transmission and Gearing Conference, San Diego, CA, USA , Vol.88,pp. 283-288 (1996).
[12] 李羿慧,面滾式直傘齒輪齒面數學模式之研究,碩士論文,台灣科技大學,台北 (2012)。
[13] Shih, Y. P., “A Novel Ease-Off Flank Modification Methodology for Spiral Bevel and Hypoid Gears,” Mech. Mach. Theory, 45(8), pp. 1108-1124(2010).
[14] Litvin, F. L., and Fuentes A., Gear Geometry and Applied Theory, 2nd Edition, Cambridge University Press, Cambridge, UK (2004).
[15] 黃雅娟,六軸CNC傘齒輪切齒機之面滾式直傘齒輪切製法,碩士論文,台灣科技大學,台北 (2012)。
[16] Shih, Y. P., and Fong, Z. H., “Flank Correction for Spiral Bevel and Hypoid Gears on a Six-Axis CNC Hypoid Gear Generator,” ASME J. Mech. Des., 130(6), 062604(2008).
[17] Krenzer, T. J., Hunkeler, E. J., and Goldrich, R. N., Multi-Axis Bevel and Hypoid Gear Generating Machine, U.S. Patent 4,981,402(1991).
[18] Aho, A. V.,編譯系統設計,碁峰資訊,台北(2006)。
[19] 簡文通,機械製造,全華圖書,台北 (2008)。
[20] FANUC Series 16i/160i/160is-MB, FANUC Series 18i/180i/180is-MB5, FANUC Series 18i/180i/180is-MB Operator’s Manual.
[21] 張欽宇,五軸CNC成形砂輪磨齒機NC路徑模擬與碰撞檢測,碩士論文,台灣科技大學,台北 (2011)。
[22] 楊澐鈞,五軸工具機實體切削模擬,碩士論文,台灣大學,台北(2008)。
[23] Yan, H.-S., “Creative Design of Mechanical Devices,” Springer, Singapore (1998).
[24] Gottschalk, S., Lin, M.C., and Manocha D., OBB Tree: A Hierarchical Structure for Rapid Interference Detection, ACM SIGGRAPH.,pp.171-180(1996).
[25] Tropp, O., “A Fast Triangle-Triangle Intersection Test,” Computer Animation and Virtual Worlds(2005).
[26] 大新資訊,OpenGL超級手冊第二版,碁峰資訊,台北(2000)。

QR CODE