원통형 기어 가공의 기본 사항 설명

기어는 기계식 변속기에서 중요한 변속기 부품 중 하나입니다. 정확한 변속비, 높은 동력 전달, 고효율, 컴팩트한 구조, 우수한 신뢰성 및 내구성으로 인해 널리 사용됩니다. 기어 가공의 핵심은 기어 톱니의 가공입니다. 절삭 가공은 더 높은 톱니 프로파일 정확도와 더 작은 톱니 표면 거칠기 값을 얻을 수 있기 때문에 현재 기어 가공의 주요 방법입니다.

I. 기어 가공 원리

기어의 절삭 가공 방법은 여러 가지가 있지만, 가공 원리 측면에서 보면 성형 방식과 생성 방식의 두 가지 유형이 있습니다.

1. 형성 방법

기어 가공의 성형 방법은 가공되는 기어 톱니 슬롯의 단면과 일치하는 블레이드 형상의 커터를 사용하여 기어 블랭크의 기어 톱니 프로파일을 가공합니다. 이러한 유형의 성형 커터에는 일반적으로 단일 톱니 프로파일 성형 밀링 커터와 다중 톱니 프로파일 기어 호브, 기어 셰이퍼 등이 포함됩니다.

일반적으로 사용되는 단일 톱니 프로파일 기어 밀링 커터에는 그림 1과 같이 디스크형 기어 밀링 커터와 핑거형 기어 밀링 커터가 있습니다. 디스크형 기어 밀링 커터는 계수가 8mm 미만인 직선 베벨 원통형 기어와 헬리컬 원통형 기어를 가공하는 데 적합합니다.

핑거형 기어 밀링 커터는 직선 베벨 원통형 기어, 헬리컬 원통형 기어, 특히 헤링본 기어(계수 8~40mm)를 가공하는 데 적합합니다. 이 방법의 장점은 사용되는 공구와 고정구가 비교적 간단하고 일반적인 범용 밀링 머신에서 가공되며 생산 비용이 저렴하다는 것입니다. 그러나 기어 톱니 프로파일이 인벌 류트이기 때문에 동일한 계수의 기어의 경우 톱니 수가 다른 한 인벌 류트 톱니 프로파일 모양이 동일하지 않으므로 다른 성형 커터가 필요합니다.

실제 생산에서 각 모듈러스에는 일반적으로 8개 또는 15개의 성형 밀링 커터 세트만 있으며, 각 커터는 특정 범위의 톱니 수를 가공하는 데 적합합니다. 따라서 가공된 치아 프로파일은 근사치이므로 가공 정확도가 낮고 치아를 밀링하는 보조 시간이 길어 생산성이 저하됩니다. 따라서 단일 톱니 프로파일 성형 커터를 사용하는 것은 정밀도가 높지 않은 단일 부품 소량 생산 또는 수리 작업에서 9 등급 이하의 정밀도를 가진 기어를 가공하는 데만 적합합니다.

기어 호브 또는 기어 셰이퍼와 같은 다중 톱니 프로파일 성형 커터를 사용하면 공작물 톱니 프로파일의 정밀도에 따라 커터의 인벌 류트 톱니 모양을 제조 할 수 있습니다. 가공 중에 기계의 한 작업 사이클에서 하나 또는 여러 개의 기어 톱니 프로파일을 완성할 수 있으며, 정밀도와 생산성이 상대적으로 높습니다.

하지만 기어 호브와 기어 셰이퍼는 구조가 복잡하고 제조가 어렵고 비용이 많이 드는 특수 공구입니다. 각 공구 세트는 하나의 모듈러스와 하나의 톱니 수의 기어만 가공할 수 있으며 사용되는 장비도 전문화되어 있어야 합니다. 따라서 이 방법은 대량 생산에만 적합합니다.

2. 생성 방법

기어 가공의 생성 방법은 기어 맞물림의 원리, 즉 기어 맞물림 쌍의 기어 중 하나를 공구로 변환하고 다른 하나를 공작물로 취급하고 공구와 공작물이 엄격한 맞물림 운동을 수행하도록하여 공작물의 기어 톱니 프로파일을 절단하는 원리를 기반으로하며,이 운동을 생성 운동이라고합니다. 예를 들어, 기어 호빙 공정은 그림 2와 같이 교차 헬리컬 기어 쌍의 맞물림 운동 공정과 동일합니다.

a) 기어 호빙

b) 치아 프로파일 커브의 형성

메시 기어 쌍에서 하나의 헬리컬 기어는 톱니가 매우 적고 피치 원의 나선 각도도 매우 작기 때문에 웜 모양이 됩니다. 웜을 슬롯 가공, 백 치즐링, 담금질 및 연삭한 후 기어 호브가 됩니다.

기어 호브가 주어진 절단 속도 기어가 절단되는 상태에서 생성 운동을 수행하면 인벌 류트 톱니 프로파일이 공작물에서 점차적으로 절단되며, 분명히이 톱니 프로파일은 생성 운동 중에 호브 톱니 프로파일의 일련의 연속 위치로 둘러싸여 있습니다.

생성 방법 원리로 기어를 가공할 때 공구의 절삭 날 모양이 가공되는 기어 톱니 슬롯의 단면 모양과 일치하지 않으며 절삭 날 인벌 류트 프로파일은 가공되는 기어의 톱니 수와 관련이없는 공구 자체의 톱니 수와 만 관련이 있습니다. 따라서 모듈러스와 압력 각도가 동일한 경우 톱니 수가 다른 기어를 가공하는 데 하나의 공구만 필요합니다.

또한 공구와 공작물 사이의 중심 거리를 변경하여 변형된 기어를 가공할 수도 있습니다. 제너레이팅 방식에 의한 기어 가공의 정확도와 생산성은 비교적 높지만 특수 공작 기계와 기어 절삭 공구가 필요합니다. 일반적으로 특수 기어 가공 공작 기계의 구조는 비교적 복잡하고 전달 메커니즘이 많으며 장비 비용이 높습니다.

생성 방법 원리를 사용하여 기어를 가공하는 방법에는 호빙, 성형, 면도, 호닝, 연삭 등 여러 가지가 있으며, 가장 일반적인 방법은 호빙, 성형, 면도, 연삭 등입니다. 다양한 방법에 사용되는 공구와 공작 기계는 다르지만 모두 다양한 유형의 생산에서 고정밀 기어 가공에 적용될 수 있습니다.

II. 기어 가공 방법 및 공작 기계

1. 기어 호빙

기어 호빙은 가장 널리 사용되는 기어 가공 방법으로, 다용도성, 높은 생산성, 우수한 가공 품질이 특징입니다.

Y3150E 기어 호빙 머신은 주로 직선 및 헬리컬 원통형 기어 가공에 사용되는 중형 범용 기어 호빙 머신으로, 수동 레이디얼 이송 방식을 사용하여 웜 기어를 가공할 수도 있습니다. 이 공작 기계는 최대 직경 500mm, 최대 폭 250mm, 최대 모듈 8mm, 최소 톱니 수 5k(k는 호브 헤드의 수)의 기어를 가공할 수 있습니다.

그림 3은 베드 1, 컬럼 2, 공구 슬라이드 3, 공구 본체 5, 후면 컬럼 8, 작업대 9와 같은 주요 구성 요소로 구성된 Y3150E 기어 호빙 머신의 외형을 보여줍니다. 컬럼 2는 베드 1에 고정되어 있으며, 공구 슬라이드 3은 공구 본체 5를 구동하여 수직 이송 이동 또는 컬럼 가이드 레일을 따라 빠른 이동을 수행합니다. 호브는 공구 바(4)에 설치되어 공구 본체(5)의 스핀들에 의해 구동되어 주 동작으로 회전합니다.

1-Bed
2열
3-툴 슬라이드
4-툴 바
5-도구 본체
6-브라켓
7-스핀들
8-후면 열
9-워크테이블
10-머신 안장

공구 본체는 수평축을 중심으로 회전하여 호브의 설치 각도를 조정할 수 있습니다. 공작물은 작업 테이블 9의 스핀들 7에 고정되거나 작업 테이블에 직접 고정되어 작업 테이블과 함께 회전합니다.

작업대와 후면 기둥(8)은 기계 안장(10)에 장착되어 베드의 수평 가이드 레일을 따라 이동하여 공작물의 반경 방향 위치를 조정하거나 수동으로 반경 방향 이송 이동을 수행할 수 있습니다. 후면 컬럼의 브래킷은 호빙 작업의 안정성을 향상시키기 위해 중앙 팁 또는 샤프트 슬리브로 공작물 스핀들의 상단을지지 할 수 있습니다.

(1) 직선형 원통형 기어 가공

생성 방법의 원리에 따라 호브로 기어를 가공 할 때 호브와 공작물 사이의 동작 관계를 엄격하게 유지해야합니다. 따라서 직선 원통형 기어를 가공 할 때 기어 호빙 기계의 작업 동작은 다음과 같습니다:

1) 메인 모션

호브의 회전 운동입니다. _刀 (r/min). 호브의 속도는 적절한 절단 속도 v(m/min)와 호브의 직경 D에 따라 달라집니다. _刀 (mm).

2) 모션 생성

호브의 회전 운동과 공작물의 회전 운동, 즉 호브와 공작물 사이의 맞물림 운동의 복합 운동이며, 한 쌍의 맞물림 기어의 전달 관계가 그들 사이에서 정확하게 유지되어야합니다. 호브 헤드의 수가 k이고 공작물의 톱니 수가 z라고 가정하면 호브가 한 번 회전할 때 공작물은 k/z 회전해야 합니다.

3) 축 방향 피드 모션

이는 공작물의 축 방향을 따라 호브의 연속 이송 동작으로, 공작물의 전체 톱니 폭에 걸쳐 톱니 프로파일을 절단합니다. 전달 관계는 공작물이 한 번 회전할 때마다 호브가 축 방향으로 f(mm/r)만큼 이송하는 것입니다.

위의 세 가지 동작 외에도 전체 치아 높이를 잘라내기 위해 공작물을 따라 절단 깊이를 방사형으로 수동으로 조정해야 합니다.

(2) 헬리컬 원통형 기어 가공

헬리컬 원통형 기어의 톱니 프로파일은 헬리컬 톱니 라인이므로 헬리컬 원통형 기어를 호빙 할 때 직선 원통형 기어 가공에 필요한 주 동작, 생성 동작 및 축 이송 동작 외에도 헬리컬 톱니 라인을 형성하려면 호브가 축 이송 동작을하는 동안 공작물에 의해 추가 동작이 이루어져야하며 둘 다 일정한 관계, 즉 호브가 축 방향으로 이동할 때 공작물이 나선형 라인의 한 리드 L에 대해 정확하게 한 바퀴 더 추가되어야합니다.

(3) 가공 웜 기어

웜 기어는 Y3150E 기어 호빙 기계에서 레이디얼 이송 방식을 사용하여 가공할 수 있습니다. 웜 기어를 가공하려면 주 모션, 제너레이팅 모션, 레이디얼 이송 모션의 세 가지 모션이 필요합니다. 주 동작 전달 체인과 제너레이팅 동작은 직선형 원통형 기어를 가공할 때와 완전히 동일하며, 레이디얼 피드 동작은 수동으로만 수행할 수 있습니다. 웜 기어 호브의 모듈, 헤드 수 및 피치 직경은 웜의 모듈과 동일해야 합니다.

호브를 설치할 때 호브의 축은 가공되는 웜 기어의 축에 수직이어야 하며 웜 기어의 중앙 평면 내에 위치해야 합니다. 웜 기어 호브가 공작물의 톱니 상단에서 전체 톱니 깊이까지 서서히 절삭할 때 방사형 이송을 중지하면 공작물이 호브와 메시 동작을 계속 유지하면서 몇 바퀴 동안 절삭하여 톱니 프로파일을 수정합니다.

(4) 기어 호브

기어 호브는 웜 모양의 커터로, 웜 나선형 라인에 수직 또는 호브 축에 평행하게 원주 주위에 여러 개의 홈이 균등하게 나뉘어 있습니다. 톱니 프로파일을 형성하고 톱니의 뒷면을 절단하여 올바른 톱니 모양과 뒷면 각도를 만든 다음 앞면을 담금질하고 연마하면 그림 4와 같이 기어 호브가 형성됩니다.

기어 호브는 여러 개의 커터 톱니 고리로 구성되며 각 톱니에는 상단 블레이드와 좌우에 두 개의 측면 블레이드가 있으며 상단 블레이드와 측면 블레이드 모두 특정 후방 각도를 갖습니다. 커터 톱니의 두 측면 날은 호브의 기본 웜을 구성하는 나선형 표면에 분포되어 있습니다.

기어 호브는 AA, A, B, C 정밀 등급으로 나뉩니다. 호브의 정밀 등급과 가공 중인 기어의 정밀 등급 간의 대략적인 관계는 표 1에 나와 있으며, 호브 선택 시 참고할 수 있습니다.

표 1 호브 정밀 등급과 기어 정밀 등급의 관계

기어 호브를 선택할 때 호브의 모듈 및 톱니 프로파일 각도는 가공 중인 기어의 일반 모듈 및 일반 톱니 프로파일 각도와 동일해야 하며 정밀도 등급도 가공 중인 기어의 정밀도 등급과 일치해야 합니다.

(5) 기어 호빙 중 공작물 클램핑

직경이 작은 기어를 가공할 때는 내부 구멍을 찾아 맨드릴에 공작물을 고정하고 맨드릴 상단의 원통형 몸체를 후면 컬럼 브래킷의 상단 팁 또는 슬리브로 지지하여 공작물의 고정 강성을 향상시킵니다. 직경이 더 큰 기어를 가공할 때는 일반적으로 끝면이 더 큰 베이스와 맨드릴로 클램핑하거나 호빙 기계의 작업대에 기어를 직접 클램핑합니다.

(6) 기어 호빙의 특성

기어 호빙은 널리 사용되며, 주요 특징은 다음과 같은 측면에 반영됩니다:

1) 우수한 적응성

기어 호빙은 생성 방식의 원리를 사용하기 때문에 하나의 호브로 모듈과 톱니 프로파일 각도가 동일한 톱니 수가 다른 기어를 가공할 수 있어 기어 가공 범위가 크게 확장됩니다.

2) 높은 생산성

가공 중에 호브가 지속적으로 회전하기 때문에 유휴 스트로크 없이 공작물에 연속 절단을 수행하고 멀티 헤드 호브를 사용하여 거친 호빙의 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

3) 작은 기어 피치 오류

기어 호빙 중에는 여러 개의 커터 톱니가 동시에 절단에 참여하고 공작물의 모든 톱니 슬롯이 이러한 커터 톱니에 의해 절단되므로 피치 오차가 작아집니다.

4) 더 거친 기어 톱니 표면

기어 호빙 중에 공작물은 1 톱니를 돌리고 호브는 1/k 회전합니다(k는 호브 헤드의 수). 호브의 원당 커터 톱니 수가 제한되어 있기 때문에 공작물 톱니 프로파일의 엔벨로프 라인을 형성하는 공구 톱니 프로파일의 폴리 라인도 기어 성형보다 훨씬 적기 때문에 호빙으로 가공 된 기어 프로파일의 표면 조도 값은 일반적으로 기어 성형으로 가공 된 것보다 더 큽니다.

5) 주로 직선형 원통형 기어, 헬리컬 원통형 기어 및 웜 기어 가공에 사용됩니다.

호빙은 다중 기어 어셈블리의 내부 기어와 직경이 작은 기어를 처리할 수 없습니다.

2. 기어 쉐이핑

기어 성형은 주로 직선형 원통형 기어를 가공하는 데 사용되며, 특히 호빙 가공이 불가능한 다중 기어 어셈블리의 내부 기어 및 직경이 작은 기어를 가공하는 데 적합합니다.

Y5132형 기어 성형기의 외관은 그림 5에 나와 있습니다. 주로 베드 1, 컬럼 2, 툴 포스트 3, 스핀들 4, 작업대 5, 새들 7 및 기타 구성 요소로 구성됩니다. 기둥은 베드에 고정되고 기어 성형 커터는 공구 스핀들에 설치되고 공작물은 작업대에 고정되며 안장은 베드 가이드 레일을 따라 방사형으로 이동하여 절단을 위해 공작물을 공급하고 빠르게 접근하거나 후퇴 할 수 있습니다.

1-Bed
2열
3-도구 포스트
4-메인 스핀들
5-워크벤치
6-스톱 블록 브래킷
7-베드 안장

(1) 기어 성형의 동작

기어 성형은 생성 방법의 원리를 기반으로 합니다. 기어 성형 커터는 기본적으로 그림 6a와 같이 끝면이 전면 각도로 연마되고 톱니의 상단과 측면이 모두 후면 각도로 연마된 기어입니다. 기어 성형 중에 기어 성형 커터와 공작물은 틈이 없는 맞물림 동작을 통해 공작물의 톱니 모양을 점차적으로 절단합니다. 톱니 프로파일 곡선은 그림 6b와 같이 기어 성형 커터로 여러 번 절삭하는 동안 절삭 날의 순간 위치의 엔벨로프에 의해 형성됩니다.

a) 기어 쉐이핑
b) 치아 프로파일 커브의 형성

직선 베벨 원통형 기어를 가공하는 데 필요한 모션:

1) 메인 모션

기어 성형의 주요 동작은 기어 성형 커터가 공작물의 축 방향을 따라 왕복하는 선형 동작입니다. 기어 성형 커터의 하향 동작은 작업 스트로크이고 상향 동작은 유휴 스트로크입니다. 주 동작은 분당 왕복 스트로크 수, 즉 왕복 스트로크/분으로 표시됩니다.

2) 모션 생성

기어 성형 시 기어 성형 커터와 공작물은 한 쌍의 원통형 기어처럼 틈이 없는 맞물림 동작 관계를 유지해야 합니다. 기어 성형 커터가 한 톱니를 돌리면 공작물도 한 톱니를 돌려야 합니다. 기어 성형 커터와 공작물이 맞물려 회전하는 동작을 제너레이팅 모션이라고 합니다.

3) 원형 피드 모션

원형 이송 동작은 기어 성형 커터가 자체 축을 중심으로 회전하는 동작입니다. 회전 속도는 공작물의 회전 속도를 결정하며 기어 성형 커터의 절삭 부하, 공작물의 표면 품질, 가공 생산성 및 기어 성형 커터의 수명에도 영향을 미칩니다. 원형 이송량은 각 왕복 스트로크에 대해 피치 원에서 기어 성형 커터가 회전하는 아크 길이로 표시되며, 이중 스트로크당 mm 단위로 표시됩니다.

4) 방사형 인피드 모션

과도한 절삭 부하로 인한 공구 및 공작물 손상을 방지하려면 공작물이 기어 성형 커터 쪽으로 서서히 방사형 이송되어야 합니다. 기어 성형 커터에 의해 공작물이 전체 톱니 깊이까지 절단되면 방사형 이송 동작이 중지되고 공작물이 한 번 더 회전하여 완전한 톱니 프로파일을 생성합니다. 방사형 이송량은 기어 성형 커터의 각 왕복 스트로크에 대한 공작물의 방사형 이송 거리로 표시되며, 이중 스트로크당 mm 단위로 표시됩니다.

Y5132 기어 성형기의 방사형 이송 동작은 공작물을 워크벤치에 의해 구동되는 기어 성형 커터 쪽으로 이동시킴으로써 이루어집니다. 가공하는 동안 워크벤치는 공작물을 공구에 가까이 가져가기 위해 더 먼 거리로 빠르게 이동한 다음 방사형 이송을 시작합니다. 공작물 가공이 완료되면 워크벤치는 빠르게 원래 위치로 돌아갑니다.

5) 도구 후퇴 동작

유휴 스트로크 중에 기어 성형 커터가 위로 움직일 때 공작물 표면의 긁힘을 방지하고 공구 마모를 줄이려면 공구와 공작물 사이에 약 0.5mm의 간격이 있어야 합니다. 기어 성형 커터가 하향 작업 스트로크를 시작하기 전에 공구가 다음 절단을 할 수 있도록 빠르게 원래 위치로 돌아갑니다. 이렇게 공구가 후퇴하고 원래 위치로 돌아가는 동작을 공구 후퇴 동작이라고 합니다. 이 공작 기계는 공구 스핀들의 스윙을 통해 공구 후퇴 동작을 수행합니다.

(2) 기어 성형 커터

기어 성형에 사용되는 직선형 기어 성형 커터에는 그림 7과 같이 디스크형 직선형 기어 성형 커터, 보울형 직선형 기어 성형 커터, 테이퍼 생크 직선형 기어 성형 커터의 세 가지 유형이 주로 사용됩니다.

a) 디스크형 직선형 기어 성형 커터
b) 보울형 직선형 기어 성형 커터
c) 테이퍼 생크 직선형 기어 성형 커터

디스크형 직선 기어 성형 커터는 내부 구멍과 지지 끝면에 의해 배치되며 너트로 기계 스핀들에 고정됩니다. 주로 직선형 외부 기어와 대구경 직선형 내부 기어 가공에 사용됩니다. 일반적으로 사용되는 피치 원 직경은 네 가지 유형입니다: 75mm, 100mm, 160mm, 200mm로 1~12mm 모듈의 기어 가공에 적합합니다.

보울형 직선형 기어 성형 커터는 주로 멀티 링크 기어 및 볼록 숄더가 있는 기어 가공에 사용됩니다. 이 유형의 기어 성형 커터는 내부 구멍에 의해 배치되며 클램핑 너트는 커터 본체 내부에 수용 할 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 피치 원 직경도 네 가지 유형이 있습니다: 50mm, 75mm, 100mm, 125mm로 1~8mm 모듈의 기어 가공에 적합합니다.

테이퍼 생크 일자형 기어 성형 커터는 테이퍼 생크(모스 테이퍼 생크)가 있는 일체형 구조이며 내부 테이퍼 구멍이 있는 특수 커넥터로 기계 스핀들에 연결됩니다. 주로 직선형 내부 기어 가공에 사용됩니다. 공칭 피치 원 직경은 25mm와 38mm의 두 가지 유형으로 1~3.75mm 모듈의 기어 가공에 적합합니다.

일반적으로 기어 셰이퍼 커터에는 세 가지 정밀 등급이 있습니다: 일반 가공 조건에서 각각 정밀도 등급 6, 7, 8의 기어를 가공하는 데 사용되는 AA, A, B입니다.

(3) 기어 성형의 특성

1) 높은 치아 프로파일 정확도

기어 셰이퍼 커터의 톱니는 고정밀 기어 연삭기로 연삭하여 정확한 인벌루트 톱니 프로파일을 얻을 수 있으므로 가공된 톱니 프로파일의 정확도가 높습니다.

2) 얻어진 치아 프로파일 표면 거칠기 값이 상대적으로 작습니다.

기어 성형 시 기어 셰이퍼 커터는 기어의 전체 길이를 따라 연속적으로 칩을 절단하는 반면, 기어 호빙 시에는 호브 커터가 매번 기어 길이 방향으로 톱니 프로파일의 작은 부분을 절단하고 전체 톱니 길이는 호브 커터가 간헐적으로 여러 번 절단하여 형성됩니다. 따라서 기어 성형은 기어 호빙보다 더 작은 표면 거칠기 값을 달성합니다.

3) 치아 프로파일의 정확도 향상 및 표면 거칠기 값 감소에 도움이 됩니다.

기어 성형 시 원주 이송량을 줄이고 인벌루트 톱니 프로파일 외피를 형성하는 파선의 수를 늘림으로써 톱니 프로파일의 정확도와 표면 거칠기 값이 향상됩니다. 기어 호빙 중에 공작물의 동일한 톱니 프로파일의 인벌루트는 더 적은 수의 파선으로 둘러싸여 있으므로 톱니 프로파일 정확도가 높지 않고 표면 거칠기 값이 더 큽니다.

4) 공작물의 공통 정상 길이의 변화가 상대적으로 큽니다.

기어 성형 중 기어 셰이퍼 커터 자체의 피치 오차, 기어 셰이퍼 커터의 설치 오차 및 기어 셰이퍼 커터를 기어 성형기에서 회전시키는 웜 휠의 누적 피치 오차로 인해 기어 셰이퍼 커터가 회전 할 때 상대적으로 큰 각도 오차가 발생합니다. 따라서 기어 성형으로 가공 된 기어의 공통 정상 길이의 변화는 기어 호빙으로 가공 된 기어의 변화보다 큽니다.

5) 낮은 생산성

기어 성형 중에는 공구가 직선 왕복 운동으로 움직이기 때문에 절삭 속도 증가가 제한되고 유휴 이동거리가 발생합니다. 따라서 일반적인 조건에서 기어 성형의 생산성은 기어 호빙의 생산성보다 낮습니다.

6) 헬리컬 기어 가공은 매우 불편하고 웜 기어는 가공 할 수 없습니다.

기어 성형기로 헬리컬 원통형 기어를 가공하려면 경사 가이드 레일을 교체해야 하고 보조 시간이 오래 걸리기 때문에 매우 불편합니다. 또한 기어 성형기는 웜 기어를 가공할 수 없습니다.

3. 기타 기어 가공 방법

정밀도 등급이 6 이상인 기어의 경우, 기어 호빙 또는 형상을 사용하여 황삭 가공을 먼저 수행한 후 톱니 표면을 미세 가공하는 경우가 많습니다. 경화된 기어 표면의 가공의 경우, 호빙 또는 성형 후 열처리를 수행한 다음 톱니 표면을 미세 가공하는 경우가 많습니다. 치아 표면의 일반적인 미세 가공 방법에는 쉐이빙, 호닝, 연삭 등이 있습니다.

(1) 기어 쉐이빙

기어 쉐이빙은 일반적으로 경화되지 않은 원통형 기어의 톱니 프로파일을 미세 가공하는 데 사용되며 생산성이 높고 배치 생산에 널리 사용됩니다.

기어 쉐이빙도 생성 공정에 속합니다. 기어 쉐이빙의 생성 동작은 한 쌍의 교차 축 헬리컬 원통형 기어의 맞물림과 동일하며 기어 쉐이빙 커터는 본질적으로 고정밀 헬리컬 기어입니다. 작은 홈은 톱니 표면의 인벌 류트 방향을 따라 열리고이 작은 홈의 측면은 그림 8a와 같이 기어 쉐이빙 커터의 절삭 날을 형성합니다.

a) 기어 면도 커터
b) 기어 쉐이빙 프로세스 그림

기어 쉐이빙 중에 공작물은 먼저 공작 기계의 두 중심 사이의 중심 축에 고정 된 다음 기어 쉐이빙 커터가 공작 기계의 주 스핀들에 설치되고 주 스핀들에 의해 구동되어 회전하여 주 동작을 실현합니다. 기어 쉐이빙 커터의 축은 공작물의 축과 축 교차 각도 β를 형성하고 공작물은 특정 압력 하에서 기어 쉐이빙 커터와 맞물리고 기어 쉐이빙 커터에 의해 회전하도록 구동되어 그림 8b와 같이 기어 쉐이빙 커터와 간격없는 프리 메시 동작을 수행합니다.

기어 쉐이빙 커터와 공작물은 한 쌍의 교차 축 헬리컬 원통형 기어의 맞물림과 동일하므로 맞물림 지점의 속도 방향이 일치하지 않아 기어 쉐이빙 커터와 공작물 톱니 표면 사이의 톱니 길이 방향을 따라 상대적인 미끄러짐을 유발합니다. 이 슬라이딩 속도는 기어 셰이빙의 절단 속도인 v0 = v1 sinβ입니다. 이 속도가 있기 때문에 기어 쉐이빙 커터의 절삭 날이 공작물 톱니 표면에서 미세한 칩을 차단하여 공작물 톱니 표면의 미세 가공을 달성할 수 있습니다.

공작물 톱니 프로파일의 양쪽에서 동일한 면도 효과를 얻으려면 기어 면도 커터는 면도 프로세스 중에 회전 방향을 번갈아 가며 변경해야 합니다. 기어 쉐이빙 중에 공작물의 전체 톱니 길이를 쉐이빙하려면 작업대가 세로로 직선 왕복 운동을 수행해야 합니다.

작업대가 단방향으로 이동할 때마다 기어 쉐이빙 커터가 후진하고 작업대가 반대 방향으로 이동하여 기어의 반대쪽을 쉐이빙합니다. 작업대의 양방향 이동 후 기어 쉐이빙 커터는 간헐적으로 방사형 이송을 한 번 수행하여 치아 표면의 과도한 재료를 점차적으로 면도하여 궁극적으로 도면 요구 사항을 충족합니다.

기어 쉐이빙에는 다음과 같은 특징이 있습니다:

1) 고효율, 저비용

일반적으로 기어 가공은 2~4분 밖에 걸리지 않으며, 비용은 기어 연삭보다 평균 90% 낮습니다. 기어 쉐이빙은 경화되지 않은 기어의 톱니 프로파일을 미세 가공하는 데 적합합니다.

2) 기어의 접선 오차에 대한 보정 능력 부족

공정 배열 측면에서 호빙으로 가공 된 기어의 모션 정확도가 기어 쉐이핑으로 가공 된 기어보다 높기 때문에 기어 호빙을 기어 쉐이빙의 선행 공정으로 사용하는 것이 더 적절합니다. 호빙으로 가공 된 기어의 기어 형상 오차는 성형으로 가공 된 기어보다 크지 만 기어 쉐이빙에서 수정하기는 어렵지 않습니다.

3) 기어 톱니 프로파일의 정확도 향상에 도움이 됩니다.

이는 기어 쉐이빙이 기어 톱니 프로파일 오류 및 피치 오류에 대한 강력한 보정 능력을 가지고 있기 때문입니다. 쉐이빙 커터 자체의 정밀도가 높고 연삭 품질이 좋으면 표면 거칠기 값이 Ra1.25 ~ 0.32μm이고 정밀도가 7 ~ 6 등급까지인 기어를 쉐이빙할 수 있습니다.

(2) 호닝 기어 가공

호닝 기어 가공은 경화 기어 프로파일의 미세 가공 방법 중 하나로, 주로 열처리 후 톱니 표면의 산화물 층을 제거하고 기어 톱니의 표면 거칠기를 줄여 기어 변속기의 소음을 줄이는 데 사용됩니다.

기어 호닝에 사용되는 도구는 그림 9a와 같이 휠 블랭크와 톱니 링으로 구성된 호닝 휠(호닝 링이라고도 함)입니다. 휠 블랭크는 강철로 만들어지고 톱니 링 부분은 연마재 (산화 알루미늄, 탄화 규소), 바인더 (에폭시 수지) 및 경화제 (에틸렌 디아민)로 주조 또는 열간 압착되며 구조는 연삭 공구와 유사하지만 호닝의 절단 속도는 연삭보다 훨씬 낮지 만 면도보다 높다는 점만 다릅니다.

a) 연마 휠
b) 호닝 기어 가공의 개략도
c) 웜 모양의 연마 휠 연마 기어

호닝 기어의 동작은 쉐이빙 기어의 동작과 동일합니다. 호닝 기어 가공 중에 호닝 휠과 공작물은 그림 9b와 같이 치아 표면 사이의 압력과 상대적인 슬라이딩에 의존하여 연마재에 의해 절삭이 수행되는 자유 맞물림 상태에 있습니다.

대량 생산에서는 그림 9c와 같이 웜 모양의 호닝 휠이 기어 호닝에 널리 사용됩니다. 호닝 휠은 직경 200~500mm의 대구경 웜으로, 나사산 연삭기에서 5등급 이상의 정밀도로 톱니 프로파일을 정밀 연삭할 수 있습니다.

높은 톱니 프로파일 정확도와 빠른 호닝 속도로 인해 공작물 오류 수정 기능이 향상되며, 특히 공작물 톱니 프로파일 오류, 피치 편차 및 톱니 링의 방사형 런아웃 오류를 모두 어느 정도 수정할 수 있습니다. 호닝 기어 가공은 9 ~ 8 등급 정밀도에서 6 등급 정밀도로 기어를 직접 연마 할 수 있으므로 사전 호닝 쉐이빙 프로세스를 제거 할 수 있습니다.

호닝 기어 처리에는 다음과 같은 특징이 있습니다:

1) 좋은 표면 품질

연마하는 동안 낮은 절삭 속도로 인해 가공 공정은 저속 연삭, 래핑 및 연마의 조합이며 연마되는 공작물은 화상과 균열을 일으키지 않으며 표면 품질이 매우 좋으며 표면 거칠기 값은 Ra1.25 ~ 0.16μm입니다.

2) 오류 수정 능력 부족

호닝 휠은 탄성이 높고 가공 공차가 0.025mm로 작고 연마 입자 크기가 크기 때문에 호닝 기어의 오차 보정 능력은 연삭 기어보다 떨어집니다. 그러나 호닝 휠 자체의 오차는 가공 정확도에 거의 영향을 미치지 않습니다. 호닝 전에 기어 가공은 성형보다 모션 정확도가 높은 호빙을 사용하여 누적 피치 오류 등에 대한 보정 요구 사항을 줄이는 것이 바람직합니다.

3) 호닝 휠의 모델링 정확도

높은 호닝 휠의 치아 프로파일이 단순하여 높은 모델링 정확도를 쉽게 얻을 수 있습니다.

4) 높은 생산성, 연마 휠의 긴 서비스 수명

호닝 기어의 효율은 일반적으로 연삭 기어의 10~20배이며, 호닝 휠은 각 드레싱 후 60~80개의 기어를 연마할 수 있어 공구 수명이 매우 높습니다.

(3) 기어 연삭 가공

기어 연삭 가공은 주로 고정밀 기어 또는 경화 기어의 정밀 가공에 사용되며 기어의 정밀도는 6 등급 이상에 이릅니다. 톱니 프로파일을 형성하는 방법에 따라 기어 연삭 가공 방법에는 제너레이팅 방법과 폼 연삭 방법도 포함됩니다. 폼 연삭 방식으로 연삭한 기어의 정밀도가 낮기 때문에 대부분의 기어 연삭은 제너레이팅 방식으로 이루어집니다. 제너레이션 방식 기어 연삭에는 여러 가지 방법이 있습니다.

1) 생성 방법 기어 연삭 방법

생성 방식 기어 연삭에는 주로 연속 인덱싱 생성 방식과 단일 톱니 인덱싱 생성 방식이 있습니다.

연속 인덱싱 생성 톱니 연삭. 연속 인덱싱 생성 연삭은 그림 10과 같이 웜 모양의 연삭 휠로 기어의 톱니를 연삭하는 과정으로, 기어 압연 과정과 유사합니다.

웜형 연삭 휠의 회전 운동 B₁₁이 주 운동이고, 연삭 휠과 맞물리는 공작물의 회전 운동 B₁₂가 생성 운동이며, 일반적으로 공작물을 위 또는 아래로 이동하여 축 이송 운동 A₁을 완료합니다. 웜 형태의 연삭 휠이 가공 중에 공작물의 톱니 프로파일을 지속적으로 연삭하기 때문에 모든 기어 연삭 방식 중에서 생산성이 가장 높습니다.

이 기어 연삭 방법의 단점은 웜 모양의 연삭 휠을 다시 연마하기 어렵고 높은 정밀도를 얻지 못하는 경우가 많다는 것입니다. 다른 모듈의 기어를 연삭할 때는 웜 모양의 연삭 휠을 교체해야 합니다. 또한 사용되는 장비의 변속기 부품은 속도가 매우 빠르고 기계식 변속기는 쉽게 소음을 발생시킬 수 있으며 변속기 부품은 빠르게 마모됩니다. 이 기어 연삭 방법은 중형 및 소형 모듈 기어의 배치 및 대량 생산에 적합합니다.

단일 치아 인덱싱 생성 치아 연삭. 단일 치아 인덱싱 생성 연삭은 그림 11과 같이 디스크형 연삭 휠, 원뿔형 연삭 휠 등 다양한 형태의 연삭 휠을 사용하여 연삭을 수행할 수 있습니다. 그들의 연삭 공정 모두 랙과 기어 사이의 맞물림 원리를 활용하여 기어를 연마합니다.

2) 기어 연삭 가공의 특성

기어 연삭 가공의 가장 큰 특징은 고정밀 기어를 생산할 수 있다는 것입니다. 일반적인 조건에서 가공 된 기어의 정밀도는 6 ~ 4 수준에 도달 할 수 있으며 표면 거칠기는 Ra0.8 ~ 0.2μm에 도달 할 수 있습니다. 기어 연삭 가공은 연삭 휠과 공작물의 강제 맞물림 동작을 채택하기 때문에 기어 오류를 수정하는 능력이 강할뿐만 아니라 치아 표면 경도가 매우 높은 기어 가공에 특히 적합합니다.

그러나 웜 모양의 연삭 휠 기어 연삭을 제외하고는 일반 기어 연삭 가공의 효율이 상대적으로 낮고 장비 구조가 상대적으로 복잡하고 장비 조정이 어렵고 가공 비용이 높습니다. 현재 기어 연삭은 주로 정밀도가 매우 높은 기어, 특히 톱니 표면이 단단한 기어를 가공하는 데 사용됩니다.