軸向刮齒之兩參數式隆齒機構分析

齒輪刮齒(gear shaving)技術來精修齒形始於1930年代，是全球齒輪業界用來精修滾齒(hobbing)或刨齒(shaping)粗加工後的齒輪齒形最有效率及最經濟的方法之一。刮齒刀刮齒原理為刮齒刀與被刮工件齒輪在空間中形成近似兩交錯軸螺旋齒輪嚙合，齒輪刮齒是藉由刮齒刀旋轉帶動工件齒輪旋轉，此時刮齒刀與工件齒輪齒腹會作相對滑動，而刮齒刀齒腹處的插槽就會如切削刃口修整工件齒輪齒面。齒輪刮齒加工適合於中、小模數之齒輪，最大工件齒輪直徑可達18吋，刮齒精加工後的齒輪精度等級可達DIN 6、7級或齒形精度(?.0002吋)，刮齒精加工亦是預先修正齒輪熱處理所造成的齒廓變形與導角改變最有效及最經濟的方法。 

齒輪一般精修齒面多以磨齒(gear grinding)及刮齒為主，雖然磨齒具有較高的精確度，可是由於磨削的過程相當耗時、磨削過程產生許多油霧磨粒等，所以較不符合環保與經濟效益，所以一般中高精度的齒輪修整大量使用刮齒的技術，而且刮齒刀的重複使用性高，有些刮齒刀可刮約4000個齒輪後才需修整磨銳，每把刮刀又可以修整刀具4至10次，修整工件齒輪時間遠較磨削少許多，可以說相當符合經濟效益。齒輪經過修整後，不但精度提高亦可提高壽命及降低噪音，目前已經被廣泛使用於汽車、貨卡車、機車、泵浦、齒輪減速機等需要低噪音的齒輪製造上。  
螺旋齒輪作鼓形修整(隆齒)為現在齒輪設計趨勢，其主要目的為降低齒輪裝配誤差造成之震動與噪音問題，並提高其壽命。螺旋齒輪作鼓形修整主要可分為兩個方向作修整，分別為齒形方向與導程方向作修整，其目的為使齒輪對接觸區域接近齒面中間，使齒輪受力較為平均，提高其強度。螺旋齒輪作齒形方向之鼓形修整一般可在針對刮齒刀作齒形修整，以達到刮齒加工後之螺旋齒輪齒形方向鼓形修整目的。螺旋齒輪作導程方向之鼓形修整針對不同刮齒形式可分為用機台搖擺或在刮齒刀導程方向修整兩種方式。在刮齒刀導程方向修整主要適用於直進式刮齒，而利用機台搖擺方式達成鼓形修整的刮齒方式通常適用軸向刮齒，此種刮齒方式有兩個自由度以及多點切削的特性，刮齒後隆齒量計算不易，以往多使用數值解[15]或幾何近似解方式[16-17]計算隆齒量，本文將介紹一經實驗驗證之解析方式，計算機台搖擺方式刮齒後工件齒輪隆齒量。

刮齒之隆齒簡介

現在業界中最常使用的刮齒方式為直進式刮齒與軸向刮齒。直進式刮齒中刮齒刀與加工工件齒輪相對運動方向只有徑向進給。直進式刮齒因為相對工件齒輪齒形無軸向運動，因此機台結構較其他刮齒方式簡單，刮齒時間也較短，但其刮齒刀齒面寬需大於工件齒輪齒面。直進式刮齒在工件齒輪齒面寬方向鼓形修整必須對刮齒刀導程方向作齒形修形達成。直進式刮齒之刮齒刀齒形為雙曲面，一般而言是利用錐形磨輪加工，由於理論雙曲面與錐形磨輪加工齒面會有齒形上的誤差，而且隨齒面寬增長其誤差量亦隨之增加，因此其缺點為不可加工齒面寬過長之工件齒輪。另外由於直進式刮齒無軸向進給，因此刮齒刀的插槽必須作螺旋排列，必須經過特別設計，否則在齒面寬方向容易產生斑馬紋現象。

軸向刮齒是最早發展的刮齒方式，刮齒刀與加工工件齒輪相對運動方向為工件齒輪之軸向。軸向刮齒之缺點為加工時間較長，但其優點為刮齒刀製造較為容易，因為軸向刮齒刮齒刀基本齒形為一標準漸開線螺旋齒輪，其齒形製造上較直進式刮齒刀為容易。軸向刮齒的另一優點為可加工齒面寬較長的工件齒輪，由於刮齒刀與工件齒輪相對運動方向為工件齒輪軸向，因此刮齒刀齒面寬不必較工件齒輪寬，且較長的工件齒輪亦可由刮齒刀走過工件齒輪的軸向(齒面寬方向)來加工工件齒輪全齒面寬。齒面寬方向鼓形修整必須藉由機台做搖擺運動達成，刮齒機台床台搖擺機構一般分為搖擺刮刀(如圖1所示)和搖擺工件(圖2所示)兩種方式，本文針對搖擺工件的刮齒機台作一範例解說。圖2為常見之機台床台隆起機構示意圖，其中的旋轉中心(pivot)可沿著加工齒輪軸向進給，而導軌(guideway)則可改變與水平的夾角。當導軌與水平的夾角為零度時，床台可沿水平方向前進，但若導軌與水平的夾角不為零度時，則床台產生如圖所示之搖擺運動，使欲加工之工件齒輪產生鼓形修整效果。

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