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齒輪齒條制造工藝及選型方法

摘要

臺灣工具機(jī)的能力這幾年躍升為全球前五大,背后所代表的就是市值近兆元的產(chǎn)業(yè)所支撐,而在眾多工具機(jī)的零組件中,傳動零件屬于關(guān)鍵零組件,傳統(tǒng)中有眾所皆知滾珠螺桿、線性滑軌等,而其中還有后起之秀,齒條的應(yīng)用。談起臺灣早期的齒條應(yīng)用,高階的工具機(jī),多數(shù)采用德國亞特蘭大、瑞士古德或日本小原KHK等,因為臺灣工具機(jī)的設(shè)計能力強,擁有優(yōu)秀及龐大的工程師群,和自行研發(fā)的尖端能力,所以多數(shù)工具機(jī)的制造商,皆偏好自家設(shè)計的規(guī)格,以利在市場做出區(qū)隔;而國外的齒條品牌,多采用標(biāo)準(zhǔn)品,不會因為小量多樣的臺灣市場,另外開辟齒條生產(chǎn)線;而我司可以因應(yīng)市場的需求,接受客制化的齒條,從一支數(shù)量開始接單,就此奠定臺灣齒條制造商老字號的品牌基礎(chǔ)。

 

齒條的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

在全球化下,各國對于齒條都有規(guī)范,例如:最為普遍的是DIN德國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(Deutsches Institut für Normung)、AGMA美國齒輪制造協(xié)會(American Gear Manufacturing Association)、還有ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織,而臺灣工具機(jī)深受日本產(chǎn)業(yè)影響,JIS日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(Japanese Industrial Standards)相較之下,在臺灣更為常見。

 

齒條的等級

就產(chǎn)品定義為言,齒條是屬于無限延伸的齒輪,所以齒條的規(guī)范,基本上,就是依照齒輪的標(biāo)準(zhǔn),若以德國DIN為例,通常分為DIN3~DIN10,產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用,主要分布在DIN6、DIN8和DIN10,等級的分別,最主要是判斷齒條的總齒距誤差(Total Pitch Error),每米(1000mm)都有嚴(yán)格的規(guī)范,以最暢銷的DIN6級為例,每米齒條的總累計誤差為≦0.036mm,相對應(yīng)于精密型滾珠螺桿就是大約C5等級的導(dǎo)程精度(容許值),所以齒條的精密度,在近年來,也備受工具機(jī)廠商的信賴與贊許。

 

 

齒條等級的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)

在齒條應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)中,如果以等級和市場面分類,可以粗略的劃分:但因為產(chǎn)業(yè)復(fù)雜,僅供參考。

DIN3極高精密的測量儀器

DIN5極高精密工具機(jī)

DIN6高精密CNC加工復(fù)合機(jī),木工機(jī)、激光切割機(jī)、水刀機(jī)、彎管機(jī)、五軸加工機(jī)等。

DIN7中高精密級各式加工機(jī)

DIN8中低精密級各式加工機(jī),或負(fù)載工具機(jī)

DIN9/DIN10低階、或重負(fù)載的工具機(jī)、龍門加工機(jī)等。

 

齒條的材料選擇

從原材料探討的話,在工具機(jī)的使用中,較常采用中碳鋼和合金鋼,中碳鋼早期以S45C為主,目前因應(yīng)市場需要更高硬度的齒條,逐漸升級為S50C,硬度從傳統(tǒng)的HRC45-50度,提升到HRC50-55度;而合金鋼最多采用SCM440的鉻鉬合金鋼,齒條的整體結(jié)構(gòu)、剛性和韌性都更優(yōu)良,相對加工制程中,難度也較高。另外塑料POM或銅等金屬,則會在食品機(jī)械等不同產(chǎn)業(yè)中出現(xiàn)。

 

齒條的硬度選擇

一般齒條鋼材,如果沒有做熱處理,軟質(zhì)的齒條,經(jīng)過精銑成型后,就是DIN8級的齒條,如果需要重負(fù)荷的工作條件,就要經(jīng)過熱處理的齒條,才能承受高負(fù)載。齒條熱處理主要采用高周波(淬火回火),可以達(dá)到HRC55度,如果要達(dá)到HRC60度,則需要采用滲碳的方式,而材料也要改用SCM415,但是因為硬度高,在使用的同時也容易產(chǎn)生脆裂的風(fēng)險;另外有新科技用激光做熱處理,不僅可以達(dá)到高硬度的需求,沒有脆裂的風(fēng)險,齒條的變型量更小,同時也屬于綠能環(huán)保新科技。如果齒條要耐磨耗、耐高負(fù)載,還要有高精密度,就是采用DIN6高精密型齒條,齒條會在熱處理完成后,在進(jìn)行研磨,所以精密度可以達(dá)到平行度0.02mm內(nèi),適合多數(shù)CNC中高階工具機(jī)的選用。 直齒和斜齒齒條 工業(yè)工程師在設(shè)計機(jī)器時,都會有條件上的考察,所以齒條的齒型也在設(shè)計的范圍內(nèi),普遍分為直齒與斜齒,以全世界的標(biāo)準(zhǔn)分類,斜齒最常見的是德規(guī)19度31分42秒,還有美國14.5度,日本15度和21度30秒等,而齒距的尺寸標(biāo)準(zhǔn)也有模數(shù)(Module)、周節(jié)(Circular Pitch)和徑節(jié)(Diametral Pitch),在臺灣斜齒齒條以德規(guī)19度31分42秒為主,在應(yīng)用上,以相同的模數(shù)做比較,斜齒齒條比直齒齒條的可容許力,大約增加20%,行走時更順暢、低噪音,所以斜齒齒條深深獲得工程師的愛用。

齒條和齒輪的搭配

傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計上,齒條必須與齒輪搭配,才能行走,直齒齒條搭配直齒齒輪,右斜齒條搭配左斜齒輪,斜齒的角度必須相同、模數(shù)必須相同等,唯獨建議因為齒輪在應(yīng)用上,需要使用的行程比較多,所以在等級、硬度上,建議高于齒條一級,以耐磨耗,避免需要常常更換齒輪,以減少機(jī)臺停工維修的時間。

近年來,因為齒條生產(chǎn)技術(shù)的提升,所以齒條的應(yīng)用已經(jīng)不限于X軸,目前也有將齒條用在Y軸與Z軸的傳動需求上;尤其在工業(yè)4.0中,機(jī)械手臂的廣泛使用,在傳動的軌道上面,也出現(xiàn)很多需求面,齒條更進(jìn)一步結(jié)合導(dǎo)軌的功能,成為導(dǎo)軌齒條,原本兩個零件變成一個零件,除了降低安裝時間,更消弭兩個零件組裝時所產(chǎn)生的間隙,這種新型的設(shè)計,在第七軸中最為常見,DIN6級的導(dǎo)軌齒條,我司也能夠量產(chǎn)。

 

希望藉由本文,讓更多工業(yè)設(shè)計者,可以有不同的參考。如果有對此產(chǎn)品感興趣的,歡迎來電咨詢:13701956498 呂先生,我們公司將盡可能協(xié)助您提供全套的解決方案,多謝!

 

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