JP2022051415A - スカイビング加工における歯形コントロール方法 - Google Patents

Abstract

【課題】はすば歯車の加工および歯形修正が可能なスカイビング加工における歯形コントロール方法を提供する。【解決手段】歯形形コントロール方法は、スカイビングカッタ１０２でワーク１０４からはすば歯車を加工するスカイビング加工において、スカイビングカッタ１０２を先端１０８がワーク軸Ｓ０に沿って移動するよう送りながらスカイビングカッタ１０２の送り量に応じてワークの軸Ｓ０に対するスカイビングカッタ１０２のカッタ軸Ｓ１の軸交差角Σを変化させ、軸交差角Σの変化に同期してワーク１０４のリード量Ｃを設定することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、スカイビング加工における歯形コントロール方法に関するものである。

歯車を創成する加工法として、スカイビング加工が知られている。スカイビング加工は、加工対象物であるワークの回転に切削工具であるスカイビングカッタの回転を同期させつつ、ワークの回転軸（ワーク軸）に対してスカイビングカッタの回転軸（カッタ軸）を傾けた状態で行われる。これによって、ワークの回転方向とスカイビングカッタの回転方向とに差異が生じ、ワークにスカイビングカッタを干渉させた際に“すべり”が生じる。このすべりを利用してワークから干渉部分をそぎ落とし、ワークに歯溝などを加工する。

一般的な平歯車を加工するときのスカイビング加工では、ワーク軸に対してカッタ軸がなす軸交差角を一定に保ち、スカイビングカッタをワークの歯幅方向に平行に移動させて歯切りが行われる。その他、歯幅方向において歯先の位置が変化するバイアス歯形を加工する手法として、例えば本願の特許出願人による特許文献１の歯車加工方法では、スカイビングカッタをワークの歯幅方向だけでなく円周方向にも移動させながら歯切りが行われる。

特開２０２０－１９０９６号公報

上述した平歯車等の他、はすば歯車などのねじれた歯を加工する場合には、スカイビングカッタの送り量（ワークの歯幅方向への移動量）に同期してワークの回転を制御しながら歯切りが行われる。しかしながら、ねじれ角を有する歯の歯形修正および工作精度の向上を図るためには、新たな手法の確立も望まれている。

本発明は、このような課題に鑑み、はすば歯車の加工および歯形修正において所望のねじれ角を有しつつ歯形を歯幅内で変化させることが可能なスカイビング加工における歯形コントロール方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明にかかるスカイビング加工における歯形コントロール方法の代表的な構成は、スカイビングカッタでワークからはすば歯車を加工するスカイビング加工において、スカイビングカッタの先端がワーク軸に沿って移動するよう送りながらスカイビングカッタの送り量に応じてワークの軸に対するスカイビングカッタのカッタ軸の軸交差角を変化させ、軸交差角の変化に同期してはすば歯車のリード量を設定することを特徴とする。

ここで、「リード」ははすば歯車を一回転させることで歯車上の一点が軸方向に移動する量であり、「リード量Ｃ」は軸交差角がΣａからΣｂまで変化する間に歯車上の一点が軸方向に移動する量（Ｃ軸上の変化量）である。上記構成によれば、スカイビングカッタをワークの歯幅方向に送りながら、スカイビングカッタの軸交差角に同期してリード量を設定することで、所望のねじれ角を有しつつ歯形が歯幅内で変化したはすば歯車を効率よく加工することが可能となる。

本発明によれば、はすば歯車の加工および歯形修正において所望のねじれ角を有しつつ歯形を歯幅内で変化させることが可能なスカイビング加工における歯形コントロール方法を提供することが可能になる。

本発明の実施形態にかかる歯形コントロール方法の概要を示す図である。 第１比較例および第２比較例のスカイビング加工を示した図である。 第３比較例のスカイビング加工を示した図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示または説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態にかかる歯形コントロール方法の概要を示す図である。図１（a）は、当該方法を実施したスカイビング加工機１００のスカイビングカッタ１０２およびワーク１０４を示している。スカイビング加工機１００は、回転するスカイビングカッタ１０２によってワーク１０４に歯溝等を加工する工作機械である。

スカイビングカッタ１０２は、加工機本体の工具主軸ユニット１０６に取り付けられ、カッタ軸Ｓ１を中心に回転してワーク１０４を切削する。ワーク１０４は、工作物主軸ユニットに設置され、ワーク軸Ｓ０を中心に回転しながら加工が施される。

スカイビングカッタ１０２が取り付けられる工具主軸ユニット１０６は、上下方向に移動および旋回することが可能になっている。ワーク１０４は左右前後方向に移動可能になっている。ここでワーク１０４の左右の径方向をＸ軸方向、ワーク１０４の前後の径方向をＹ軸方向、ワーク１０４の歯幅方向をＺ軸方向と呼ぶ。

工具主軸ユニット１０６は、スカイビングカッタ１０２のカッタ軸Ｓ１がワーク軸Ｓ０に対して軸交差角Σａを成した状態で加工を開始し、このスカイビングカッタ１０２をワーク１０４の歯幅方向に送る。このとき、本発明にかかる歯形コントール方法では、工具主軸ユニット１０６はスカイビングカッタ１０２を送りつつ軸交差角を変化させ、この軸交差角の変化に同期してリード量Ｃを設定することで、ワーク１０４から歯形の変化したはすば歯車を効率よく加工することが可能になっている。

スカイビングカッタ１０２の移動は、ワーク１０４に接触する先端１０８がワーク軸Ｓ０に沿って移動するように行われる。図１（ａ）では、スカイビングカッタ１０２の切削ストロークとして、先端１０８の加工開始位置から加工完了位置までの移動量を距離Ｚで示している。

当該歯形コントロール方法では、ワーク１０４に加工する歯形を変化させるために、工具主軸ユニット１０６は、スカイビングカッタ１０２をワーク１０４の歯幅方向に送る途中において次第に旋回し、開始当初の軸交差角Σａを軸交差角Σｂに変化させる。軸交差角を変化させることで、後述する図１（ｃ）から図１（ｅ）に示すように、加工される歯形を意図的に修正することができる。

工具主軸ユニット１０６は、先端１０８をワーク軸Ｓ０上に保ちつつ軸交差角を変化させるために、工具主軸ユニット１０６をワーク１０４の径方向に距離Ｘａほど移動しながら旋回する。そのため、ワーク１０４の歯幅方向においては、先端１０８の移動量Ｚに比べると、工具主軸ユニット１０６の移動量は軸交差角を変化させた分（Ｚａ＋Ｚｂ）だけ大きくなっている（Ｚ＋Ｚａ＋Ｚｂ）。

図１（ｂ）は、当該歯形コントロール方法における各パラメータの関係を示した図である。図１（ｂ）の三角の図形のうち、縦軸の長さは軸交差角の変化量（Σａ－Σｂ）、横軸の長さはワーク１０４に加工する歯筋のリード量Ｃ、斜辺の傾きは加工する歯筋のねじれ角βを表している。なお、「リード」ははすば歯車を一回転させることで歯車上の一点が軸方向に移動する量であり、「リード量Ｃ」は軸交差角がΣａからΣｂまで変化する間に歯車上の一点が軸方向に移動する量（Ｃ軸上の変化量）である。

当該歯形コントロール方法では、図１（ｂ）の各パラメータの関係に応じてワーク１０４のリード量Ｃを制御している。詳しくは、加工中において、工具主軸ユニット１０６から把握される軸交差角をΣａからΣｂまで変化させると共に、その角度変化の範囲に対応させてリード量Ｃを設定する。

図１（ｃ）は工具の交差角より軸交差角が小さい場合の歯形１１０ａの例、図１（ｄ）は工具の交差角と軸交差角が一致している場合の歯形１１０ｂの例、図１（ｅ）は工具の交差角より軸交差角が大きい場合の歯形１１０ｃの例である。当該歯形コントロール方法では、スカイビングカッタ１０２の軸交差角を次第に大きくすることで、右に偏った歯形１１０ａから次第に左に偏った歯形１１０ｃへと、意図的に歯形修正を施したはすば歯車を加工することができる。なお、軸交差角を次第に小さくしてもよく、また次第に大きくしたあとに次第に小さくするなど、必要と目的に応じて任意の歯形変化を設定することができる。

上記で図１（ｂ）を参照して説明したように、当該歯形コントロール方法では、ワーク１０４のリード量Ｃを、軸交差角の変化に同期（対応）させている。この点について、以下図２および図３の各比較例を参照しながら説明する。

図２は、第１比較例１０および第２比較例２０のスカイビング加工を示した図である。図２（ａ）は、第１比較例１０のスカイビング加工を示した図である。第１比較例１０は、歯形の変化しないはすば歯車を加工するときの例である。第１比較例１０では、軸交差角Σは加工開始から加工完了にわたるまで一定に保たれる。軸交差角Σが一定であれば、工具主軸ユニット１０６の移動量Ｚは、スカイビングカッタ１０２の先端１０８の移動量Ｚと一致する。すなわち、工具主軸ユニット１０６の移動量Ｚを把握すれば、先端１０８の移動量Ｚを知ることができる。したがって移動量Ｚに同期させてリード量Ｃを設定すれば、所望のねじれ角βを得ることができる。

図２（ｂ）は、第１比較例１０のスカイビング加工における各パラメータの関係を示した図である。図２（ｂ）では、図１（ｂ）と異なり、縦軸の長さは工具主軸ユニット１０６の移動量Ｚを表している。上述したように、第１比較例１０では、工具主軸ユニット１０６の移動量Ｚは先端１０８の移動量Ｚと一致するため、単に工具主軸ユニット１０６の移動量の変化に同期してリード量Ｃを設定すれば（Ｚ軸とＣ軸を同期させれば）、所望のねじれ角βの歯筋を加工することができる。ただし、当然ながら、軸交差角Σを変化させていないため、第１比較例１０では歯形を変化させることができない。

図２（ｃ）は、第２比較例２０のスカイビング加工を示した図である。第２比較例２０のスカイビング加工は、図２（ａ）の第１比較例１０に比べて、工具主軸ユニット１０６を旋回させて軸交差角を変化させた例である。しかし、単に工具主軸ユニット１０６を旋回させただけでは、工具の歯筋の後端が既に研削したワークの歯筋と干渉してしまうため、加工不能となる。

図３は、第３比較例３０のスカイビング加工を示した図である。図３（ａ）は、第３比較例の概要を示している。第３比較例３０では、図１（ａ）の本実施形態におけるスカイビング加工と同様に、工具主軸ユニット１０６は先端１０８をワーク軸Ｓ０上に保ちつつ軸交差角を変化させている。したがって、ワーク１０４の歯幅内でおいて、先端１０８の移動量（Ｚ）に比べると、工具主軸ユニット１０６の移動量は軸交差角を変化させた分（Ｚａ＋Ｚｂ）だけ大きい量（Ｚ＋Ｚａ＋Ｚｂ）になっている。つまり、先端１０８の移動量Ｚは、工具主軸ユニット１０６から把握される移動量（Ｚ＋Ｚａ＋Ｚｂ）とは一致しない。

図３（ｂ）は、第３比較例３０のスカイビング加工における各パラメータの関係を示した図である。図３（ｂ）に示すように、工具主軸ユニット１０６の移動量（Ｚ＋Ｚａ＋Ｚｂ）と、実際の先端１０８の移動量Ｚには、軸交差角の変化分（Ｚａ＋Ｚｂ）のずれが生じる。したがって、工具主軸ユニット１０６の移動量Ｚに同期してリード量Ｃを設定しても、実際には工具主軸ユニット１０６は（Ｚ＋Ｚａ＋Ｚｂ）だけ移動するのであるから、歯車のリードは、差分（Ｚａ＋Ｚｂ）に対応する誤差Ｃａが含まれた値になってしまう（Ｃ＋Ｃａ）。したがって、ねじれ角β２は所望したねじれ角βと異なってしまう。

以上の第１比較例１０から第３比較例３０を踏まえて、図１（ｂ）の当該歯形コントロール方法では、工具主軸ユニット１０６から把握されるパラメータのうち、移動量ではなく軸交差角の変化量（Σａ－Σｂ）に同期してリード量Ｃを設定している。この構成によれば、所望のねじれ角を有しつつ歯形が歯幅内で変化したはすば歯車を精度よく加工することができる。加工精度の高いはすば歯車は、自動車部品などとして有益に利用することが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、スカイビング加工における歯形コントロール方法に利用することができる。

１００…スカイビング加工機、１０２…スカイビングカッタ、１０４…ワーク、１０６…工具主軸ユニット、１０８…先端、１１０ａ～１１０ｂ…歯形の例、Ｓ０…ワーク軸、Ｓ１…カッタ軸、１０…第１比較例、２０…第２比較例、３０…第３比較例

Claims (1)

1. スカイビングカッタでワークからはすば歯車を加工するスカイビング加工において、
   前記スカイビングカッタを先端がワーク軸に沿って移動するよう送りながら該スカイビングカッタの送り量に応じて該ワークの軸に対する該スカイビングカッタのカッタ軸の軸交差角を変化させ、
   前記軸交差角の変化に同期して前記はすば歯車のリード量を設定することを特徴とするスカイビング加工における歯形コントロール方法。

Images