CN102596472B - 齿面加工方法 - Google Patents

Abstract

对形成在圆筒状的有齿构件的外周面且沿着有齿构件的中心轴线延伸的齿面进行加工的方法，其具有：将立铣刀的旋转轴线保持为预定的一定的方向，且使立铣刀与有齿构件的中心轴线平行地移动，利用立铣刀的外周刃对齿面进行切削的工序；使有齿构件绕有齿构件的中心轴线旋转预定的角度的工序；将立铣刀的旋转轴线保持为所述一定的方向，且使立铣刀与有齿构件的中心轴线平行地移动，利用立铣刀的外周刃对齿面进行切削的工序。

Description

齿面加工方法

技术领域

本发明涉及一种对有齿构件的齿面进行加工的技术。尤其是涉及一种对形成在圆筒状的有齿构件的外周面上且沿着有齿构件的中心轴线延伸的齿面进行加工的方法。本说明书中的“有齿构件”典型的是齿轮，但并不局限于齿轮，例如表示齿轮成形用的外冲头(模具的一种)等具有齿面的构件。 

背景技术

有齿构件具有圆筒状的形状。在有齿构件的外周面形成有齿面。齿面沿着有齿构件的中心轴线延伸，或者绕其中心轴线呈螺旋状延伸。作为对有齿构件进行加工的方法，一直以来使用了放电加工。放电加工只要被加工物具有导电性即可，即便对于高硬度的被加工物也能够加工。因此，在对高硬度的金属形成的有齿构件进行加工时，通过使用放电加工而能够实现高精度的加工。然而，放电加工在作业的安全性或加工液处理的环境对策等方面存在缺点，当前，不断向切削加工进行变更。作为其一例，在日本国专利公开公报第2004-74394号(以下，称为专利文献1)中公开有一种使用立铣刀对锥齿轮铸造模具进行切削加工的技术。在专利文献1中的立铣刀包括：形成于外周面的外周刃；形成于前端面的底刃；将外周刃和底刃平滑地连接的R刃。在专利文献1的技术中，通过使用这多个刃，而能够高精度地加工锥齿轮铸造模具。 

在切削加工中，通常使用NC装置(计算机对工具的动作进行数值控制的加工装置)。使用立铣刀对有齿构件的齿面进行切削加工时，基于齿面的设计形状，决定各切削中的立铣刀和有齿构件的方向、移动方向、移动量等，基于该决定而作成NC数据。计算机基于作成的 NC数据来操作立铣刀和有齿构件这双方，将齿面加工成设计形状。 

在专利文献1的技术中，使立铣刀相对于有齿构件相对地进行三维移动并对齿面进行加工。因此，需要使立铣刀的方向和移动方向复杂地变化，NC数据的作成变得烦杂。而且，为了使用切削加工作出与放电加工同等的精度，伴随着立铣刀的磨损，需要进行考虑了该磨损的NC数据的修正。NC数据的修正根据情况而需要每当加工一个齿时进行。频繁修正用于使立铣刀三维移动的NC数据比较麻烦。 

专利文献1的技术是非常有用的技术。然而，关于NC数据的作成或修正所需的劳力，还留有待改善的课题。本发明解决该课题。本发明目的在于提供一种高效地加工有齿构件的齿面的技术。 

发明内容

本说明书公开的新的齿面的加工方法是一种是对形成在圆筒状的有齿构件的外周面且沿着有齿构件的中心轴线延伸的齿面进行加工的方法。该齿面的加工方法具备以下的3个工序。 

(1)将立铣刀的旋转轴线保持为预定的一定的方向，且使立铣刀与有齿构件的中心轴线平行地移动，利用立铣刀的外周刃对齿面进行切削的工序。 

(2)使有齿构件绕有齿构件的中心轴线旋转预定的角度的工序。 

(3)将立铣刀的旋转轴线保持为所述一定的方向，且使立铣刀与有齿构件的中心轴线平行地移动，利用立铣刀的外周刃对齿面进行切削的工序。 

在该齿面的加工方法中，经多个切削工序一直将立铣刀的旋转轴线的方向保持为恒定。因此，切削中的立铣刀的移动轨道(包括方向) 极其简单，NC数据的作成简化。而且，根据该齿面的加工方法，立铣刀具有的多个刃(外周刃和底刃)中，能够仅使用外周刃来切削齿面。因此，考虑了磨损的立铣刀的轨道修正仅调整与立铣刀的外周刃垂直的方向上的位置即可。根据上述的方法，能够简化考虑了磨损的立铣刀轨道的NC数据的修正。 

本说明书公开的新的齿面的加工方法优选还具备对与有齿构件的中心轴线交叉的截面中的齿面的设计上的形状即弯曲线进行折线近似的工序。在进行折线近似的工序中，以折线中的各直线与弯曲线之间的距离中的最大距离为齿面的加工公差以下的方式进行近似。此时，在旋转工序中，以所述直线中的1条直线与立铣刀的旋转轴线平行的方式使有齿构件旋转。以下，将与有齿构件的中心轴线交叉的截面称为横截面。 

立铣刀的外周刃在宏观观察下为直线状。因此，在使立铣刀的旋转轴线平行移动且仅使用外周刃进行切削工序时，加工后的齿面成为平面。另一方面，齿面要求的设计上的形状多为弯曲面。因此，横截面的设计上的形状例如成为渐开线曲线等弯曲线。为了使立铣刀的旋转轴线平行移动且仅使用外周刃加工成弯曲的齿面，而优选附加利用多个平面对弯曲面进行近似的工序。通过采用上述的近似工序，即便通过使立铣刀的旋转轴线平行移动且使用外周刃切削齿面这样的简单的方法，也能够将齿面加工成相对于齿面的设计上的形状即弯曲面在一定的加工公差范围内的形状。 

发明效果 

根据本发明，能够高效地加工有齿构件的齿面。 

附图说明

图1表示NC加工装置20的正面示意图。 

图2表示NC加工装置20的侧面示意图。 

图3表示对外冲头10进行切削的流程图。 

图4是说明实施例1的切削工序的图。 

图5是说明实施例1的切削工序的图。 

图6是说明齿面的折线近似的图。 

图7是说明实施例2的切削工序的图。 

图8是说明实施例2的切削工序的图。 

具体实施方式

首先，对以下说明的实施例的主要特征进行整理。 

(特征1)使用立铣刀的外周刃对有齿构件的齿面进行切削时，使立铣刀沿着与其旋转轴线垂直的方向移动，使立铣刀的外周刃与有齿构件的齿面抵接。 

(特征2)使立铣刀在同一直线轨道上移动并反复切削齿面。即，使立铣刀在同一直线轨道上往返并反复切削齿面。 

(实施例1) 

在说明本实施例的齿面的加工方法之前，使用图1、图2，说明NC加工装置20。为了说明，而将正交坐标系XYZ如图1、图2所示那样定义。NC加工装置20是利用半径立铣刀30(以下，称为立铣刀30)对外冲头10的齿面进行切削的装置。外冲头10是齿轮整形用的模具的一部件。外冲头10例如为了对用于传动中使用的轮毂离合器用的正齿轮进行烧结而使用。外冲头10相当于在环状的正齿轮的环内面形成内齿用的所谓“型芯”。外冲头10具有圆筒形状。在外冲头10的外周面形成有沿着圆筒轴线延伸的多个齿。即，在外冲头10的外周面形成的齿的表面相当于齿面。 

立铣刀30具备绕其旋转轴线呈螺旋状延伸的切刃(外周刃)。而且，立铣刀30在工具前端还具备从旋转轴线朝向径向外侧延伸的切刃 (底刃)、将外周刃与底刃连接的切刃(R刃)。在NC加工装置20中，仅使用立铣刀30的外周刃对外冲头10的齿面进行切削。不使用底刃和R刃。立铣刀30的外周刃在宏观观察时呈与旋转轴线平行的直线状。即，使立铣刀30绕旋转轴线旋转时，外周刃的移动轨迹描绘圆筒面。该圆筒面在包含旋转轴线的截面中是与旋转轴线平行的直线。 

NC加工装置20的主要部件包括柱体22、第一移动机构24、滑动件26、第一旋转机构28、立铣刀30、第二旋转机构32、尾架34、第二移动机构36、台38、第三移动机构40、定心构件42、固定用具44、夹盘46、计算机50。第一移动机构24、第三移动机构40及第一旋转机构28是使作为加工工具的立铣刀30移动/旋转的机构。第二移动机构及第二旋转机构是使作为被加工物的外冲头10移动/旋转的机构。 

第三移动机构40设置于台38。第三移动机构40是用于使柱体22沿着在水平面内延伸的Y轴移动的促动器。在驱动第三移动机构40时，柱体22相对于台38沿着Y轴移动。第一移动机构24设置于柱体22。第一移动机构24是用于使滑动件26沿着在铅垂方向上延伸的Z轴上下移动的促动器。当驱动第一移动机构24时，滑动件26相对于柱体22沿着Z轴移动。滑动件26具备第一旋转机构28。立铣刀30由第一旋转机构28支承为可旋转。立铣刀30被支承为其旋转轴线A1沿着铅垂方向延伸。即，旋转轴线A1设定成与Z轴平行。当驱动第一旋转机构28时，立铣刀30绕其旋转轴线A1旋转。 

第二移动机构36设置在台38上。第二移动机构36是用于使第二旋转机构32及尾架34沿着在水平面内延伸的X轴移动的促动器。当驱动第二移动机构36时，第二旋转机构32及尾架34相对于台38沿着X轴移动。第二旋转机构32具备夹盘46。夹盘46由第二旋转机构32支承为可旋转。固定用具44的一端由夹盘46支承。即，固定用具44由第二旋转机构32支承为可旋转。固定用具44被支承为其中心轴线A2与X轴平行。当第二旋转机构32使夹盘46旋转时，固定用具 44绕其中心轴线A2旋转。尾架34具备定心构件42。定心构件42配置成与夹盘46所支承的固定用具44同轴。当固定用具44由夹盘46支承时，定心构件42将固定用具44的另一端支承为可旋转。 

NC加工装置20具备计算机50。计算机50通过线缆52而与各移动机构24、36、40及各旋转机构28、32连接。基于外冲头10的齿面的设计上的形状的NC数据被输入计算机50。NC数据是对利用立铣刀30切削外冲头10的齿面时的各移动机构及各旋转机构进行驱动(移动)用的数据。NC数据包括各移动机构的动作轨道(移动路径和移动速度)、各旋转机构的转速等的数据。即NC数据规定立铣刀30的移动路径。在此，立铣刀30的移动路径包括平移路径和绕着与立铣刀的旋转轴线交叉的两轴旋转的旋转角度。计算机50基于输入的NC数据来控制各移动机构24、36、40及各旋转机构28、32。其结果是，利用NC加工装置20的立铣刀30来切削外冲头10的齿面。 

接着，说明NC加工装置20的动作。图1、图2表示第一移动机构24停止在上限位置的状态的NC加工装置20。外冲头10在其贯通孔(中心孔)内插入有圆柱状的固定用具44的状态下由固定用具44固定。外冲头10由固定用具44固定成固定用具44的中心轴线A2与外冲头10的中心轴线一致。并且，如图1、图2所示，将外冲头10固定后的固定用具44固定在第一移动机构24停止在上限位置的状态的NC加工装置20上。第二旋转机构32使固定用具44旋转时，外冲头10绕中心轴线A2旋转。 

图3是表示计算机50执行的处理的流程的流程图。以下，使用图3，说明计算机50进行的处理。需要说明的是，图4和图5表示切削中的外冲头10与立铣刀30的位置关系，最好与图3一起参照。 

计算机50首先基于NC数据来驱动移动机构24、36、40及第二旋转机构32，在立铣刀30的外周刃与外冲头10的齿66的第一齿面 62对置的位置上配置立铣刀30(S2)。“第一齿面”表示齿66的表面。“第一齿面”是为了区别多个齿面而图方便赋予的名称。而且，以下，将与齿66相邻的齿68的表面称为第二齿面64。第二旋转机构32对外冲头10的角度进行调节，以使立铣刀30的旋转轴线A1与第一齿面62的设计面平行。在本实施例中，将立铣刀30的旋转轴线A1固定在铅垂方向上。立铣刀30的角度预先记载在NC数据中。 

接着，计算机50利用立铣刀30的外周刃来切削第一齿面62(S4)。具体而言，计算机50驱动第一旋转机构28，使立铣刀30连续旋转。而且，计算机50驱动第三移动机构40，如图4的箭头所示，使立铣刀30沿着与旋转轴线A1垂直的方向(Y轴方向)移动，并使立铣刀30的外周刃与第一齿面62接触。由此，来切削第一齿面62。第三移动机构40使立铣刀30移动到立铣刀30的外周面(即，外周刃的移动轨迹描绘的面)与第一齿面62的设计面相接的位置，在该位置上将立铣刀30的Y轴方向的位置固定。接着，计算机50驱动第二移动机构36，使外冲头10沿着其中心轴线A2方向移动。其结果是，利用立铣刀30沿着X轴方向切削第一齿面62。由此，在X轴方向的大范围内，第一齿面62被向设计面成形。在到此为止的立铣刀30的移动中，立铣刀30的旋转轴线A1被维持成同一方向。即，旋转轴线A1相对于台38的方向不变化。 

接下来，计算机50检查立铣刀30的外周刃的磨损度(S6)。计算机50利用未图示的检查机构来测定与立铣刀30的旋转轴线A1垂直的方向上的外周刃的宽度。计算机50取得该测定值，与预先输入的切削开始前的立铣刀30的宽度的测定值进行比较。计算机50在本次的测定值比预先输入的测定值小规定值以上时，对NC数据进行修正。在本实施例中，将NC数据中的切削时第三移动机构40使立铣刀30沿Y轴方向移动的移动量修正成比预先设定的值大的值。在本实施例中，仅修正切削时第三旋转机构40使立铣刀30移动的移动量即可，NC数据的修正变得容易。需要说明的是，对检查机构的测定值进行比较时 的规定值例如是基于第三移动机构40的最小移动量而决定的值。 

接下来，计算机50通过第一移动机构24使立铣刀30移动到上限位置，然后，如图5的箭头所示，利用第二旋转机构32使外冲头10旋转角度B1(S7)。说明角度B1。在图4和图5中，虚线L1表示从外冲头10的中心轴线A2朝向齿66沿着径向延伸的线。虚线L2表示从中心轴线A2朝向齿68沿着径向延伸的线。角度B1表示虚线L1与L2之间的角度。角度B1相当于相邻的齿间的间距角。即，计算机50在对第一齿面62进行了切削之后，使外冲头10旋转与齿间的间距角相当的角度B1。 

接下来，计算机50驱动移动机构24、36、40，在立铣刀30的外周刃与第二齿面64对置的位置上配置立铣刀30(S8)。接着，利用第三移动机构40使立铣刀30沿着Y轴方向移动，使立铣刀30的外周刃与第二齿面64接触。由此，来切削第二齿面64。第三移动机构40使立铣刀30移动到立铣刀30的外周面与第二齿面64的设计面相接的位置，在该位置上将立铣刀30的Y轴方向的位置固定。接着，计算机50驱动第二移动机构36，使外冲头10沿着其中心轴线A2方向移动。其结果是，通过立铣刀30沿着X轴方向切削第二齿面64(步骤S10)。由此，在X轴方向的大范围内，第二齿面64被向设计面成形。在步骤S10中，切削第二齿面64时的立铣刀30的方向(旋转轴线A1的方向)与步骤S4中的切削第一齿面62时的立铣刀30的方向相同。即，计算机50将本次(步骤S10)的切削时的立铣刀30的方向维持成与前一次(步骤S4)的切削时的立铣刀30的方向相同的方向，使立铣刀30与外冲头10的中心轴线A2平行地移动，由此来切削第二齿面64。 

在切削第二齿面64时，基于在步骤S14中修正后的NC数据来切削第二齿面64。因此，能防止因外周刃的磨损而第二齿面64的切削变得不充分的情况，能够高精度地切削第二齿面64。以后，进而反复切削时(S12为是)，即，在切削与第一齿面62及第二齿面64不同的齿 面时，反复实施步骤S6～步骤S10。需要说明的是，即使在反复执行步骤S10的情况下，也将立铣刀30的中心轴线A1的方向保持为与进行上一次切削时的立铣刀30的方向相同。 

如以上说明那样，在实施例1的技术中，利用立铣刀30反复切削外冲头10。在各切削工序中，仅利用立铣刀30的外周刃来切削齿面。因此，在各切削工序中，切削齿面的量(切削的部分的厚度)可以根据使立铣刀30朝向齿面沿着与旋转轴线A1垂直的方向(Y轴方向)移动的量(图4的箭头所示的方向的移动量)来调节。而且，在各切削工序中，将立铣刀30的旋转轴线的方向维持成恒定(铅垂方向)。因此，在各切削工序中，第三移动机构40使立铣刀30移动的方向始终为与立铣刀30的旋转轴线A1垂直的方向。因此，在外周刃磨损时，仅修正第三移动机构40产生的移动量，就能够维持加工精度。因此，NC数据的修正变得容易。 

(实施例2) 

在第二实施例中，说明对齿轮100进行加工的技术。齿轮100的齿面的设计上的形状在与齿轮100的中心轴线交叉的截面中是曲线。齿轮100是整体为圆筒形且在其外周面形成有多个齿的正齿轮。在齿轮100的齿的加工中也使用第一实施例中说明的NC加工装置20。图6的实线是与齿轮100的中心轴线交叉的截面，表示该截面上的齿轮100的齿72的设计上的形状。在设计上，齿72具有弯曲的齿面74。然而，立铣刀30的外周刃在宏观观察时是直线状。因此，若使立铣刀30平行移动并仅使用外周刃进行切削工序，则加工后的齿面成为平面。在本实施例中，在加工之前，对齿面74的设计上的形状即弯曲线进行折线近似。在本实施例中，以所述截面观察时，以弯曲线与各近似直线(对弯曲线进行了近似的折线中的各直线)之间的最大距离D为齿面的加工公差以下的方式算出折线。需要说明的是，以各近似直线的长度L为立铣刀30的刃长以下为前提。在本实施例中，齿面74的弯曲线由两条直线75a和75b来近似。 

使用图7和图8，说明基于图6中说明的折线近似而以多阶段来切削齿面的工序。需要说明的是，切削工序整体与图3所示的流程图的处理相等。不同的仅是步骤S7中的旋转角度。需要说明的是，与磨损相关的说明和第一实施例相同，因此这里省略说明。 

首先，计算机50驱动移动机构24、36、40及第二旋转机构32，在立铣刀30的外周刃与齿轮100的齿72对置的位置上配置立铣刀30(S2)。此时，利用第二旋转机构32调节齿轮100的角度，以使立铣刀30的旋转轴线A1与齿72的近似直线75a平行。接着，如图7所示，与第一实施例同样地切削齿72(S4)。通过该第一次的切削，形成与近似直线75a一致的齿面75b。省略步骤S6的说明。接着，计算机50使齿轮100旋转角度B2(S7)。关于角度B2，在后面详细说明。由此，配置成使立铣刀30的旋转轴线A1与齿72的近似直线76a平行(S8)。计算机50通过使立铣刀30沿着齿轮100的中心轴线A2平行地移动而切削齿72，形成与近似直线76a一致的齿面76b(S10)。 

关于角度B2进行说明。在图7和图8中，虚线L3(L3a、L3b)表示从齿轮100的中心轴线A2朝向齿72的径向的线(以下，称为半径线)。虚线L3a表示切削齿面75b时(即步骤S4)的半径线的位置。虚线L3b表示切削齿面76b时(即，步骤S10)的半径线的位置。从图8可知，旋转角B2等于相邻的近似直线75a与近似直线76a(切削后的齿面75b与齿面76b)所成的角度。即，计算机50在步骤S7中，使齿轮100旋转与相邻的近似直线75a与近似直线76a所成的角度B2相当的角度。 

在切削了齿面76b之后，进而反复切削时(S12为是)，即，在切削与齿面75b及齿面76b不同的齿面时，计算机50反复实施步骤S6～步骤S10。 

在第二实施例中，反复执行步骤S10时，将立铣刀30的旋转轴线A1的方向保持为与进行上一次切削时的立铣刀30的方向相同。 

在本实施例中，进行管理以使各近似直线与弯曲线之间的最大距离D为齿面的加工公差以下。因此，能够使用直线状的立铣刀30在规定精度内对齿轮100的齿面进行精加工。 

以上，说明了本发明的优选的实施例。对实施例中的注意点进行说明。图3的流程图中的步骤S4的处理相当于第一切削工序，接着步骤S4执行的步骤S10相当于第二切削工序。而且，在从步骤S12返回步骤S6的循环(loop)中，还可以是先执行的步骤S10的处理相当于第一切削工序，返回(loop back)后再次执行的步骤S10的处理相当于第二切削工序。 

图3的步骤S6的处理也可以取代计算机而由作业者执行。或者在磨损的进展平缓时，步骤S6的处理可以每当反复执行规定次数从步骤S12向步骤S4返回的循环时实施一次。 

在第一实施例中，示出了对齿面整体为平面的外冲头的齿面进行切削的例子。在第一实施例中，切削了第一齿面之后，切削与第一齿面相邻的第二齿面。也可以在切削了第一齿面之后，切削与第一齿面不相邻的其他的齿面。即，在图3的流程图的步骤S7中，也可以使外冲头旋转齿的间距的整数倍。 

在上述实施例中，将立铣刀的旋转轴线A1的方向维持成铅垂方向，但并不局限于该方向，也可以维持成任意的方向、例如水平方向。 

在第二实施例中，将对曲线齿面进行了近似的多个近似平面齿面以多阶段进行切削。即，对第二齿面进行加工时，将立铣刀30的方向保持为与第一齿面的加工中的立铣刀30的方向相同，并利用立铣刀30 的外周刃对由第一切削加工切削过的齿面的一部分进行切削。在切削通过多个平面齿面对曲面齿面进行了近似的齿轮时，也可以基于一个齿的一条近似直线对平面齿面进行了切削之后，基于其他齿的一条近似直线来切削平面齿面。即，一个齿的曲面齿面在截面中可以通过第一近似直线和第二近似直线来近似时，也可以如第一实施例那样，对多个齿依次加工与第一近似直线对应的平面齿面之后，接着加工各个齿的与第二近似直线对应的平面齿面。 

在以上说明的任何情况下，反复切削齿面时，都能始终保持立铣刀的旋转轴线的方向。在此，需要注意的是，将本次切削齿面时的立铣刀的方向保持为与上一次切削其他的齿面时的立铣刀的方向相同。即，在反复加工齿面时，立铣刀始终在相同直线上平行移动。通过采用此种结构，使对立铣刀的轨道进行规定的NC数据极其简单化。需要说明的是，在切削加工与切削加工之间，需要注意如何使立铣刀移动。 

以上，详细地说明了本发明的实施例，但这些只不过是例示，并未限定权利要求书的范围。权利要求书的范围所记载的技术包括对以上例示的具体例进行各种变形、变更的技术。本说明书或附图说明的技术要素能够单独或通过各种组合而发挥技术上的有用性，并未限定为申请时权利要求记载的组合。而且，本说明书或附图所例示的技术能同时实现多个目的，实现其中一个目的的情况自身就具有技术上的有用性。 

Claims (2)

1.一种齿面的加工方法，是对形成在筒状的有齿构件的侧面且沿着该有齿构件的中心轴线延伸的齿面进行加工的方法，其具有：

对与有齿构件的中心轴线交叉的截面中的齿面的设计上的弯曲线进行折线近似的近似工序，在该近似工序中，以各近似直线与弯曲线之间的最大距离为齿面的加工公差以下的方式进行近似；

将立铣刀的中心轴线的方向保持为与所述折线中的一条近似直线平行，且使立铣刀与有齿构件的中心轴线平行地移动，仅利用立铣刀的侧面刃对有齿构件的齿面进行切削的第一切削工序；

使有齿构件绕有齿构件的中心轴线旋转，从而使立铣刀的中心轴线的方向与所述折线中的另一近似直线平行的旋转工序；

将立铣刀的中心轴线的方向保持为与第一切削工序中的方向相同且与所述折线中的所述另一近似直线平行，且使立铣刀与有齿构件的中心轴线平行地移动，仅利用立铣刀的侧面刃对有齿构件的齿面进行切削的第二切削工序。

2.根据权利要求1所述的加工方法，

在近似工序中，以各近似直线的长度为立铣刀的侧面刃的长度以下的方式进行折线近似。

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