CN103167924A - 齿轮加工装置及齿轮加工条件设定装置 - Google Patents

Abstract

在滚齿机中，能够容易地得到合适的加工条件。该齿轮加工条件设定装置接收进给量确定参数和切削速度确定参数。储存部（11）中存储有切入量运算式，该切入量运算式表示由进给量和进给量确定参数确定的特性值与切入量的关系，利用该切入量运算式能够运算与切入量相对应的滚刀（1）的进给量。在存储部（11）中存储有温度一定曲线数据，该温度一定曲线数据表示将滚刀（1）的刃尖温度设定为规定温度时的切入量和切削速度关系，根据该数据并参照温度一定曲线，能够从切入量及切削速度确定参数值求得切削速度。

Description

齿轮加工装置及齿轮加工条件设定装置

技术领域

本发明涉及一种齿轮加工条件设定装置，特别涉及能够输出在利用滚刀对工件齿轮进行切削加工时的加工条件的齿轮加工条件设定装置及具备该装置的齿轮加工装置。

背景技术

作为齿轮加工装置的一个例子，提供有滚齿机。滚齿机为利用滚刀在工件上形成齿形的装置，在工作台侧支承有工件并在工具头上支承有滚刀。滚刀和工件通过各自的驱动机构以一定的关系旋转。另外，滚刀通过进给机构在相对于工件的齿轮轴向上按照一定的进给量被进给。

在包括上述滚齿机的机床中，为了提高加工效率，需要调整切削速使其适于各条件。例如，在专利文件1中，公开了根据工件材料的硬度求出切削速度的方法。另外，在专利文件2中，公开了在滚齿机中齿轮的模数和切削速度之间的关系（例如图17）。

现有技术文件

专利文件

专利文件1：（日本）特开2008-213097号公报

专利文件2：（日本）特开2001-87945号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

专利文件1中记载的方法为将工件限定在维氏硬度100以上170以下的纯铁或机械构造用碳素钢并且将刀尖温度设定在640℃到700℃之间的切削速度算定方法。因此，不能适用于用来设定一般的齿轮加工条件。

在此，在利用滚齿机进行切齿时，除了切削速度以外，滚刀的每个刃的进给量也对加工时间直接产生影响。但是，如专利文件2也公开的那样，在现有的加工条件的设定方法中，只是根据齿轮的模数来设定切削速度，进给量也如此。现状是对于这些设定没有明确的基准，根据以不使滚刀的刀刃产生缺损或异常摩擦的水平为基准的经验值来确定。另外，即使根据经验值可以设定合适的加工条件，如果滚刀及齿轮的各参数变化，就需要通过试加工等来找出新的加工条件。

本发明的课题在于通过输入滚刀和工件齿轮的各参数，容易地得到适合这些参数的加工条件。

解决技术课题的技术手段

本发明第一方面是齿轮加工条件设定装置，该装置输出在利用滚刀对工件齿轮进行切削加工时的加工条件，包括参数接收机构、第一存储机构、第二存储机构、进给量运算机构、第三存储机构及切削速度运算机构。参数接收机构接收包括滚刀及工件齿轮的各参数的进给量确定参数和包括滚刀的刀尖的加工中的目标温度的切削速度确定参数。第一存储机构存储有切入量运算式，该切入量运算式表示由滚刀相对于工件齿轮的进给量和进给量确定参数确定的特性值与滚刀每刃的运算切入量之间的关系。第二存储机构存储有预先根据工件齿轮的各参数及材质设定的滚刀每刃的最大极限切入量。进给量运算机构利用切入量运算式从包括最大极限切入量的预先设定的滚刀每刃切入量求得滚刀的进给量。第三存储机构存储有温度一定曲线，该温度一定曲线表示将滚刀的刀尖温度设定为规定温度时的切入量和切削速度之间的关系。切削速度运算机构参照温度一定曲线从与进给量相对应的切入量和切削速度参数求出切削速度。

在该装置中，用于确定进给量和切削速度的参数由操作员等输入。进给量确定参数包括滚刀和工件齿轮的各参数。切削速度参数包括滚刀的刀尖的加工中的目标温度。当输入这些参数后，能够利用切入量运算式从预先设定的滚刀的每刃的切入量运算出进给量。接着，利用温度一定曲线，能够从与求出的进给量相对应的切入量和切削速度确定参数求出切削速度。温度一定曲线为表示将滚刀的刀刃温度设定为规定温度时的切入量与切削速度之间的关系的曲线。

在此，通过输入滚刀及工件齿轮的各参数，能够容易地得到合适的进给量和切削速度。因此，即使滚刀和齿轮的各参数发生变化，也能够总是设定合适的进给量和切屑速度进行加工。

本发明第二方面的齿轮加工条件的设定装置在第一方面的装置的基础上，进给量确定参数包括滚刀相对于工件齿轮的指定进给量，进给量运算机构从参照运算切入量和最大极限切入量得到的切入量求出进给量，该运算切入量是利用切入量运算式从指定进给量得到的。

在此，考虑到表面粗糙度，有时也由操作员指定进给量。利用切入量运算式从该指定进给量求得运算切入量，并从运算切入量和最大极限切入量求得进给量。

在此，因为考虑表面粗糙度及最大极限切入量并确定进给量，所以能够容易地确定考虑了加工品质及滚刀寿命的加工条件。

本发明第三方面的齿轮加工条件设定装置在第二方面的装置的基础上，进给量运算手段从运算切入量及最大极限切入量中选择较小的值作为切入量。

在此，与第二方面一样，容易地确定考虑了加工品质和滚刀寿命的合适的加工条件。

本发明第四方面的齿轮加工条件装置在第一至第三方面中的任一方面的装置的基础上，包括在切入量运算式中的特性值与工件齿轮的模数、滚刀相对于工件齿轮的进给量及滚刀的螺纹头数的乘幂成正比，而与工件齿轮的齿数和滚刀的槽数成反比。

本发明第五方面的齿轮加工条件设定装置在第一至第四方面中的任一方面的装置的基础上，在滚刀的刀尖温度一定的情况下，温度一定曲线是根据切入量和切削速度成反比的情况而作成的。

本发明第六方面的齿轮加工条件装置在第一至第五方面中的任一方面的装置的基础上，切削速度运算机构从切削速度运算出主轴的转速。

本发明第七方面的齿轮加工条件设定装置在第六方面的装置的基础上，还具有存储有主轴电动机的容许输出功率的第四存储机构和主轴极限转速运算机构。主轴极限转速运算机构根据切削动力和容许输出功率运算主轴最大极限转速。切削动力从滚刀及工件齿轮的各参数、主轴转速和滚刀相对于工件齿轮的进给量得到。切削速度运算机构比较通过运算得到的主轴转速和主轴最大极限转速，并将较低的转速作为控制用主轴转速输出。

在此，首先从滚刀及滚刀的各参数、主轴转速以及进给量得到切削动力，并从该切削动力和容许输出功率运算出主轴最大极限转速。比较从第六方面的发明得到的主轴转速和主轴最大极限转速，并将较低的转速作为控制用主轴转速输出。

本发明第八方面的齿轮加工装置为进行形成齿形的切齿加工的装置，包括在前端安装有滚刀的主轴、使主轴沿着工件齿轮的轴向移动的进给机构、在设定包括进给机构的进给量和主轴的转速的加工条件的同时控制加工的数控部、向数控部输送进给量和主轴转速的设定值的第一至第七方面中任一方面所述的齿轮加工条件装置。

发明效果

根据以上的本发明，通过输入滚刀及工件齿轮的各参数，能够容易地得到合适的进给量和切削速度，从而根据合适的加工条件进行高效率的加工。

附图说明

图1为用于说明利用滚刀进行切齿加工的示意图。

图2为本发明一实施方式的滚齿机的整体框图。

图3为表示特性值q和切入量之间关系的图。

图4为表示最大极限切入量的一个例子的图。

图5为表示温度一定曲线、切入量及切削速度之间关系的图。

图6为加工条件运算装置的控制流程图。

具体实施方式

[关于利用滚刀进行的切齿加工]

首先，参照图1说明利用滚刀进行切齿加工的概况。在图1中，滚刀安装于滚齿机（齿轮加工装置）的主轴沿图的R1方向旋转。作为工件的齿轮坯料（以下记作工件齿轮）2被支承于滚齿机的工作台上沿图的R2方向旋转。由此，滚刀1和工件齿轮2以规定的关系互相旋转的同时进行切齿加工。滚刀1在齿轮轴方向（图1的与纸面垂直的方向）上工件齿轮2每转一圈进给规定量。以下，称此时的往齿轮轴方向的规定进给量为“进给量”。

在以下的说明中，滚刀1的参数有螺纹头数I和槽数（刃数）Zh，工件齿轮2的参数有模数m和齿数Zw。另外，加工条件指的是切削速度（与安装有滚刀的主轴的转速相对应）和滚刀1的进给量f。并且，如图1所示，滚刀1的每刃的切入量为ap。

[整体构成]

图2表示本发明一实施方式的滚齿机的整体框图。该滚齿机具有滚齿机主体5、控制滚齿机主体5的加工的数控装置（NC装置）6和对数控装置6发出滚刀1的进给量f及切削速度V（主轴转速）指令的加工条件运算装置7。滚刀1支承于滚齿机主体5的主轴，工件2被工作台支承。

滚齿机主体5中设有主轴电动机5a及进给电动机5b。主轴电动机5a为用于驱动安装有滚刀1的主轴使其旋转的电动机。进给电动机5b为用于使安装有滚刀1的主轴沿着工件齿轮2的齿轮轴方向移动的电动机。

数控装置6中设置有存储加工程序的存储装置（未图示）和用于设定加工条件的输入部10。从该输入部10输入作为输入参数的滚刀1和工件齿轮2的各参数、指定进给量等加工条件。

加工条件运算装置7具有存储部11和运算部12。经由输入部13在加工条件运算装置7中输入滚刀刀尖的目标温度、主轴电动机5a的容许输出功率等作为控制用的阈值。存储部11储存有各种数据库及切削动力计算公式。关于数据库将于后文叙述。另外，切削动力计算公式为用来从滚刀及工件齿轮的各参数、主轴转速及进给量求得切削动力的运算式。运算部12具有参数接收功能、加工条件运算功能及条件输出功能。参数接收功能是指读取从输入部13输入的阈值等参数和从数控装置6提供的参数的功能。加工条件运算功能是指参照存储在存储部11中的数据库运算出用滚齿机主体5进行切齿加工时的合适条件的功能，该条件是指滚刀1相对于工件齿轮2的合适进给量f（mm/t-rev）及切削速度（主轴转速：m/min）。条件输出功能是指将由运算得到的进给量f输出到数控装置6的同时，向数控装置6输出与切削速度相对应的控制用主轴转速的功能。

数控装置6根据加工条件运算装置7发送的信号对主轴电动机5a及进给电动机5b发送电流指令值。由此，滚刀1一边以适于各条件的转速旋转一边以适于各条件的进给量进给。

[存储部的数据库]

如上所述，存储部11中存储为了运算加工条件而从输入部13输入的控制用阈值等参数，并储存以下所示的各种数据库。

<第一数据库>

第一数据库DB1为表示与某个特性值q对应的运算切深值ap1。本发明的发明者从各个观点出发对滚刀1、工件齿轮2的各参数等以及切入量进行了研究。其结果，通过定义特性值q，发现了如图3所示的特性值与切入量ap之间具有一定关系，以及切入量ap可以根据以下的近似公式表示。

ap=β×q^r----（1）

需要说明的是，特性值q为根据工件齿轮2的模数m、滚刀1相对于工件齿轮2的进给量f（mm/t-rev）、滚刀1的螺纹头数I、工件齿轮2的齿数Zw及滚刀1的槽数Zh定义的值，通过如下式子表示。

q=m×f×l^α/（Zw×Zh）----（2）

即，特性值q为与模数m、进给量f及螺纹头数I的乘幂成正比，与齿数Zw及槽数Zh成反比例的值。

在此，作为第一数据库DB1，在存储部11中储存有用于运算切入量ap1的近似式（1）及表示特性值q和进给量f关系的式子（2）。以下把由近似式（1）得到的切入量记作“运算切入量ap1”。

<第二数据库>

第二数据库DB2为最大极限切入量ap2的数据，该最大极限切入量ap2是凭经验根据工件齿轮2的材质、模数m及工件齿轮2的齿数Zw确定的。图4表示的是作为第二数据库DB2的一个例子，表示了工件齿轮2的材质为布氏硬度（HB）在200以下时的最大极限切入量ap2。需要说明的是，当以最大切入量以上的切入量进行加工时，发生滚刀1的刀刃的折损或者异常磨损的可能性升高。

<第三数据库>

根据本申请的发明者的研究，掌握了滚刀1的刃尖现象与切削条件的如下关系。

即，根据刃尖的现象与切削条件之间的关系可知，刃尖的磨损对加工中产生的热量，刃尖的缺损对施力，微小的仰倾对局部应力分别产生较大的影响。并且，热量与切削速度和切削量有关，而缺损和局部应力均与切入量有关。

因此，为了抑制刃尖的磨损，抑制热量即抑制刃尖温度显得重要。通过对在某切入量和规定的切削速度下进行切齿加工时的刃尖的温度进行解析的结果可知，切削速度与切入量值的乘积与刃尖的温度之间具有规定的相互关系。在这种情况下，当刃尖温度一定时，如图5所示，切削速度和切入量的关系为随着切入量的增大逐渐接近ap轴，随着切入量减小逐渐接近V轴。

如图5所示，根据以上的研究结果可以得到相对于某一定刃尖温度的曲线T的切入量ap和切削速度V之间的关系。如图5所示的数据作为第三数据库DB3储存在存储部11中。

[控制处理]

图6表示用于设定加工条件的流程图。需要说明的是，在图6中，流程图的左侧栏表示输入参数，右侧栏表示存储在存储部11中的控制用参数和预先存储在存储部11中的数据库的内容。在各处理的步骤中所使用的输入参数及数据库用虚线将其关联。

首先，在步骤S1中，接收从输入部13输入的各种参数和在数控装置6中输入的各参数等。运算部12读取的参数如下所示：

（a）工件齿轮各参数：模数m、齿数Zw

（b）指定进给量f’

（c）滚刀各参数：槽数Zh、螺纹头数I

在此，指定进给量f’为操作员考虑工件齿轮2的加工表面粗糙度等从输入部13输入的值。此时的表面粗糙度为理论表面粗糙度，是由进给量和滚刀的外径确定的值。需要说明的是，有时也有不指定（不输入）指定进给量f’的情况，因为表面粗糙度的设计目标值有时会超过滚刀的刃尖能力。

接着，在步骤S2中，利用第一数据库DB1从指定进给量f’求得运算切入量ap1。即，

运算切入量：ap1=β×q^r

特性值：q=m×f×I^α/（Zw×Zh）

利用上述各公式，从指定进给量f’、滚刀及工件齿轮的各参数运算出运算进给量ap1。

在步骤S3中，从在步骤S2中求得的运算切入量ap1和第二数据库DB2的最大极限切入量ap2求得切入量ap。具体而言，在步骤S3中，当运算切入量ap1比最大极限切入量ap2小时，将运算切入量ap1设定为切入量ap；当运算切入量ap1比最大极限切入量ap2的值大时，将最大极限切入量ap2设定为切入量ap。即，将两个切入量中的小的参数作为切入量ap。需要说明的是，当没有指定指定进给量f’时，将最大极限切入量ap2设定为切入量ap。

然后，在步骤S4中，利用第一数据库DB1的近似式和特性值q的式子，从切入量ap运算出进给量f。当两个切入量相同时，可以采用任一个切入量。

接着，在步骤S5中，参照存储部11中存储的滚刀1刃尖的目标温度T和第三数据库DB3，利用目标温度T运算与切入量ap相对应的切削速度V1。然后，在步骤S6中，将步骤S5中得到的切削速度V1换算为与主轴电动机5a连接的主轴转速s1。

然后，在步骤S7中，从存储在存储部11中的主轴电动机5a的容许输出功率和切削动力求得最大极限转速s2。切削动力为从滚刀及工件齿轮的各参数、主轴转速及进给量求得的值。

接着，在步骤S8中，从这些转速s1及最大极限转速s2求得与切削速度相对应的控制用主轴转速s。具体而言，当主轴转速s1比最大主轴转速s2小时，将转速s1设定为主轴转速；当转速s1比最大极限转速s2大时，将最大极限转速s2设定为主轴转速s。即，将两个转速中较小的参数设定为控制用主轴转速s。需要说明的是，当两个转速相同时，可以采用任一个转速。

接着，在步骤S9中，将通过上述处理求得的进给量f和主轴转速s发送到数控装置2并结束处理。

需要说明的是，在数控装置2中，根据发送过来的主轴转速s并考虑从主轴电动机5a到主轴的动力路径的减速比等，确定主轴5a的指令电流。

[特征]

（1）通过输入滚刀及工件齿轮的各参数和表面粗糙度，能够容易地得到合适的进给量f和切削速度V（主轴转速）。因此，即使滚刀及工件齿轮的各参数改变，也无需试加工，从而总是容易地得到合适的加工条件。

（2）为了确定适于各条件的进给量，除了从指定进给量求得的运算切入量外，也参照作为经验值得到的最大极限切入量，所以能够容易确定考虑了加工品质及滚刀的寿命的加工条件，所述指定进给量是根据滚刀及工件齿轮的各参数及表面粗糙度求得的。

（3）因为从进给量求得切削速度以使滚刀的刃尖温度达到目标温度，所以能够在防止滚刀的异常磨损的同时，在高效率的条件下进行加工。

[其他实施方式]

本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明范围内可以进行各种变形和修正。

（a）为了得到切入量的近似式，将工件齿轮的模数m、齿数Zw、指定进给量f’、滚刀的槽数Zh及螺纹头数I作为参数，但是也可以加上除这些以外的参数得到近似式。

（b）本发明将加工条件运算装置与滚齿机的数控装置分别设置，但是也可以将加工条件运算装置组装在数控装置的内部。

工业实用性

利用本发明的装置，通过输入滚刀及工件齿轮的各参数等，能够容易地得到合适的进给量和切削速度，从而在合适的加工条件下进行高效率加工。

符号说明

1   滚刀

2   工件齿轮

5   滚齿机

6   数控装置

7   加工条件运算装置

11  存储部

12  运算部

Claims (8)

1.一种齿轮加工条件设定装置，其特征在于，其输出利用滚刀对工件齿轮进行切削加工时的加工条件，包括：

参数接收机构，其接收包括滚刀及工件齿轮的各参数的进给量确定参数和包括滚刀刃尖的加工中的目标温度的切削速度确定参数；

第一存储机构，其存储有切入量运算式，所述切入量运算式表示由滚刀相对于工件齿轮的进给量和所述进给量确定参数确定的特性值与滚刀每刃的运算切入量之间的关系；

第二存储机构，其存储有预先根据工件齿轮的各参数和材质设定的滚刀每刃的最大极限切入量；

进给量运算机构，其利用所述切入量运算式，从包括所述最大极限切入量的预先设定的滚刀每刃的切入量求得滚刀的进给量；

第三存储机构，其存储有温度一定曲线数据，所述温度一定曲线数据表示将滚刀的刃尖温度设定为规定的温度时的切入量与切削速度之间的关系；

切削速度运算机构，其参照所述温度一定曲线，从与所述进给量对应的切入量和切削速度确定参数求出切削速度。

2.如权利要求1所述的齿轮加工条件装置，其特征在于，

所述进给量确定参数包括滚刀相对于工件齿轮的相对指定进给量，

所述进给量运算机构从参照运算切入量和所述最大极限切入量得到的切入量求得所述进给量，所述运算切入量是利用所述切入量运算式从所述指定进给量得到的。

3.如权利要求2所述的齿轮加工条件设定装置，其特征在于，

所述进给量运算机构从所述运算切入量和所述最大极限切入量中选择较小的一方作为所述切入量。

4.如权利要求1至3中任一项所述的齿轮加工条件设定装置，其特征在于，

所述切入量运算式所包括的特性值与工件齿轮的模数、滚刀相对于工件齿轮的进给量和滚刀的螺纹头数的乘幂成正比，与工件齿轮的齿数及滚刀的槽数成反比。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的齿轮加工条件设定装置，其特征在于，

在滚刀的刃尖温度一定时，所述温度一定曲线是基于切入量与切削速度成反比的情况而作成的。

6.如权利要求1至5中的任一项所述的齿轮加工条件设定装置，其特征在于，

所述切削速度运算机构从所述切削速度运算主轴转速。

7.如权利要求6中所述的齿轮加工条件装置，其特征在于，还包括：

第四存储机构，其存储有主轴电动机的容许输出功率；

主轴极限转速运算机构，其从切削动力和所述容许输出功率运算出主轴最大极限转速，所述切削动力是从滚刀及工件齿轮的各参数、主轴转速及滚刀相对于工件齿轮的进给量求得的；

所述切削速度运算机构比较通过所述运算求得的主轴转速和所述主轴最大极限转速，并将较小的转速作为控制用主轴转速输出。

8.一种齿轮加工装置，其特征在于，进行形成齿形的切齿加工，包括：

主轴，其前端安装有滚刀；

进给机构，其用于使所述主轴沿着工件齿轮的轴向移动；

数控部，其在设定包括所述进给机构的进给量及所述主轴的转速的加工条件的同时控制加工；

齿轮加工条件设定装置，其为权利要求1至7中的任一项所述的齿轮加工条件设定装置，将进给量及主轴转速的设定值发送到所述数控部。

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