CN104339038A - 齿轮加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够通过使加工用工具以及工件高速地同步旋转并进行切削加工来加工高精度的齿轮的齿轮加工装置。加工用工具(42B)以工具刀(421B)的齿节Pb为齿轮(G)的齿(g)的齿节P的2以上的整数倍的方式制成。通过在齿轮加工装置(1)中的切削加工时使用该加工用工具(42B)，能够减少同时接触工件(W)的加工用工具(42B)的工具刀(421B)的数目，所以能够减少切削阻力来抑制切削加工时的自激振动的产生，并提高齿轮的齿向精度(齿向的波动)。

Description

齿轮加工装置
本申请在此引用2013年08月08日提出的日本专利申请2013-164926号的包括说明书、附图和摘要在内的公开的全部内容。
技术领域
本发明涉及通过使加工用工具以及工件高速地同步旋转进行切削加工来加工齿轮的齿轮加工装置。
背景技术
以往，通过使用加工中心等工作设备进行切削加工来加工齿轮的情况下，作为加工内齿以及外齿的有效的方法，例如，有日本特开2012－51049号公报所记载的加工方法。该加工方法是使能够绕旋转轴线旋转的加工用工具，例如具有多个工具刀的刀具和能够绕相对于加工用工具的旋转轴线倾斜了规定的角度的旋转轴线旋转的工件高速地同步旋转，并向工件的旋转轴线方向进给加工用工具来进行切削加工从而展成齿的加工方法。
然而，在该加工方法中，多个工具刀同时接触工件，所以有切削阻力增大的趋势。因此，存在切削加工时容易产生自激振动，使齿轮的齿向精度(齿向的波动)恶化的可能性。若减小加工用工具的刀具直径，则虽然工具刀的相对于工件的接触数量减少，但是存在加工用工具的工具刚性降低的可能性。
因此，日本特开2012－51049号公报记载了使加工用工具向沿工件的齿的表面的进给路径方向移动的加工方法，且使加工用工具相对于工件以变化的进给速度向进给路径方向移动的加工方法。根据该加工方法，加工的微小的划痕的间隔沿齿的表面不规则地呈现，所以能够减少加工用工具与工件的啮合部的杂音，即切削加工时的自激振动。
在上述的日本特开2012－51049号公报所记载的加工方法中，需要使加工用工具的进给速度相对于工件变化，所以进给控制变得复杂，难以实现齿轮的齿形形状的高精度化。
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的之一在于提供能够通过使加工用工具以及工件高速地同步旋转，并进行切削加工来加工高精度的齿轮的齿轮加工装置。
本发明的一方式的齿轮加工装置具备：加工用工具，其具有相对于工件的旋转轴线倾斜的旋转轴线，
上述齿轮加工装置在使上述加工用工具一边与上述工件同步旋转一边向上述工件的旋转轴线方向进行进给操作来加工齿轮，
上述加工用工具的工具刀的间隔为上述齿轮的齿的间隔的整数倍，并且为2以上的整数倍。
由此，在齿轮加工装置中的切削加工时，能够减少同时接触工件的加工用工具的工具刀的数目，所以能够减少切削阻力来抑制切削加工时的自激振动的产生，并提高齿轮的齿向精度(齿向的波动)。
本发明的另一方式为，在上述方式的齿轮加工装置中，上述加工用工具的工具刀的间隔可以为等间隔。由此，能够将进行切削加工时的工具刀的负荷稳定化。
本发明的另一方式为，在上述方式的齿轮加工装置中可以是，
具有与上述齿轮的齿的间隔相同的间隔的假想加工用工具的工具刀的数目与上述齿轮的齿的数目的最大公约数为比1大的整数，
以上述加工用工具的工具刀的间隔相对于上述齿轮的齿的间隔为2以上的整数倍的方式对上述假想加工用工具的工具刀进行间隔剔除作为加工用工具，并实际用于切削加工。
若同一工具刀能够对同一齿槽进行切削加工，则工具刀的精度偏差不会影响齿轮的齿向精度(齿向的波动)。如果，假设最大公约数为1，则直到对某个特定的齿进行了切削加工的特定的工具刀再次对上述特定的齿进行切削加工为止的加工用工具的转数为加工用工具的全周的工具刀的数目与齿轮的全周的齿的数目的乘算值，为非常大的值，所以难以提高齿轮的齿向精度(齿向的波动)。通过将最大公约数设为比1大的整数，能够减少齿轮的齿向的波动。
本发明的另一方式为，在上述方式的齿轮加工装置中可以是，
将具有与上述齿轮的齿的间隔相同的间隔的假想加工用工具的工具刀的数目与上述齿轮的齿的数目的最小公倍数除以上述工具刀的数目的除算值为比1大的整数，
以上述的加工用工具的工具刀的间隔相对于上述齿轮的齿的间隔为2以上的整数倍的方式对上述假想加工用工具的工具刀进行间隔剔除作为加工用工具，并实际用于切削加工。
该除算值表示直到对某个特定的齿进行了切削加工的特定的工具刀再次对上述特定的齿进行切削加工为止的加工用工具的转数。因此，若除算值为1则工具刀的数目与齿的数目相同，内齿加工的情况下不可行，所以通过将除算值设为比1大的整数，能够使内齿加工可行。
本发明的另一方式为，在上述方式的齿轮加工装置中，上述除算值可以为10以下的整数。通过减小除算值，能够提高齿轮的齿向精度(齿向的波动)。
本发明的另一方式为，在上述方式的齿轮加工装置中，上述加工用工具的工具刀的间隔可以为不等间隔。由此，切削阻力不是周期性地变化而是不规则地变化，所以切削加工时难以产生自激振动，能够提高齿轮的齿向精度(齿向的波动)。
附图说明
通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明的上述的和其它的特点和优点会变得更加清楚，其中，类似的附图标记用于说明类似的要素，其中：
图1是表示本发明的实施方式所涉及的齿轮加工装置的整体构成的立体图。
图2是表示图1的齿轮加工装置的概略结构以及控制装置的图。
图3是用于说明齿轮的齿形形状的误差亦即齿向误差的图。
图4是表示通常使用的加工用工具的概要图。
图5是表示本实施方式的齿轮加工装置所使用的加工用工具的概要图。
图6是用于说明图5的加工用工具的工具刀的齿节的图。
图7是表示本实施方式的齿轮加工装置所使用的另一方式的加工用工具的图。
具体实施方式
首先，对本发明的实施方式即齿轮加工装置的机械构成进行说明。作为齿轮加工装置1的一个例子，例举了5轴加工中心，并参照图1以及图2进行说明。该齿轮加工装置1具有相互正交的三个直进轴(X、Y、Z轴)以及两个旋转轴(A轴、C轴)作为驱动轴。
如图1以及图2所示，齿轮加工装置1由机座10、立柱20、滑鞍30、主轴40、工作台50、倾斜工作台60、回转工作台70以及控制装置100等构成。此外，虽然省略图示，但与机座10并排地设有已知的自动工具交换装置。
机座10大致为直方体形状，配置在地板上。但是，机座10的形状并不限定于直方体形状。在该机座10的上表面10a，以向X轴方向(水平方向)延伸并且相互平行的方式形成有立柱20能够滑动的一对X轴导轨11a、11b。并且，在机座10上，在一对X轴导轨11a、11b之间，配置有用于向X轴方向驱动立柱20的省略图示的X轴滚珠丝杠，且配置有用于旋转驱动该X轴滚珠丝杠的X轴马达11c。
在立柱20的底面，以向X轴方向延伸并且相互平行的方式形成有一对X轴导槽21a、21b。一对X轴导槽21a、21b经由滚珠导轨22a、22b嵌入在一对X轴导轨11a、11b上，从而立柱20能够相对于机座10向X轴方向移动。其结果，立柱20的底面以能够移动的方式保持在机座10的上表面上。
并且，在立柱20的与X轴平行的侧面亦即滑动面20a，以向Y轴方向(铅垂方向)延伸并且相互平行的方式形成有一对Y轴导轨23a、23b。滑鞍30被一对Y轴导轨23a、23b引导，能够向Y轴方向滑动。并且，在立柱20上，在一对Y轴导轨23a、23b之间，配置有用于向Y轴方向驱动滑鞍30的省略图示的Y轴滚珠丝杠，并且配置有旋转驱动该Y轴滚珠丝杠的Y轴马达23c。
在与立柱20的滑动面20a对置的滑鞍30的侧面30a，以向Y轴方向延伸并且相互平行的方式形成有一对Y轴导槽31a、31b。以滑鞍30能够相对于立柱20向Y轴方向移动的方式，一对Y轴导槽31a、31b嵌入于一对Y轴导轨23a、23b，滑鞍30的侧面30a与立柱20的滑动面20a紧贴。
主轴40以能够通过收纳在滑鞍30内的主轴马达41旋转的方式设置，支承加工用工具42。加工用工具42被工具支架43保持并被固定在主轴40的前端，并且随着主轴40的旋转而旋转。另外，加工用工具42随着立柱20以及滑鞍30的移动而相对于机座10向X轴方向以及Y轴方向移动。其中，作为加工用工具42，在本实施方式中使用具有多个工具刀的滚齿(hob)。
并且，在机座10的上表面，以向与X轴方向正交的Z轴方向(水平方向)延伸并且相互平行的方式形成有一对Z轴导轨12a、12b。工作台50能够在Z轴导轨12a、12b上向Z轴方向滑动。并且，在机座10上，在一对Z轴导轨12a、12b之间，配置有用于向Z轴方向驱动工作台50的省略图示的Z轴滚珠丝杠，并且配置有旋转驱动该Z轴滚珠丝杠的Z轴马达12c。
工作台50以能够相对于机座10向Z轴方向移动的方式设置在一对Z轴导轨12a、12b上，并被引导。在工作台50的上表面设有支承倾斜工作台60的倾斜工作台支承部63。而且，在倾斜工作台支承部63设有倾斜工作台60，倾斜工作台60能够绕在水平方向配置的A轴旋转(摆动)。倾斜工作台60通过收纳在工作台50内的A轴马达61旋转(摆动)。
在倾斜工作台60上设有回转工作台70，回转工作台70能够绕与A轴成直角的C轴旋转。在回转工作台70夹有工件W。回转工作台70与工件W一起通过C轴马达62旋转。
控制装置100控制主轴马达41，并使加工用工具42旋转。另外，控制装置100控制X轴马达11c、Z轴马达12c、Y轴马达23c、A轴马达61以及C轴马达62，以使工件W和加工用工具42在X轴方向、Z轴方向、Y轴方向、绕A轴以及C轴进行相对移动，从而进行工件W的切削加工。
接下来对加工用工具的工具刀进行说明。在上述的齿轮加工装置1中，通过使加工用工具42和工件W以高速同步旋转，并且在向工件W的旋转轴线方向进给加工用工具42并进行切削加工，从而展成齿。在该切削加工中通常使用图4所示的加工用工具42A(详细后述)。加工用工具42A相当于本发明的假想加工用工具。在加工用工具42A中，多个(例如，5～10个)工具刀421A同时接触工件W，所以有切削阻力变大的趋势。因此，存在切削加工时容易产生自激振动，从而使齿轮的齿向精度(齿向的波动)恶化的可能性。如图3所示，齿向精度是对齿轮G的齿g的侧面s，沿轴线方向d2测定周向d1方向的凹凸，并将测定结果与齿面的理论形状进行比较来求出的误差，也称为齿向误差。
因此，在本实施方式的齿轮加工装置1中的切削加工时，使用对通常使用的加工用工具42A的工具刀421A进行了间隔剔除的加工用工具42B(参照图5，详细后述)。加工用工具42B是本发明中的实际用于切削加工的加工用工具。即，将加工用工具42B的工具刀421B的齿节(间隔)Pb设为展成的齿轮G的齿g的齿节(间隔)P的整数倍，并且设为2以上的整数倍。这里，齿节Pb是在加工用工具42B的基准圆(基准线)Bt上的相邻的工具刀421B间的距离，另外，齿节P是齿轮G的基准圆(基准线)Bg上的相邻的齿g间的距离。
具体而言，如图4所示，在通常使用的加工用工具42A中，以工具刀421A的齿节Pa与展成的齿轮G的齿g的齿节P相同(Pa＝P)的方式制成。加工用工具42A中的工具刀421A的齿节Pa是基准圆Bt上的相邻的工具刀421A为止的距离，齿轮G的齿g的齿节P是基准圆Bg上的相邻的齿g为止的距离。而且，加工用工具42A以在全周上使工具刀421A的齿节Pa等间隔的方式制成。
如图5所示，本实施方式的齿轮加工装置1所使用的加工用工具42B以工具刀421B的齿节Pb即基准圆Bt上的相邻的工具刀421B为止的距离为齿轮G的齿g的齿节P的整数倍，并且为2以上的整数倍(在本例子中，Pb＝3P)的方式制成。通过在齿轮加工装置1中的切削加工时使用这样的加工用工具42B，能够减少同时接触工件W的加工用工具42B的工具刀421B的数目(例如，1～3个)。因此，能够减少切削阻力来抑制切削加工时的自激振动的产生，并提高齿轮G的齿向精度(齿向的波动)。
而且，加工用工具42B以在全周上使工具刀421B的齿节Pb等间隔的方式制成。由此，能够将切削加工时的工具刀421B的负荷稳定化。
接下来，对在通常使用的加工用工具42A的全周上形成的工具刀421A的数目的设定方法进行说明。这里，假设已经设定了齿轮G的全周的齿g的数目Ng。以加工用工具42A的全周的工具刀421A的数目Nt以及齿轮G的全周的齿g的数目Ng的最大公约数为比1大的整数的方式设定工具刀421A的数目Nt。若同一个工具刀421A能够对同一个齿槽进行切削加工，则工具刀421A的精度偏差不会影响齿轮G的齿向精度(齿向的波动)。
若假设最大公约数为1，则直到对某个特定的齿g进行了切削加工的特定的工具刀421A再次对上述特定的齿g进行切削加工为止的加工用工具42A的转数为加工用工具42A的全周的工具刀421A的数目Nt以及齿轮G的全周的齿g的数目Ng的乘算值(Nt×Ng)，该乘算值为非常大的值，所以难以提高齿轮G的齿向精度(齿向的波动)。通过将最大公约数设为比1大的整数，能够减少齿轮G的齿向的波动。
进而，以工具刀421A的数目Nt与齿g的数目Ng的最小公倍数除以工具刀421A的数目Nt的除算值为比1大的整数且为10以下的整数的方式设定工具刀421A的数目Nt。该除算值表示直到对某个特定的齿g进行了切削加工的特定的工具刀421A再次对上述特定的齿g进行切削加工为止的加工用工具42A的转数。
若上述除算值为1，则工具刀421A的数目Nt与齿g的数目Ng相同，内齿加工的情况下不能够进行齿轮加工。因此，通过将除算值设为比1大的整数，能够进行内齿加工。另外，通过将除算值设为10以下的整数，能够提高齿轮G的齿向精度(齿向的波动)。该情况下，加工用工具42B的工具刀421B的数目为Nt×P/Pb。
具体而言，如图6所示，将工具刀421B的齿节Pb设为齿g的齿节P的3倍的情况下，为了防止未进行切削加工的齿g的产生，需要齿g的数目Ng为不能够被3除尽的值，且工具刀421A的数目Nt为能够被3除尽的值。
例如，将齿g的数目Ng设定为100，将工具刀421A的数目Nt设定为60的情况下，工具刀421A的数目60以及齿g的数目100的最小公倍数为300。该最小公倍数300除以工具刀421A的数目60的值为5，为比1大的整数且为10以下的整数。该情况下，加工用工具42B的工具刀421B的数目为20。
另外，将齿g的数目Ng设定为100，将工具刀421A的数目Nt设定为75的情况下，工具刀421A的数目75以及齿g的数目100的最小公倍数为300。该最小公倍数300除以工具刀421A的数目75的值为4，为比1大的整数且为10以下的整数。该情况下，加工用工具42B的工具刀421B的数目为25。
另外，将齿g的数目Ng设定为100，将工具刀421A的数目Nt设定为150的情况下，工具刀421A的数目150以及齿g的数目100的最小公倍数为300。该最小公倍数300除以工具刀421A的数目150的值为2，为比1大的整数且为10以下的整数。该情况下，加工用工具42B的工具刀421B的数目为50，比齿轮G的直径大，所以仅成为外齿的齿轮G的加工用工具42B。
另一方面，将齿g的数目Ng设定为100，将工具刀421A的数目Nt设定为45的情况下，工具刀421A的数目45以及齿g的数目100的最小公倍数为900。该最小公倍数900除以工具刀421A的数目45的值为20，为超过了10的整数，所以在工具刀421A的数目为45的情况下，齿轮G的齿向精度(齿向的波动)的提高变小。
通过上述说明，将工具刀421A的数目Nt设定为60、75、150。在工具刀421A的数目Nt为60时，加工用工具42B每旋转5次，对某个特定的齿g进行了切削加工的特定的工具刀421B再次对上述特定的齿g进行切削加工。另外，在工具刀421A的数目Nt为75时，加工用工具42B每旋转4次，对某个特定的齿g进行了切削加工的特定的工具刀421B再次对上述特定的齿g进行切削加工。另外，工具刀421A的数目Nt为150时，加工用工具42B每旋转两次，对某个特定的齿g进行了切削加工的特定的一个工具刀421B再次对上述特定的齿g进行切削加工。
根据以上的结果，下式(1)成立。
Nt＝Ng×s/t               (1)
这里，各个量表示如下：
Nt：工具刀421A的数目，
Ng：齿g的数目，
s：工具刀421B的齿节Pb/齿g的齿节P，
t：齿g的数目的约数。
而且，为了确保加工用工具42B的刚性，对从主轴40的前端面到加工用工具42B的前端面的距离亦即刀具长度L以刀具长度L除以刀具直径d的值L/d为1左右的方式进行设定。其中，刀具直径d能够根据齿轮G的模数以及工具刀421B的数目的关系求出。并且，通过对式(1)代入规定的数，求出工具刀421A的数目Nt，进一步求出工具刀421B的数目Nt×P/Pb，制成最终的加工用工具42B。
接下来对加工用工具的工具刀的另一方式进行说明。在上述的实施方式中，以加工用工具42B的工具刀421B的齿节Pb在全周上为等间隔的方式制成。在另一实施方式中，如图7所示，也可以以加工用工具42C的工具刀421C的齿节Pc、Pd在全周上为不等间隔的方式制成。
例如，也可以以将Pc设为齿轮G的齿g的齿节P的2倍(Pc＝2P)以及将Pd设为该齿节P的3倍(Pd＝3P)，并在加工用工具42C的全周上重复将Pc和Pd并排的齿节的方式制成。由此，切削阻力不是周期性地变化而是不规则地变化，所以切削加工时难以产生自激振动，能够提高齿轮G的齿向精度(齿向的波动)。此外，成为不等间隔的工具刀421C的齿节并不限定于齿轮G的齿g的齿节P的2倍和3倍的重复，可以为任意的倍数的组合。
此外，在上述的实施方式中，作为5轴加工中心的齿轮加工装置1能够使工件W绕A轴旋转。与此相对，5轴加工中心也可以构成为能够使工具42绕A轴旋转作为立式加工中心。另外，对将本发明应用于加工中心的情况进行了说明，但同样还能够应用于齿轮加工的专用机。另外，对外齿齿轮的加工进行了说明，但同样还能够应用于内齿齿轮的加工。

Claims (7)

1.一种齿轮加工装置，其特征在于，所述齿轮加工装置具备：
加工用工具，其具有相对于工件的旋转轴线倾斜的旋转轴线，
所述齿轮加工装置在使所述加工用工具一边与所述工件同步旋转一边向所述工件的旋转轴线方向进行进给操作来加工齿轮，
所述加工用工具的工具刀的间隔为所述齿轮的齿的间隔的整数倍，并且为2以上的整数倍。
2.根据权利要求1所述的齿轮加工装置，其特征在于，
所述加工用工具的工具刀的间隔为等间隔。
3.根据权利要求1所述的齿轮加工装置，其特征在于，
具有与所述齿轮的齿的间隔相同的间隔的假想加工用工具的工具刀的数目与所述齿轮的齿的数目的最大公约数为比1大的整数，
以所述加工用工具的工具刀的间隔相对于所述齿轮的齿的间隔为2以上的整数倍的方式对所述假想加工用工具的工具刀进行间隔剔除作为加工用工具，并实际用于切削加工。
4.根据权利要求2所述的齿轮加工装置，其特征在于，
具有与所述齿轮的齿的间隔相同的间隔的假想加工用工具的工具刀的数目与所述齿轮的齿的数目的最大公约数为比1大的整数，
以所述加工用工具的工具刀的间隔相对于所述齿轮的齿的间隔为2以上的整数倍的方式对所述假想加工用工具的工具刀进行间隔剔除作为加工用工具，并实际用于切削加工。
5.根据权利要求1～4的任意一项所述的齿轮加工装置，其特征在于，
将具有与所述齿轮的齿的间隔相同的间隔的假想加工用工具的工具刀的数目与所述齿轮的齿的数目的最小公倍数除以所述假想加工用工具的工具刀的数目的除算值设为比1大的整数，
以所述加工用工具的工具刀的间隔相对于所述齿轮的齿的间隔为2以上的整数倍的方式对所述假想加工用工具的工具刀进行间隔剔除作为加工用工具，并实际用于切削加工。
6.根据权利要求5所述的齿轮加工装置，其特征在于，
所述除算值为10以下的整数。
7.根据权利要求1所述的齿轮加工装置，其特征在于，
所述加工用工具的工具刀的间隔为不等间隔。
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