CN107530802A

CN107530802A - 齿轮加工机床和方法

Info

Publication number: CN107530802A
Application number: CN201680024349.6A
Authority: CN
Inventors: 薄出淳二
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Machine Tool Co Ltd
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2018-01-02
Anticipated expiration: 2036-06-15
Also published as: JP2017064800A; CN107530802B; MX2017013913A; US10272509B2; US20180141142A1; WO2017056573A1; JP6622044B2

Abstract

一种齿轮加工机床，其通过一边使能够绕工件旋转轴旋转的工件(W)与能够绕刀具旋转轴旋转的齿轮状刀具(17)啮合旋转，一边对齿轮状刀具(17)施加进刀和进给，从而工件(W)被齿轮状刀具(17)切齿，其中，在对所述刀具旋转轴施加轴交叉角进行粗加工之后，以所述工件旋转轴为中心使所述刀具旋转轴移动规定角度，由此在包含进给轴方向和移动后的进刀方向的平面内，使所述刀具旋转轴相对于所述工件旋转轴具有倾角，在此基础上进行精加工。

Description

齿轮加工机床和方法

技术领域

本发明涉及一种齿轮加工机床和方法。

背景技术

现在，对于无法实施滚齿加工的阶梯齿轮、内齿轮的切齿加工，主流是使用了插齿刀的插齿加工、使用了螺旋齿拉刀的拉削加工。

然而，插齿加工存在加工时间长、生产率低的问题，拉削加工存在设备费用价格高、加工精度难以调整、并且可加工的齿轮形状受限这样的问题。

因此，在例如下述专利文献1中，公开了使插齿刀不做往复运动而做旋转运动进行切削，来实现高精度且高效率的切齿加工的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-58505号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，对于上述专利文献1所公开的这种切齿加工，存在由于重复使用同一刀刃，而缩短工具寿命这一问题。

因此，在本发明中，其目的在于，提供一种能够高精度且高效率地进行齿轮的加工，并且实现工具的长寿命化的齿轮加工机床和方法。

技术方案

解决上述问题的第一发明的齿轮加工机床的特征在于，

通过一边使能够绕工件旋转轴旋转的被加工齿轮与能够绕刀具旋转轴旋转的齿轮状刀具啮合旋转，一边对所述齿轮状刀具施加进刀和进给，从而所述被加工齿轮被所述齿轮状刀具切齿，

所述齿轮加工机床包括：回转单元，其施加所述刀具旋转轴相对于所述工件旋转轴的轴交叉角；

刀具进刀单元，其使所述齿轮状刀具向与所述工件旋转轴方向正交的粗加工的进刀方向移动；

刀具移动单元，其使所述齿轮状刀具向与所述进刀方向和所述工件旋转轴方向正交的方向移动；

刀具进给单元，其使所述齿轮状刀具向与所述工件旋转轴方向平行的进给轴方向移动；以及

控制单元，其进行以下控制：对于向所述刀具旋转轴施加轴交叉角进行粗加工的所述被加工齿轮，利用所述刀具进刀单元和所述刀具移动单元，从粗加工的状态，使所述刀具旋转轴相对于与所述工件旋转轴正交的平面，以所述工件旋转轴为中心平行移动规定角度，由此在包含所述进给轴方向和移动后的进刀方向的平面内，使投影在该平面的所述刀具旋转轴相对于所述工件旋转轴具有倾角，在此基础上进行精加工。

换言之，解决上述问题的第一发明的齿轮加工机床的特征在于，

控制单元，其进行以下控制：对所述刀具旋转轴施加轴交叉角进行粗加工，利用所述刀具进刀单元和所述刀具移动单元，使所述刀具旋转轴从粗加工的位置相对于与所述工件旋转轴正交的平面，以所述工件旋转轴为中心平行移动规定角度，由此在包含所述进给轴方向和移动后的进刀方向的平面内，使投影在该平面的所述刀具旋转轴相对于所述工件旋转轴具有倾角，在此基础上进行精加工。

解决上述问题的第二发明的齿轮加工机床的特征在于，

在上述第一发明的齿轮加工机床中，

所述齿轮状刀具的刀刃包括设置在齿向的多个切削刃，

所述控制单元设定所述规定角度，以便在所述粗加工和所述精加工中改变参与加工的所述切削刃或者所述切削刃的组合。

解决上述问题的第三发明的齿轮加工方法的特征在于，

通过一边使能够绕工件旋转轴旋转的被加工齿轮与能够绕刀具旋转轴旋转的齿轮状刀具啮合旋转，一边对所述齿轮状刀具施加进刀和进给，从而将所述被加工齿轮利用所述齿轮状刀具进行切齿，

在对所述刀具旋转轴施加轴交叉角进行粗加工之后，以所述工件旋转轴为中心使所述刀具旋转轴移动规定角度，由此在包含所述进给轴方向和移动后的进刀方向的平面内，使所述刀具旋转轴相对于所述工件旋转轴具有倾角，在此基础上进行精加工。

解决上述问题的第四发明的齿轮加工方法的特征在于，

在上述第三发明的齿轮加工方法中，

所述齿轮状刀具的刀刃包括设置在齿向的多个切削刃，

设定所述规定角度，以便在所述粗加工和所述精加工中改变参与加工的所述切削刃或者所述切削刃的组合。

发明效果

根据本发明的齿轮加工机床和方法，能够高精度且高效率地进行齿轮的加工，并且实现工具的长寿命化。

附图说明

图1是本发明实施例的齿轮加工机床的立体图。

图2是表示本发明实施例的通过刀具进行工件的切削加工的状态的立体图。

图3是图2的工件轴向剖视图。

图4是说明本发明实施例的粗加工时的刀具位置的示意性立体图。

图5是说明本发明实施例的粗加工时的刀具位置的示意性俯视图。

图6是说明本发明实施例的精加工时的刀具位置的示意性立体图。

图7是说明本发明实施例的精加工时的刀具位置的示意性俯视图。

图8是说明本发明实施例的θ、η、γ关系的示意图。

图9是本发明实施例的粗加工时的切削部分的放大剖视图。

图10是本发明实施例的精加工时的切削部分的放大剖视图。

具体实施方式

以下，使用附图在实施例中对本发明的齿轮加工机床和方法进行说明。

[实施例]

如图1所示，在本实施例的齿轮加工机床(齿轮加工机床1)的床身11上，支承着立柱(刀具进刀单元)12，使其可沿着水平X轴方向(进刀方向(但是，在此的进刀方向是指粗加工的进刀方向。在本实施例中，如下所述，精加工的进刀方向会发生变化。))移动。另外，在立柱12的前表面支承着滑鞍(saddle)(刀具进给单元)13，使其可沿着与X轴方向正交的铅直的Z轴方向(进给轴方向)升降。另外，在滑鞍13的前表面支承着回转头(回转单元、轴交叉角设定单元)14，使其可绕沿着X轴方向延伸的刀具回转轴A回转。

另外，在回转头14的前表面支承着滑动头(刀具移动单元)15，使其可沿着作为齿轮加工机床1的横向的Y轴方向移动。另外，在滑动头15的前部形成刀具头16，其从该滑动头15突出成半圆状。并且，在刀具头16内支承着主轴16a，使其可绕与X轴和Y轴方向正交的刀具旋转轴B旋转，在该主轴16a的前端可拆装地装接有齿轮状刀具17。

另外，在床身11上的立柱12的主视侧支承着旋转工作台(工件旋转单元)18，使其可绕沿着Z轴方向延伸的工件旋转轴C旋转。并且，在旋转工作台18的上表面装配有圆筒状的装配夹具19，在该装配夹具19的上端内周面，可拆装地装接有工件(被加工内齿轮)W。需要说明的是，若工件W装接于装配夹具19，则该工件W的中心与旋转工作台18的工件旋转轴C呈同一轴上。

因此，在齿轮加工机床1中，通过驱动立柱12和滑鞍13，可以对刀具17施加向X轴方向的进刀和向Z轴方向的进给。另外，通过驱动滑动头15，可以使刀具17在Y轴方向上横向移动。并且，通过使刀具头16的主轴16a旋转运动，可以使刀具17绕刀具旋转轴B旋转，另一方面，通过使旋转工作台18旋转驱动，可以使工件W绕工件旋转轴C旋转。

另外，如图1所示，通过使回转头14绕刀具回转轴A回转，可以改变作为主轴16a和刀具17的旋转中心的刀具旋转轴B的回转角度。由此，能够调整刀具旋转轴B与工件旋转轴C之间的轴交叉角，该轴交叉角根据工件W的扭转角等调整。即，轴交叉角是在包含Y轴和Z轴的YZ平面内，由刀具旋转轴B与工件旋转轴C形成的交叉角度。

需要说明的是，如上所述，由于令回转头14可绕刀具回转轴A回转，因此随着该回转头14的回转动作，不仅使作为主轴16a和刀具17的旋转中心的刀具旋转轴B回转，而且使支承在该回转头14的滑动头15的移动方向也进行回转(倾斜)。

另外，齿轮加工机床1包括NC控制部(控制单元)20，通过该NC控制部20，对上述立柱12、滑鞍13、回转头14、滑动头15、刀具头16(主轴16a)以及旋转工作台18进行驱动控制。

在此，图2表示通过刀具17进行工件W的切削加工的状态的立体图，在图中，示出刀具旋转轴B、工件旋转轴C以及由刀具旋转轴B与工件旋转轴C形成的轴交叉角。需要说明的是，图2的两个箭头分别表示刀具17和工件W的旋转方向。如图2所示，刀具17是多刀刃形，刀刃包括设置在齿向的多个切削刃17a。

图3是图2的工件轴向剖视图。如图3所示，刀具17呈桶形，其径的大小在刀具宽度方向(刀具旋转轴方向)上发生变化。

在本实施例中，通过齿轮加工机床1，在切齿加工中进行前阶段的粗加工和后阶段的精加工。此时，通过改变刀具17在粗加工路径和精加工路径的倾角，使刀具17的下侧刀刃和上侧刀刃分担作用。由此，能够实现刀具17的长寿命化。

图4是说明粗加工时刀具17的位置的示意性立体图，图5是说明粗加工时刀具17的位置的示意性俯视图(图4相当于从图5的a‐a方向观察的图)。如图4所示，令粗加工时的轴交叉角(刀具旋转轴B与工件旋转轴C的交叉角度)为θ。图5的阴影部分表示粗加工时的切削部位，空心箭头表示粗加工的进刀方向，O_B表示通过刀具旋转轴B的刀具17的中心位置，O_C表示通过工件旋转轴C的工件W的中心位置。另外，图4、5中的X、Y、Z轴对应于图1的X、Y、Z轴。

图6是说明精加工时刀具17的位置的示意性立体图，图7是说明精加工时刀具17的位置的示意性俯视图(图6相当于从图7的b‐b方向观察的图)。图7的阴影部分表示精加工时的切削部位，空心箭头表示精加工的进刀方向，O_B表示(粗加工时的)通过刀具旋转轴B的刀具17的中心位置，O_C表示通过工件旋转轴C的工件W的中心位置。另外，图6、7中的X、Y、Z轴对应于图1的X、Y、Z轴。

如图7所示，粗加工时刀具17的中心位置O_B以工件W的中心位置O_C为中心，向工件W的切线方向移动角度α，在位于O_B'的位置的基础上(此时，如图6所示，刀具旋转轴B移动至B’的位置)，进行精加工。

换言之，(在对刀具旋转轴B施加轴交叉角θ)进行粗加工之后，刀具旋转轴B相对于XY平面(与工件旋转轴C正交的平面)，以工件旋转轴C为中心平行移动角度α的量的基础上，进行精加工。此时，轴交叉角也发生变化。令此时的轴交叉角为η。需要说明的是，根据图4可知，在图5中，刀具17的上表面朝右侧倾斜。该情况下，如图7所示，上述角度α是在XY平面上，从粗加工时的位置起右旋的角度。即，上述角度α是在XY平面上，从粗加工时的位置起朝向刀具17的上表面倾斜方向的角度。

另外，如图8的示意图所示，θ可以分解为角度分量γ和η。因此，若使轴交叉角从θ变化为η，自然地刀具17的倾角成为γ(在以下图10的说明中详细说明)。针对由此产生的切削加工的变化，使用图9、10在以下进行说明。需要说明的是，如下所述，在本实施例中令θ与η的角度差为极小值(允许误差范围)，因此不会影响加工精度。

图9是粗加工时切削部分的放大剖视图，图10是精加工时切削部分的放大剖视图。图9、10中被六边形包围的数字表示刀具17的切削刃17a在刀具宽度方向(或者齿向)上的顺序。例如，图中的“1”是自刀具17的下表面起至第一层的切削刃17a，同样地“2”是第二层的切削刃17a。

另外，R是指径向进刀(向工件W的径向方向的进刀)量。另外，在图9、10中，刀具旋转轴B,B’和工件旋转轴C标注为点划线。但是，图9、10中的刀具旋转轴B,B’和工件旋转轴C是为了易于掌握其角度而标注的，对于位置并不正确。另外，对于刀具旋转轴B,B’，正确地示出投影在图9、10的平面(纸面)上的线(即，刀具旋转轴B,B’实际上与纸面的垂直方向相倾斜)。需要说明的是，在图10中，双点划线表示刀具17具有倾角γ之前(粗加工时)的切削刃17a的位置。

如图9所示，首先，若利用刀具17以轴交叉角θ进行粗加工，则从第一层起依次至第四层为止的切削刃17a参与加工，第五层的切削刃17a并未参与加工。令此时的进刀量为R，进刀方向(径向方向)为X轴方向(参照图5)。然后，此时，在包含X轴和Z轴的XZ平面内，投影在该平面的(实际上与Y轴方向相倾斜的)刀具旋转轴B相对于工件旋转轴C平行。

在此，刀具17的刀具旋转轴B沿切线方向移动角度α(图7)，由此轴交叉角成为θ→η(图6、8)。于是，如图10所示，刀具旋转轴成为B→B’，在包含Z轴和径向方向的平面内，投影在该平面的(实际上与纸面的垂直方向相倾斜的)刀具旋转轴B’相对于工件旋转轴C倾斜。令该倾角为γ。需要说明的是，移动角度α之后，进刀方向(径向方向)发生变化，变得与X轴方向不一致(参照图7)。

从该状态起，进一步追加ΔR(R+ΔR)沿径向进刀进行精加工，如图10所示，第一～三层的切削刃17a未参与加工，第四、五层的切削刃17a依次参与加工。

在本实施例中，从刀具17的下表面起第五层(刀具17的最上层)的切削刃17a与第一层(刀具17的最层)的切削刃17a的径向进刀量的差设为δ，根据为了在粗加工时和精加工时分开使用刀具17的上表面侧的切削刃17a与刀具17的下表面侧的切削刃17a，从得到所需的δ这一观点出发，来确定上述角度α。

上述δ只要在0.3mm左右即可。在该情况下，η与θ之差可以控制在如下所计算这样的允许误差范围内，因此不会影响加工精度。

需要说明的是，实际上，并未输入角度α的值，而是输入X轴方向的移动量x和Y轴方向的移动量y的值，由此对刀具17施加角度α的变化。

例如，令工件W的直径为160mm、刀具17的直径为80mm、刀具宽度(轴向长度)为30mm、θ＝25°、α＝1°，则

η＝atan(tan25°·cos1°)＝24.997°

γ＝atan(tan25°·sin1°)＝0.466°

刀具17的最上层的切削刃17a与最下层的切削刃17a的径向进刀量的差δ在刀具宽度为30mm时为，

δ＝(30mm/cos24.997°)·sin0.466°＝0.269mm

需要说明的是，此时的刀具17的中心位置移动量(x、y)为，

x＝40mm·sin1°＝0.698mm

y＝40mm·(1-cos1°)＝0.006mm

根据以上计算，为了得到δ＝0.269mm，只要设定成α＝1°(x＝0.698mm，y＝0.006mm)即可，在该情况下，粗加工时的轴交叉角θ与精加工时的轴交叉角η之差为极小的0.003°(＝25°-24.997°)。

需要说明的是，上述粗加工时和精加工时分别参与的切削刃17a的组合原则上为一个例子，可以通过改变δ来改变该组合。

以下，针对齿轮加工机床1的动作进行说明。需要说明的是，以下的动作是通过NC控制部20进行控制的。

首先，对工件W进行粗加工。最初，使刀具17绕图1的刀具回转轴A回转，向刀具旋转轴B施加轴交叉角θ。接着，使刀具17向X、Y、Z轴方向移动，如图2、3所示，使其与工件W啮合。

然后，在刀具17与工件W啮合的状态下，使刀具17绕刀具旋转轴B旋转，并且使工件W绕工件旋转轴C旋转，相对于刀具17施加向X轴方向的进刀和向Z轴方向的进给。即，使刀具17与工件W啮合且旋转，并且使刀具17沿X轴方向进刀的同时沿Z轴方向往复移动。

由此，如图9所示，仅利用从刀具17的下表面起的第一～四层的切削刃17a进行工件W的粗加工。

接着，相对于工件W进行精加工。在粗加工结束之后，为了实现得到图10所示的所需δ的切线方向的移动角度α，通过立柱12和滑动头15使刀具17在X、Y轴方向上移动的基础上，与工件W啮合且旋转，并且使刀具17在径向进刀的同时沿Z轴方向往复移动。需要说明的是，在精加工时，如图10所示以R+ΔR在径向进刀。需要说明的是，刀具17的径向进刀是通过立柱12和滑动头15的动作来实现的。

由此，如图10所示，仅利用从刀具17的下表面起的第四、五层的切削刃17a进行工件W的精加工。

需要说明的是，在粗加工和精加工时，沿Z轴方向进行往复移动的刀具17在向下方移动时对工件W切齿，而在向上方移动时从工件W沿X轴方向离开，不与工件W接触。

这样，在本实施例中，使用多刀刃形的刀具17，并且在粗加工时和精加工时改变参与加工的切削刃17a或者切削刃17a的组合，由此磨损被分散在各刀刃，可以实现工具的长寿命化。

需要说明的是，在本实施例中，说明了刀具17为桶形，但本发明并不限于此，刀具17也可以为例如圆筒形。另外，在本实施例中，说明了内齿轮的加工，但本发明并不限于此，也可以应用于外齿轮的加工。

另外，在本实施例中，说明了在粗加工后，使刀具旋转轴沿工件W的切线方向移动角度α，这是通过x、y轴方向的移动来实现角度α的，因此不需要单独重新设置刀具17的(切线方向的)回转机构，不用花费多余的成本。但是，也可以设置这种回转机构。

由此，在本实施例中，能够高精度且高效率地进行齿轮的加工，并且实现工具的长寿命化。

工业上的可利用性

本发明适用于齿轮加工机床和方法。

符号说明

1 齿轮加工机床

11 床身

12 立柱(刀具进刀单元)

13 滑鞍(刀具进给单元)

14 回转头(回转单元、轴交叉角设定单元)

15 滑动头(刀具移动单元)

16 刀具头

16a 主轴

17 刀具

17a 切削刃

18 旋转工作台(工件旋转单元)

19 装配夹具

20 NC控制部(控制单元)

A 刀具回转轴

B 刀具旋转轴

C 工件旋转轴

W 工件(被加工内齿轮)

Claims

1.一种齿轮加工机床，其特征在于，

控制单元，其进行以下控制：对所述刀具旋转轴施加轴交叉角进行粗加工，利用所述刀具进刀单元和所述刀具移动单元，使所述刀具旋转轴从粗加工的位置相对于与所述工件旋转轴正交的平面，以所述工件旋转轴为中心平行移动规定角度，由此在包含所述进给轴方向和移动后的进刀方向的平面内，使投影在所述平面的所述刀具旋转轴相对于所述工件旋转轴具有倾角，在此基础上进行精加工。

2.根据权利要求1所述的齿轮加工机床，其特征在于，

所述齿轮状刀具的刀刃包括设置在齿向的多个切削刃，

3.一种齿轮加工方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的齿轮加工方法，其特征在于，

所述齿轮状刀具的刀刃包括设置在齿向的多个切削刃，