JP2006035340A - 歯車研削装置及び歯車研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 歯車（シェービングカッタ）を目標歯形形状に精度良く研削することができる歯車研削装置及び歯車研削方法を提供すること。
【解決手段】 被加工物（歯車またはシェービングカッタ）Ｓを研削する砥石１４と、砥石１４をドレッシングする正面ドレッサ装置１１とを備える歯車研削装置において、被加工物Ｓに付与するバイアス修正量に基づいて被加工物Ｓの目標歯形形状を設定する目標歯形形状設定部２１と、該目標歯形形状に基づいて被加工物Ｓに形成される歯形丸み形状を予め演算する歯形丸み形状演算部２２と、該歯形丸み形状に基づいて砥石１４に形成する歯形補正形状を演算する歯形補正形状演算部３１と、該歯形補正形状に基づいて正面ドレッサ装置１１を制御するドレッサ制御部３２とを備えるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、歯車研削装置及び歯車研削方法に関する。

歯車は広く用いられる機械部品であり、その種類も多く、機械の進歩に伴って高精度でかみ合いのよい歯車の製作が要求されるようになっている。このため、歯車は歯切り後に熱処理を施し、更には歯面の研削を行うことが一般的である。この歯面の研削に用いられるのがシェービングカッタである。

シェービングカッタは歯車形状をした工具であり、被加工歯車に噛み合わせ、被加工歯車の歯面を微細に研削することにより歯面の仕上げ加工（シェービング加工）を行うものである。つまり、シェービングカッタの歯面（刃面）形状はシェービング加工をする被加工歯車の狙い形状に形成されている。従って、複数の被加工歯車をシェービング加工した後には、シェービングカッタの歯面が磨耗してしまうので、歯面を被加工歯車の狙い形状になるように再生させる必要がある。このとき、シェービングカッタを再生させるための研削に用いられるのが歯車（シェービングカッタ）研削装置である。

歯車研削装置は、シェービングカッタの研削工具である回転する円盤状の砥石とかみ合うシェービングカッタに創成運動を与え、シェービングカッタの歯面を仕上げ加工するものである。そして、研削加工を行っていくと砥石は磨耗し、切れ味が低下するので、複数のシェービングカッタを連続して研削した後は、磨耗した砥石をドレッシングして鋭い歯面を再生または新作する。このドレッシングに用いられるのがドレッサであり、ドレッサを備えた歯車研削装置も数多く提供されている。

このような従来の歯車研削装置は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００３−２３６７２０号公報

近年、歯車は回転時に発生するノイズ等の問題から、歯面にバイアス修正（３次元歯面修正）が施されるようになった。バイアス修正とは、鋭角側から鈍角側に向けて徐々に圧力角を変化させるものである。このバイアス修正を行うことにより、かみ合い伝達誤差が低減され、ノイズの低減を図ることができる。また、このように歯車にバイアス修正を施すには、それに対応してシェービングカッタにもバイアス修正を与えなければならない。

従来の歯車研削装置においては、ピッチブロックの原理を用いてシェービングカッタの歯面に研削加工をすると共に、バイアス修正を行っていた。ピッチブロックが偏心されて転がると、この回転により創成径は変化するが、砥石の加工圧力角は固定なので、結果的に研削されるシェービングカッタの歯面では、鋭角側から鈍角側に向けて徐々に圧力角が変化されることになる。

しかしながら、この方法でバイアス修正を行うと、シェービングカッタの歯面に意図していない丸み（誤差）が形成されてしまうという問題があった。従って、目標とするシェービングカッタの歯形形状を正確に加工するためには、バイアス修正を行った後、歯形を測定しながら再研削を行う必要があった。

このような問題を解決するには、シェービングカッタの歯形形状は砥石の歯形形状が転写されて得られるため、研削加工時にシェービングカッタの歯面に形成される丸み量を予想し、予め砥石の歯面に丸みを加工しておき、目標とするシェービングカッタの歯形形状を補正することが得策であると考えられる。従って、本発明は上記課題を解決するものであって、歯車（シェービングカッタ）を目標歯形形状に精度良く研削することができる歯車研削装置及び歯車研削方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る歯車研削装置は、
バイアス修正時において歯車に形成される歯形誤差形状を予測し、該歯形誤差形状を砥石に転写したことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る歯車研削装置は、
歯車を研削する砥石と、前記砥石をドレッシングするドレッサ装置とを備える歯車研削装置において、
前記歯車に付与するバイアス修正量に基づいて前記歯車の目標歯形形状を設定する目標歯形形状設定手段と、
前記目標歯形形状設定手段により設定された前記目標歯形形状に基づいて前記歯車に形成される歯形誤差形状を予め演算する歯形誤差形状演算手段と、
前記歯形誤差形状演算手段により演算された前記歯形誤差形状に基づいて前記砥石に形成する歯形補正形状を演算する歯形補正形状演算手段と、
前記歯形補正形状演算手段により演算された前記歯形補正形状に基づいて前記ドレッサ装置を制御するドレッサ制御手段とを
備えることを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る歯車研削方法は、
ドレッサ装置によりドレッシングされた砥石を回転させ、該砥石とかみ合う歯車に創成運動を与えることで前記歯車の圧力角をバイアス修正する歯車研削方法において、
前記歯車に付与するバイアス修正量に基づいて前記歯車の目標歯形形状を設定し、
前記目標歯形形状に基づいて前記歯車に形成される歯形誤差形状を予め演算し、
前記歯形誤差形状に基づいて前記砥石に形成する歯形補正形状を演算し、
前記歯形補正形状に基づいて前記ドレッサ装置を制御して前記砥石をドレッシングし、
該砥石で前記歯車を研削する
ことを特徴とする。

第１の発明に係る歯車研削装置によれば、バイアス修正時において歯車に形成される歯形誤差形状を予測し、該歯形誤差形状を砥石に転写したことにより、前記歯車を目標歯形形状に精度良く研削することができる。

第２の発明に係る歯車研削装置によれば、歯車を研削する砥石と、前記砥石をドレッシングするドレッサ装置とを備える歯車研削装置において、前記歯車に付与するバイアス修正量に基づいて前記歯車の目標歯形形状を設定する目標歯形形状設定手段と、前記目標歯形形状設定手段により設定された前記目標歯形形状に基づいて前記歯車に形成される歯形誤差形状を予め演算する歯形誤差形状演算手段と、前記歯形誤差形状演算手段により演算された前記歯形誤差形状に基づいて前記砥石に形成する歯形補正形状を演算する歯形補正形状演算手段と、前記歯形補正形状演算手段により演算された前記歯形補正形状に基づいて前記ドレッサ装置を制御するドレッサ制御手段とを備えることにより、前記歯車を前記目標歯形形状に精度良く研削することができる。

第３の発明に係る歯車研削方法によれば、ドレッサ装置によりドレッシングされた砥石を回転させ、該砥石とかみ合う歯車に創成運動を与えることで前記歯車の圧力角をバイアス修正する歯車研削方法において、前記歯車に付与するバイアス修正量に基づいて前記歯車の目標歯形形状を設定し、前記目標歯形形状に基づいて前記歯車に形成される歯形誤差形状を予め演算し、前記歯形誤差形状に基づいて前記砥石に形成する歯形補正形状を演算し、前記歯形補正形状に基づいて前記ドレッサ装置を制御して前記砥石をドレッシングし、該砥石で前記歯車を研削することにより、前記歯車を前記目標歯形形状に精度良く研削することができる。

図１は一実施例に係る歯車研削装置のブロック図、図２は歯形形状を表示した表示部の概略図である、図３は歯車研削盤の斜視図である。

図３に示すように、歯車研削盤１は下部にベッド２を備えている。ベッド２の前上部にはテーブル送り台３が配置され、Ｗ方向（前後方向）に移動自在に支持されている。このテーブル送り台３の上部にはテーブル４が配置され、Ｃ方向（左右方向）に移動自在に支持されている。また、テーブル４はＢ方向に回転するワーク軸５を回転可能に支持しており、このワーク軸５の先端には被加工物（歯車またはシェービングカッタ）Ｓを保持するワーク保持部６が設けられている。このワーク保持部６に保持された被加工物Ｓは、対向する位置に配置され後述する円盤状の砥石１４により研削加工される。

一方、ベッド２の後上部にはＬ字状のコラム７が配置され、Ａ方向に案内板２ａに沿って旋回可能に支持されている。コラム７の前部には砥石ユニット８が設けられている。砥石ユニット８は砥石支持部９，砥石駆動モータ１０，正面ドレッサ装置１１及び背面ドレッサ装置１２から構成されている。また、コラム７の上部には垂直スライダ１３が設けられている。

砥石支持部９は砥石軸（図示省略）により砥石１４を回転可能に支持すると共に、砥石軸をＹ方向に揺動自在に支持することで、砥石の傾きを変えられるようになっている。また、砥石駆動モータ１０はこの砥石軸に連結して砥石１４を回転させると共に、砥石１４をＺ方向（左右方向）に移動可能にしている。

更に、正面ドレッサ装置１１は砥石支持部９の上部に設けられ、砥石１４をドレッシングする正面ドレッサ（図示省略）を備えている。正面ドレッサはＵ１方向（左右方向）及びＶ１方向（上下方向）に移動自在に支持されることにより、砥石１４に着脱可能になっている。同様に、背面ドレッサ装置１２も砥石支持部９の上部に設けられ、砥石１４をドレッシングする背面ドレッサ（図示省略）を備えている。背面ドレッサはＵ２方向（左右方向）及びＶ２方向（前方方向）に移動自在に支持されることにより、砥石１４に着脱可能になっている。

そして、垂直スライダ１３は砥石ユニット４をＸ方向（上下方向）に移動自在に支持している。

次に、上述した歯車研削盤１の作用について説明する。

先ず、砥石駆動モータ１０の駆動により砥石１４を回転させる。次に、正面ドレッサ装置１１の正面ドレッサをＵ１方向及びＶ１方向に移動させると共に、背面ドレッサ装置１２の背面ドレッサをＵ２方向及びＶ２方向に移動させて、被加工物Ｓに形成する歯形形状が転写されるように砥石１４のドレッシングを行う。ドレッシング後、目標とする歯形形状が被加工物Ｓに形成されたら、正面ドレッサ及び背面ドレッサを砥石１４から離脱させる。

そして、被加工物Ｓに形成するねじれ角に応じてコラム７をＡ方向に旋回させる。次に、砥石１４の径に応じて垂直スライダ１３を駆動し、砥石ユニット８をＸ方向に移動させる。更に、被加工物Ｓに形成する圧力角に応じて砥石１４をＹ方向に揺動させた後、砥石１４の厚さに応じて砥石１４をＺ方向に移動させる。

次に、ワーク保持部６に被加工物Ｓを保持し、被加工物Ｓが砥石１４に当接するように（砥石の径に応じて）テーブル送り台３をＷ方向に移動させる。同時に、テーブル４をＣ方向に移動させると共に、ワーク軸５をＢ方向に回転させる。

これにより、テーブル４のＣ方向の移動及びワーク軸５のＢ方向の回転により、被加工物Ｓを回転する砥石１４に対して創成運動をさせ、研削加工を行うことができる。

連続研削により砥石１４が磨耗した場合には、被加工物Ｓを砥石１４から離脱させ、砥石１４に再ドレッシングを行う。また、別の被加工物（歯車またはシェービングカッタ）Ｔに被加工物Ｓとは異なる歯形形状を形成する場合には、被加工物Ｔをワーク保持部６に保持させ、砥石１４に新たな歯形形状が形成されるようにドレッシングを行う。

なお、上述した操作手順はこれに限定されるものではなく、適宜段取りを変更しても研削加工は可能である。

次に、被加工物Ｓの研削方法について図１，２を用いて説明する。

図１に示すように、本実施例に係る歯車研削装置は歯車研削盤１，パソコン２０及びＮＣ装置３０から構成され、パソコン２０に入力された被加工物Ｓの加工データに基づきＮＣ装置３０が歯車研削盤１を制御し、被加工物Ｓを研削加工するものである。パソコン２０は目標歯形形状設定部２１，歯形丸み形状演算部２２，表示部２３及びメモリ２４を備え、ＮＣ装置３０に接続している。また、ＮＣ装置３０は歯形補正形状演算部３１とドレッサ制御部３２とを備え、歯車研削盤１に接続している。

作業者の操作により、バイアス修正された被加工物Ｓの目標歯形形状のデータがパソコン２０の目標歯形形状設定部２１に入力される。入力された目標歯形形状のデータが目標歯形形状設定部２１に記憶されると、歯形丸み形状演算部２２に出力される。歯形丸み形状演算部２２はこの目標歯形形状のデータに基づいて被加工物Ｓに形成される歯形丸み形状のデータを予め演算し、演算した歯形丸み形状のデータを歯形補正形状演算部３１に出力する。

歯形補正形状演算部３１はこの歯形丸み形状のデータに基づいて砥石１４に形成する歯形補正形状のデータを演算し、演算した歯形補正形状のデータをドレッサ制御部３２に出力する。ドレッサ制御部３２はこの歯形補正形状のデータに基づいて正面ドレッサ装置１１を制御する。これにより、バイアス修正時に被加工物Ｓに形成される歯形丸み形状を補正する歯形補正形状が砥石１４に形成され、砥石駆動モータ１０がＮＣ装置に駆動制御されて砥石１４を回転し、被加工物Ｓに目標歯形形状が形成される。

また、図２に示すように、入力した目標歯形形状のデータ，演算した歯形丸み形状のデータ及び歯形補正形状のデータから目標歯形形状，歯形丸み形状及び歯形補正形状が表示部２３に表示されるようになっている。図２では、歯先から歯元までの被加工物Ｓの鈍角側，中央部及び鋭角側でのそれぞれの歯形形状を示しており、目標歯形形状（被加工物側）は実線、歯形丸み形状（被加工物側）は点線、歯形補正形状（砥石側）は一点鎖線となっている。また、鈍角側のバイアス修正量をＡで表し、鋭角側のバイアス修正量をＢで示している。

即ち、被加工物Ｓの歯形形状は砥石１４の歯形形状が転写されて得られるので、バイアス修正時に被加工物Ｓの歯面に形成される丸み（誤差）量を予想し、予め砥石１４の歯面にこの丸みと逆方向に突出した丸みを加工しておくことにより、被加工物Ｓの目標歯形形状を研削することができる。

目標歯形形状及びそのデータと，歯形丸み形状及びそのデータと，歯形補正形状及びデータはメモリ２４に記憶させることができるので、必要なときは作業者が表示部２３にこれらの形状及びデータを表示させて確認することできる。また、新たに研削する被加工物の目標歯形形状が、メモリ２４に記憶されている以前の目標歯形形状と同じである場合には、メモリ２４に保存されているそれと対応する歯形修正形状のデータをドレッサ制御部３２に出力させ、正面ドレッサ装置１１を制御することもできる。これにより、目標歯形形状のデータの入力から被加工物を研削するまでの時間が短縮でき、作業性及び生産性を向上させることができる。

なお、上述したパソコン２０及びＮＣ装置３０の構成はこれに限定されるものではなく、適宜変更してもよい。例えば、歯形丸み形状演算部，表示部及びメモリをＮＣ装置３０内に設けても構わない。

従って、本発明に係る歯車研削装置によれば、被加工物Ｓを研削する砥石１４と、砥石１４をドレッシングする正面ドレッサ装置１１とを備える歯車研削装置において、被加工物Ｓに付与するバイアス修正量に基づいて被加工物Ｓの目標歯形形状を設定する目標歯形形状設定部２１と、目標歯形形状設定部２１により設定された目標歯形形状に基づいて被加工物Ｓに形成される歯形丸み形状を予め演算する歯形丸み形状演算部２２と、歯形丸み形状演算部２２により演算された歯形丸み形状に基づいて砥石１４に形成する歯形補正形状を演算する歯形補正形状演算部３１と、歯形補正形状演算部３１により演算された歯形補正形状に基づいて正面ドレッサ装置１１を制御するドレッサ制御部３２とを備えることにより、被加工物Ｓを目標歯形形状に精度良く研削することができる。

また、本発明に係る歯車研削方法によれば、正面ドレッサ装置１１によりドレッシングされた砥石１４を回転させ、該砥石１４とかみ合う被加工物Ｓに創成運動を与えることで被加工物１４の圧力角をバイアス修正する歯車研削方法において、被加工物Ｓに付与するバイアス修正量に基づいて被加工物Ｓの目標歯形形状を設定し、目標歯形形状に基づいて被加工物Ｓに形成される歯形丸み形状を予め演算し、歯形丸み形状に基づいて砥石１４に形成する歯形補正形状を演算し、歯形補正形状に基づいて正面ドレッサ装置１１を制御して砥石１４をドレッシングし、該砥石１４で被加工物Ｓを研削することにより、被加工物Ｓを目標歯形形状に精度良く研削することができる。

砥石整形機構を備え、ＮＣ装置で誤差補正を行う研削装置に適用可能である。

一実施例に係る歯車研削装置のブロック図である。 歯車研削盤の斜視図である。 歯形形状を表示した表示部の概略図である。

符号の説明

１ 歯車研削盤
２ ベッド
２ａ 案内板
３ テーブル送り台
４ テーブル
５ ワーク軸
６ ワーク保持部
７ コラム
８ 砥石ユニット
９ 砥石支持部
１０ 砥石駆動モータ
１１ 正面ドレッサ装置
１２ 背面ドレッサ装置
１３ 垂直スライダ
１４ 砥石
２０ パソコン
２１ 目標歯形形状設定部
２２ 歯形丸み形状演算部
２３ 表示部
２４ メモリ
３０ ＮＣ装置
３１ 歯形補正形状演算部
３２ ドレッサ制御部

Claims (3)

1. バイアス修正時において歯車に形成される歯形誤差形状を予測し、該歯形誤差形状を砥石に転写したことを特徴とする歯車研削装置。
2. 歯車を研削する砥石と、前記砥石をドレッシングするドレッサ装置とを備える歯車研削装置において、
   前記歯車に付与するバイアス修正量に基づいて前記歯車の目標歯形形状を設定する目標歯形形状設定手段と、
   前記目標歯形形状設定手段により設定された前記目標歯形形状に基づいて前記歯車に形成される歯形誤差形状を予め演算する歯形誤差形状演算手段と、
   前記歯形誤差形状演算手段により演算された前記歯形誤差形状に基づいて前記砥石に形成する歯形補正形状を演算する歯形補正形状演算手段と、
   前記歯形補正形状演算手段により演算された前記歯形補正形状に基づいて前記ドレッサ装置を制御するドレッサ制御手段とを
   備えることを特徴とする歯車研削装置。
3. ドレッサ装置によりドレッシングされた砥石を回転させ、該砥石とかみ合う歯車に創成運動を与えることで前記歯車の圧力角をバイアス修正する歯車研削方法において、
   前記歯車に付与するバイアス修正量に基づいて前記歯車の目標歯形形状を設定し、
   前記目標歯形形状に基づいて前記歯車に形成される歯形誤差形状を予め演算し、
   前記歯形誤差形状に基づいて前記砥石に形成する歯形補正形状を演算し、
   前記歯形補正形状に基づいて前記ドレッサ装置を制御して前記砥石をドレッシングし、
   該砥石で前記歯車を研削する
   ことを特徴とする歯車研削方法。
   

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