JP2006062026A

JP2006062026A - シェービングカッタ歯形研削盤の歯形管理システム

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Publication number: JP2006062026A
Application number: JP2004247739A
Authority: JP
Inventors: Yoshikoto Yanase; 吉言柳瀬; Michiaki Hashiya; 道明橋谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2024-08-27
Also published as: JP4508782B2

Abstract

【課題】シェービング加工後の歯形形状を目標形状にする。
【解決手段】パソコン２０の歯車形状データ管理部２１では、シェービング加工後の歯車を測定して得た測定歯車形状データａと、目標とする歯車形状を示す目標歯車形状データｂとの偏差を求め、この偏差を基に修正歯車形状データｃを求める。変換演算部２２では、修正歯車形状データｃを変換演算してシェービングカッタ形状データｄを得る。そして、シェービングカッタ形状データｄで示すシェービングカッタ形状を転写した砥石面形状となるように、ＮＣ装置３０によりシェービングカッタ歯形研削盤１のドレッサを制御して砥石の砥石面をドレッシングする。
【選択図】図２

Description

本発明はシェービングカッタ歯形研削盤の歯形管理システムに関するものである。なお、シェービングカッタ歯形研削盤とは、歯車シェービング盤で用いるシェービングカッタを研削してその歯形を形成するものである。

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が施される。
なお、シェービングカッタはシェービング加工の工具（カッタ）であり、シェービング加工は焼き入れ（熱処理）前の歯車加工方法である。
歯車研削は焼き入れ後の歯車を砥石で研削する加工方法である。シェービングカッタは砥石によりカッタ刃面を研削し仕上げる。シェービングカッタを研削する歯車研削盤では、通常の歯車をも研削することが可能である。

歯車シェービング盤に備えた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。このため、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。かかるシェービングカッタでは、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。

そこで、歯車シェービング盤に備えたシェービングカッタが摩耗した場合には、このシェービングカッタを歯車シェービング盤から取り外す。そして、このシェービングカッタを被加工歯車の狙い形状になるように再生するため、シェービングカッタをシェービングカッタ歯形研削盤に取り付けて研削加工することにより再生している。

シェービングカッタ歯形研削盤は、シェービングカッタを研削する工具として、回転する円盤状の砥石を有している。このシェービングカッタ歯形研削盤では、前記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。

シェービングカッタ歯形研削盤では、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。

このようにドレッサを備えたシェービングカッタ歯形研削盤では、
（１）砥石によりシェービングカッタを研削する局面と、
（２）ドレッサにより砥石をドレッシングする局面とがある。

歯形形状の転写の状況をまとめると次のようになる。
シェービングカッタ歯形研削盤において、ドレッサによりドレッシングして所定形状の歯面が形成された砥石の形状が、シェービングカッタに転写される。
このシェービングカッタを歯車シェービング盤に備え、被加工歯車をシェービング加工することにより、シェービングカッタの形状が被加工歯車に転写されることになる。
結局、歯形形状は、シェービングカッタ歯形研削盤の砥石→シェービングカッタ→被加工歯車という順序で転写されていく。

このような従来のシェービングカッタ歯形研削盤は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００３−２３６７２０号公報

上述したように、歯形形状は、シェービングカッタ歯形研削盤の砥石→シェービングカッタ→被加工歯車という順序で転写されていくため、シェービング加工後の歯車の歯形形状が目標とする歯形形状になるように、砥石の形状を設定している。
しかし、シェービング加工後の歯車の歯形形状が、目標とする歯形形状からずれていた場合には、このずれを解消するように砥石形状を修正しなければならないが、従来では、砥石形状を自動的に修正するシステムは存在しなかった。

本発明は、上記従来技術に鑑み、シェービング加工後の歯車の歯形形状を実測して得た歯車の歯形形状が、目標とする歯形形状からずれていた場合に、自動的に砥石形状の修正をすることができるシェービングカッタ歯形研削盤の歯形管理システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の構成は、
砥石でシェービングカッタを研削することによりこのシェービングカッタの歯形を形成すると共に、ドレッサ装置により前記砥石の砥石面をドレッシングすることにより前記砥石の砥石面形状を形成するシェービングカッタ歯形研削盤に対する歯形管理システムであって、
前記シェービングカッタ歯形研削盤にて形成されたシェービングカッタを用いて歯車シェービング盤によりシェービング加工した歯車を測定して得たこの歯車の形状・寸法を示す測定歯車形状データと、目標とする歯車の形状・寸法を示す目標歯車形状データとが入力されると、前記測定歯車形状データと前記目標歯車形状データとの偏差を求め、この偏差を基に、前記目標歯車形状データを修正して修正歯車形状データを得る歯車形状データ管理機能部と、
前記修正歯車形状データをデータ変換演算することにより、前記修正歯車形状データで特定される歯車の歯形形状を転写した歯形形状となっているシェービングカッタの形状を示すシェービングカッタ形状データを求める変換演算部と、
前記シェービングカッタ形状データで特定されるシェービングカッタの歯形形状を転写した砥石面形状となるように、前記ドレッサ装置による前記砥石に対するドレッシングを制御する制御手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、シェービング加工した歯車を測定して得たこの歯車の形状・寸法を示す測定歯車形状データと、目標とする歯車の形状・寸法を示す目標歯車形状データとが入力されると、自動的にシェービングカッタ形状データが修正され、この修正されたシェービングカッタ形状データを転写した砥石面形状となるように、砥石をドレッシングすることにより、シェービング加工後の歯車の形状・寸法が目標としたものになる。

まず初めに、本発明の適用対象となるシェービングカッタ歯形研削盤１を、図１を参照しつつ説明する。

図１に示すように、シェービングカッタ歯形研削盤は下部にベッド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、このテーブル送り台３は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、このテーブル４は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の先端にはシェービングカッタ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に保持されたシェービングカッタは、対向する位置に配置された円盤状の砥石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に接離可能になっている。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に接離可能になっている。

そして、垂直スライダ１３は砥石ユニット８をＸ方向（上下方向）に移動自在に支持している。

次に、上述したシェービングカッタ歯形研削盤１の動作について説明する。このシェービングカッタ歯形研削盤１の動作は、図示しないＮＣ装置の制御の下に行われる。

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、シェービングカッタ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シェービングカッタに形成されたら、正面ドレッサ１１及び背面ドレッサ１２を砥石１４から離脱させる。

そして、シェービングカッタ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、シェービングカッタ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にシェービングカッタを保持し、シェービングカッタが砥石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、シェービングカッタを回転する砥石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、シェービングカッタを砥石１４から離脱させ、砥石１４に再ドレッシングを行う。また、歯形形状等が異なる別の種類のシェービングカッタを研削する場合には、この別のシェービングカッタをワーク保持部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。

図２は本発明の実施例に係る、歯形管理システムを示すブロック図である。図２において、１は図１に示すシェービングカッタ歯形研削盤、２０はパソコン、３０はＮＣ装置である。シェービングカッタ歯形研削盤１はＮＣ装置３０の制御の下に動作する。

パソコン２０は、歯車形状データ管理部２１と、変換演算部２２と、シェービングカッタ形状データ管理部２２を有している。

シェービングカッタ歯形研削盤１により形成されたシェービングカッタは、シェービング盤に取り付けられる。このシェービング盤によりシェービング加工された歯車の寸法が、計測器により計測される。

この計測された測定歯車形状データａは、歯車形状データ管理部２１に入力される。このとき測定歯車形状データａは、測定した歯車歯形データと歯車諸元を情報として持っている。なお、歯車諸元としては、モジュール、ＤＰ（ダイヤメトラルピッチ）、歯数、圧力角、ねじれ角、外径、歯元径、歯幅、またぎ歯厚、またぎ歯数、オーバーピン径、ピン径、歯形長さ、歯先管理点、歯元管理点、歯形測定点１、歯形測定点２、バイアス量、クラウニング量（ホロー量）等がある。

またシェービング加工された歯車の目標となる形状・寸法を示す目標歯車形状データｂも歯車形状データ管理部２１に入力される。この目標歯車形状データｂは、目標とする歯車歯形データと歯車諸元を情報として有している。

歯車形状データ管理部２１では、測定歯車形状データａと目標歯車形状データｂとを比較し、偏差（誤差量）Δを求める。そして歯車形状データ管理部２１では、誤差量Δを基に目標歯車形状データｂを補正して修正歯車形状データｃを得る。例えば、誤差量Δに予め決めた補正係数を乗算したものを目標歯車形状データｂに加算して、修正歯形形状データｃを得る。

変換演算部２２では、シェービング加工の対象となっている歯車の諸元と、この歯車をシェービング加工するシェービングカッタの諸元とを利用して、修正歯車形状データｃを、シェービングカッタ形状データｄに変換する。つまり変換演算により、修正歯車形状データｃで特定される歯車の歯形形状を転写した歯形形状となっているシェービングカッタの形状を示すシェービングカッタ形状データｄを求めるのである。なお、この変換演算手法については後述する。

このようにして変換演算されたシェービングカッタ形状データｄは、シェービングカッタ形状データ管理部２２に送られる。なお、シェービングカッタ形状データｄは、シェービングカッタ歯形データとシェービングカッタ諸元とを情報として有している。

このシェービングカッタ形状データｄは、ＮＣ装置３０に送られる。ＮＣ装置３０は、シェービングカッタ形状データｄで特性されるシェービングカッタの歯形形状を転写した砥石面形状となっている砥石が形成されるように、シェービングカッタ歯形研削盤１のドレッサ装置１１，１２のドレッサの位置及び砥石１４の回転を制御する。

シェービングカッタ歯形研削盤１では、上述したようにして砥石面形状が形成された砥石１４の形状がシェービングカッタに転写され、このシェービングカッタを用いて歯車シェービング盤にてシェービング加工することにより、シェービング加工後の歯車の歯形形状が、目標とする歯車形状になる。

このように、測定歯車形状データａと目標歯車形状データｂを入力するだけで、自動的に最適なシェービングカッタ形状データｄが求められる。よってこのシェービングカッタ形状データｄとなるように、砥石１４の砥石面の研削をすれば、シェービング加工後の歯車形状が目標形状となる。

ここで変換演算部２２における変換演算の具体的な手法について説明する。

１シェービングカッタとワーク（歯車）の転位係数の計算をする。
このために、モジュール（またはＤＰ（ダイヤメトラルピッチ））、圧力角、ねじれ角、歯数、またぎ歯厚、歯数（またはオーバーピン径、ピン径）を入力する。この場合、モジュール（またはＤＰ（ダイヤメトラルピッチ））、圧力角の値は、シェービングカッタも歯車も同じ値となる。
これらのデータから転位係数を求める。

２かみ合いピッチ円の計算
上述のようにして求めた転位係数から、かみ合いピッチ円直径（ｄｂ）とその法線長さ（Ｌｂ）を計算する。また歯先円直径の入力値からその法線長さ（Ｌｏ）を計算する。
なお、以下の説明の添え字のｗはワーク（歯車）を、ｃはシェービングカッタを示す。

３歯車歯形からシェービングカッタ歯形の計算
歯車歯形が図３のようである場合には、歯車歯形データ（歯先を原点としている）を、表１のようにして入力する。

なお参考までに、ワーク外径（半径）をＲｏｗ、基礎円半径をＲｇｗ、かみ合いピッチ円半径をＲｂｗとすると下記の通りとなる。
Ｌｂｗ＝（Ｒｂｗ²−Ｒｇｗ²）^1/2
Ｌｏｗ＝（Ｒｏｗ²−Ｒｇｗ²）^1/2

外径基準のかみ合いピッチ円法線長さ（Ｌｍｗ）の計算。
先に求めたかみ合いピッチ円の法線長さＬｂｗは基礎円基準の値で、歯形データ入力は歯先を原点にした値であるので、歯先を基準にしたかみ合いピッチ円の法線長さＬｍｗ、Ｌｍｃを次式で計算する。
Ｌｍｗ＝Ｌｏｗ−Ｌｂｗ
Ｌｍｃ＝Ｌｏｃ−Ｌｂｃ

続いて歯車歯形からシェービングカッタ歯形の形状への変換を下記方法で行う。図４は、変換したシェービングカッタ歯形を示す。

Ｓｔｅｐ１歯車歯形データをシェービングカッタ歯がデータへそのまま転写する。
歯車歯形データをそのまま転写すると、歯車の歯先ポイントがシェービングカッタの歯元ポイント、歯車の歯元ポイントがシェービングカッタの歯先ポイントになる。
シェービングカッタ歯形データ（歯先を原点）は、表２にようにして入力される。

歯車歯形からシェービングカッタ歯形への変換式は以下の通りである。
Ｘｃ１（０）＝Ｌｍｗ＋Ｌｍｃ−Ｘｗ（０）＝Ｌｍｗ＋Ｌｍｃ
Ｘｃ１（１）＝Ｌｍｗ＋Ｌｍｃ−Ｘｗ（１）
・・・・・
Ｘｃ１（ｉ）＝Ｌｍｗ＋Ｌｍｃ−Ｘｗ（ｉ）
・・・・
Ｘｃ１（ｎ）＝Ｌｍｗ＋Ｌｍｃ−Ｘｗ（ｎ）

Ｙｃ１（０）＝０
Ｙｃ１（１）＝−Ｙｗ（１）
・・・・
Ｙｃ１（ｉ）＝−Ｙｗ（ｉ）
・・・・
Ｙｃ１（ｎ）＝−Ｙｗ（ｎ）

Ｒｃ１（０）＝−Ｒｗ（１）
Ｒｃ１（１）＝−Ｒｗ（２）
・・・・
Ｒｃ１（ｉ）＝−Ｒｗ（ｉ＋１）
・・・・
Ｒｃ１（ｎ）＝０

Ｓｔｅｐ２シェービングカッタ歯形データを歯先側基準のデータ列に並べ替える。
図５は並び変えた状態を示しており、シェービングカッタ歯形データ（刃先を原点）は、表３のようにして入力される。

並べ替えは次の式により行う。
Ｘｃ２（０）＝Ｘｃ１（ｎ）
Ｘｃ２（１）＝Ｘｃ１（ｎ−１）
・・・・
Ｘｃ２（ｉ）＝Ｘｃ１（ｎ−ｉ）
・・・・
Ｘｃ２（ｎ）＝Ｘｃ１（０）

Ｙｃ２（０）＝Ｙｃ１（ｎ）
Ｙｃ２（１）＝Ｙｃ１（ｎ−１）
・・・・
Ｙｃ２（ｉ）＝Ｙｃ１（ｎ−ｉ）
・・・・
Ｙｃ２（ｎ）＝Ｙｃ１（０）＝０

Ｒｃ２（０）＝Ｒｃ１（ｎ）＝０
Ｒｃ２（１）＝Ｒｃ１（ｎ−１）
・・・・
Ｒｃ２（ｉ）＝Ｒｃ１（ｎ−ｉ）
・・・・
Ｒｃ２（ｎ）＝Ｒｃ１（０）

Ｓｔｅｐ３シェービングカッタ歯形位置（Ｘｃ）と高さ（Ｙｃ）の原点をそろえる。
つまり次の演算を行う。
Ｘｃ３（０）＝０
Ｘｃ３（１）＝Ｘｃ２（１）−Ｘｃ２（０）
・・・・
Ｘｃ３（ｉ）＝Ｘｃ２（ｉ）−Ｘｃ２（０）
・・・・
Ｘｃ３（ｎ）＝Ｘｃ２（ｎ）−Ｘｃ２（０）
Ｘｃｏｆｆ（カッタ歯形修正位置）＝−Ｘｃ２（０）

Ｙｃ３（０）＝０
Ｙｃ３（１）＝Ｙｃ２（１）−Ｙｃ２（０）
・・・・
Ｙｃ３（ｉ）＝Ｙｃ２（ｉ）−Ｙｃ２（０）
・・・・
Ｙｃ３（ｎ）＝Ｙｃ２（ｎ）−Ｙｃ２（０）

Ｓｔｅｐ４シェービングカッタ歯形データの作成
図６はシェービングカッタ歯形データを示し、データは表４にようにして入力する。

演算を次のようにして行う。
Ｘｃ（０）＝Ｘｃ３（０）＝０
Ｘｃ（１）＝Ｘｃ３（１）
・・・・
Ｘｃ（ｉ）＝Ｘｃ３（ｉ）
・・・・
Ｘｃ（ｎ）＝Ｘｃ３（ｎ）
Ｘｃｏｆｆ（カッタ歯形修正位置）＝−Ｘｃ２（０）

Ｙｃ（０）＝Ｙｃ３（０）＝０
Ｙｃ（１）＝Ｙｃ３（１）
・・・・
Ｙｃ（ｉ）＝Ｙｃ３（ｉ）
・・・・
Ｙｃ（ｎ）＝Ｙｃ３（ｎ）

Ｒｃ（０）＝Ｒｃ２（０）＝０
Ｒｃ（１）＝Ｒｃ２（１）
・・・・
Ｒｃ（ｉ）＝Ｒｃ２（ｉ）
・・・・
Ｒｃ（ｎ）＝Ｒｃ２（ｎ）

本発明の適用対象となるシェービングカッタ歯形研削盤を示す斜視図。本発明の実施例に係る歯形管理システムを示すブロック図。歯車歯形形状を示すデータ特性図。歯車歯形形状から変換演算して得たシェービングカッタの歯形形状を示すデータ特性図。歯先側基準のデータ列に並べ替えたシェービングカッタの歯形形状を示すデータ特性図。最終的なシェービングカッタ歯形データを示すデータ特性図。

符号の説明

１シェービングカッタ歯形研削盤
１４砥石
１１，１２ドレッサ装置
２０パソコン
２１歯車形状データ管理部
２２変換演算部
２３シェービングカッタ形状データ管理部
３０ＮＣ装置
ａ測定歯車形状データ
ｂ目標歯車形状データ
ｃ修正歯車形状データ
ｄシェービングカッタ形状データ

Claims

砥石でシェービングカッタを研削することによりこのシェービングカッタの歯形を形成すると共に、ドレッサ装置により前記砥石の砥石面をドレッシングすることにより前記砥石の砥石面形状を形成するシェービングカッタ歯形研削盤に対する歯形管理システムであって、
前記シェービングカッタ歯形研削盤にて形成されたシェービングカッタを用いて歯車シェービング盤によりシェービング加工した歯車を測定して得たこの歯車の形状・寸法を示す測定歯車形状データと、目標とする歯車の形状・寸法を示す目標歯車形状データとが入力されると、前記測定歯車形状データと前記目標歯車形状データとの偏差を求め、この偏差を基に、前記目標歯車形状データを修正して修正歯車形状データを得る歯車形状データ管理機能部と、
前記修正歯車形状データをデータ変換演算することにより、前記修正歯車形状データで特定される歯車の歯形形状を転写した歯形形状となっているシェービングカッタの形状を示すシェービングカッタ形状データを求める変換演算部と、
前記シェービングカッタ形状データで特定されるシェービングカッタの歯形形状を転写した砥石面形状となるように、前記ドレッサ装置による前記砥石に対するドレッシングを制御する制御手段とを有することを特徴とするシェービングカッタ歯形研削盤の歯形管理システム。