JP2009269115A - 歯車材料支持装置、歯車加工装置、及び歯車製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】旋盤装置は、歯割加工を行う際には、支持部13を用いてワーク22を支持する。支持部13の先端には、軸部43を刃物51で切り込む方向と反対の方向から支持する支持部分31と、軸部44を同様の方向から指示する支持部分32が設けられている。そして、支持部分31と支持部分32の間には支持部13と歯割部分42の緩衝を防ぐための凹部33が形成されている。旋盤装置は、このように歯割部分42の両側に形成された両軸部を支持しながら刃物51で歯割加工を行う。このように、歯割部分42の両端に連接する軸部を支持して歯割加工を行うため、加工負荷によるワーク22の変形を抑制し、歯の外径、溝深さが一定の歯車を加工することができる。
【選択図】図2
Description
図7(a)は、このような歯車40の外形を示した図である。
図7(a)の右図は、歯車40を中心軸に垂直な方向から見たところを示しており、図7(a)左図は、歯車40を中心軸方向に見たところを示している。
ただし、右図は、歯割加工前の状態を示しており、左図は歯割加工により歯車の歯が形成されたところを示している。
歯割部分42に歯割加工を行って歯を形成すると、歯車40が完成する。
ガイドブッシュ23には、ワーク22を挿通するガイド孔が形成されている。
ワーク22は、例えば、ステンレスや鉄などの金属材料で構成された丸棒材であって、一端部分がガイドブッシュ23から繰り出されており、ガイドブッシュ23の後方でチャックにより固定されている。
そして、旋盤装置は、これら軸部を形成した後、歯割加工を行う。
歯割加工は、支持部材83で軸部44を上方から支持すると共に、歯割部分42に下方から回転する刃物51(カッター)を当てて、歯車40を軸方向に移動させて歯車の溝を形成することにより行う。
旋盤装置は、歯割部分42に溝を形成するごとにワーク22を歯車のピッチ分だけ回転させて歯割部分42の全周に溝を形成する。これによって歯割部分42の全周に所定ピッチの歯が形成される。
突っ切り加工後、旋盤装置は、ガイドブッシュ23からワーク22を繰り出し、次の歯車40の加工を行う。
旋盤装置は、以後、この加工を繰り返し、一本のワーク22から多数の歯車40を加工する。
この技術は、被加工物を支持するセンタを分割送りすることにより、被加工物の周囲に歯部を形成するものである。
その結果、歯割部分42からガイドブッシュ23までの距離が長くなり、また、歯車40は小径であるため、刃物51による加工負荷により歯車40が矢線方向(刃物51を当てる方向)に変形してたわんでしまい、歯車外径にばらつきが発生することがあった。
しかし、この方法では、刃物51を斜めに移動させる機構が必要となるほか、刃物51を移動させる角度の調節が困難であった。
また、刃物51の磨耗状態によりワーク22の変形具合も変わるので都度傾きの調整が必要であった。
請求項2に記載の発明では、前記第1の支持手段と、前記第2の支持手段のうちの少なくとも一方は、前記歯割部分の中心位置を設定する溝部を有することを特徴とする請求項1に記載の歯車材料支持装置を提供する。
請求項3に記載の発明では、前記第1の支持手段の支持位置と、前記第2の支持手段の支持位置を、前記刃物が当接する方向に調節することができることを特徴とする請求項1、又は請求項2に記載の歯車材料支持装置を提供する。
請求項4に記載の発明では、前記第1の支持手段の支持位置と、前記第2の支持手段の支持位置を、前記棒材の軸方向に調節することができることを特徴とする請求項1、又は請求項2、又は請求項3に記載の歯車材料支持装置を提供する。
請求項5に記載の発明では、棒材を支持する棒材支持手段と、前記支持した棒材の先端部に、歯割部分と当該歯割部分の両側に形成された第1の軸部、第2の軸部とからなる歯車材料を加工する歯車材料加工手段と、前記加工した第1の軸部と第2の軸部を請求項1から請求項4までのうちの何れか1の請求項に記載の歯車材料支持装置で支持する支持手段と、前記支持した棒材の歯割部分を歯割加工する歯割加工手段と、前記歯割加工した棒材を切断する切断手段と、を具備したことを特徴とする歯車加工装置を提供する。
請求項6に記載の発明では、棒材を支持する棒材支持ステップと、前記支持した棒材の先端部に、歯割部分と当該歯割部分の両側に形成された第1の軸部、第2の軸部とからなる歯車材料を加工する歯車材料加工ステップと、前記加工した第1の軸部と第2の軸部を請求項1から請求項4までのうちの何れか1の請求項に記載の歯車材料支持装置で支持する支持ステップと、前記支持した棒材の歯割部分を歯割加工する歯割加工ステップと、前記歯割加工した棒材を切断する切断ステップと、から構成されたことを特徴とする歯車製造方法を提供する。
旋盤装置は、歯割加工を行う際には、支持部13(図2(a))を用いてワーク22を支持する。
支持部13の先端には、軸部43を刃物51で切り込む方向と反対の方向から支持する支持部分31と、軸部44を同様の方向から支持する支持部分32が設けられている。
そして、支持部分31と支持部分32の間には支持部13と歯割部分42の緩衝を防ぐための凹部33が形成されている。
旋盤装置は、このように歯割部分42の両側に形成された両軸部を支持しながら刃物51で歯割加工を行う。
このように、歯割部分42の両端に連接する軸部を支持して歯割加工を行うため、加工負荷によるワーク22の変形を抑制し、歯の外径、溝深さが一定の歯車を加工することができる。
図1は、本実施の形態に関する旋盤装置1を示した図であり、図1(a)は側面図、図1(b)は正面図を示している。
図1(b)に示したように、旋盤装置1は、大きく分けて、基盤部5、主軸台2、刃物台3、及び支持台4から構成されている。
基盤部5(ベッド台)は、上面に主軸台2、刃物台3、支持台4が設けられ、内部にはカム9を組み合わせたカム機構が形成されている。
主軸台2は、ワーク22を刃物台3へ供給するワーク供給装置12、供給したワーク22をチャッキングするチャック(図示せず)、供給したワーク22を回転させる主軸18、主軸18に回転動力を供給する主軸モータ11などを備えている。
支持台4は、Z軸方向に移動可能に構成されており、図示しない連結機構により主軸台2と連結することができる。
この連結機構により、支持台4は、主軸台2と同期してZ軸方向に移動することができる。
刃物台3は、図1(a)に示したように、複数の刃物21と刃物21を保持するアーム25を備えている。
そして、アーム25の先端には、基盤部5の内部に設けられたカム9の外周に接触する接触子24が設けられており、カム9が回転すると、これに倣って刃物21がワーク22を切り込むようになっている。これにより、歯車40の両軸部が加工される。
このように、刃物51がワーク22に切り込んだ状態で、主軸台2と支持台4をZ軸方向に移動することにより歯割加工が行われる。
旋盤装置1は、ワーク22に軸部43、軸部44を加工した後、支持部13によって、ワーク22を刃物51の反対側から支持する。
支持部13の先端には、歯割部分42との緩衝を防ぐように凹部33が形成されており、凹部33の両端に支持部分31、32が形成されている。
このため、刃物51が歯割部分42の下方から切削しても、歯割部分42の両端が支持部分31、32によって支持されてるため、ワーク22を変形させずに加工することができる。
支持部13には、軸部44の中心軸を所定位置に位置決めする溝34が形成されている。
支持部分31にも同様な溝が形成されており、軸部43の位置決めを行っている。
これら溝によって、軸部43、44の位置決めがなされると、これによって、歯割部分42の位置が設定される。
なお、本実施の形態では、支持部分31、32の両方に溝を形成したが、何れか一方に形成するように構成することもできる。
支持部分31には、V溝34aが形成されており、これによって軸部44の下からの荷重を受けると共に、左右のぶれを防止することができる。
また、軸部44がV溝34aに当接すると、軸部44の表面にV溝34aとの当接による2本の線状の当接痕が形成されるが、当該2本の当接痕を観察することによりV溝34aが軸部44に均等に当たっているか確認することができる。
まず、旋盤装置1は、軸部43、軸部44の加工を終えると、図3(a)に示したように、支持部13を−X軸方向(上方)に移動する。
なお、支持部13がワーク22に接近する方向、ここでは、支持部13が下方に向かう方向を+X軸方向とする。
そして、第1の支持手段(支持部分31)と、第2の支持手段(支持部分32)のうちの少なくとも一方は、歯割部分の中心位置を設定する溝部(溝34)を有している。
図4(a)に示したように、支持部13aは、基部材61、上下調節部材62、前後調節部材63を用いて構成されている。
基部材61の先端には支持部分32が設けられている。
上下調節部材62は、基部材61に対して上下位置(X軸方向)が調節可能に設置されている。
前後調節部材63は、上下調節部材62に対して前後位置、即ちZ軸方向の位置が調節可能に設置されており、先端に支持部分31が形成されている。
このように、支持部分32の上下方向を調節することにより、軸部43と軸部44の軸径が異なる場合でも、これらの中心軸がワーク22の中心軸と一致するようにワーク22を支持することができ、また、支持部分32のZ軸方向を調節することにより、各種の長さの歯割部分42に対応することができる。
なお、図では、煩雑化を避けるため、軸部43、軸部44、歯割部分42の符号は省略してある。
前後調節部材63には、Z軸方向を長径とする長孔64が形成されており、前後調節部材63は、長孔64を挿通するボルト65により、上下調節部材62に固定されている。
このため、前後調節部材63は、上下調節部材62上をZ軸方向にスライドすることができ、適当な位置でボルト65を締めることにより、前後調節部材63を上下調節部材62に所望の位置で固定することができる。
このため、上下調節部材62は、基部材61上をX軸方向にスライドすることができ、適当な位置でボルト66を締めることにより、上下調節部材62を基部材61に所望の位置で固定することができる。
この図では、支持部13を先に説明した変形例に係る支持部13aによって構成してある。
図5(a)の支持台4において、支持部13aは、図示しないバネにより−Z軸方向に付勢されており、エアシリンダ72を駆動することにより、支持部13aを+Z軸方向に移動させることができる。
このように、旋盤装置1は、エアシリンダ72をオンオフすることにより、支持部13aをZ軸方向に移動させることができる。
支持部13aは、バネ73により、支持部13aが下降する方向に付勢されており、図示しない駆動装置により、支持部13aを上昇する方向に回転することができる。
また、図示しないが、支持台4は、支持部13aをY軸方向(X軸、Z軸に垂直な方向、即ち、紙面に垂直な方向)に移動する機構を備えており、支持部13aのY軸方向の位置も調節できるようになっている。
まず、加工を始める準備として、旋盤装置1は、主軸台2を−Z方向に後退した位置から、ワーク供給装置12を用いてワーク22をガイドブッシュ23に挿通し、チャックで固定する。
このように、旋盤装置1は、棒材(ワーク22)を支持する棒材支持手段を備えている。
また、旋盤装置1は、主軸台2と支持台4を連結機構で連結し、支持台4が主軸台2と同期してZ軸方向に移動するようにする。
次に、旋盤装置1は、主軸台2を+Z方向に、次の歯車40を加工する分だけ移動し、ワーク22を加工エリアに供給する(ステップ5)。
より詳細には、旋盤装置1は、主軸台2を前後しながら刃物21でワーク22に切り込んで軸部44を切削加工し、引き続き軸部43を切削加工する。
このように、旋盤装置1は、支持した棒材(ワーク22)の先端部に、歯割部分と当該歯割部分の両側に形成された第1の軸部、第2の軸部とからなる歯車材料を加工する歯車材料加工手段を備えている。
なお、連続加工によって、支持部13が上昇した状態で待機している場合には、このステップは省略することができる。
支持部13aの前進端の位置は、支持部13の両支持部分がワーク22の両軸部に一致するように調節されている。
このように、旋盤装置1は、加工した第1の軸部と第2の軸部を歯車材料支持装置(支持部13)で支持する支持手段を備えている。
歯割加工は、刃物51で歯割部分42を切り込んだ状態で、主軸台2と支持部13をZ軸方向に同期して移動し(連結しているため同期する)、歯割部分42に溝を形成することにより行われる。
このように、旋盤装置1は、支持した棒材の歯割部分を歯割加工する歯割加工手段を備えている。
そして、旋盤装置1は、支持部13を下降させる(ステップ45)。
なお、引き続き次のワーク22を連続加工する場合には支持部13を上昇したままにしておいてもよい。
このように、旋盤装置1は、歯割加工した棒材(ワーク22)を切断する切断手段を備えている。
以降、旋盤装置1は、ステップ5に戻り、次の歯車40を加工する。
なお、以上に説明した本実施の形態では、カム式の旋盤装置1を用いた場合を説明したが、これは、加工装置をカム式の旋盤装置1に限定するものではなく、本実施の形態による小径材料加工時の材料支持方法は、各種の加工装置に適用することができる。
(1)歯車40の両軸部を支持して歯割加工することができるため、加工負荷によりワーク22が変形せず、均一な外径、及び溝深さの歯車40を容易に形成することができる。
(2)ワーク22が変形しないため、刃物51を斜めに移動する必要が無くなり、刃物51の刃物台(カッター台)に傾斜を設ける機構が必要なくなった。
(3)刃物51の摩耗に関係なく一定の加工位置及び加工動作で歯車加工を行うことができる。
(4)歯幅の厚い小径歯車でも外径精度などのよい加工ができる。
(5)歯車40の両軸部を加工した後、引き続き歯割加工を行うことができる。
(6)両軸部の軸径が異なる場合であっても、軸部の径に合わせて支持部の上下及び左右の位置を合わせることができる。
2 主軸台
3 刃物台
4 支持台
5 基盤部
6 サーボモータ
7 ボールねじ
9 カム
11 主軸モータ
12 ワーク供給装置
13 支持部
18 主軸
21 刃物
22 ワーク
23 ガイドブッシュ
24 接触子
25 アーム
31 支持部分
32 支持部分
33 凹部
34 溝
40 歯車
42 歯割部分
43 軸部
44 軸部
51 刃物
71 回転軸
72 エアシリンダ
73 バネ
83 支持部材
Claims (6)
- 棒材の先端部に形成され、歯割部分と当該歯割部分の両側に形成された第1の軸部、第2の軸部とからなる歯車材料を支持する歯車材料支持装置であって、
刃物が前記歯割部分に当接する側の反対側から前記第1の軸部を支持する第1の支持手段と、
刃物が前記歯割部分に当接する側の反対側から前記第2の軸部を支持する第2の支持手段と、
を具備したことを特徴とする歯車材料支持装置。 - 前記第1の支持手段と、前記第2の支持手段のうちの少なくとも一方は、前記歯割部分の中心位置を設定する溝部を有することを特徴とする請求項1に記載の歯車材料支持装置。
- 前記第1の支持手段の支持位置と、前記第2の支持手段の支持位置を、前記刃物が当接する方向に調節することができることを特徴とする請求項1、又は請求項2に記載の歯車材料支持装置。
- 前記第1の支持手段の支持位置と、前記第2の支持手段の支持位置を、前記棒材の軸方向に調節することができることを特徴とする請求項1、又は請求項2、又は請求項3に記載の歯車材料支持装置。
- 棒材を支持する棒材支持手段と、
前記支持した棒材の先端部に、歯割部分と当該歯割部分の両側に形成された第1の軸部、第2の軸部とからなる歯車材料を加工する歯車材料加工手段と、
前記加工した第1の軸部と第2の軸部を請求項1から請求項4までのうちの何れか1の請求項に記載の歯車材料支持装置で支持する支持手段と、
前記支持した棒材の歯割部分を歯割加工する歯割加工手段と、
前記歯割加工した棒材を切断する切断手段と、
を具備したことを特徴とする歯車加工装置。 - 棒材を支持する棒材支持ステップと、
前記支持した棒材の先端部に、歯割部分と当該歯割部分の両側に形成された第1の軸部、第2の軸部とからなる歯車材料を加工する歯車材料加工ステップと、
前記加工した第1の軸部と第2の軸部を請求項1から請求項4までのうちの何れか1の請求項に記載の歯車材料支持装置で支持する支持ステップと、
前記支持した棒材の歯割部分を歯割加工する歯割加工ステップと、
前記歯割加工した棒材を切断する切断ステップと、
から構成されたことを特徴とする歯車製造方法。
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