JP2010023130A - プランジカットシェービングカッタ及びプランジカットシェービング加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歯幅２０ｍｍ程度以下のワークのプランジカットシェービング加工であっても、面圧を維持しながら切刃負担を軽減し、再研削当たりの加工数を増加するプランジカットシェービングカッタ及びプランジカットシェービング加工方法を提供。
【解決手段】シェービングカッタ５の切刃３を構成するセレーションピッチ４を１．５ｍｍ以下、セレーションのランドの幅２を０．５ｍｍ以上、セレーションのランドの幅をセレーションピッチの０．５倍以下とする。これを用いて、外歯車ワーク幅が２０ｍｍ以下のワークをプランジカットシェービング法により加工する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、主として乗用車トラッンスミッションギヤの生仕上げ用として用いられているプランジカットシェービングカッタ及びそれを用いた加工方法に関する。

従来、乗用車トラッンスミッションギヤの生仕上げ用として圧倒的に多く用いられているものにシェービング工法がある。歯車のシェービング仕上げ加工にはワークとカッタの相対運動形態からトラバース形とプランジ形がある。トラバース形にはワーク軸とカッタ軸の相対運動方向の違いで一般的なコンベンショナル法、ダイアゴナル法、アンダーパス法の３種類がある。以上から全体的にはこの３種類とプランジ工法との４種類ということになるが、これらの違いで、図２（ａ）に示すセレーションピッチ（カッタ切刃ピッチ）４を意図的に変えるということはなかった。セレーションピッチ４はカッタメーカが違ってもサイズが違っても、おおよそ１．７５ｍｍ前後および２．０ｍｍに集約され、そのどちらかの選択で設計製作されていた。これは製作面でのコスト、納期短縮面でカッタ歯面縦溝加工用のスロッタバイト寸法を標準化したことに他ならない。その結果、セレーションピッチ４とセレーションのランドの幅（切刃幅）２の組み合わせはシェービングカッタが工業界に出現して依頼、ほとんど変化なく普遍的な寸法となっていた。

一方、図１乃至図３に示すように、プランジカットシェービング加工は、ワークの歯幅１より幅の広いカッタ５をワーク６に押し込む（矢印７）ことで 両者の接触歯面間に発生する面圧で切刃がワーク歯面８に食い込み、かつ軸交差角１３による横滑り力９によって削り取るものである。その削り代は１回転当たり、歯面の法線方向で約５〜１０μｍであり、最終的な全削り代１０は片歯面で約２０〜４０μｍが一般的である（特許文献１）。このようにシェービング加工は微少切削が特徴であるため、再研削するまでの加工個数は１，０００個を超えている。

特開平０４−３４７８３８号公報

しかし、カッタ再研削状況により加工数が１，０００個以下の場合もあり、さらには、加工個数の増大を要求されてきた。そこで、本出願人は、研究の結果、シェービング加工は微少切削の為、セレーションの溝（カッタ歯面の縦溝）１１で形成されるランド（切刃）刃先３のシャープ性がカッタ切れ味を大きく左右し、カッタ再研削当たり加工数に大きな影響をもたらす。したがって少なくともカッタとワークの歯面間接触面圧を低下させないで、いかにランド刃先３の摩耗促進を抑えるかが課題であった。また、切削工具での摩耗抑制は永遠の課題であるが、シェービング加工ではさらに面圧という重要なファクターが加わってくることを知得した。

そこで、本願出願人が出願した未公開の特願２００７−０８３９９３号においては、例えば歯幅が３０ｍｍ以上の歯幅の広いワーク加工に対して、従来よりも食い付き性を高めるようにした。即ち、ワーク歯幅の増大に応じて、セレーションピッチを前述した、１．７５や２．０ｍｍより、大きな２．４〜３ｍｍとして相対的なランド（切刃）数の増加を少なくし、さらに、セレーションランド幅をセレーションピッチの０．２５倍以下と小さくした。これにより、切刃への面圧を高く維持して切刃の食い付き性を改善し、切れ味を向上させ再研削当たり加工数を伸ばせる。このように、歯幅が３０ｍｍ以上の場合は、セレーションランド（切刃）数を確保できるので、カッタ歯面のセレーションランド幅２が噛み合いガイドとなってワーク歯面を狙い形状に加工できる。

しかしながら、歯幅２０ｍｍ以下の場合には、セレーションピッチを大きくすると、幅が狭いため、切刃数（切刃幅数）が極端に減じ、噛み合いの安定性が低下し、加工精度を低下させることになるという問題があった。なお、自動車関係では歯幅は１０ｍｍ以上が一般である。

本発明の課題は、前述した問題点に鑑みて、歯幅２０ｍｍ程度以下のワークのプランジカットシェービング加工であっても、面圧を維持しながら切刃負担を軽減し、再研削当たりの加工数を増加するプランジカットシェービングカッタ及びプランジカットシェービング加工方法を提供することである。

本発明においては、シェービングカッタの切刃を構成するセレーションピッチが１．５ｍｍ以下、セレーションのランドの幅が０．５ｍｍ以上、セレーションのランドの幅がセレーションピッチの０．５倍以下とされているプランジカットシェービングカッタを提供することにより前述した課題を解決した。

即ち、従来は、標準櫛バイトを使用するため、特定のセレーションピッチでよしとされ、セレーションのランド（切刃）の刃先の影響等については考慮されていなかったのである。そこでまず、ランド（切刃）刃先３の摩耗促進を抑制するには刃先切削負担を軽減する手段を講じればよいことになる。その１つの方法として、ワーク歯面加工の切刃参画数を増すことが考えられ、そのためにはセレーションピッチ４を小さくすれば課題は解決しうることになる。そこで、セレーションピッチを１．５ｍｍ以下とした。

しかしランド（切刃）幅２が従来通りであれば、切刃数が増した分だけ接触長さが増し、同等の歯面間面圧とならず、面圧低下を招いて切れ味を損なってしまい逆効果となる。これを解消するため接触間面圧が従来と同等となるように、かつ工具切刃の強度確保の限界幅をランド（切刃）幅２とし従来よりも狭くする手段をとった。さらに、カッタとしての切刃強度を維持しうる最小ランド（切刃）幅２は０．５ｍｍが必要であり、セレーションのランドの幅を０．５ｍｍ以上とした。

さらに、シェービング加工の切り屑カール直径は０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍであるので、切屑詰まりをしないランドの最小溝幅１２を０．２ｍｍの倍の０．４ｍｍ以上である。また、セレーションのランドの幅／セレーションピッチは一般的なものと同様となるように０．５以下とした。

ここでそれらの組み合わせでの面圧を概略検討してみる。Ｗ：ワーク幅＝１８（ｍｍ）、Ｐ：セレーションピッチ（ｍｍ）、Ｌ：ランド（切刃）幅（ｍｍ）、Ｔ：カッタ押し込み荷重、Ｎ’：ワーク幅あたりの作用ランド（切刃）計算、Ｎ：作用ランド（切刃）数、Ｓ：カッタ接触長さＮ×Ｌ（ｍｍ）Ｔ／Ｓ：ランド（刃先）面圧比として、セレーションピッチ及びランド幅を従来のケースである２．０、０．７及び１．７５、０．７（ｍｍ）、セレーションのランドの幅／セレーションピッチは約０．３５、０．４である。本発明例として、セレーションピッチ及びランド幅を１．３、０．５（ｍｍ）セレーションのランドの幅／セレーションピッチは約０．３９として計算すると、表１のようになる。

表１に示すように、本発明では、従来のケースに対し、作用ランド（切刃）数が３〜４刃増し、切刃参画数が増しているのにかかわらず、接触歯面間のランド（刃先）面圧比は、０．１５４Ｔであり、従来の０．１４３〜０．１５９Ｔと同様の性能を確保できていることがわかる。これは、プランジカットシェービングカッタに特有なことである。なお、ワーク歯幅１０ｍｍ以下は、シェービング加工は一般的ではないが、必要に応じて同様に設計できることはいうまでもない。

かかるプランジカットシェービングカッタは歯幅２０ｍｍ以下のワークで効果が顕著であり、請求項２に記載の発明においては、請求項１記載のシェービングカッタを用いて外歯車ワーク幅が２０ｍｍ以下の前記ワークをプランジカットシェービング法により加工するプランジカットシェービング加工方法提供する。

本発明においては、セレーションピッチを１．５ｍｍ以下とし、ワーク歯面加工の切刃参画数を増し、ランド（切刃）刃先３の摩耗促進を抑制し、また、セレーションのランドの幅を０．５ｍｍ以上とし、切刃強度を維持し、切れ味を確保し、さらに、セレーションのランドの幅／セレーションピッチを０．５以下と一般的なものと同様となるようにとしたので、面圧を維持しながら切刃負担を軽減し、再研削当たりの加工数を増加するプランジカットシェービングカッタを提供するものとなった。

特に、本発明のプランジカットシェービングカッタを用いて２０ｍｍ以下の歯幅のワークをプランジカットシェービング法により加工することにより、精度を確保しながら、摩耗が少なく、長寿命となった。また、再研削当たりの加工数も後述するように、従来では１，０００〜１，８００個であったものが本発明においては、２，２００〜３，０００個と倍増するものとなった。

本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１（ａ）は被削外歯車６に対するシェービングカッタ５の送り方法を示す要部断面図、（ｂ）は（ａ）の概略右側面図、図２（ａ）はシェービングカッタのセレーション刃の部分拡大斜視図、（ｂ）はワークの歯直角断面図、図３（ａ）は外歯車用プランジカットシェービングカッタ５の被削外歯車６に対するプランジカットシェービング方法を示す要部断面図、（ｂ）は噛み合い部歯直角断面である。プランジカットシェービング加工は、図３（ａ）に示すように、ワーク（被削外歯車）６のワーク軸６ａとワークの歯幅１より幅の広いシェービングカッタ５のカッタ軸５ａを軸交差角１３で互いに軸を交差させながら、噛み合わせる。次に、図１に示すように、シェービングカッタ５を矢印７方向にワーク６に押し込み、両者の接触歯面間に発生する面圧で切刃をワーク歯面８に食い込ませる。同時に、図３に示すように、軸交差角１３により発生する横滑り力９（矢印）によって、ワーク歯面８を切刃３で符号１０に示す部分を削り取るものである。

図２に示すように、切刃３を有するセレーションは、ランド２と溝１１とからなり、ランド２と溝１１との角部には切刃３が形成されている。本発明においては、ワーク６の歯幅１は通常１０〜２０ｍｍ、小さいものでは３〜５ｍｍのものにまで適用できる。シェービングカッタ５の歯幅５ｂはワーク６の歯幅１より、５ｍｍ以上大きくされる。また、セレーションピッチ４は１．５ｍｍ以下、セレーションのランド２の幅は０．５ｍｍ以上、セレーションのランドの幅がセレーションピッチの０．５倍以下とされている。

これにより、従来のセレーションピッチである１．７５ｍｍ前後および２．０ｍｍに対し、ピッチを狭くして、ワーク歯面加工の切刃参画数を増し、切れ味を確保し、ランド幅を０．５ｍｍ以上として切刃強度を確保しているのである。なお、セレーションのランドの幅がセレーションピッチの０．５倍以下として、従来と同様の切り屑排出性を確保している。

本発明の実施例について説明する。ワーク諸元がモジュール２．１、圧力角１８°、歯数６３、ねじれ角３２°ＬＨ、外径１６１．０ｍｍ、歯幅１７ｍｍの歯車のプランジカットシェービングを行った。本発明のシェービングカッタはの諸元は歯数９７，ねじれ角１７°ＲＨ、外径２１６．５ｍｍ、穴径６３．５ｍｍ、歯幅２５．４ｍｍ、セレーションランド（切刃）ピッチ１．３ｍｍ、セレーションランド（切刃）幅０．５ｍｍを用いた。加工条件はプランジカットシェービング法であり、シェービングカッタ回転数３０００ｍｉｎ^-1 （ｒｐｍ）、送り０．６ｍｍ／ｍｉｎ、ドゥエルタイム（スパークアウト）はＴ１が３秒、Ｔ２が２秒、Ｔ３が３秒、ＢＭ（バックムーブメント）を０．０３ｍｍとした。

一方、比較例として、実施例とは、セレーションランド（切刃）ピッチが１．７５ｍｍ、セレーションランド（切刃）幅が０．７ｍｍとした点のみが異なる従来のシェービングカッタを用いて、同条件でプランジカットシェービングを行った。その結果を表２に示す。

表２に示すように、比較例である従来のシェービングカッタにおいては、再研削当たり加工数は７５２〜１，７９７個で、平均１，３３７個であるのに対し、本発明においては、２，２７１〜２，９９５個で、平均２，６３０個との結果を得た。このように、本発明においては、固定寸法であったセレーションピッチをワークに合わせて変更することにより、従来に比べてカッタ再研削当たり加工数が約２倍にのびるという大きな効果を奏するものとなった。なお、歯幅５ｍｍのものについても良好な結果を得た。

（ａ）は被削外歯車に対するシェービングカッタの送り方法を示す要部断面図、（ｂ）は（ａ）の概略右側面図である。 （ａ）はシェービングカッタのセレーション刃の部分拡大斜視図、（ｂ）はワークの歯直角断面図である。 （ａ）は外歯車用プランジカットシェービングカッタの被削外歯車に対するプランジカットシェービング方法を示す要部断面図、（ｂ）は噛み合い部歯直角断面である。

符号の説明

１ 外歯車ワーク幅
２ セレーションのランド（の幅）
３ 切刃
４ セレーションピッチ
５ プランジカットシェービングカッタ
６ ワーク（被削外歯車）

Claims (2)

1. シェービングカッタの切刃を構成するセレーションピッチが１．５ｍｍ以下、セレーションのランドの幅が０．５ｍｍ以上、セレーションのランドの幅がセレーションピッチの０．５倍以下とされていることを特徴とするプランジカットシェービングカッタ。
2. 請求項１記載のシェービングカッタを用いて外歯車ワーク幅が２０ｍｍ以下のワークをプランジカットシェービング法により加工することを特徴とするプランジカットシェービング加工方法。

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