JP2010142883A - ドレッシングギアおよび歯車状砥石のドレス方法 - Google Patents

ドレッシングギアおよび歯車状砥石のドレス方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 小モジュールであってもツルーイング研削容易なドレッシングギア、及び、該ドレッシングギアを用いたドレス方法を提供する。
【解決手段】 歯の表面にダイヤモンド粒子或いはCBN粒子がコーティングされているドレッシングギアであって、総歯数が偶数であって総歯数の半数の歯を1歯飛びの欠け歯構造とされ、ダイヤモンドホイールによりツルーイング研削されていることを特徴とするドレッシングギアを提供する。該前記ドレッシングギアを歯車状砥石と噛み合わせた状態で、工具スピンドルとワークスピンドルとを電気的な位置制御により係合連行させる同期システムを利用することにより、歯車状砥石の全ての歯をドレスする。
【選択図】 図2

Description

本発明は、歯車のホーニングや研削に使用する歯車状砥石をドレッシングギアによってドレスする方法およびドレッシングギアに関し、特に比較的小モジュールの歯車状砥石をドレッシングするのに適したドレス方法およびドレッシングギアに関する。ここで、歯車とは、平歯車、ハスバ歯車を言い、外歯車、内歯車を含む。
従来、平歯車やハスバ(斜歯)歯車をホーニングするために、インターナル砥石やエクスターナル砥石が使用される。インターナル砥石は、円環状をしていて、ホーニングすべき歯車に噛み合い得る歯が内周面に形成されている。エクスターナル砥石は、一般に同じく円環状をしていて、ホーニングすべき歯車に噛み合い得る歯が外周面に形成されている。また、歯車の研削においても研削砥石が使用され、ウォームギア形状をした砥石が使用される。
これらの砥石は、表面にダイヤモンド粒子或いはCBN粒子がコーティングされたドレッシングギアによってドレスされる(例えば、特許文献1,2)。ドレッシングギアは、一般に、ホーニング或いは研削されるべき歯車と同寸法のモジュールが用いられる。そのため、ホーニング或いは研削されるべき歯車の歯が小モジュールであれば、その小モジュールに対応してドレッシングギアの歯も小モジュールとなる。
従来、ドレッシングギアはその表面に上記粒子がコーティングされたままの状態では面粗さが不均一で形状やピッチ精度も悪いので良好な加工精度を得ることができない。故に刃面にツルーイング研削を施した上で使用される。ツルーイング研削は、図10に示すように、コーティング後のドレッシングギアDの刃面に対し、円板状をしたダイヤモンドホイールWを用いる。ドレッシングギアをツルーイング研削することによって、その面粗さや形状、ピッチ精度が整えられ使用される。
特開平6−320420号公報 特開平6−206163号公報
しかしながら、ドレッシングギアのモジュールが小さくなると、すなわち、ドレッシングギアの歯のピッチが狭くなると、ダイヤモンドホイールが隣の歯に干渉してツルーイング研削ができない場合が生じる。すなわち、ダイヤモンドホイールは、厚みを0.5mm未満にすると、製作上の理由から精度が落ちるとともに、ツルーイング研削に必要な強度が不足する。そのため、モジュールが1.25未満の小ピッチのドレッシングギアを経済的に製作することが困難であった。その結果として、モジュールが1.25未満の歯車(ワーク)をホーニングするための歯車状砥石や、モジュールが1.25未満の歯車(ワーク)を研削するためのウォーム状砥石を、ドレスすることが困難であった。
上記問題を解決するため、本発明は、歯の表面にダイヤモンド粒子或いはCBN粒子がコーティングされているドレッシングギアであって、総歯数が偶数であって総歯数の半数の歯を1歯飛びの欠け歯構造とされ、ダイヤモンドホイールによりツルーイング研削されていることを特徴とするドレッシングギアを提供する。
ドレッシングギアの歯数は小モジュール・小歯数のワークの場合、該ワークと同一歯数するとドレスの転写性が悪い、ドレッシングギアの寿命が短いという不具合が生じるので、ドレッシングギアの歯数をワークの歯数よりも2倍〜3倍に増やすように設定する。このときにドレッシングギアの総歯数を偶数として1歯飛びの欠け歯構造を成立させている。
また、本発明は、歯車状砥石をドレッシングギアによってドレスする方法であって、前記ドレッシングギアとして、歯の表面にダイヤモンド粒子或いはCBN粒子がコーティングされているドレッシングギアであって、総歯数が偶数であって総歯数の半数の歯を1歯飛びの欠け歯構造とされ、ダイヤモンドホイールによりツルーイング研削されたドレッシングギアを用い、前記歯車状砥石として、歯車をホーニングするためのインターナル砥石又はエクスターナル砥石であって歯数が奇数の歯車状砥石を用い、前記歯車状砥石と前記ドレッシングギアとを噛み合わせた状態で工具スピンドルとワークスピンドルとを電気的な位置制御により係合連行させる同期システムを利用することにより、歯車状砥石の全ての歯をドレスすることを特徴とする歯車状砥石のドレス方法を提供する。
さらに、本発明は、歯車状砥石をドレッシングギアによってドレスする方法であって、前記ドレッシングギアとして、歯の表面にダイヤモンド粒子或いはCBN粒子がコーティングされているドレッシングギアであって、総歯数が偶数であって総歯数の半数の歯を1歯飛びの欠け歯構造とされ、ダイヤモンドホイールによりツルーイング研削されたドレッシングギアを用い、前記歯車状砥石として、歯車を研削するためのウォーム状砥石を用い、前記歯車状砥石と前記ドレッシングギアとを噛み合わせた状態で工具スピンドルとワークスピンドルとを電気的な位置制御により係合連行させつつ前記工具スピンドルをトラバースさせる同期システムを利用することにより、歯車状砥石の全ての歯をドレスすることを特徴とする歯車状砥石のドレス方法を提供する。
前記ウォーム状砥石の条数は奇数であること好ましい。また、前記ウォーム状砥石の条数は、前記ドレッシングギアの総歯数で割り切れない数であることが好ましい。
前記歯車状砥石は、ビトリファイド砥石やレジノイド砥石等の一般砥石、金属製基材の歯面に硬質粒子がコーティングされた砥石(例えば、CBN電着砥石)を含む。
なお、本件明細書及び特許請求の範囲において、欠け歯構造のドレッシングギアに関し「総歯数」とは、欠けた歯の数を含む歯数を意味するものとして用いている。
ドレッシングギアを一歯飛びの欠け歯構造とすることにより、歯の溝幅が広がるため、例えば、0.5mm厚のダイヤモンドホイールを用いてモジュールが0.20程度の微小モジュールのドレッシングギアをツルーイング研削することが可能となる。
ドレッシングギアの歯が一つおきに除去された欠け歯構造である場合、ドレッシングギアと歯車状砥石のいずれか片方を駆動し、他方を従動させる、いわゆる連れ回りの方法では、砥石とドレッシングギアの噛合率が少なくなることにより案内性が悪くなる上、従動側の回転トルクが駆動ギアの歯面に余分に負荷としてかかるため、正確にドレッシングギアの歯面形状を砥石に転写することが出来ず、ドレス精度が劣る。
そこで、工具スピンドルとワークスピンドルとを電気的な位置制御により係合連行させる同期システムを利用して、欠け歯構造のドレッシングギアを支持するワークスピンドルと歯車状砥石を支持する工具スピンドルとを高精度で同期駆動させることにより、正確にドレッシングギアの歯面形状を砥石に転写することが可能となる。
ところで、ドレッシングギアで歯車状砥石をドレスする場合、歯車状砥石のより高い精度を得るために、歯車状砥石の全ての歯面が、ドレッシングギアのより多くの歯により均一にドレスされることが望まれる。
しかしながら、例えば、ホーニング用の歯車状砥石について、歯車状砥石と欠け歯構造のドレッシングギアとを噛み合わせた状態で同期駆動した場合に、特定の複数の歯がドレスされない場合が生じる。
例えば、図8に示すように、総歯数が24個(除去されている歯D2、D4、D6…を含む。)のドレッシングギア10を用い、歯数が60個の歯車状砥石11をドレスする場合、ドレッシングギア10の歯(D1,D3,D5…)と歯車状砥石11の歯溝(W1,W2,W3,W4…)との関係を示す図9の表から分かるように、一定の複数の歯溝W2,W4,W6…にドレッシングギアの歯が噛み合っていない。なお、一般に歯数と歯溝の数は同じである。したがって、歯車状砥石11は、歯溝W2,W4,W6…面する歯面がドレスされていない。このような場合には、一度、同期駆動を停止させ、噛み合い状態を一端解除し、歯を一つだけずらして再度噛み合わせてから同期駆動する噛合位置変え作業を行うことにより、ドレスされてない歯面をドレスすることが考えられるが、ドレス工数の増大とドレス精度の劣化の問題を生じる。
そこで、前記ドレッシングギアとして、総歯数が偶数であって総歯数の半数の歯を1歯飛びの欠け歯構造とされ、ダイヤモンドホイールによりツルーイング研削されたドレッシングギアを用い、前記歯車状砥石として、歯車をホーニングするためのインターナル砥石又はエクスターナル砥石であって歯数が奇数の歯車状砥石を用いれば、歯車状砥石の砥石1回転につき1歯のズレが生じるため、歯車状砥石の全歯を連続的にドレスすることができる。
さらに、歯車状砥石の歯数を、ドレッシングギアの歯数で割り切れない数とすることにより、歯車状砥石の歯とドレッシングギアの歯の噛合いが永久にずれていくため、砥石の歯面を均一にドレスすることができる。
また、小歯数のドレッシングギアを用いた場合には、ドレッシングギアの工具寿命が短く、ドレスの転写性が悪いという問題が生じるが、当該問題は、ワークの歯数よりも総歯数が多いドレッシングギアを用いることにより解消し得る。但し、1歯飛びの欠け歯構造のドレッシングギアを用いる問題点としては、ドレス工数の増大があるがワークの生産能力の観点からみて大きな問題とならない。
また、歯車研削に用いるウォーム状砥石を上記欠け歯構造のドレッシングギアでドレスする場合においても、ウォーム状砥石の歯の条数が偶数であると、ドレスされない歯面を生じる。このような場合、先ず一条目をドレスした後、ウォーム状砥石とドレッシングギアの噛合いを外してから位相をシフトし、2条目のドレスサイクルを実施することにより、全歯面を研削することが可能である。この場合、工具スピンドルとワークスピンドルとを電気的な位置制御により係合連行させつつ、工具スピンドルをトラバースさせる同期システムを利用し、プログラムすることにより、工具スピンドル及びワークスピンドルの其々の回転を停止させることなく、1条目と2条目のドレスを連続したサイクルで実行することができる。
ウォーム状砥石として条数が奇数のウォーム状砥石を用い、同期駆動によりトラバースさせることで、全条数の歯を連続的にドレスすることができる。
さらに、ウォーム状砥石として、その条数がドレッシングギアの総歯数によって割り切れない数のウォーム状砥石を用いることにより、均質なドレスが可能となる。
本発明に係る歯車状砥石のドレス方法についての好適な実施形態を、以下に図面を参照して説明する。
図1は、ギアホーニングマシンを示す一部断面側面図である。ギアホーニングマシンは、本来は、ワークである歯車を歯車状砥石(インターナル砥石又はエクスターナル砥石)でホーニングするための装置であるが、ワークをドレッシングギアに代えることで歯車状砥石のドレスにも使用できる。
ギアホーニングマシン1は、機台2上に設置されたワークスピンドル駆動モータ3、心押台4、インターナル砥石5の外周を固定する工具スピンドル6、工具スピンドル6をギア(不図示)を介して回転駆動する工具スピンドル駆動モータ7を備えている。
また、工具スピンドル6の回転角度位置を検出する検出器8が設けられている。図示例の検出器は、円環状の磁気メモリ付スケール8を、磁気エンコーダ8bで読み取る形式を採用している。
検出器8で検出された工具スピンドル6の回転角度位置検出値は、NC制御装置9に送られ、ワークスピンドル駆動モータ3のロータリーエンコーダー3aからの信号と比較され、NC制御装置9によって、工具スピンドルとワークスピンドルとを電気的な位置制御により同期させて係合連行させる。
ワークスピンドル駆動モータ3のワークスピンドル3bと心押台4のテールストック4aとに、ドレッシングギア10が挟持される。ホーニング用のインターナル砥石5とドレッシングギア10とを噛み合わせ、両者を同期駆動することにより、インターナル砥石5の歯がドレスされる。
ドレッシングギア10は、総歯数が偶数であって総歯数の半数の歯を1歯飛びの欠け歯構造としたドレッシングギアを用いる(図2参照)。このようなドレッシングギア10は、歯が欠けている分、隣り合う歯と歯の間の隙間が大きくなるので、例えば、0.5mm厚のダイヤモンドホイールWを用いてモジュールが0.20程度の微小モジュールのドレッシングギアをツルーイング研削することが可能となる。
さらに、ドレッシングギア10は、ホーニングされるべきワークと、モジュール、ピッチ、歯形は同じであるが、ワークの歯数の2〜3倍の歯数のものを用いることが好ましい。それにより、ドレッシングギアの寿命の延長とドレスの転写性の改善を図ることができる。
総歯数が偶数であって総歯数の半数の歯を1歯飛びの欠け歯構造としたドレッシングギア10を用い、歯車状砥石として、歯数が奇数のインターナル砥石5を用い、インターナル砥石5とドレッシングギア10とを噛み合わせた状態で電気的な位置制御により係合連行させつつ、同期駆動させることにより、インターナル砥石5の砥石1回転につき1歯のズレが生じるため、インターナル砥石5の全歯をドレスすることができる。
例えば、ドレッシングギアの総歯数(一歯おきに除去した歯の数を含む)が24で、歯車状砥石の歯数が61である場合は、図3を参照すれば、歯車状砥石は、奇数番目の歯(W1,W3,W5,…W61)の次に、偶数番目の歯(W2,W4,W6…)がドレスされており、全ての歯がドレスされることが分かる。なお、図3において、ドレッシングギアの歯に符号D1,D3,D5,…D23を付し(D2,D4,D6…D24に相当する歯は除去されている。)、歯車状砥石の歯に符号W1,W2,W3,W4,…W61を付した。
次に、ドレッシングギアの総歯数(除去した歯の数を含む。)が12で、歯車状砥石の歯数が27の場合について、ドレッシングギアの歯と歯車状砥石の歯溝との関係を図4に示し、ドレッシングギアの総歯数(除去した歯の数を含む。)が12で、歯車状砥石の歯数が23の場合についてドレッシングギアの歯と歯車状砥石の歯溝との関係を図5に示す。なお、図4において、ドレッシングギアの歯に符号D1,D3,D5,…D11を付し(D2,D4,D6…D12に相当する歯は除去されている。)、歯車状砥石の歯に符号W1,W2,W3,W4,…W27を付し、図5において、ドレッシングギアの歯に符号D1,D3,D5,…D11を付し(D2,D4,D6…D12に相当する歯は除去されている。)、歯車状砥石の歯に符号W1,W2,W3,W4,…W23を付した。
図4の表では、表の右上でドレッシングギアの歯D1が歯車状砥石の歯溝W1に噛み合い、ドレッシングギアが10回転目で再びドレッシングギアD1が歯車状砥石W1と噛み合っている。したがって、10回転毎に、一つの噛み合わせパターンを繰り返す。そうすると、ドレッシングギアの歯D1は、図4を参照すれば、歯車状砥石の歯溝W1,W13,W25,W10,W22,W7,W19,W4,W16とだけ噛み合い、他の歯溝と噛み合わないことになる。
一方、図5の表を参照すれば、ドレッシングギアの歯D1は、歯溝W1,W2,W3,W4,W5,…、W13,W14,W15,W16,W17…と噛み合い、全ての歯溝と噛み合うことになる。図4の表の場合は、歯車状砥石の歯数が奇数であるが、ドレッシングギアの総歯数によって割り切れる数であり、図5の表の場合は、歯車状砥石の歯数が奇数であって、ドレッシングギアの総歯数で割り切れない数である。
図4の場合のように、歯車状砥石の歯数がドレッシングギアの総歯数(12)によって割り切れる数(27)の場合には、最小公倍数(108)の歯で噛合いが繰り返し再現され、歯車状砥石の歯W1はドレッシングギアのD1とD7との噛合い、歯車状砥石のW3はドレッシングギアのD3とD9との噛合うというように、各々の歯車状砥石の歯のドレス仕上がりに傾向を持つことになる。一方、図5の場合のように、歯車状砥石の歯数がドレッシングギアの総歯数(12)で割り切れない数(23)の場合には、永久に噛合いがずれていき、歯車状砥石の歯がより多くのドレッシングギアの歯と噛合うことにより、ドレッシングギアによって歯車状砥石が均一にドレスされる。
上記実施形態においては、歯車状砥石としてインターナル砥石の例について説明したが、エクスターナル砥石の場合は、砥石が外歯である点を除いてインターナル砥石の場合と基本的に同様であるので、詳細な説明を省略する。
次に、歯車研削用の歯車状砥石をドレッシングギアによってドレスする例について、以下に図面を参照して説明する。
図6は、ウィーム状砥石による歯車研削盤の一例を示す斜視図である。歯車研削盤は本来はワークである歯車をウォーム状砥石により研削するための装置であるが、ワークをドレッシングギアに代えることでウォーム状砥石のドレスにも使用される。
歯車研削盤20は、ウォーム状砥石21を支持し軸線周りに回転駆動する工具スピンドル駆動モータ22と、工具スピンドル駆動モータ22を軸方向(図6のY方向)へ移動させるサーボモータ23と、ウォーム状砥石21のヘリカル角度を調整する回転(図6のA方向の回転)を付与するサーボモータ24と、ウォーム状砥石21の砥石ヘッド切り込み量を調整するためにウォーム状砥石21を図6のX方向へ切り込み移動させるためのサーボモータ25と、ワークスピンドル駆動モータ26と、心押台27と、ワークスピンドル駆動モータ26を左右方向(図6のZ方向)へ移動させるためのサーボモータ28とを備えている。
ワークスピンドル駆動モータ26の主軸26aと心押台27のテールストック27aとに、ドレッシングギア29が挟持される。歯車研削に使用するウォーム状砥石21とドレッシングギア29とを噛み合わせ、工具スピンドルとワークスピンドルとをNC制御による電気的な位置制御により同期させて係合連行させることにより、ウォーム状砥石21の歯がドレスされる。
ドレッシングギア29は、上記ホーニングの実施形態のドレッシングギアと同様であり、総歯数が偶数であって総歯数の半数の歯を1歯飛びの欠け歯構造のドレッシングギアを用いる。
歯車を研削するためのウォーム状砥石21の条数は、好ましくは奇数であり、より好ましくはドレッシングギア29の総歯数によって割り切れない数とすることは、前述したホーニングの事例と同様である。
ウォーム状砥石21の場合、図7を参照すれば、サーボモータ23を停止させ工具スピンドルをY方向へ移動させない状態で、工具軸Bを一回転させると、ワーク軸Cは、Z/Z分回転する。ここでZは、ウォーム状砥石21の条数であり、Zはドレッシングギア29の総歯数(ワークの歯数に相当)である。逆に、同じくサーボモータ23を停止させた状態でワーク軸Cを一回転させると、工具軸Bは、Z/Z分回転する。
次に、サーボモータ23を駆動して、ウォーム状砥石21をY方向へ移動させながら一回転させると、ドレッシングギア29は、(Z/Z)±(F/πm)分回転する。ここで、Fはウォーム状砥石21が一回転する間にY方向へシフトする量(mm/回転)であり、mはモジュールである。πmは、ドレッシングギア29のピッチPに等しい。±の符号は、ウォーム状砥石21の移動方向がドレッシングギア29の回転方向と一致する場合は+となり、逆行する場合は−となる。
ウォーム状砥石21をドレスする場合は、ウォーム状砥石21とドレッシングギア29とを一定方向に回転させながら、ウォーム状砥石21をトラバースさせて行う。
ウォーム状砥石において欠け歯構造のドレッシングギア29を使用する場合、欠け歯分のドレス作業が行われないためにドレスが粗くなる恐れがあるが、ウォーム状砥石21のY方向への移動速度を適切に調整することとにより、所望のドレス精度を得ることができる。例えば、歯が欠けていない同諸元のドレッシングギアでドレスする場合にウォーム状砥石をY方向へ移動させる速度より遅く、好適にはその速度の1/2程度の速度で、ウォーム状砥石21をY方向へ移動させれば、欠け歯構造のドレッシングギア29によるドレスであっても、歯が欠けていない同諸元のドレッシングギアでドレスした場合と同等のドレス精度を得ることが出来る。なお、図7ではウォーム状砥石21の条数を1条としたが3条としてもよい。
ギアホーニングマシンを示す一部断面側面図である。 本発明に係るドレッシングギアの一実施形態をダイヤモンドホイールとともに示す縦断正面図である。 本発明方法によるドレッシングギアと歯車状砥石との噛み合い状態の一例を示す表である。 本発明方法によるドレッシングギアと歯車状砥石との噛み合い状態の一例を示す表である。 本発明方法によるドレッシングギアと歯車状砥石との噛み合い状態の一例を示す表である。 ウィーム状砥石による歯車研削盤の一例を示す斜視図である。 本発明方法によるドレッシングギアとウォーム状砥石との噛み合い状態を示す説明である。 ドレッシングギアとホーニング用の歯車状砥石との噛み合い状態を部分的に示す図である。 ドレッシングギアと歯車状砥石との噛み合い状態の一例を示す表である。 ドレッシングギアをダイヤモンドホイールでツルーイング研削する従来の状態を示す説明図である。
符号の説明
1 ギアホーニングマシン
5 インターナル砥石(歯車状砥石)
10 ドレッシングギア
20 歯車研削盤
21 ウォーム状砥石(歯車状砥石)
29 ドレッシングギア

Claims (9)

  1. 歯の表面にダイヤモンド粒子或いはCBN粒子がコーティングされているドレッシングギアであって、総歯数が偶数であって総歯数の半数の歯を1歯飛びの欠け歯構造とされ、ダイヤモンドホイールによりツルーイング研削されていることを特徴とするドレッシングギア。
  2. モジュールが1.25未満であることを特徴とする請求項1に記載のドレッシングギア。
  3. 前記ドレッシングギアの総歯数がワークの歯数の2倍〜3倍であることを特徴とする請求項1又は2に記載のドレッシングギア。
  4. 歯車状砥石をドレッシングギアによってドレスする方法であって、
    前記ドレッシングギアとして、歯の表面にダイヤモンド粒子或いはCBN粒子がコーティングされているドレッシングギアであって、総歯数が偶数であって総歯数の半数の歯を1歯飛びの欠け歯構造とされ、ダイヤモンドホイールによりツルーイング研削されたドレッシングギアを用い、
    前記歯車状砥石として、歯車をホーニングするためのインターナル砥石又はエクスターナル砥石であって歯数が奇数の歯車状砥石を用い、
    前記歯車状砥石と前記ドレッシングギアとを噛み合わせた状態で工具スピンドルとワークスピンドルとを電気的な位置制御により係合連行させる同期システムを利用することにより、歯車状砥石の全ての歯をドレスすることを特徴とする歯車状砥石のドレス方法。
  5. 前記歯車状砥石の歯数が、前記ドレッシングギアの総歯数で割り切れない数であることを特徴とする請求項4に記載のドレス方法。
  6. 前記歯車状砥石の回転角度位置を検出器で検出し、その検出した回転角度位置検出値に基づいて、前記歯車状砥石と前記ドレッシングギアとを同期させることを特徴とする請求項4又は5に記載のドレス方法。
  7. 歯車状砥石をドレッシングギアによってドレスする方法であって、
    前記ドレッシングギアとして、歯の表面にダイヤモンド粒子或いはCBN粒子がコーティングされているドレッシングギアであって、総歯数が偶数であって総歯数の半数の歯を1歯飛びの欠け歯構造とされ、ダイヤモンドホイールによりツルーイング研削されたドレッシングギアを用い、
    前記歯車状砥石として、歯車を研削するためのウォーム状砥石を用い、
    前記歯車状砥石と前記ドレッシングギアとを噛み合わせた状態で工具スピンドルとワークスピンドルとを電気的な位置制御により係合連行させつつ前記工具スピンドルをトラバースさせる同期システムを利用することにより、歯車状砥石の全ての歯をドレスすることを特徴とする歯車状砥石のドレス方法。
  8. 前記ウォーム状砥石の条数が奇数であることを特徴とする請求項7に記載のドレス方法。
  9. 前記ウォーム状砥石の条数が、前記ドレッシングギアの総歯数で割り切れない数であることを特徴とする請求項7又は8に記載のドレス方法。
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