JP2011051084A

JP2011051084A - 歯車加工装置

Info

Publication number: JP2011051084A
Application number: JP2009204740A
Authority: JP
Inventors: Kozo Tokuda; 耕三徳田; Yoichi Takeda; 洋一武田; Koji Kawamoto; 洸司川本
Original assignee: Kanzaki Kokyukoki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kanzaki Kokyukoki Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2011-03-17

Abstract

【課題】被加工歯車の種類に応じて、カッターと被加工歯車との間の面圧をコントロールすることができ、加工精度の向上、及び加工時間の短縮を可能とする歯車加工装置を提供する。
【解決手段】基台上に設置された固定具３に、被加工歯車Ｗの回転中心と同心配置されるように回転可能に支持して被加工歯車と一体回転可能な一対の軸部材３３，５３と、回転可能に支持され、被加工歯車を加工する歯車形状のカッター６と、カッターを回転駆動する第１の駆動源と、軸部材の少なくとも一方を回転駆動する第２の駆動源３６と、第２の駆動源の駆動を制御する制御手段と、を備え、カッターを被加工歯車に噛み合わせながら回転することで、被加工歯車を連れ回りさせ、制御手段は、カッターを所定のトルクで回転させる際に、被加工歯車の回転に必要なトルクに応じて、第２の駆動源を制御し、軸部材の少なくとも一方に正または負のトルクを付与する。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯車加工装置に関する。

従来より、歯車に対する仕上げ加工として、例えばホーニング加工やシェービング加工が知られている。例えば、特許文献１には、シェービング加工を行う歯車仕上げ装置が記載されている。この装置において、加工対象となる被加工歯車は、一対の軸部材により軸方向の両端から挟むことで回転自在に支持される。そして、歯車状のカッターを被加工歯車に噛み合わせた後、カッターを回転させ、カッターと被加工歯車とを連れ回りさせる。こうして、カッターにより歯車の仕上げ加工が行われる。

特開２００７−２６０８２８号公報

ところで、加工を行う際には、カッターを所定のトルクで回転させることで、被加工歯車を連れ回りさせるのであるが、被加工歯車の種類によっては回転の制御が難しい場合がある。例えば、被加工歯車の径が小さい場合には、回転に必要なトルクが大きいため、カッターと被加工歯車との間の面圧が大きくなる傾向があり、これによって、加工精度が低下するおそれがある。一方、被加工歯車の径が大きい場合には、回転に必要なトルクが小さいため、カッターと被加工歯車との間の面圧が小さくなる傾向にある。そのため、切削性が低下し、加工に要する時間が長くなるという問題がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、被加工歯車の種類に応じて、カッターと被加工歯車との間の面圧をコントロールすることができ、加工精度の向上、及び加工時間の短縮を可能とする歯車加工装置を提供することを目的とする。

本発明に係る歯車加工装置は、基台上に設置された固定具に、被加工歯車の回転中心と同心配置されるように回転可能に支持して前記被加工歯車と一体回転可能な一対の軸部材と、回転可能に支持され、被加工歯車を加工する歯車形状のカッターと、前記カッターを回転駆動する第１の駆動源と、前記軸部材の少なくとも一方を回転駆動する第２の駆動源と、前記第２の駆動源の駆動を制御する制御手段と、を備え、前記カッターを被加工歯車に噛み合わせながら回転することで、被加工歯車を連れ回りさせ、前記制御手段は、前記カッターを所定のトルクで回転させる際に、被加工歯車の回転に必要なトルクに応じて、前記第２の駆動源を制御し、前記軸部材の少なくとも一方に正または負のトルクを付与する。

この構成によれば、被加工歯車にトルクを付与する第２の駆動源を設けているため、次の利点がある。例えば、カッターと被加工歯車との連れ回りの際に、被加工歯車の回転に必要なトルクが大きい場合には、第２駆動源により、回転方向に対して軸部材に正のトルクを付与する。これにより、カッターと被加工歯車との間の面圧を、トルク付与前よりも小さくすることができ、これによって、加工精度を向上することができる。一方、被加工歯車の回転に必要なトルクが小さい場合には、第２の駆動源により、回転方向に対して軸部材に負のトルクを付与する。これにより、カッターと被加工歯車との間の面圧を、トルク付与前よりも大きくすることができる。その結果、切削性が向上し、加工に要する時間を短くすることができる。

より具体的な制御として、例えば、制御手段により、被加工歯車の回転に必要なトルクが所定値よりも小さい場合には軸部材に対し回転方向とは反対方向の負のトルクを付与することができる。一方、被加工歯車の回転に必要なトルクが前記所定値よりも大きい場合には軸部材に対し回転方向と同じ方向の正のトルクを付与することができる。

ところで、被加工歯車の回転に必要なトルクは、被加工歯車の形状、重量などの歯車特性により依存する。したがって、制御手段に、少なくとも被加工歯車の形状を含む歯車特性に基づいて軸部材に付与すべきトルクを予め決定したトルクデータベースを設け、このトルクデータベースに基づいて、第２の駆動源の制御を行うことができる。このようなトルクデータベースを予め有していれば、種々の被加工歯車に対して、適切なトルクを付与することができ、加工精度、加工時間をより最適化することができる。

上記トルクデータベースを設ける場合、制御手段に、歯車特性を入力する入力部を設けておけば、この入力部に入力された歯車特性からトルクデータベースを参照して第２の駆動源の制御を行うことができる。
あるいは、制御手段に、歯車特性を測定する測定部を設け、この測定部で測定された歯車特性からトルクデータベースを参照して第２の駆動源の制御を行うことができる。このような測定部を設けると、歯車特性を自動的に特定することができ、加工作業を簡略化することができる。

また、上記加工装置においては、第２の駆動源を電気モータで構成することができる。このとき、制御手段が、被加工歯車の回転時に、軸部材を介して第２の駆動源が受けるトルクにより生じた回生電力を加工装置の電源に戻すことができる。こうすることで、第１の駆動源などの操作に使用することができる。

本発明に係る歯車加工装置によれば、被加工歯車の種類に応じて、カッターと被加工歯車との間の面圧をコントロールすることができ、加工精度の向上、及び加工時間の短縮が可能となる。

本発明の一実施形態に係る歯車加工装置の正面図である。図１における主軸台の一部切り欠き正面図である。図２のＡ−Ａ線断面図である。トルクデータベースの一例を示す図である。カッターと被加工歯車との関係を示す側面図である。トルクデータベースの他の例を示す図である。

以下、本発明に係る歯車加工装置をシェービング加工装置に適用した場合の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態のシェービング加工装置の一部正面図である。以下では、被加工歯車Ｗを仕上げ及び研削加工する場合について説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るシェービング加工装置は、基台Ｂ上に支持されたテーブル１を備えており、このテーブル１上には、同図中のＸ軸方向に互いに近接離間し、被加工歯車Ｗを支持する主軸台（固定具）３及び心押し台（固定具）５が設けられている。また、基台Ｂ上には、筐体４が形成されており、この筐体４に、カッター６が収容されたハウジング２が支持されている。

カッター６は、歯車状に形成されており、ハウジング２内に水平方向に支持された回転軸２１に着脱自在に固定されている。そして、この回転軸２１は、ハウジング２内に収容された図示を省略する工具駆動モータ（第１の駆動源）により回転される。ハウジング２は、筐体４に対して、上下動、鉛直軸回りの旋回、及び鉛直軸に対する揺動が可能となるように吊り下げられている。そして、これらの動作を行うための各電気モータ（図示省略）がハウジング２内に収納されている。例えば、ハウジング２を上下動させると、カッター６と被加工歯車Ｗとの近接離間が可能となる。また、ハウジング２の旋回及び揺動により、カッター６と被加工歯車Ｗとの噛み合わせの角度を調整したり、或いは、カッター６の交換時にハウジング２を作業者側に向けることができる。その他、ハウジング２内には、被加工歯車Ｗに切削油を供給する供給装置、及び加工に必要な各種の装置が内蔵されている。前記各モータなどはシェービング加工装置に接続された電源によって駆動される。

次に、主軸台３及び心押し台５について、図２及び図３も参照しつつ説明する。図２は主軸台の一部断面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。図１に示すように、主軸台３及び心押し台５は、テーブル１上にＸ軸方向に配置されたレール９上を移動可能となっており、図示を省略するモータにより両者が近接離間するようになっている。図２に示すように、主軸台３は、レール９に沿って移動可能な基部３１と、この基部３１上に配置された軸収容部３２とを備えている。軸収容部３２には、Ｘ軸方向に延び、被加工歯車Ｗの貫通孔に係合する第１軸部材３３が回転自在に取り付けられている。また、図３に示すように、軸収容部３２の上部には、一対のサポートステー３４を介して支持プレート３５が取り付けられており、この支持プレート３５上に、第１軸部材３３を回転駆動するアシストモータ（第２の駆動源）３６、及びアシストモータ３６のトルクを検出するエンコーダ３７が配置されている。また、アシストモータ３６の回転軸３６１、エンコーダ３７の回転軸３７１、及び第１軸部材３３の端部には、伝動ベルト３８が掛け渡されており、これによって、アシストモータ３６が駆動すると、第１軸部材３３が回転するとともに、そのトルクがエンコーダ３７により検出される。なお、アシストモータ３６は、電気モータにより構成されている。

図１に示すように、芯押し台５は、Ｘ軸上に主軸台３と対向するように配置されており、レール９に沿って移動可能な基部５１と、この基部５１上に配置された軸収容部５２とを備えている。軸収容部５２には、第１軸部材３３と、同一軸線上に配置された第２軸部材５３が回転可能に収容されている。被加工歯車Ｗの形状に応じて、それらの先端にはワーク取付治具（ワークアーバ）が装着されることもある。第２軸部材５３は、被加工歯車Ｗの貫通孔、またはセンター穴に、第１軸部材３３とは反対側から係合するようになっている。

また、図示を省略するが、上記シェービング加工装置には、各種操作、及び駆動の制御を行う制御装置（制御手段）が設けられている。この制御装置により、カッター６、ハウジング２、主軸台３、及び芯押し台５の操作が行われるとともに、モータ等の駆動が制御される。また、制御装置には、加工条件などを入力する入力部や、後述する回生電力を発生させる装置が設けられている。

次に、上記のように構成されたシェービング加工装置の動作について説明する。まず、加工対象となる被加工歯車Ｗを準備するとともに、被加工歯車Ｗの種類を制御装置に入力する。そして、ハウジング２の旋回角度・揺動角度を調整した後、ハウジング２を被加工歯車Ｗと噛み合う位置（仮想）まで下降させる。続いて、被加工歯車Ｗをカッター６に噛み合わせながら投入し、主軸台３と芯押し台５とを近接させ、両軸部材３３，５３を被加工歯車Ｗの貫通孔、またはセンター穴に係合させることで、被加工歯車Ｗを両軸部材３３，５３により狭持する。その後、制御装置により工具駆動モータ及びアシストモータ３６を回転させ、カッター６と被加工歯車Ｗとを連れ回りさせながら、加工を行う。これと同時に、カッター６と歯車Ｗとの噛み合わせ部分に切削油を噴射し、加工部分の冷却、潤滑、切り屑除去を行う。こうして、所定時間加工を行った後、制御装置により、各モータの駆動を停止し、仕上げ加工された被加工歯車Ｗを取り外す。

続いて、上記加工時におけるアシストモータ３６の制御方法について説明する。加工を行う際には、カッター６を所定のトルクで回転させることで、被加工歯車Ｗを連れ回りさせるのであるが、被加工歯車Ｗの種類によっては回転の制御が難しい場合がある。例えば、被加工歯車Ｗの径が小さい場合には、回転に必要なトルクが大きいため、カッター６と被加工歯車Ｗとの間の面圧が大きくなる傾向があり、これによって、加工精度が低下するおそれがある。一方、被加工歯車Ｗの径が大きい場合には、回転に必要なトルクが小さいため、カッター６と被加工歯車Ｗとの間の面圧が小さくなる傾向にある。そのため、切削性が低下し、加工に要する時間が長くなるという問題がある。

そこで、このシェービング加工装置では、次のような制御を行っている。以下、図４及び図５も参照して説明する。図４はトルクデータベースの一例を示す図であり、図５はカッターと被加工歯車との関係を示す側面図である。まず、図４に示すように、被加工歯車Ｗの径及び幅から加工対象とする被加工歯車Ｗを４つに分類する。すなわち、被加工歯車Ｗの径及び幅といった歯車特性により、連れ回りの際に被加工歯車Ｗの回転に必要なトルクが分かるため、そのトルクによって、被加工歯車Ｗを４種類に分類し、アシストモータ３６から第１軸部材３３に付与するトルクを決めておく。そして、図４に示すデータは、トルクデータベースとして、制御装置に格納されている。なお、この例では、被加工歯車Ｗの幅は、被加工歯車の重量を目安としている。但し、被加工歯車の幅を用いるのは、あくまで一例であり、重量に寄与する他のパラメータを適宜選択することができる。

例えば、図４のＡグループは、被加工歯車Ｗの幅が所定値よりも大きく、且つ被加工歯車Ｗの径が所定値よりも小さいものを示しており、被加工歯車Ｗを回転するのに要するトルクが大きい傾向がある。この場合には、カッター６と被加工歯車Ｗとの間の面圧を小さくするため、第１軸部材３３に正のトルクを付与する。図５（ａ）の例では、カッター６の駆動トルクが２ｋｇｆ・ｍに対し、アシストモータ３６により、被加工歯車Ｗへは回転方向と同じ方向に１ｋｇｆ・ｍのトルクを付与している。一方、図４のＣグループは、被加工歯車Ｗの幅が所定値よりも小さく、且つ被加工歯車Ｗの径が所定値よりも大きいものを示しており、被加工歯車Ｗを回転するのに要するトルクが小さい傾向がある。この場合には、カッター６と被加工歯車Ｗとの間の面圧を大きくするため、第１軸部材３３に負のトルクを付与する。図５（ｃ）の例では、カッター６の駆動トルクが２ｋｇｆ・ｍに対し、アシストモータ３６により、被加工歯車Ｗへは回転方向の反対の方向に０．５ｋｇｆ・ｍのトルクを付与している。そして、図４のＢグループは、グループＡとＢとの中間のトルクを付与すべきグループであり、図５（ｂ）の例では、カッター６の駆動トルクが２ｋｇｆ・ｍに対し、アシストモータ３６により、被加工歯車Ｗへは回転方向と同じ方向に０．５ｋｇｆ・ｍのトルクを付与している。

上記のような制御を行うため、このシェービング加工装置では、被加工歯車Ｗの歯車特性を制御装置に入力することにより、アシストモータ３６で付与すべきトルクを決定する。すなわち、入力された被加工歯車の歯車特性（径、幅）から、トルクデータベースを参照し、付与すべきトルクを決定する。そして、被加工歯車Ｗを主軸台３及び芯押し台５に取り付けた後、工具駆動モータとアシストモータ３６とを同時に駆動すると、上記のように決定されたトルクで両者が駆動する。このとき、アシストモータ３６から付与されるトルクは、エンコーダ３７で逐次検出されており、決定されたトルクを付与するように、アシストモータ３６の駆動トルクがフィードバック制御される。

以上のように、本実施形態によれば、被加工歯車Ｗの回転に要するトルクに応じて、アシストモータ３６により、被加工歯車Ｗに補助的なトルクを付与しているため、カッター６と被加工歯車Ｗとの間の面圧を適切にコントロールすることができる。例えば、被加工歯車Ｗの回転に必要なトルクが大きい場合には、アシストモータ３６により、第１軸部材３３に正のトルクを付与するため、カッター６と被加工歯車Ｗとの間の面圧をトルク付与前よりも小さくすることができ、これによって、加工精度を向上することができる。一方、被加工歯車Ｗの回転に必要なトルクが小さい場合には、アシストモータ３６により、第１軸部材３３に負のトルクを付与するため、カッター６と被加工歯車Ｗとの間の面圧を、トルク付与前よりも大きくすることができる。その結果、切削性が向上し、加工に要する時間を短くすることができる。

また、工具駆動モータで付与するトルクは一定にしておき、アシストモータ３６のトルクのみを調整すればよいため、制御が簡単になるという利点もある。さらに、カッター６の回転のための駆動トルクと、被加工歯車Ｗの回転のための駆動トルクに差があるため、電動モータであるアシストモータ３６により回生電力を発生させることができる。例えば、図５（ａ）に示す例では、カッター６の駆動トルクが２ｋｇｆ・ｍに対し、アシストモータ３６の駆動トルクが１ｋｇｆ・ｍであるため、アシストモータ３６には、１ｋｇｆ・ｍのトルクが作用する。また、図５（ｃ）の例では、カッター６の駆動トルクが２ｋｇｆ・ｍに対し、アシストモータ３６の駆動トルクが反対方向に０．５ｋｇｆ・ｍであるため、アシストモータ３６には、２．５ｋｇｆ・ｍのトルクが作用する。このように、アシストモータ３６にはトルクが作用するため、回生電力を発生させることができる。発生した回生電力は、加工装置の電源に戻され工具駆動モータなどの駆動や操作に使用される。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、被加工歯車を４種類に分けてアシストモータ３６のトルクを決定しているが、トルクの決定方法は、特には限定されない。すなわち、連れ回りの際に被加工歯車Ｗを回転させるのに必要なトルクに応じて、アシストモータ３６のトルクを決定するのであれば、種々の方法が可能である。例えば、図６に示すように、被加工歯車Ｗの回転に必要なトルクと、アシストモータ３６のトルクとの関係をグラフで表し、このグラフに基づいて、アシストモータ３６のトルクを決定することもできる。このほか、種々の方法で付与するトルクを決定することができる。

また、上記実施形態においては、歯車特性として歯車の幅、径を制御装置に入力しているが、幅、径などの特定の歯車特性を有する歯車を番号、記号などで特定しておき、制御装置にその番号のみを入力することもできる。また、歯車特性は、上記のような歯車の幅、径以外にも重量など、歯車を回転させるのに要するトルクに関連する数値を含むことができる。

上記実施形態では、被加工歯車Ｗの歯車特性を、加工前に制御装置に入力しているが、これを自動化することもできる。例えば、被加工歯車Ｗを主軸台３と芯押し台５との間に取り付けたときに、被加工歯車Ｗの形状、重量等の特性を自動的に測定できるようにする。すなわち、これらを測定するための各種センサを取り付けておく。そして、測定された特性から、トルクデータベースを参照してアシストモータ３６のトルクを決定することもできる。

上記実施形態では、主軸台３の上方にアシストモータ３６を配置しているが、これによって、シェービング加工装置の幅(図１の左右方向の幅)が大きくならないようすると共に、既存装置へのオプション装着を可能にしている。このほか、アシストモータ３６を主軸台３の軸収容部３２に内蔵することもできる。また、第１軸部材３３と第２軸部材５３にそれぞれ連動連結するようにアシストモータを２個設け、各軸部材を同期して駆動させることもできる。

また、上記実施形態では、本発明の歯車加工装置をシェービング加工装置に適用したが、ホーニング加工装置に適用することもできる。

３主軸台（固定具）
３３第１軸部材
３６アシストモータ（第２の駆動源）
５芯押し台（固定具）
５３第２軸部材
６カッター

Claims

基台上に設置された固定具に、被加工歯車の回転中心と同心配置されるように回転可能に支持して前記被加工歯車と一体回転可能な一対の軸部材と、
回転可能に支持され、被加工歯車を加工する歯車形状のカッターと、
前記カッターを回転駆動する第１の駆動源と、
前記軸部材の少なくとも一方を回転駆動する第２の駆動源と、
前記第２の駆動源の駆動を制御する制御手段と、を備え、
前記カッターを被加工歯車に噛み合わせながら回転することで、被加工歯車を連れ回りさせ、
前記制御手段は、前記カッターを所定のトルクで回転させる際に、被加工歯車の回転に必要なトルクに応じて、前記第２の駆動源を制御し、前記軸部材の少なくとも一方に正または負のトルクを付与する、歯車加工装置。
前記制御手段は、被加工歯車の回転に必要なトルクが所定値よりも小さい場合には前記軸部材に対し回転方向とは反対方向の負のトルクを付与する一方、被加工歯車の回転に必要なトルクが前記所定値よりも大きい場合には前記軸部材に対し回転方向と同じ方向の正のトルクを付与する、請求項１に記載の歯車加工装置。
前記制御手段は、少なくとも被加工歯車の形状を含む歯車特性に基づいて前記軸部材に付与すべきトルクを予め決定したトルクデータベースを有しており、当該トルクデータベースに基づいて、前記第２の駆動源の制御を行う、請求項１または２に記載の歯車加工装置。
前記制御手段は、前記歯車特性を入力する入力部を有しており、当該入力部に入力された歯車特性から前記トルクデータベースを参照して前記第２の駆動源の制御を行う、請求項３に記載の歯車加工装置。
前記制御手段は、前記歯車特性を測定する測定部を有しており、当該測定部で測定された歯車特性から前記トルクデータベースを参照して前記第２の駆動源の制御を行う、請求項３記載の歯車加工装置。
前記第２の駆動源は、電気モータで構成され、
前記制御手段は、被加工歯車の回転時に、前記軸部材を介して前記第２の駆動源が受けるトルクにより生じた回生電力を前記装置の電源に戻している、請求項１から５のいずれかに記載の歯車加工装置。