JP2011173209A - 歯車加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単であるとともに、装置の熱変形にともなって発生する切り込み量の変化を適切に検出することができるホブ盤を提供する。
【解決手段】ホブ軸１９を支持する第１コラム１２及びワーク軸を支持する第２コラム２２の上端に、それぞれスタンド２６，２７を固定する。両スタンド２６，２７の上端部間に、ホブ軸１９とワーク軸との間の距離Ｄを測定するための測定装置２５を介在させる。歯車の創成時に、測定装置２５の測定結果に基づいて、ワーク２４に対するホブ１８の切り込み量を調節する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ホブを用いて各種の歯形の歯車や、歯車の歯状の突起を有する部材を創成するためのホブ盤等の歯車加工機及びそれに類する機械に関するものである。

従来、この種のホブ盤としては、例えば図７に示すような構成が知られている。このホブ盤においては、ベッド５１の上部に第１コラム５２が水平方向へ移動可能に支持され、その第１コラム５２の側面にはホブ５３を装着するためのホブ軸５４が支持されている。ベッド５１の上部には第２コラム５５が固定状態で立設され、その第２コラム５５の側面位置にはワーク５６を装着するためのワーク軸５７が支持されている。そして、ホブ５３及びワーク５６が回転されながら、第１コラム５２の移動により、ホブ５３が送り移動されることにより、ワーク５６に歯車が創成される。

ところで、前記ホブ盤において歯車を連続的に加工した場合、その加工にともなって発生する熱により、図７に鎖線で示すように第１コラム５２及び第２コラム５５が例えば外側に反るようにして傾倒変位する。この変位により、第１コラム５２に支持されたホブ軸５４と、第２コラム５５に支持されたワーク軸５７との間の距離（軸間距離）Ｄが変化し、このためワーク５６に対するホブ５３の切り込み量が変化して、特に歯厚が変化して所要寸法の歯車を加工することができないという問題があった。

このように、加工される歯車の歯厚寸法が変化すると、その後に歯面の仕上げ加工を行う場合には、歯面の取り代が変化して、加工精度の不良や工具寿命の低下を招くおそれがあった。また、ホブ盤による歯切りが最終歯面加工である歯車では、これを伝動装置等に組み込んだとき、バックラッシの多少により過大騒音や組み付け不良等の不都合が発生するおそれがあった。

前記のような問題に対応するため、例えば、次のような対策が従来から提案されている。
（１） オイルクーラにより温度調整された冷却油をホブ盤の加工部等に流すことにより、装置の熱変形を抑制する。

（２） 加工後の歯車にマスタギヤを噛み合わせて、歯車の歯厚寸法を測り、その測定結果に基づいて、次の歯車加工時の切り込み量を加減する。
（３） 特許文献１に開示されるように、ホブ軸を支持する第１コラムと、ワーク軸を支持する第２コラムとの上端部間にオーバアームを架設固定し、両コラムの傾倒変位を機械的に阻止する。

実用新案登録第３０２８７８０号公報

ところが、前記（１）〜（３）に記載の技術においては、次のような問題があった。
前記（１）の冷却油を用いて装置を冷却する従来構成では、冷却油のための配管やポンプ等の構成が必要になって、ホブ盤の構造が複雑になるとともに、ホブ盤の近傍にオイルクーラ等の設置場所を確保する必要があって、機器の設置に要する占有フロア面積が拡大する。また、オイルクーラを稼働させるためのエネルギーコストが必要になる。さらに、ワークの寸法や加工条件，あるいは周囲温度等によって、装置の熱変形量が変動するため、冷却油の温度制御条件を確立することがきわめて困難である。従って、前記熱変形を適切に回避し得ないことが多い。

前記（２）のマスタギヤを用いて歯車の歯厚寸法を測る方法は、歯厚寸法の測定と次の歯切り加工との間に時間が空いてしまうと、前記熱変形量が変化してしまい、次の歯車加工時の切り込み量を適正に補正することができない。また、マスタギヤが繰り返し使用によって摩耗するため、そのマスタギヤの保守が必要になる。

前記（３）のコラム間にオーバアームを架設固定した構成では、両コラム間の変形を阻止し得たとしても、ホブ軸やワーク軸の変形を阻止することが困難で、それらの軸の熱変形により、やはり軸間距離が変化する。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、構造が簡単であるとともに、機械の熱変形にともなって発生する切り込み量の変化を適切に補正することができて、加工精度を向上させることができるホブ盤を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は、工具軸とワーク軸との間の距離を測定するための測定手段を設けたことを特徴としている。
従って、この発明の歯車加工機においては、歯車の創成時に、測定手段により工具軸とワーク軸との間の距離が測定され、その測定結果に基づいて、ワークに対するホブの切り込み量が調節される。このため、装置の熱変形にともなって工具軸とワーク軸との距離が変化して、ワークに対するホブの切り込み量に変化が生じている場合でも、その切り込み量を適切に補正することができる。よって、所要の寸法の歯車を高精度に歯切り加工することができる。また、従来構成の歯車加工機に対して、工具軸とワーク軸との間の距離を測定するための測定手段を付設すればよいため、構造が簡単であるとともに、フロアの占有面積が拡大することを抑制することができ、しかも、オイルクーラを稼働させるためのエネルギーコストが不要になる。

前記の構成において、前記測定手段を、前記工具軸を支持する第１コラムと、ワーク軸を支持する第２コラムとの間に介在させるとよい。
前記の構成において、前記第１コラム及び第２コラムの上端にそれぞれスタンドを固定し、前記測定手段を両スタンドの上端部間に介在させるとよい。

以上のように、この発明によれば、構造が簡単であるとともに、装置の熱変形にともなって発生する切り込み量の変化を適切に補正することができて、加工精度を向上させることができ、しかも省エネルギーを達成できるという効果を発揮する。

この発明を具体化したホブ盤の一実施形態を示す正面図。 図１のホブ盤における測定装置の基端側部分を拡大して示す要部断面図。 同測定装置の先端側部分を拡大して示す要部断面図。 図２の４−４線における要部断面図。 図２の５−５線における拡大断面図。 図２の６−６線における拡大断面図。 従来のホブ盤を示す正面図。

以下に、この発明を具体化した歯車加工機としてのホブ盤の一実施形態を、図１〜図６の図面に従って説明する。
図１に示すように、この実施形態の歯車加工機としてのホブ盤においては、ベッド１１の一側上部に第１コラム１２が水平方向に往復移動可能に支持され、移動用モータ１３の回転によりボールネジ１４及び雌ネジ１５を介して前記方向に移動される。前記移動用モータ１３にはエンコーダ１３ａが付設されており、このエンコーダ１３ａの信号出力が制御装置２８に対して出力される。制御装置２８は、エンコーダ１３ａからの信号により、第１コラム１２の位置及び移動量を認識する。第１コラム１２の側面にはサドル１６が上下方向へ移動可能に支持され、図示しない移動用モータにより移動される。サドル１６にはホブヘッド１７が角度変更可能に支持されている。ホブヘッド１７上には工具としてのホブ１８を装着するための工具軸としてのホブ軸１９が回転可能に支持され、図示しないホブ回転用モータにより回転される。

図１に示すように、前記ベッド１１の他側上部にはワークテーブル２０が回転可能に配置され、図示しないワーク回転用モータにより回転される。ワークテーブル２０上にはワーク軸としてのワーク保持治具２１が支持されている。

ベッド１１の上部には第２コラム２２が固定状態で立設され、その側面にはサポートセンタ２３ａを備えたサポートアーム２３が上下方向に移動可能に設けられている。そして、歯車を加工するためのワーク２４がワーク保持治具２１上に着脱可能に装着される。

このワーク２４の装着状態で、ワーク２４に歯車を創成する場合には、ホブ１８及びワーク２４が回転されながら、第１コラム１２が移動用モータ１３により、図１に実線で示す後退位置からワーク２４側に移動され、その位置からさらに送り移動される。この送り移動により、歯車創成法によってワーク２４に歯車が形成される。

前記第１コラム１２と第２コラム２２との間には、ホブ軸１９とワーク軸としてのワーク保持治具２１との間の距離Ｄを測定するための測定手段としての測定装置２５が介在されている。すなわち、第１コラム１２及び第２コラム２２の上端にはスタンド２６，２７がそれぞれ立設状態で固定され、両スタンド２６，２７の上端部間に測定装置２５が介在されている。そして、測定装置２５によりホブ軸１９とワーク保持治具２１との間の距離Ｄ及び変位量が測定され、その測定結果に基づいて、ワーク２４に対するホブ１８の切り込み量が調節される。

そこで、前記測定装置２５及びその関連構成について詳細に説明する。
図２に示すように、前記第２コラム２２上のスタンド２７の上端部には、上面を開口した横長箱形状の支持躯体３１が片持ち式で固定支持されている。支持躯体３１の内底部には一対のガイド部材３３が固定されている。支持躯体３１内には第１コラム１２の移動方向に延長した測定ロッド３４が配置され、その下面に固定したガイドレール３２が前記ガイド部材３３に支持されている。このため、測定ロッド３４は第２コラム２２に対して第１コラム１２の移動方向に相対移動可能である。測定ロッド３４の基端側の上面には測定ロッド３４と同方向に延長されるようにラック３６が取り付けられている。

図３に示すように、前記測定ロッド３４の先端には当接ネジ３７が螺着され、その頭部先端には球面状の当接面３７ａが形成されている。第１コラム１２上のスタンド２６の側面には、取付板３８が固定されている。取付板３８の側面には、当接ネジ３７の当接面３７ａに当接する当接板３９、及び当接ネジ３７を当接板３９に対する当接位置に保持するための保持カラー４０が固定されている。そして、第１コラム１２と第２コラム２２との間の間隔が変化したとき、測定ロッド３４が当接ネジ３７及び当接板３９を介して第１コラム１２上のスタンド２６に接合された状態で、ガイドレール３２に沿って自身の長さ方向に第１コラム１２一体に移動変位される。また、第１コラム１２及び第２コラム２２が傾倒した場合に、測定ロッド３４が第１コラム１２に対して傾斜するが、この傾斜は球面状の前記当接面３７ａと当接板３９との当接により許容される。なお、実際には、第１コラム１２，第２コラム２２の傾倒量及び測定ロッド３４の傾斜量はごくわずかである。

図４〜図６に示すように、前記支持躯体３１の基端上部にはボックス４１が固定板４２を介して取り付けられている。ボックス４１内には、回転軸４３が一対のベアリング４４を介して回転可能に支持されている。この回転軸４３には、前記測定ロッド３４上のラック３６に噛み合うピニオン４５が嵌着されている。このピニオン４５はシザースギヤにより構成されている。ボックス４１の前端にはエンコーダ４６が装着され、そのエンコーダ４６の入力軸４６ａがカップリング４７を介して回転軸４３に連結されている。そして、前記第１コラム１２と第２コラム２２との間隔の変化により、測定ロッド３４が長さ方向に第２コラム２２に対して移動相対されたとき、ラック３６及びピニオン４５を介してエンコーダ４６が回転されて、その移動量が検出される。この検出を示す信号は、前記制御装置２８に対して出力される。制御装置２８はこのエンコーダ４６からの出力に基づき、前記移動用モータ１３の回転を制御して、第１コラム１２の移動を制御する。

前記支持躯体３１の上面開口部及びボックス４１の外周には、カバー４８Ａ，４８Ｂが着脱可能に取り付けられている。支持躯体３１の先端及び第１コラム１２上のスタンド２６の側面には、測定ロッド３４の外周を覆うための互いに遊嵌可能な径の異なった被覆筒４９Ａ，４９Ｂが突設されている。そして、これらのカバー４８Ａ，４８Ｂ及び被覆筒４９Ａ，４９Ｂにより、支持躯体３１内、ボックス４１上、及び測定ロッド３４上への加工屑等の侵入が抑制されるようになっている。

次に、前記のように構成されたホブ盤の動作を説明する。
このホブ盤において、１つのワーク２４に歯車を加工する直前において、図１に示すように、第１コラム１２が後退位置に配置された状態で、移動用モータ１３のエンコーダ１３ａから信号により、制御装置２８は第１コラム１２の位置を判別する。また、測定装置２５からのエンコーダ４６からの信号により、制御装置２８は、ホブ軸１９とワーク軸としてのワーク保持治具２１との間の軸間距離Ｄを認識する。このとき、制御装置２８は、エンコーダ４６からの検出値と予め記憶された規定値とを比較して、軸間距離Ｄの変位量が求める。

この場合、歯車の連続加工にともなって発生した熱により、ベッド１１にそり等の変形が生じて、第１コラム１２及び第２コラム２２が傾倒状態に変位している場合には、通常、軸間距離Ｄの変位量が大きくなる。そして、制御装置においては、この軸間距離Ｄの変位量に基づいて、歯車の加工時の移動用モータ１３による第１コラム１２の移動量が補正される。その結果、ワーク２４に対するホブ１８の切り込み量が適正値となるように調節されて、所定寸法の歯厚の歯車が創成される。

従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１） このホブ盤においては、ホブ軸１９とワーク軸を構成するワーク保持治具２１との間の距離を測定するための測定装置２５が設けられている。このため、歯車の創成時に、装置の熱変形にともなってホブ軸１９とワーク軸との距離Ｄが変化して、ワーク２４に対するホブ１８の切り込み量に変化が生じている場合には、測定装置２５の測定結果に基づいて、ワーク２４に対するホブ１８の切り込み量を適切に補正することができる。よって、所定の歯厚寸法の歯車を歯切り加工することができて、加工精度を向上させることができる。

（２） 通常のホブ盤のコラムに対して、ホブ軸１９とワーク軸との間の距離Ｄを測定するための測定装置２５を付設すればよいため、構造が簡単であるとともに、機器の設置に要する占有フロア面積が拡大するおそれもなく、しかも、既存ホブ盤に対して軸間距離Ｄの測定機能を簡単に付加することができる。加えて、オイルクーラを用いる必要がないため、このオイルクーラの稼働に要するエネルギー消費が不要になり、省エネルギーを達成できる。

（３） このホブ盤においては、前記測定装置２５が、ホブ軸１９を支持する第１コラム１２の上端と、ワーク軸を支持する第２コラム２２の上端との間に介在されている。よって、測定装置２５をホブ軸１９やワーク軸に干渉することなく配置することができて、測定装置２５の配置構造を一層簡単にすることができる。

（４） このホブ盤においては、前記第１コラム１２及び第２コラム２２の上端にそれぞれスタンド２６，２７が固定され、前記測定装置２５が両スタンド２６，２７の上端部間に介在されている。このため、機械の熱変形にともなう両コラム１２，２２間の距離Ｄの変位量を、スタンド２６，２７により拡大した状態で測定装置２５によって測定することができる。このため、距離Ｄの測定を高精度に行うことができ、その結果、切り込み量の補正精度を高めることができる。

（５） 測定装置２５においてエンコーダ４６に直結されたピニオン４５がシザースギヤによって構成されているため、バックラッシを無くすことができ、このため、さらなる高精度測定が可能となる。

（６） このホブ盤においては、マスタギヤを用いる必要がないため、マスタギヤの使用にともなう保守管理の煩わしさを避けることができる。
（７） このホブ盤においては、第１，第２コラム１２，２２間を機械的に拘束する必要がないため、ホブ軸１９等のこじれとは無縁であり、従って、高精度な歯切りを行うことができる。

（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 測定手段としての測定装置２５の構成を任意に変更すること。例えば、ラック３６とピニオン４５及びエンコーダ４６の代わりに、リニアスケールを用いること。

・ スタンド２６，２７を用いることなく、測定装置２５を第１コラム１２と第２コラム２２との間に直接介在させること。
・ 前記実施形態とは逆に、ラック３６を第２コラム２２側、ピニオン４５を第１コラム１２側に設けること。

・ この発明をホブ盤以外の歯車加工機，例えば歯車研削盤等や、歯車の歯状の突起が備えられた部材を加工するための機械において具体化すること。
（他の技術的思想）
前記実施形態から把握されるが、請求項に記載されていない技術的思想を以下に記す。

（Ａ） 前記測定手段は、第１コラム及び第２コラムのうちの一方と一体的に移動するラックと、そのラックと噛み合うとともに、第１コラム及び第２コラムのうちの他方側に設けられたピニオンと、そのピニオンの回転量を検出するための検出手段とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の歯車加工機。

このように構成すれば、構成が簡単であるとともに、第１，第２コラムが傾倒してもラックとピニオンとの噛み合い状態が維持されて、軸間検出を支障なく行うことができる。
（Ｂ） 前記ピニオンはロッドに固定され、そのロッドは先端の球面において第１コラム側または第２コラム側の面に当接していることを特徴とする前記技術的思想（Ａ）に記載の歯車加工機。

このように構成すれば、第１，第２コラムが傾倒しても、測定手段中の可動部にこじれが生じることを防止できる。

１１…ベッド、１２…第１コラム、１３…移動用モータ、１７…ホブヘッド、１８…ホブ、１９…ホブ軸、２０…ワークテーブル、２１…ワーク軸としてのワーク保持治具、２２…第２コラム、２４…ワーク、２５…測定手段としての測定装置、２６，２７…スタンド、３１…支持躯体、３２…ガイドレール、３４…測定ロッド、３６…ラック、３７…当接ネジ、３９…当接板、４３…回転軸、４５…ピニオン、４６…エンコーダ、Ｄ…距離。

Claims (3)

1. 工具軸とワーク軸との間の距離を測定するための測定手段を設けたことを特徴とする歯車加工機。
2. 前記測定手段を、前記工具軸を支持する第１コラムと、ワーク軸を支持する第２コラムとの間に介在させたことを特徴とする請求項１に記載の歯車加工機。
3. 前記第１コラム及び第２コラムの上端にそれぞれスタンドを固定し、前記測定手段を両スタンドの上端部間に介在させたことを特徴とする請求項２に記載の歯車加工機。

Images