JP2012157909A

JP2012157909A - 歯車研削方法

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Publication number: JP2012157909A
Application number: JP2011017445A
Authority: JP
Inventors: 吉言 ▲柳▼瀬; Yoshikoto Yanase; Masashi Ochi; 政志越智; Yoshihiro Nakaji; 慶弘中路
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: JP5705567B2; US20130288576A1; US8998681B2; EP2671658A1; TW201249574A; TWI485021B; BR112013010346A2; CN103153514A; WO2012105114A1; CN103153514B; EP2671658A4

Abstract

【課題】加工動作を簡素にすることにより、加工精度の向上を図ると共に、クラウニング形状を容易に調整することができる歯車研削方法を提供する。
【解決手段】ワークＷと鼓形の歯車状砥石１１とを、所定の軸交差角Σを有するように噛み合わせた状態で同期回転させながら、ワークＷと歯車状砥石１１との間において、ワーク回転軸Ｃ１に対して所定の第１ダイヤゴナル角θ１で交差する送り方向Ｄ１に、相対的な送りを与えることにより、ワークＷに対して、歯すじ方向に沿ったクラウニングが施されるように、当該ワークＷを歯車状砥石１１により研削し、歯車状砥石１１の鼓形を規定する砥石幅方向の曲率及び第１ダイヤゴナル角θ１を、ワークＷのクラウニング形状に応じて設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯車の歯面を研削する際に、その歯面に対して、クラウニングを施すようにした歯車研削方法に関する。

歯車は、駆動力を伝達する手段として、極めて一般的なものであるが、歯車同士が噛み合うことにより、ギヤノイズ（騒音や振動）が発生することがある。

そこで、従来から、上述したような問題を解消すべく、歯車の歯面に対して、クラウニング処理を行うことが、一般的となっている。クラウニング処理とは、歯車の歯面に対して、円弧状に膨らんだクラウニングを、歯すじ方向に沿うように形成させる処理である。このようなクラウニング処理は、歯すじ方向中央部から歯すじ方向両端部に向かうに従って、歯厚を漸次減少させる加工を施すことによって可能となっている。そして、このように、クラウニング処理を行うことにより、歯車同士の噛み合いが滑らかになるため、ギヤノイズを低減することができる。

また、熱処理後の歯車に対してクラウニングを施す場合には、研削加工時に、クラウニング処理を同時に行うことが一般的となっている。このような研削加工では、砥石を、クラウニング形状に沿うような、円弧運動させており、この砥石の円弧運動は、歯車と砥石との間の軸間距離をクラウニング形状に応じて調整することにより可能となっている。そして、このように、歯車の歯面に対して、クラウニングを施すようにした歯車研削方法は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００８−２９０２３４号公報

上記従来の歯車研削方法においては、歯車と鼓形工具とを、所定の軸交差角を有するように噛み合わせた状態で、同期回転させながら、それらの間において、対角比を調整することにより、クラウニング処理を行うようにしている。更に、歯面のクラウニング形状を調整する場合には、歯車と鼓形工具との間の軸間距離を調整するようにしている。

これにより、従来の歯車研削方法では、送り動作を行いながら、歯車と鼓形工具との間の軸間距離をクラウニング形状に応じて調整する必要がある。また、歯車と鼓形工具との間の軸間距離をクラウニング形状に応じて調整する場合には、円弧運動の象限切り替え時（反転時）において、駆動力伝達機構のバックラッシ等に起因する、象限突起と呼ばれる軌跡誤差が発生するおそれがある。

この結果、歯車及び鼓形工具の加工動作が複雑になるたけでなく、象限突起が加工精度に影響を及ぼすため、歯車の加工精度、即ち、クラウニング処理精度を含む研削加工精度を低下させるおそれがある。

また、従来から、歯車の歯面に対して、ドレスギヤによりドレシングされた砥石を用いて、クラウニングを施すようにした歯車研削方法も提供されている。しかしながら、このような歯車研削方法においては、歯車のクラウニング形状を変更する場合には、ドレスギヤのクラウニング形状を調整する必要があるため、非常に手間がかかる調整作業となってしまう。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、加工動作を簡素にすることにより、加工精度の向上を図ると共に、クラウニング形状を容易に調整することができる歯車研削方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る歯車研削方法は、
被加工歯車と鼓形の歯車状砥石とを、所定の軸交差角を有するように噛み合わせた状態で、同期回転させながら、
前記被加工歯車と前記歯車状砥石との間において、前記被加工歯車のワーク回転軸に対して所定の第１ダイヤゴナル角で交差する送り方向に、相対的な送りを与えることにより、前記被加工歯車に対して、歯すじ方向に沿ったクラウニングが施されるように、前記被加工歯車を前記歯車状砥石により研削し、
前記歯車状砥石の鼓形を規定する砥石幅方向の曲率及び前記第１ダイヤゴナル角を、前記被加工歯車のクラウニング形状に応じて設定する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る歯車研削方法は、
前記歯車状砥石との間で、前記軸交差角を有するように噛み合わされた状態で、同期回転しながら、前記歯車状砥石との間において、そのギヤ回転軸に対して所定の第２ダイヤゴナル角で交差する送り方向に、相対的な送りが与えられることにより、前記歯車状砥石をドレッシングするドレスギヤを備え、
前記第２ダイヤゴナル角を調整して、前記歯車状砥石の鼓形を規定する砥石幅方向の曲率を設定するようにした
ことを特徴とする。

従って、本発明に係る歯車研削方法によれば、被加工歯車と歯車状砥石との間において、第１ダイヤゴナル角に沿った送り方向に、相対的な送りを与える際に、歯車状砥石の鼓形を規定する砥石幅方向の曲率及び第１ダイヤゴナル角を、被加工歯車のクラウニング形状に応じて設定する。これにより、加工動作を簡素にすることができるので、被加工歯車の加工精度を向上させることができると共に、被加工歯車のクラウニング形状を容易に調整することができる。

本発明の一実施例に係る歯車研削方法を示しており、歯車状砥石によるワークへの研削状態を示した図である。ドレスギヤによる歯車状砥石へのドレッシング状態を示した図である。（ａ）〜（ｃ）は、歯車状砥石がワークを研削する様子を順に示した図である。歯車状砥石が送り方向に移動したときの様子を示した図である。（ａ）〜（ｃ）は、ドレスギヤが歯車状砥石をドレッシングする様子を順に示した図である。

以下、本発明に係る歯車研削方法について、図面を用いて詳細に説明する。

図１に示すように、本発明に係る歯車研削方法を採用した歯車研削盤（図示省略）は、はすば歯車であるワーク（被加工歯車）Ｗを、鼓形の歯車状砥石１１により研削しながら、その歯面に対して、クラウニングを施すものである。更に、図２に示すように、上記歯車研削盤は、その機上において、歯車状砥石１１をドレスギヤ１２によりドレッシングするドレッシング機能を有している。

次に、歯車研削盤における研削加工時及びドレッシング時の取付構造について、図１及び図２を用いて説明する。

先ず、図１に示すように、研削加工を行う場合の歯車研削盤には、ワークＷが、鉛直なＺ軸方向に延在するワーク回転軸Ｃ１周りに回転可能に設けられている。このワークＷは、歯切り加工された後、熱処理が施されたものであって、そのワーク幅（歯幅）がｂｗに形成されている。

また、研削加工を行う場合の歯車研削盤には、歯車状砥石１１が、砥石回転軸Ｂ周りに回転可能に設けられると共に、砥石回転軸Ｂとワーク回転軸Ｃ１との間の軸間距離となる水平なＸ軸方向（切り込み方向）、Ｘ軸方向及びＺ軸方向と直交する水平なＹ軸方向、Ｚ軸方向に移動可能に支持されている。

更に、歯車状砥石１１は、Ｘ軸方向に延在する砥石旋回軸Ａ周りに旋回可能に設けられている。このように、歯車状砥石１１を砥石旋回軸Ａ周りに旋回させることにより、砥石回転軸Ｂとワーク回転軸Ｃ１との間の軸交差角Σが、ワークＷ及び歯車状砥石１１のねじれ角に応じて、調整可能となっている。即ち、研削加工時の軸交差角Σは、Ｙ−Ｚ平面内において、砥石回転軸Ｂとワーク回転軸Ｃ１とがなす角度であって、研削加工時の歯車状砥石１１は、ワークＷ及び歯車状砥石１１のねじれ角に応じた軸交差角Σが与えられた状態で、砥石回転軸Ｂ周りに回転することになる。

ここで、歯車状砥石１１は、はすば歯車状に形成されると共に、その外径寸法が、砥石幅方向（砥石軸方向）中央部から砥石幅方向（砥石軸方向）両端部に向かうに従って、大きくなるような、鼓形に形成されている。即ち、歯車状砥石１１における砥石幅方向の外形形状を示す鼓形は、所定の曲率により規定されている。また、歯車状砥石１１の砥石幅（刃幅）は、ｂｇ（ｂｇ＜ｂｗ）に形成されており、その刃面は、歯車状砥石１１の砥石幅方向全域に亘って連続的にねじれて形成されている。

このように、歯車状砥石１１を、その砥石幅方向の外形形状が鼓形となるように形成すると共に、砥石幅ｂｇをワーク幅ｂｗよりも短くすることにより、当該歯車状砥石１１を、ワークＷに対して、その砥石幅方向全域が線接触するように、噛み合わせることができる。

そして、歯車状砥石１１は、ワークＷと噛み合った状態から、Ｘ軸方向に切り込みが与えられた後、ワーク回転軸Ｃ１に対して斜め方向となる送り方向Ｄ１に送りが与えられるようになっている。これにより、ワークＷの歯面を歯車状砥石１１の刃面により研削する際に、ワークＷの歯面に対して、その歯すじ方向に沿ったクラウニングが施されることになる。

また、送り方向Ｄ１は、Ｙ−Ｚ平面内において、ワーク回転軸Ｃ１に対して、所定のダイヤゴナル角θ１で交差する方向となっている。従って、ワークＷの歯面におけるクラウニング形状（クラウニング付加量、クラウニングにおける歯すじ方向の曲率）は、歯車状砥石１１の鼓形を規定する砥石幅方向の曲率及びダイヤゴナル角θ１を調整することにより、設定可能となっている。

具体的には、歯車状砥石１１が鼓形に形成されているため、ダイヤゴナル角θ１が大きくなるに従って、歯車状砥石１１の送り方向Ｄ１への移動に伴い、当該歯車状砥石１１のワークＷへのクラウニング付加量も大きくなる。一方、歯車状砥石１１が鼓形に形成されているため、ダイヤゴナル角θ１が小さくなるに従って、歯車状砥石１１の送り方向Ｄ１への移動に伴い、当該歯車状砥石１１のワークＷへのクラウニング付加量も小さくなる。

また、図２に示すように、ドレッシングを行う場合の歯車研削盤には、ドレスギヤ１２が、ワーク回転軸Ｃ１と同軸上に配置されるギヤ回転軸Ｃ２周りに回転可能に設けられている。このドレスギヤ１２は、ワークＷの歯車諸元と同じ歯車諸元を有しており、歯車状砥石１１と噛み合い可能となっている。

即ち、歯車状砥石１１を砥石旋回軸Ａ周りに旋回させることにより、砥石回転軸Ｂとギヤ回転軸Ｃ２との間の軸交差角Σが、歯車状砥石１１及びドレスギヤ１２のねじれ角に応じて、調整可能となっている。また、ドレッシング時の軸交差角Σは、Ｙ−Ｚ平面内において、砥石回転軸Ｂとギヤ回転軸Ｃ２とがなす角度であって、ドレッシング時の歯車状砥石１１は、当該歯車状砥石１１及びドレスギヤ１２のねじれ角に応じた軸交差角Σが与えられた状態で、砥石回転軸Ｂ周りに回転することになる。なお、研削加工時の軸交差角Σとドレッシング時の軸交差角Σとは、同じ角度に設定される。

そして、歯車状砥石１１は、ドレスギヤ１２と噛み合った状態から、Ｘ軸方向に切り込みが与えられた後、ドレス回転軸Ｃ２に対して斜め方向となる送り方向Ｄ２に送りが与えられるようになっている。これにより、歯車状砥石１１の刃面をドレスギヤの歯面（刃面）によりドレッシングする際に、歯車状砥石１１における砥石幅方向の外形形状を、鼓形に成形することができる。

また、送り方向Ｄ２は、Ｙ−Ｚ平面内において、ギヤ回転軸Ｃ２に対して、所定のダイヤゴナル角θ２で交差する方向となっている。従って、歯車状砥石１１における鼓形の曲率は、ダイヤゴナル角θ２を調整することにより、設定可能となっている。

具体的には、ダイヤゴナル角θ２を大きくすると、歯車状砥石１１における鼓形の曲率を小さくすることができる。一方、ダイヤゴナル角θ２を小さくすると、歯車状砥石１１における鼓形の曲率を大きくすることができる。

次に、歯車研削盤における研削加工時及びドレッシング時の動作について、図３乃至図５を用いて説明する。

ワークＷを歯車状砥石１１により研削する場合には、先ず、ワークＷの歯面に対する所望のクラウニング形状を設定する。これに伴って、歯車状砥石１１における砥石幅方向の外形形状を、予め、そのクラウニング形状に応じた所定の曲率で鼓形に形成する。また、ダイヤゴナル角θ１も、予め、そのクラウニング形状に応じた所定の角度に設定しておく。

次いで、図３（ａ）に示すように、歯車状砥石１１を、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動させると共に、砥石旋回軸Ａ周りに旋回させて、軸交差角Σを与えた状態で、ワークＷの歯幅方向上端部に噛み合わせる。

そして、上記噛み合い状態から、歯車状砥石１１に対して、Ｘ軸方向に切り込みを与えた後、歯車状砥石１１を砥石回転軸Ｂ周りに回転させると共に、ワークＷをワーク回転軸Ｃ１周りに回転させる。

次いで、歯車状砥石１１に対して、Ｙ軸，Ｚ軸方向の移動により、ダイヤゴナル角θ１に沿った送り方向Ｄ１に送りを与える。これにより、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、歯車状砥石１１は、ワークＷの歯幅方向上端部から、その歯幅方向中央部を介して、その歯幅方向下端部まで、砥石幅方向全域を常に線接触させながら移動する。

この結果、歯車状砥石１１とワークＷとの間における同期回転及び軸交差角Σによって、歯車状砥石１１の刃面とワークＷの歯面との間に、すべりが発生するため、歯車状砥石１１の刃面によりワークＷの歯面が微細に研削される。

また、上述したような研削動作を行うと、歯車状砥石１１が鼓形に形成されているため、当該歯車状砥石１１が、ワークＷにおける歯幅方向上端部側及び歯幅方向下端部側に移動するに従って、歯車状砥石１１によるワークＷへの干渉量が大きくなる。これにより、ワークＷの歯面に対して、その歯すじ方向中央部が緩やかに膨らむような、所望のクラウニングが施される。

更に、上述したように、歯車状砥石１１における鼓形の曲率及びダイヤゴナル角θ１を調整することにより、ワークＷの歯面におけるクラウニング量を設定することができる。このとき、図４に示すように、ダイヤゴナル角θ１を大きくするに従って、送り方向Ｄ１における歯車状砥石１１のストローク量を小さくすることができる。

即ち、送り方向Ｄ１における歯車状砥石１１のストローク量をＳと示すと、このストローク量Ｓは、下記の式（１）で表すことができる。
Ｓ＝ｂｇ×sinΣ／sinθ１・・・（１）

従って、上記の式（１）から明らかなように、ストローク量Ｓは、ダイヤゴナル角θ１が大きくなるに従って、小さくなることが理解できる。これにより、ダイヤゴナル角θ１を大きくすることにより、歯車状砥石１１のストローク量Ｓが小さくなるので、加工時間の短縮を図ることができる。

また更に、歯車状砥石１１を、ワークＷに対して、その砥石幅方向全域が線接触するように噛み合わせて、研削動作を行うようにしているので、歯車状砥石１１における全ての刃面を研削面として使用することができる。これにより、歯車状砥石１１における研削領域を広くすることができるので、砥石寿命の延長を図ることができる。

ここで、歯車状砥石１１を用いて所定数量のワークＷを研削すると、刃面が磨耗して、その切れ味が低下するため、歯車状砥石１１をドレスギヤ１２により定期的にドレッシングする必要がある。

そこで、歯車状砥石１１をドレスギヤ１２によりドレッシングする場合には、先ず、ダイヤゴナル角θ２を、予め、歯車状砥石１１における鼓形の曲率に応じた所定の角度に設定しておく。

次いで、図５（ａ）に示すように、歯車状砥石１１を、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動させると共に、砥石旋回軸Ａ周りに旋回させて、軸交差角Σを与えた状態で、ドレスギヤ１２の歯幅方向上端部に噛み合わせる。

そして、上記噛み合い状態から、歯車状砥石１１に対して、Ｘ軸方向に切り込みを与えた後、歯車状砥石１１を砥石回転軸Ｂ周りに回転させると共に、ドレスギヤ１２をギヤ回転軸Ｃ２周りに回転させる。

次いで、歯車状砥石１１に対して、Ｙ軸，Ｚ軸方向の移動により、ダイヤゴナル角θ２に沿った送り方向Ｄ２に送りを与える。これにより、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、歯車状砥石１１は、ドレスギヤ１２の歯幅方向上端部から、その歯幅方向中央部を介して、その歯幅方向下端部まで、砥石幅方向全域を常に接触させながら移動する。これにより、ドレスギヤ１２の歯面（刃面）により歯車状砥石１１の刃面がドレッシングされる。

また、上述したように、ダイヤゴナル角θ２を調整することにより、歯車状砥石１１における鼓形の曲率を設定することができる。そこで、ワークＷの歯面におけるクラウニング形状を変更する場合には、ダイヤゴナル角θ２を調整して、歯車状砥石１１における鼓形の曲率及びダイヤゴナル角θ１を設定するようにしても構わない。これにより、ワークＷの歯面におけるクラウニング形状を調整するための調整方法において、その調整自由度を大きくすることができる。

従って、本発明に係る歯車研削方法によれば、鼓形の歯車状砥石１１に対して、ダイヤゴナル角θ１に沿った送り方向Ｄ１に送りを与える際に、歯車状砥石１１の鼓形を規定する砥石幅方向の曲率及びダイヤゴナル角θ１を、ワークＷの歯面におけるクラウニング形状に応じて設定することにより、研削動作を簡素にすることができるので、ワークＷにおけるクラウニング処理精度を含む研削加工精度を、向上させることができると共に、ワークＷの歯面におけるクラウニング形状を容易に調整することができる。

また、歯車状砥石１１をドレッシングするときのダイヤゴナル角θ２を調整して、歯車状砥石１１の鼓形を規定する砥石幅方向の曲率を設定することにより、クラウニング形状の調整自由度を大きくすることができる。

本発明は、加工時間の短縮化を図ることを目的とした歯車研削方法に適用可能である。

１１歯車状砥石
１２ドレスギヤ
Ｗワーク
Ａ砥石旋回軸
Ｂ砥石回転軸
Ｃ１ワーク回転軸
Ｃ２ギヤ回転軸
Ｄ１，Ｄ２送り方向
θ１，θ２ダイヤゴナル角
Σ 軸交差角
ｂｇ砥石幅
ｂｗワーク幅
Ｓストローク量

Claims

被加工歯車と鼓形の歯車状砥石とを、所定の軸交差角を有するように噛み合わせた状態で、同期回転させながら、
前記被加工歯車と前記歯車状砥石との間において、前記被加工歯車のワーク回転軸に対して所定の第１ダイヤゴナル角で交差する送り方向に、相対的な送りを与えることにより、前記被加工歯車に対して、歯すじ方向に沿ったクラウニングが施されるように、前記被加工歯車を前記歯車状砥石により研削し、
前記歯車状砥石の鼓形を規定する砥石幅方向の曲率及び前記第１ダイヤゴナル角を、前記被加工歯車のクラウニング形状に応じて設定する
ことを特徴とする歯車研削方法。
請求項１に記載の歯車研削方法において、
前記歯車状砥石との間で、前記軸交差角を有するように噛み合わされた状態で、同期回転しながら、前記歯車状砥石との間において、そのギヤ回転軸に対して所定の第２ダイヤゴナル角で交差する送り方向に、相対的な送りが与えられることにより、前記歯車状砥石をドレッシングするドレスギヤを備え、
前記第２ダイヤゴナル角を調整して、前記歯車状砥石の鼓形を規定する砥石幅方向の曲率を設定するようにした
ことを特徴とする歯車研削方法。