JP2014166671A - 削り盤 - Google Patents

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Abstract

【課題】カムの剛性を特に大きくする必要がなく、カムを用いながらも加工精度を向上することができる削り盤を提供する。
【解決手段】本発明に係る削り盤は、ワークを加工する加工具と、前記加工具を支持する主軸と、前記主軸を支持する支持体と、前記支持体を揺動自在に支持する基部と、前記支持体において、前記主軸を、当該主軸の軸方向に往復動させるとともに、当該主軸周りに回転させる主軸駆動機構と、前記基部に取り付けられ、前記支持体を基準位置から揺動させる支持体揺動機構と、を備え、前記支持体揺動機構は、前記基準位置にある前記主軸と平行な基準方向に往復動可能なスライダと、前記スライダを往復動可能に支持するガイド部材と、一端部が前記スライダと揺動可能に連結され、他端部が前記支持体と揺動可能に連結された連結部材と、前記スライダを往復動させるカム機構と、を備えている。
【選択図】図5

Description

本発明は、歯車加工やスロッター加工などに用いられる削り盤に関する。
歯車加工やスロッター加工(例えば、非特許文献1)などに用いられる削り盤としては、例えば、特許文献1に示されるように、ピニオンカッタをワークの幅方向に移動させながら、歯を創成加工する加工装置がある。この装置では、カッタを下降させながら、歯面を切削した後、カッタを揺動させて傾け、ワークから離間させる。そして、カッタとワークとを離間させたままカッタを上昇させた後、再び揺動させて初期状態に戻す。このような加工をワークの切り込み量を調整しつつ、繰り返し行うことで、歯車を加工するようになっている。
特開2012−218100号公報
株式会社サンテック、"スロッターとは"、[online]、(平成25年2月28日検索)、インターネット<URL: http://www.suntech-slotting.com/about/index.html>
しかしながら、上記削り盤では、カッタの揺動をカムによって行っているため、カムには揺動に係る大きい力が作用する。そのため、設計上、カムの剛性を大きくする必要がある。また、カムに大きい力が作用するため、カムの摩耗などの損傷が大きくなることが予想されるため、これによって、揺動の精度が低下するおそれもある。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、カムの剛性を特に大きくする必要がなく、カムを用いながらも加工精度を向上することができる削り盤を提供することを目的とする。
本発明に係る削り盤は、ワークを加工する加工具と、前記加工具を支持する主軸と、前記主軸を支持する支持体と、前記支持体を揺動自在に支持する基部と、前記支持体において、前記主軸を、当該主軸の軸方向に往復動させる主軸駆動機構と、前記基部に取り付けられ、前記支持体を基準位置から揺動させる支持体揺動機構と、を備え、前記支持体揺動機構は、前記基準位置にある前記主軸と平行な基準方向に往復動可能なスライダと、前記スライダを往復動可能に支持するガイド部材と、一端部が前記スライダと揺動可能に連結され、他端部が前記支持体と揺動可能に連結された連結部材と、前記スライダを往復動させるカム機構と、を備えている。
この構成によれば、加工具を支持する主軸が軸方向へ一方向に移動する際にワークの加工を行った後、支持体揺動機構により、支持体が基準位置から揺動することで、加工具がワークから離間するように構成されている。そして、支持体が揺動した状態で、主軸が他方向へ移動した後、支持体揺動機構により、支持体が基準位置へ戻ると、再度、ワークの加工を行える状態となる。また、この動作と並行して、加工具は主軸の回転により、回転し、ワークの加工位置を変えていく。このように、本発明に係る削り盤では、加工具によるワークの加工、加工具のワークからの離間、加工具の初期位置への復帰を繰り返しつつ、加工具を回転させながら、ワークを加工していく。
ここで、本発明に係る削り盤における支持体揺動機構は、以下のように動作する。まず、カム機構が駆動することで、主軸と平行に配置されたスライダが初期位置から移動する。これにより、スライダに連結された連結部材が引っ張られるように揺動し、連結部材に連結された支持体がスライダ側に揺動するようになっている。そのため、支持体が揺動する際に作用する力は、スライダ及びガイド部に作用するため、カム機構に直接力が作用するのを防止することができる。したがって、設計上、カムに大きい剛性が不要となる。
また、この支持体揺動機構では、カム機構によりスライダが往復動し、スライダの基準方向への移動に伴う連結部材の揺動により支持体が引っ張られて揺動する。したがって、スライダの移動距離に比べて支持体の移動距離は小さいため、例えば、カムが摩耗したとしても、支持体の移動距離に対する影響は小さくなる。その結果、カムの状態の影響を受けにくい安定した加工が可能となるため、カムを用いながらも加工精度を向上することができる。
上記削り盤においては、前記カム機構を、前記スライダを挟んで、前記基準方向の一方側に配置し、前記基準方向の他方側に配置され、前記スライダを前記一方側に付勢する弾性部材をさらに設けることができる。このような弾性部材を設けることで、スライダはカム機構側へ付勢されるため、スライダの位置がカム機構の動作に追従させることができ、カム機構の動きを確実に伝達することができる。
上記削り盤においては、前記主軸駆動機構により駆動可能な少なくとも1つのバランスウエイトをさらに備えることができる。このバランスウエイトは、前記主軸が前記一方側に移動するときに、当該バランスウエイトの重心が前記他方側に移動し、前記主軸が前記他方側に移動するときに、当該バランスウエイトの重心が前記一方側に移動するように、前記主軸駆動機構により駆動することができる。
このようにバランスウエイトを設けることで、主軸の上下動による振動をバランスウエイトの動作によって相殺することができる。その結果、主軸の上下動による振動が発生するのを防止することができる。
ここで、一対の前記バランスウエイトは、前記主軸を挟むように配置することができる。これにより、主軸を挟んだ装置のバランスを向上することができる。
上記削り盤においては、前記カム機構を、前記主軸駆動機構により駆動させることができる。カム機構を主軸駆動機構により駆動することで、カム機構を駆動する駆動装置を別途も受ける必要がないため、装置が大型化するのを防止することができる。
また、上記削り盤においては、前記主軸駆動機構を前記主軸周りに回転可能に構成し、前記加工具を、例えばピニオンカッタとすることができる。
本発明に係る削り盤によれば、カムの剛性を特に大きくする必要がなく、カムを用いながらも加工精度を向上することができる。
本発明の一実施形態に係る削り盤の正面図である。 図1の側面図である。 図1のA−A線断面図である。 図2のB−B線断面図である。 図3のC−C線断面図である。 図3のD−D線断面図である。 ギヤボックス内の歯車の連結状態を示す展開図である。 図3のE−E線断面図である。 図4のF−F線断面図である。 図1の削り盤の動作を示す図である。
以下、本発明の一実施形態に係る削り盤の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。この削り盤は、ワークである歯車の歯面を創成歯切りする装置であり、ギヤシェーパと呼ばれることもある。以下の説明では、図1及び図2に示すX,Y,Z軸に基づいて方向の説明を行い、また、図1の上側を「上」、下側を「下」と称して説明を行うことがある。
図1は本実施形態に係る削り盤の正面図、図2は図1の側面図、図3は図1のA−A線断面図、図4は図2のB−B線断面図である。図1及び図2に示すように、本実施形態に係る削り盤は、正面視L字型の筐体1を備えている。より詳細には、この筐体1は、水平方向に延びる基台11と、この基台11の一端部から上方へ延びる起立部12とを備えている。基台11及び起立部12の下端部には、ワークを支持するワーク支持部2が取り付けられ、起立部12の上部には、ワークを加工するカッタを有するワーク加工部3が取り付けられている。まず、ワーク支持部2について説明する。
ワーク支持部2は、基台11上を移動するテーブル支持台21と、このテーブル支持台21上に回転自在に配置されワークを支持するテーブル22とを備えている、基台11には、X方向に延びるガイドレール23が取り付けられており、このガイドレール23上にテーブル支持台21が移動可能に配置されている。起立部12の下端部には、第1モータ81が取り付けられており、第1モータ81には、X方向に延びるボールネジ25が取り付けられている。そして、このボールネジ25に螺合するナット26が、テーブル支持台21に固定されている。これにより、第1モータ81が駆動すると、ボールネジ25が回転し、テーブル支持台21がX方向に往復動するようになっている。
図2に示すように、テーブル支持台21には、Z方向に延びる回転軸27が回転自在に支持されており、この回転軸27の上端部に平面視円形のテーブル22が配置されている。回転軸27の外周面にはウォームホイール28が固定されており、このウォームホイール28にはねじ歯車29が螺合している。ねじ歯車29は、Y方向に延びるように配置されており、その端部には、第2モータ(図示省略)が連結されている。これにより、第2モータが駆動すると、ねじ歯車29が回転し、これに伴ってテーブル22がZ軸周りに回転する。
次に、ワーク加工部3について、図5も参照しつつ説明する。図5は図3のC−C線断面図である。図1〜図5に示すように、ワーク加工部3は、筐体1の起立部12に固定された平面視U字型の基部31を備えており、この基部31の内部にはZ方向に延びる支持体32が揺動自在に取り付けられている。支持体32の外周面の対向する位置には、Y方向に延びる支持軸33がそれぞれ固定されており、互いに反対方向に延びている。各支持軸33は、基部31の内部に回転自在に支持されている。これにより、支持体32は、Y軸周りに揺動可能となっている。
図5は支持体32の内部には、円筒状の内部空間が形成されており、この空間内に上下方向に延びる円筒状の筒部材321が回転自在に支持されている。この筒部材321は、Z軸周りに回転可能となっており、その外周面にはウォームホイール322が固定されている。そして、図5に示すように、このウォームホイール322にはねじ歯車323が螺合している。ねじ歯車323は、Y方向に延びるように支持体32に支持されており、その端部には、第3モータ83が連結されている。これにより、第3モータ83が駆動すると、ねじ歯車323が回転し、これに伴って筒部材321が支持体32内をZ軸周りに回転する。そして、この筒部材321の内部には、主軸34が上下動可能に配置されている。主軸34は、後述する駆動部によって上下動されるように構成されており、上端部には、駆動部から延びる球状のジョイント部51を受けるための受け部341が取り付けられている。一方、主軸34の下端部には、歯車形状のピニオンカッタ(加工具)342が着脱自在に固定されている。なお、上述したウォームホイール322、ねじ歯車323、及び第3モータが、本発明における主軸駆動機構の一部を構成する。
また、図3に示すように、主軸34の外周面には、上下方向に延びるスプライン343が形成されており、このスプライン343が筒部材321の内壁面に形成されたスプライン溝344に嵌まっている。これにより、主軸34は筒部材321とともにZ軸周りに回転しつつ、筒部材321の内部を上下動可能となっている。また、主軸34の下端部の外周面には円周方向に延びる複数の溝345が形成されており、この溝345には潤滑油が供給されている。このため、主軸34は潤滑油を介したすべり軸受けにより、支持体32の内部で回転するようになっている。
ここで、支持体32は、後述する支持体揺動機構7により揺動されていないときは、主軸34が鉛直方向に向くように支持している。このときの主軸34の位置を基準位置と称し、主軸34の向き(ここでは鉛直方向)を基準方向と称することとする。
次に、主軸34を上下動させる駆動部について説明する。駆動部は、駆動源となるギヤボックス4と、このギヤボックス4と主軸34とを連結する連結部5とで構成されている。連結部5は、以下のように構成されている。まず、主軸34の上端部の受け部341には、球状のジョイント部51が嵌め込まれており、このジョイント部51には上方に延びる支持部材52が連結されている。そして、支持部材52の上端には、Y軸方向に延びる連結軸53が回転自在に取り付けられている。この連結軸53は、基部31の上面に配置されたギヤボックス4と連結されている。すなわち、ジョイント部51、支持部材52、及び連結軸53によって連結部5が構成されている。なお、この駆動部が、本発明における主軸駆動機構の一部を構成する。
続いて、ギヤボックス4について、図6及び図7も参照しつつ説明する。図6は図3のD−D線断面図であり、図7はギヤボックス4内の歯車の連結状態を示す展開図である。図4及び図6に示すように、ギヤボックス4は、基部31の上面に配置され、内部にモータ及び歯車を収容する収容部40を備えている。収容部40の上部には第4モータ84が配置されている。図7に示すように、このモータ84の出力軸841は、収容部40の内部へ延び、第1歯車41が固定されている。この第1歯車41には第2歯車42が噛み合い、第2歯車42には第3歯車43が噛み合っている。第3歯車43には駆動軸431が固定されており、駆動軸431の両端部は、収容部40から外部へ突出している。収容部40から突出した駆動軸431の一端部には上述した連結軸53が連結されており、駆動軸431の他端部には後述するバランスウエイト6が取り付けられている。そして、駆動軸431には収容部40内で第4歯車44が固定されており、第4歯車44には第5歯車45が噛み合っている。第5歯車45には、2つの歯車が噛み合っており、X方向の一端部側(図6の右側)に第6歯車46がかみ合い、X方向の他端部側に第7歯車47が噛み合っている。そして、第7歯車47には第8歯車48が噛み合っている。図6に示すように、駆動軸431は、X方向において、第6歯車46と第8歯車48の中央に配置されている。
第6歯車46の回転軸461と第8歯車48の回転軸481は、それぞれ収容部40から外部へ突出している。そして、これらは、主軸34を挟むように、Y方向に延びており、後述するように、バランスウエイト462,482がそれぞれ取り付けられている。
図3に示すように、収容部40から突出する駆動軸431の一端部と、連結軸53とはオフセットされた状態で連結されている。すなわち、駆動軸431の軸心と連結軸53との軸心とは、ずれており、クランク軸を形成している。したがって、駆動軸431が回転すると、連結軸53は駆動軸431の軸心の周囲を公転するように回転するため、連結軸53と連結された支持部材52は上下動する。支持部材52は球状のジョイント部51を介して主軸34と連結されているため、主軸34に対して支持部材52はいずれの方向にも揺動可能となっている。その結果、支持部材52の上下動は、主軸34に対してスムーズに伝達され、主軸34が上下動する。なお、駆動軸431の軸心と連結軸53との軸心とのオフセットの長さは変更可能となっている。
一方、駆動軸431の他端部には、収容部40の外部においてバランスウエイト6が配置されている。このバランスウエイト6は、円板状に形成されており、その外周の一部に重り61が配置されている。この重り61は、上述したクランク軸に対応して設けられている。すなわち、この重り61は、駆動軸431に対して連結軸53がオフセットされている側とは反対側に設けられており、連結軸53の回転による振動を吸収するようにしている。また、おもりは、バランスウエイト6上における径方向の位置を変更可能となっている。すなわち、駆動軸431の軸心と連結軸53との軸心とのオフセットの長さに応じて、その位置を変更することができる。
また、ギヤボックス4における第6歯車46と第8歯車48の回転軸461,481は、それぞれ収容部40から外部へ突出し、基部31の上方で支持部材52を挟むように延びている。そして、各回転軸461,481には、断面扇形で回転軸461,481に沿って延びるバランスウエイト462,482が取り付けられている。各回転軸461,481は、断面扇形の基端部付近に固定されているため、バランスウエイト462,482の重心は、回転軸からずれた位置にある。各バランスウエイト462,482は、第4モータ84の駆動により回転軸461,481とともに回転し、主軸34が下方に移動しているときに、重心が上方にあるように、扇形の部分が上方に向くように配置されるように構成されている。一方、主軸34が上方に移動しているときには、重心が下方にあるように、扇形の部分が下方に向くように配置される。これにより、主軸34の上下動により装置が受ける振動を吸収することができる。
次に、支持体32を揺動させるための支持体揺動機構7について、図8及び図9も参照しつつ説明する。図8は図3のE−E線断面図、図9は図4のF−F線断面図である。上述したギヤボックス4から延びる回転軸461,481のうち、図4の左側に配置されている回転軸481の先端部には、カム71が取り付けられている。そして、このカム71の下方には下方に向かって延びる可動棒72が設けられている。この可動棒72の上端には、カムフォロワー73が回転自在に取り付けられており、これが上述したカム71の下側に接している。一方、可動棒72の下端には断面台形状のスライダ74が取り付けられており、このスライダ74は、基部31に取り付けられたガイド部75によって上下動可能に支持されている。より詳細には、上述した主軸34の基準位置での向きである基準方向と平行に移動可能となっている。また、図8に示すように、ガイド部75には蟻溝751が形成されており、この蟻溝751に断面台形状のスライダ74が嵌まっている。これにより、スライダ74は、ガイド部75によってY方向の移動が規制され、Z方向にのみ移動するようになっている。
また、スライダ74には、Y方向に延びる連結部材76が取り付けられている。より詳細には、連結部材76の一端部が上下方向に揺動自在にスライダ74に取り付けられており、連結部材76の他端部は、ブラケット77を介して、支持体32の側面に揺動自在に取り付けられている。また、スライダ74の下端部には、バネ78が取り付けられており、このバネ78によってスライダ74及び可動棒72が上方に付勢されている。すなわち、バネ78によって、カムフォロワー73がカム71に押しつけられている。なお、このバネ78は、基部31に設けられたブラケット79によって支持されている。
なお、駆動軸431の回転による主軸34の上下動と、回転軸481の回転によるスライダ74の上下動とは同期しており、主軸34が最下点まで移動したときに、スライダ74が上方に移動して支持体32が揺動するようになっている。そして、主軸34が最上点まで移動したときに、スライダ74が下方に移動して支持体32が初期位置に戻るようになっている。このような同期の調整は、ギヤボックス4の歯車41〜48、カム71を調整することで行われる。
次に、上記のように構成された削り盤の動作について説明する。まず、主軸34にピニオンカッタ342を取り付けるとともに、テーブル22上にワークWを配置する。続いて、第2及び第3モータ82,83を駆動し、主軸34及びテーブル22を回転させる。これにより、カッタ342の回転とワークWの回転とを同期させる。次に、第1モータ81を駆動し、ワークWのX方向の位置を調整する。これにより、ワークWの切り込み位置を調整する。これに続いて、第4モータ84を駆動すると、ワークWの加工が行われる。これについて、図10を参照しつつ説明する。但し、図10は各部材の動きが誇張されて記載されている。
図10(a)の初期位置から駆動軸431が回転すると、主軸34が下降する。この過程で、図10(b)に示すように、主軸34に取り付けられたピニオンカッタ342が、ワークWを切削する。そして、ピニオンカッタ342がワークWより下方まで移動すると、カム71の回転とバネ78により、可動棒72が押し上げられ、スライダ74が図10(b)の初期位置から上方に移動する。これにより、図10(c)に示すように、連結部材76が上方に引っ張られ、支持体32がスライダ74側へ揺動する。こうして、ピニオンカッタ342がワークWからX方向に離間すると、図10(d)に示すように、主軸34が上昇する。そして、主軸34が初期位置まで戻ると、カム71の回転により、可動棒72が押し下げられ、スライダ74が下方に移動する。これにより、連結部材76が支持体32を押圧し、支持体32が図10(a)に示す初期位置へ揺動する。
以上のような動作の間に、主軸34とワークWが同期回転することにより、ワークWは全周に亘って加工される。これと並行して、第1モータ81によりテーブル22を移動させることで、切り込み量を大きくしていく。こうして、所定の加工が完了すると、すべてのモータの駆動を停止し、ワークWをテーブル22から取り外す。
以上のように、本実施形態によれば、支持体揺動機構7において、以下の特徴がある。すなわち、カム71が駆動することで、主軸34と平行に配置されたスライダ74が初期位置から移動する。これにより、スライダ74に連結された連結部材76が引っ張られるように揺動し、連結部材76に連結された支持体32がスライダ74側に揺動するようになっている。そのため、支持体32が揺動する際に作用する力は、スライダ74及びガイド部75に作用するため、カム71やカムフォロワー73に直接力が作用するのを防止することができる。したがって、設計上、カムに大きい剛性が不要となる。
また、この支持体揺動機構7では、カム71によりスライダ74が往復動し、スライダ74の基準方向への移動に伴う連結部材76の揺動により支持体32が引っ張られて揺動する。したがって、図10(c)に示すように、スライダ74の移動距離Sに比べて支持体32の移動距離kは小さいため、例えば、カム71やカムフォロワー73が摩耗したとしても、支持体32の移動距離に対する影響は小さくなる。その結果、カム71やカムフォロワー73の状態の影響を受けにくい安定した加工が可能となるため、カム機構を用いながらも加工精度を向上することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、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、上述したバランスウエイト462,482の形態は特には限定されず、少なくとも主軸34の上下動に対応するようなバランスウエイトが1つも受けられていればよい。
上記実施形態では、スライダ74をカム71の動きに追従させるためにバネ78を用いているが、これに限定されず、種々の態様が可能である。
上記実施形態では、支持体揺動機構7の駆動を、主軸34の上下動を行う駆動部によって行っているが、これに限定されず、別個の駆動部により駆動することもできる。また、上記実施形態で示した駆動の形態は一例であり、主軸34の上下動、主軸34の回転、スライダ74の上下動、テーブル22の回転、及びテーブル22の平行移動を行うための駆動機構は、これらが駆動する限り、種々の態様が可能である。
上記実施形態では、主軸が上下方向に向いているが、これに限定されず、本発明は、主軸が水平方向を向く横置きの装置に適用することもできる。
31 基部
32 支持体
34 主軸
342 ピニオンカッタ(加工具)
462,482 バランスウエイト
7 支持体揺動機構
71 カム
74 スライダ
75 ガイド部
76 連結部材
78 バネ(弾性部材)

Claims (6)

  1. ワークを加工する加工具と、
    前記加工具を支持する主軸と、
    前記主軸を支持する支持体と、
    前記支持体を揺動自在に支持する基部と、
    前記支持体において、前記主軸を、当該主軸の軸方向に往復動させる主軸駆動機構と、
    前記基部に取り付けられ、前記支持体を基準位置から揺動させる支持体揺動機構と、を備え、
    前記支持体揺動機構は、
    前記基準位置にある前記主軸と平行な基準方向に往復動可能なスライダと、
    前記スライダを往復動可能に支持するガイド部材と、
    一端部が前記スライダと揺動可能に連結され、他端部が前記支持体と揺動可能に連結された連結部材と、
    前記スライダを往復動させるカム機構と、
    を備えている、削り盤。
  2. 前記カム機構は、前記スライダを挟んで、前記基準方向の一方側に配置され、
    前記基準方向の他方側に配置され、前記スライダを前記一方側に付勢する弾性部材をさらに備えている、請求項1に記載の削り盤。
  3. 前記主軸駆動機構により駆動可能な少なくとも1つのバランスウエイトをさらに備え、
    前記バランスウエイトは、前記主軸が前記一方側に移動するときに、当該バランスウエイトの重心が前記他方側に移動し、前記主軸が前記他方側に移動するときに、当該バランスウエイトの重心が前記一方側に移動するように、前記主軸駆動機構により駆動される、請求項1または2に記載の削り盤。
  4. 一対の前記バランスウエイトが、前記主軸を挟むように配置されている、請求項3に記載の削り盤。
  5. 前記カム機構は、前記主軸駆動機構により駆動される、請求項1から4のいずれかに記載の削り盤。
  6. 前記主軸駆動機構が前記主軸周りに回転可能に構成され、前記加工具をピニオンカッタとした請求項1から5のいずれかに記載の削り盤。
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