JP2015208806A

JP2015208806A - 歯車加工方法及び歯車並びに工作機械及び補正ホブ

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Publication number: JP2015208806A
Application number: JP2014091669A
Authority: JP
Inventors: 前田　大輔; Daisuke Maeda; 大輔前田; 亨介山中; Kyosuke Yamanaka
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2015-11-24

Abstract

【課題】理想的なインボリュート歯形の歯面を安価に加工することができる歯車加工方法及び歯車並びに工作機械及び補正ホブを提供する。
【解決手段】全切刃の形状が等しい標準ホブを用いた加工により、試作歯車を得た後、試作歯車の歯形誤差を実測する。次いで、実測された歯形誤差の位置に対応する切刃６２の対応する傾斜面６３，６４の対応する位置に、歯形誤差低減用の補正部としての凹部４０Ｒまたは凸部５０Ｒが形成された補正ホブ６０を準備する。補正ホブ６０を用いて、歯車の製品を本生産する。
【選択図】図９

Description

本発明は歯車加工方法及び歯車並びに工作機械及び補正ホブに関する。

マシニングセンタを用いて、歯車の歯面を加工する技術が種々、提案されている（例えば特許文献１〜４を参照）。
また、歯形の創成を片面側ずつ、各１巻以上の切刃のホブ中央側傾斜面の刃先に分担させ、ホブの両端側の傾斜面が歯に当たらないようにすることで、アンダーカットのないインボリュート歯形の平歯車を歯切りするホブが提案されている（例えば特許文献５を参照）。

国際公開第ＷＯ２０１１／１５８３８５号パンフレット特開２０１０−２２８０９２号公報特開昭６４−５８４２１号公報特開昭６４−５８４１７号公報特開平１１−１２９１１７号公報

歯車加工の専用機であるホブ盤では、ホブを両持ち支持し得るので、ホブを支持する剛性が高い。しかしながら、ホブ盤は専用機であって設備コストが高いため、歯車の加工単価が高くなる。
一方、ホブ盤ではない安価な汎用機（例えばマシニングセンタ等）の主軸に、ホブを取り付けて歯車加工を行う場合、歯車の加工単価は安くなる。しかしながら、ホブが片持ち状に支持されるため、ホブを支持する剛性が低くなる傾向にある。その結果、加工される歯車において、理想的なインボリュート歯形に対して、歯形誤差（歯面の法線方向のずれに相当）が生ずるおそれがある。

そこで、本発明の目的は、理想的なインボリュート歯形の歯面を安価に加工することができる歯車加工方法及び当該歯車加工方法で加工された歯車と、工作機械及び補正ホブを提供することである。

請求項１の発明は、工具（８）としてのホブ（２０，６０）を片持ち状に保持する工具主軸（７）と、ワーク（Ｗ）を保持するワーク主軸（１４）と、前記工具主軸を軸方向に送る送り軸（５ａ）との少なくとも３軸を有する工作機械（１）を用いて歯車を加工する歯車加工方法であって、筒状のホブ本体（２１）と、前記ホブ本体の外周（２１ａ）に螺旋状に延びる少なくとも１条のねじ筋（Ｋ）に沿って配列され、前記ねじ筋を挟んだ両側に一対の傾斜面（２３，２４）を有する略台形状をなす複数の切刃（２２）を含み、全切刃の形状が等しい標準ホブ（２０）を用いて、試作歯車（３０）を加工する試作工程（ステップＳ１）と、前記試作歯車の歯形誤差を実測する実測工程（ステップＳ２）と、実測された歯形誤差の位置に対応する切刃（６２）の対応する傾斜面（６３，６４）の対応する位置に前記歯形誤差低減用の補正部としての凹部（４０Ｒ）または凸部（５０Ｒ）が形成された補正ホブ（６０）を用いて、歯車（７０）の製品を加工する本生産工程（ステップＳ４）とを含む歯車加工方法を提供する。

請求項２のように、前記実測工程で実測された歯形誤差が、理想的なインボリュート曲線から窪む凹部である場合には、前記補正ホブの補正部として、凹部が用いられ、前記実測工程で実測された歯形誤差が、理想的なインボリュート曲線から突出する凸部である場合には、前記補正ホブの補正部として、凸部が用いられてもよい。
請求項３の発明は、前記歯車加工方法を用いて加工された歯車。

請求項４の発明は、工具としてのホブを片持ち状に保持する工具主軸と、ワークを保持するワーク主軸と、前記工具主軸を軸方向に送る送り軸と、前記工具主軸に着脱される歯車歯形形成用の標準ホブおよび補正ホブと、を備え、各前記ホブは、筒状のホブ本体と、前記ホブ本体の外周に螺旋状に延びる少なくとも１条のねじ筋に沿って配列され、前記ねじ筋を挟んだ両側に一対の傾斜面を有する略台形状をなす複数の切刃と、を含み、前記標準ホブの全切刃の形状は、互いに等しくされ、前記補正ホブの少なくとも１つの切刃の傾斜面は、前記傾斜面の法線方向に起伏する歯形誤差低減用の補正部としての凹部または凸部の少なくとも一方を含む工作機械を提供する。

請求項５の発明は、筒状のホブ本体と、前記ホブ本体の外周に螺旋状に延びる少なくとも１条のねじ筋に沿って配列され、前記ねじ筋を挟んだ両側に一対の傾斜面を有する略台形状をなす複数の切刃と、を含み、少なくとも１つの切刃の傾斜面は、前記傾斜面の法線方向に起伏する歯形誤差低減用の補正部としての凹部または凸部の少なくとも一方を含む歯車歯形形成用の補正ホブを提供する。

請求項１の発明によれば、まず、全切刃の形状が等しい標準ホブを用いた加工により、試作歯車を得た後、試作歯車の歯形誤差を実測する。次いで、実測された歯形誤差の位置に対応する切刃の対応する傾斜面の対応する位置に、歯形誤差を低減するための補正部としての凹部または凸部が形成された補正ホブを準備し、当該補正ホブを用いて、歯車の製品を本生産する。したがって、理想的なインボリュート歯形の歯面を安価に加工することができる。

請求項２の発明によれば、実測された歯形誤差が、理想的なインボリュート曲線から窪む凹部である場合には、削り過ぎを抑制するために、補正部として凹部が用いる。逆に、実測された歯形誤差が、理想的なインボリュート曲線から突出する凸部である場合には、削り不足を抑制するために、補正部として凸部を用いる。これにより、理想的なインボリュート歯形を加工することが可能となる。

請求項３の発明によれば、理想的なインボリュート歯形の歯面を有する安価な歯車を得ることができる。
請求項４の発明によれば、まず、全切刃の形状が等しい標準ホブを主軸に取り付けて加工を行って試作歯車を得た後、試作歯車の歯形誤差を実測する。次いで、実測された歯形誤差の位置に対応する切刃の対応する傾斜面の対応する位置に、歯形誤差を低減するための補正部としての凹部または凸部が形成された補正ホブを準備し、当該補正ホブを主軸に取り付けて加工を行い、歯車の製品を本生産する。したがって、理想的なインボリュート歯形の歯面を安価に加工することができる工作機械を実現することができる。

請求項５の発明によれば、予め標準ホブを用いて加工した試作品において実測された歯形誤差の位置に対応する、補正ホブの位置に、歯形誤差を低減するための補正部として、凹部または凸部の形状を与えておく。補正ホブを用いた本生産において、理想的なインボリュート歯形の歯面を安価に加工することができる。

本発明の一実施形態の歯車加工方法が適用される工作機械の概略側面図である。歯車加工方法の工程図である。標準ホブによって、ワークから試作歯車を加工する状態を示す概略斜視図である。標準ホブの切刃の正面図であり、切刃の刃形を示している。標準ホブの側面図である。所定の切刃によって歯車が創成される状態を示す正面図である。設計上の歯車創成線図である。（ａ）試作歯車の歯形と理想的なインボリュート歯形とのずれに相当する歯形誤差を示す図である。（ｂ）は試作歯車の要部の拡大斜視図であり、歯筋方向に延びるインボリュート曲線上の加工点を示している。補正ホブの切刃の正面図であり、切刃の刃形を示している。補正ホブによって、ワークから歯車の製品を加工する状態を示す概略斜視図である。

添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態の歯車歯形加工方法に用いる工作機械の概略側面図である。図１を参照して、工作機械１は、例えば５軸のマシニングセンタである。本実施形態では、５軸のマシニングセンタである例に則して説明するが、これに限らず、本発明は、少なくとも３軸（後述する工具主軸、ワーク主軸、送り軸）を備える工作機械であれば適用することができる。

工作機械１は、ベッド２と、ベッド２上に送り軸３ａを含む直線送り機構３を介して水平方向（Ｙ軸方向。紙面とは直交する方向）に移動可能に支持された移動コラム４と、移動コラム４に送り軸５ａを含む直線送り機構５を介して上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に支持された主軸ヘッド６を備える。
直線送り機構３は、送り軸３ａを構成するボールねじと、ボールねじを回転駆動するサーボモータ（図示せず）とを含む。直線送り機構５は、送り軸５ａを構成するボールねじと、ボールねじを回転駆動するサーボモータ５ｂとを含む。

また、工作機械１は、主軸ヘッド６に支持された工具主軸７と、工具主軸７に取り付けられた工具８（工具８として、後述する標準ホブ２０、補正ホブ６０が用いられる）とを備える。工具８は、主軸ヘッド６内の図示しないスピンドルモータによって、工具主軸７の回転軸線Ｌｔを中心として回転駆動される。
また、工作機械１は、ベッド２上に送り軸９ａを含む直線送り機構９を介して水平方向（Ｘ軸方向）に移動可能に支持されたテーブルベース１０を備える。直線送り機構９は、送り軸９ａを構成するボールねじと、ボールねじを回転駆動すサーボモータ９ｂとにより構成されている。

また、工作機械１は、テーブルベース１０上に、回転送り機構１１を介して、Ｙ軸方向の回転軸線Ｌｙを中心としてＡ軸方向に揺動可能に取り付けられた傾斜テーブル１２と、傾斜テーブル１２に支持されたサーボモータ等の回転駆動機構１３を介して回転駆動されるワーク主軸１４とを備える。
歯車形成用の素材であるワークＷは、ワーク主軸１４に取り付けられ、回転駆動機構１３により、ワーク主軸１４の回転軸線Ｌｗを中心としてＣ軸方向に回転駆動される。

次いで、図２は、工作機械１を用いて歯車を加工する歯車加工方法の工程図である。図２に示すように、まず、標準ホブ２０を工具主軸７に取り付け、標準ホブ７を用いて、試作歯車３０を試作する（ステップＳ１の試作工程）。
図３に示すように、標準ホブ２０は、略円筒形状のホブ本体２１と、ホブ本体２１の外周２１ａに螺旋状に延びる少なくとも１条のねじ筋Ｋに沿って配列された複数の略台形状の切刃２２を備える。切刃２２は、ねじ筋Ｋを挟んだ両側（刃先端部２７を挟んだ両側）に、図４に示すように、一対の直線状の傾斜面２３，２４を有している。標準ホブ２０では、全ての切刃２２の形状が、互いに等しくされている。

図４に示すように、切刃２２は、正面断面視で略台形形状を有している。図５に示すように、切刃２２は、ねじ筋Ｋに沿った方向で一方の面（回転方向側前側面）に形成されたすくい面２５と、ねじ筋Ｋに沿った方向で他方の面（回転方向後側面）に形成された背面２６とを備える。
図３を参照して、標準ホブ２０を用いた歯切り加工では、まず、標準ホブ２０が切刃２２をワークＷの歯形成面に直交させるようにして配設される。そして、標準ホブ２０が所定方向（図３において回転軸線Ｌｔを中心とする方向Ｊ１）に１回転される間に、ワークＷが、各歯３１の一ピッチ分だけ回転（図３において回転軸線Ｌｗを中心とする方向Ｊ２に回転）されながら、標準ホブ２０が、ワークＷの軸方向Ｊ３に移動されることで、ワークＷに対して所定の歯形を有する試作歯車３０が創成される。

その際、図６に示すように、ねじ筋Ｋを構成する各切刃２２のすくい面２５のエッジ部分によって、試作歯車３０の各歯３１の歯先部３２の両側のインボリュート曲面である歯面３３，３４が創成される。また、各切刃２２の傾斜面２３・２４及びすくい面２５によって形成された刃先によって、主に、各歯３１の歯底および歯元が創成される。
図７は、設計上の歯車３０Ａの歯３１Ａの歯面３３Ａ，３４Ａにおいて、理想的なインボリュート歯形ＧＡが形成された状態を表す歯形創成図である。

実際には、図８（ａ）に示すように、標準ホブ２０を用いて加工された試作歯車３０の例えば歯面３３の歯形は、理想的なインボリュート歯形ＧＡに対して、歯形誤差を生じている。これは、工具８（標準ホブ２０）が、工具主軸７に、片持ち状に保持されるため、両持ち支持されるホブ盤等の場合と比較して、支持剛性（機械剛性）が低くなることによる。

ステップＳ２では、３次元測定機等を用いて、試作歯車３０の歯形誤差を実測（歯形誤差実測工程）する。具体的には、図８（ｂ）に示すように、例えば歯面３３において、歯筋方向に沿って延びる複数のインボリュート曲線ｍ１〜ｍ４（図では簡略化のため少数のインボリュート曲線として示してある）上において、歯元から歯先に向かう多数の加工点Ｐ１〜Ｐ５（図では簡略化のため少数の加工点として示してある）を設定する。

各歯面３３，３４の各インボリュート曲線Ｍ１，…の各加工点Ｐ１，…（マトリックス配置された各加工点）において、理想的なインボリュート曲線ＧＡからのずれを測定する。
例えば図８（ａ）および（ｂ）に示すように、歯面３３のインボリュート曲線ｍ１上の加工点Ｐ３では、理想的なインボリュート歯形ＧＡから窪む凹部４０が形成され、加工点Ｐ５では、理想的なインボリュート歯形ＧＡから突出する凸部５０が形成されているというように、実測される。図８（ａ）において、凹部４０および凸部５０は、強調的に大きく表してある。

次いで、ステップＳ３では、図９に示すように、実測された歯形誤差の位置に対応する切刃６２の対応する傾斜面６３，６４の対応する位置に、実測された歯形誤差の方向に応じた歯形誤差低減用の補正部としての凹部または凸部（例えば凹部４０Ｒ、凸部５０Ｒ）が形成された補正ホブ６０を作製する。凹部４０Ｒおよび凸部５０Ｒは、強調的に大きく表してある。

図１０に示すように、補正ホブ６０の基本形状は標準ホブ２０の基本形状と同じである。すなわち、略円筒形状のホブ本体６１と、ホブ本体６１の外周６１ａに螺旋状に延びる少なくとも１条のねじ筋Ｋに沿って配列された複数の略台形状の切刃６２を備える。切刃６２は、ねじ筋Ｋを挟んだ両側（刃先端部６７を挟んだ両側）に、一対の傾斜面６３，６４を有している。

図９を参照して、補正ホブ６０は、標準ホブ２０に対して、歯形誤差低減用の補正部としての凹部または凸部（例えば凹部４０Ｒまたは凸部５０Ｒ）を設けていることのみが、異なる。
図８に示される試作歯車３０の各歯面３３，３４の各インボリュート曲線ｍ１，…の各加工点Ｐ１，…に対して、図４に示される標準ホブ２０の対応する切刃２２の対応する傾斜面３３，３４の対応するポイントが、一義的に定まる。

そこで、インボリュート曲線ｍ１の加工点Ｐ３に凹部４０が形成されている（すなわち削り過ぎである）ことに鑑みて、図９に示す補正ホブ６０では、対応する切刃６２の対応する傾斜面６３の対応するポイントに、歯形誤差低減用の補正部としての凹部４０Ｒを設ける。
また、インボリュート曲線ｍ１の加工点Ｐ３に凸部５０が形成されている（削り不足である）ことに鑑みて、図９に示す補正ホブ６０では、対応する切刃６２の対応する傾斜面６３の対応するポイントに、歯形誤差低減用の補正部としての凸部５０Ｒを設ける。

次いで、ステップＳ４において、図１０に示すように、補正ホブ６０を工具主軸７に取り付け、ワークＷから、歯７１を有する歯車７０の製品を加工する（本生産工程）。
本実施形態の歯車加工方法によれば、まず、全切刃２２の形状が等しい標準ホブ２０を用いた加工により、試作歯車３０を得た後、試作歯車３０の歯形誤差を実測する。次いで、実測された歯形誤差の位置に対応する切刃６２の対応する傾斜面６３，６４の対応する位置に、歯形誤差を低減するための補正部としての凹部４０Ｒまたは凸部５０Ｒが形成された補正ホブ６０を準備し、当該補正ホブ６０を用いて、歯車７０の製品を本生産する。したがって、理想的なインボリュート歯形の歯面を安価に加工することができる。すなわち、理想的なインボリュート歯形の歯面を有する安価な歯車７０を得ることができる。

具体的には、実測された歯形誤差が、理想的なインボリュート曲線ＧＡから窪む凹部４０である場合には、削り過ぎを抑制するために、補正部として凹部４０Ｒが用いる。逆に、実測された歯形誤差が、理想的なインボリュート曲線から突出する凸部５０である場合には、削り不足を抑制するために、補正部として凸部５０Ｒを用いる。これにより、理想的なインボリュート歯形を加工することが可能となる。

また、本工作機械１によれば、まず、全切刃２２の形状が等しい標準ホブ２０を工具主軸７に取り付けて加工を行って試作歯車３０を得た後、試作歯車の歯形誤差を実測する。次いで、実測された歯形誤差の位置に対応する切刃６２の対応する傾斜面６３，６４の対応する位置に、歯形誤差を低減するための補正部としての凹部４０Ｒまたは凸部５０Ｒが形成された補正ホブ６０を準備し、当該補正ホブ６０を工具主軸７に取り付けて加工を行い、歯車７０の製品を本生産する。したがって、理想的なインボリュート歯形の歯面を安価に加工することができる工作機械１および補正ホブ６０を実現することができる。

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、前記実施形態では、工作機械として５軸のマシニングセンタを用いているが、これに限らず、工具としてのホブを片持ち状に保持する工具主軸と、ワークを保持するワーク主軸と、前記工具主軸を軸方向に送る送り軸との少なくとも３軸を有する工作機械であれば、本発明を適用することができる。その他、本発明は、特許請求の範囲記載の範囲内で、種々の変更を施すことができる。

１…工作機械、２…送り軸、３…直線送り機構、３ａ…送り軸、４…移動コラム、５…直線送り機構、５ａ…送り軸、６…主軸ヘッド、７…工具主軸、８…工具、９…直線送り機構、９ａ…送り軸、１０…テーブルベース、１１…回転送り機構、１２…傾斜テーブル、１３…回転駆動機構、１４…ワーク主軸、２０…標準ホブ、２１…ホブ本体、２１ａ…外周、２２…切刃、２３，２４…傾斜面、３０…試作歯車、４０…凹部、４０Ｒ…凹部（補正部）、５０…凸部、５０Ｒ…凸部（補正部）、６０…補正ホブ、６２…切刃、６３，６４…傾斜面、７０…歯車、ＧＡ…理想的なインボリュート歯形、Ｋ…ねじ筋、Ｗ…ワーク

Claims

工具としてのホブを片持ち状に保持する工具主軸と、ワークを保持するワーク主軸と、前記工具主軸を軸方向に送る送り軸との少なくとも３軸を有する工作機械を用いて歯車を加工する歯車加工方法であって、
筒状のホブ本体と、前記ホブ本体の外周に螺旋状に延びる少なくとも１条のねじ筋に沿って配列され、前記ねじ筋を挟んだ両側に一対の傾斜面を有する略台形状をなす複数の切刃を含み、全切刃の形状が等しい標準ホブを用いて、試作歯車を加工する試作工程と、
前記試作歯車の歯形誤差を実測する実測工程と、
実測された歯形誤差の位置に対応する切刃の対応する傾斜面の対応する位置に前記歯形誤差低減用の補正部としての凹部または凸部が形成された補正ホブを用いて、歯車の製品を加工する本生産工程とを含む歯車加工方法。
請求項１において、前記実測工程で実測された歯形誤差が、理想的なインボリュート曲線から窪む凹部である場合には、前記補正ホブの補正部として、凹部が用いられ、
前記実測工程で実測された歯形誤差が、理想的なインボリュート曲線から突出する凸部である場合には、前記補正ホブの補正部として、凸部が用いられる歯車加工方法。
請求項１または２に記載の歯車加工方法を用いて加工された歯車。
工具としてのホブを片持ち状に保持する工具主軸と、
ワークを保持するワーク主軸と、
前記工具主軸を軸方向に送る送り軸と、
前記工具主軸に着脱される歯車歯形形成用の標準ホブおよび補正ホブと、を備え、
各前記ホブは、筒状のホブ本体と、前記ホブ本体の外周に螺旋状に延びる少なくとも１条のねじ筋に沿って配列され、前記ねじ筋を挟んだ両側に一対の傾斜面を有する略台形状をなす複数の切刃と、を含み、
前記標準ホブの全切刃の形状は、互いに等しくされ、
前記補正ホブの少なくとも１つの切刃の傾斜面は、前記傾斜面の法線方向に起伏する歯形誤差低減用の補正部としての凹部または凸部の少なくとも一方を含む工作機械。
筒状のホブ本体と、前記ホブ本体の外周に螺旋状に延びる少なくとも１条のねじ筋に沿って配列され、前記ねじ筋を挟んだ両側に一対の傾斜面を有する略台形状をなす複数の切刃と、を含み、
少なくとも１つの切刃の傾斜面は、前記傾斜面の法線方向に起伏する歯形誤差低減用の補正部としての凹部または凸部の少なくとも一方を含む歯車歯形形成用の補正ホブ。