JP2018158441A - カッタ及びその使用方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】構造容易な加工装置、および既存の旋盤を用いて歯車又はスプライン軸加工を容易にできる加工方法を提供する。【解決手段】周面にリング状に形成された刃部２０を有し軸線Ｒ１を中心に回転駆動されるカッタ１１と、回転自在にワークＷを保持するワーク保持手段１３と、カッタとワークとを軸線方向に相対移動させるカッタ駆動手段１２とを備え、カッタとワークとの相対移動とワークの回転とを連動させ、カッタを回転させた状態でワークの周面に歯車又はスプライン軸を形成する加工装置１において、刃部は軸線に双方向に複数並設され、カッタ駆動手段はカッタを軸線周りに一方向に回転させかつ軸線に沿ってワークに対して相対的に往復移動させ、ワーク保持手段はカッタの往復移動に応じてワークを正逆回転させ、カッタの各刃部をワークの周面に接触させてワークに対して歯車又はスプライン軸の外形形状を形成するように切削する。【選択図】図１

Description

本発明は、歯車又は歯車状の断面を有する軸を形成する加工装置および加工方法に関する。
ワークに歯車を創成する方法及び歯車加工装置として、周面にリング状に形成された切刃を有し、軸線を中心に回転駆動されるカッタと、回転駆動自在にワークを保持するワーク保持手段と、カッタの軸線方向に沿ってカッタとワークとを相対的に移動させる移動手段とを備え、カッタとワークとの相対移動とワークの回転とを連動させ、カッタを回転させた状態でワークに押し当てることで、ワークの周面に歯車を形成するものが、従来より知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開昭６３−２６０９号公報
特許文献１（特開昭６３−２６０９号公報）に記載されたような歯車創成方法および歯車加工装置の場合、ワークを一方向に回転させながら、回転するカッタを順次移動させて歯車を創成する必要があり、歯車の加工を効率よく行うことが容易ではないという問題点があった。
したがって、本発明の目的は、上記問題に鑑み、構造容易な歯車加工装置、および既存の旋盤を用いて歯車の加工を容易に実行することができる歯車加工方法を提供することにある。
上記目的を実現するために、周面にリング状に形成された刃部を有し、軸線を中心に回転駆動されるカッタと、回転自在にワークを保持するワーク保持手段と、カッタの軸線方向に沿ってカッタとワークとを相対的に移動させるカッタ駆動手段と、を備え、カッタとワークとの相対移動とワークの回転とを連動させ、カッタを回転させた状態でワークに押し当てることで、ワークの周面に歯車を形成又は歯車状の断面を有する軸を形成する加工装置において、刃部は、軸線に沿う方向に複数並設され、カッタ駆動手段は、カッタを軸線の周りに一方向に回転させるとともに、カッタを軸線に沿ってワークに対して相対的に往復移動させ、ワーク保持手段は、カッタの往復移動に応じて、ワークを正回転もしくは逆回転させ、カッタの各刃部をワークの周面に接触させて、ワークに対して歯車又は歯車状の断面を有する軸の外形形状を形成するように切削する。
また、加工装置は、歯車状の断面を有する軸を、スプライン軸又はセレーション軸とする。
また、加工装置は、カッタとワークとの接触面において、カッタによる往復移動の進行方向および進行速度とワークの回転方向および回転速度とが同期するよう、カッタ駆動手段によるカッタの往復移動およびワーク保持手段による正転もしくは逆転を制御する制御手段を備える。
ここで、刃部は、周面に所定の間隔で周設された複数の切刃からなるようにしてもよい。
あるいは、刃部は、軸線の周りを一周するように連続的に形成された切刃からなるようにしてもよい。
また、加工方法は、周面にリング状に形成された刃部が軸線に沿う方向に複数並設されたカッタを軸線の周りに一方向に回転させるとともに、カッタの軸線方向にワークに対して相対的に往復移動させ、カッタの往復移動に応じてワークを正回転もしくは逆回転させ、カッタの各刃部をワークの周面に接触させて、ワークに対して歯車又は歯車状の断面を有する軸の外形形状を形成するように切削する。
また、加工方法は、歯車状の断面を有する軸を、スプライン軸又はセレーション軸とする。
また、加工方法では、カッタとワークとの接触面において、カッタによる往復移動の進行方向および進行速度とワークの回転方向および回転速度とが同期するよう、カッタの往復移動に応じてワークを正転もしくは逆転させる。
ここで、刃部は、周面に所定の間隔で周設された複数の切刃からなるようにしてもよい。
あるいは、刃部は、軸線の周りを一周するように連続的に形成された切刃からなるようにしてもよい。
本発明によれば、カッタとワークとを相対的に連続して往復運動させ、該往復運動に同期してワークを連続的に正回転および逆回転させることで、連続的に、かつ容易に歯車又は歯車状の断面を有する軸を創成することができ、歯車又はスプライン軸やセレーション軸等の加工を効率よく行うことができる。また、カッタは、軸線周りにリング状に形成された刃部を軸線に沿う方向に複数並設して構成することができ、歯車の加工工具として従来から公知のホブのように螺旋に沿って切刃を形成する必要がないので構造容易である。
また、上記ホブのように切刃の螺旋の傾斜角に合わせてカッタをワークに対して傾斜して配置する必要がないので、一般的な旋盤を用いて容易に歯車又は歯車状の断面を有する軸を創成することができる。
このように、本発明によれば、構造容易な加工装置、および既存の旋盤を用いて歯車又は歯車状の断面を有する軸の加工を容易に実行することができる加工方法を実現することができる。
本発明の実施例による歯車加工装置を示す概略図である。 本発明の実施例による歯車加工装置の一部を示す斜視図である。 本発明の実施例による歯車加工装置におけるカッタの拡大図である。 本発明の実施例による歯車加工装置におけるカッタとワークとの位置関係を説明する斜視図である。 カッタの往復移動の進行方向がＡ方向である場合におけるワークの回転方向を示す正面図である。 カッタの往復移動の進行方向がＡ方向である場合におけるワークの回転方向を示す底面図である。 カッタの往復移動の進行方向がＢ方向である場合におけるワークの回転方向を示す正面図である。 カッタの往復移動の進行方向がＢ方向である場合におけるワークの回転方向を示す底面図である。 本発明の実施例による歯車加工装置におけるカッタの刃部の変形例を示す図である。
図１は、本発明の実施例による歯車加工装置を示す概略図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。図２は、本発明の実施例による歯車加工装置の一部を示す斜視図である。図３は、本発明の実施例による歯車加工装置におけるカッタの拡大図である。
歯車加工装置１は、カッタ１１と、カッタ駆動手段１２と、ワーク保持手段１３と、制御手段１４と、を備える。カッタ駆動手段１２とワーク保持手段１３は、制御手段１４により制御される。
カッタ１１の周面には、カッタ１１の軸線Ｒ１周りに複数の切刃２１が所定の間隔を有しながら周設されている。この複数の切刃２１によって一つの切刃２１の組が構成され、一つの切刃２１の組みによって、カッタ１１の周面にリング状に一つの刃部２０が形成されている。刃部２０は、軸線Ｒ１に沿って複数並設されている。
カッタ駆動手段１２は、例えば旋盤の刃物台からなり、制御手段１４による制御に基づき、カッタ１１を、軸線Ｒ１の周りに回転させるとともに軸線Ｒ１に沿う方向に往復移動させるように駆動する。カッタ１１の回転速度は、カッタ１１の刃部２０がワークＷを切削するに足りる速度に設定される。
ワーク保持手段１３は、例えば旋盤の主軸からなり、制御手段１４による制御に基づき、ワークＷを、カッタ１１の軸線Ｒ１とワークＷの軸線Ｒ２とが交差するように保持し、カッタ１１の往復移動に同期して軸線Ｒ２を中心に正転もしくは逆転させるように回転駆動する。本実施形態においては、ワークＷを、軸線Ｒ１と軸線Ｒ２とが直交するように保持する。
本実施例では、カッタ１１がＡ方向に進行する場合は、ワークＷがａ方向に回転（本明細書では便宜上「正転」と称する）し、カッタ１１がＢ方向に進行する場合は、ワークＷがｂ方向に回転（本明細書では便宜上「逆転」と称する）するように、制御手段１４によりカッタ駆動手段１２およびワーク保持手段１３が制御される。
図４は、本発明の実施例による歯車加工装置におけるカッタとワークとの位置関係を説明する斜視図である。ここでは、一例として、カッタ１１がワークＷに対して図４に示す紙面手前に位置し、歯車の外形形状として、歯形曲線がインボリュート曲線となる歯車を形成する場合について説明する。
図５および図６は、カッタの往復移動の進行方向がＡ方向である場合におけるワークの回転方向を示す図であって、図５は正面図であり、図６は底面図である。制御手段１４はカッタ駆動手段１２およびワーク保持手段１３を制御して、歯車のインボリュート曲線を形成するようにカッタ１１の進行速度とワークＷの回転速度とを同期させた状態で、カッタ１１を一方向に回転させながらＡ方向に進行させ、かつワークＷを正転させる。これにより、各刃部２０がワークＷの周面に順次接し、各切刃２１の一方の面（図５および６において切刃２１のカッタ１１の進行方向Ａ側の面４１）側において、ワークＷを連続的に切削することができる。
図７および図８は、カッタの往復移動の進行方向が回転軸Ｒ１に沿うＢ方向である場合におけるワークの回転方向を示す図であって、図７は正面図であり、図８は底面図である。前述のカッタ１１がＡ方向に進行してワークＷが正転する場合と逆に、制御手段１４は、制御手段１４はカッタ駆動手段１２およびワーク保持手段１３を制御して、歯車のインボリュート曲線を形成するようにカッタ１１の進行速度とワークＷの回転速度とを同期させた状態で、カッタ１１を一方向に回転させながらＢ方向に進行させ、かつワークＷを逆転させる。これにより、各刃部２０がワークＷの周面に順次接し、各切刃２１の他方の面（図７および８において切刃２１のカッタ１１の進行方向Ｂ側の面４２）側において、ワークＷを連続的に切削することができる。
カッタ１１を一方向に回転させた状態で、カッタ１１をＡ方向に進行させながらワークＷを正転させる動作（図５および図６）と、カッタ１１をＢ方向に進行させながらワークＷに逆転させる動作（図７および図８）とを連続的に繰り返すことで、ワークＷに歯車３１を効率よく創成することができる。
以上説明したように、制御手段１４は、カッタ１１とワークＷとの接触面において、カッタ１１の軸線Ｒ１に沿った方向の往復移動の進行方向および進行速度とワークＷの回転軸Ｒ２の周りにおける回転方向および回転速度とが一致するよう、カッタ駆動手段１２によるカッタ１１の往復移動を制御するとともにワーク保持手段１３による正転もしくは逆転を制御する。
カッタ駆動手段１２を旋盤の刃物台で構成し、ワーク保持手段１３を旋盤の主軸で構成することによって、上述した歯車加工装置１は、一般的な旋盤、例えば自動旋盤を用いて実現可能である。すなわち、旋盤の刃物台に回転駆動自在にカッタ１１を取り付け、主軸のチャックでワークＷを保持し、カッタ１１を軸線Ｒ１の周りに一方向に回転させるとともに、軸線Ｒ１に沿って所定距離の範囲で往復移動させ、主軸を前述のようにカッタ１１の往復移動に同期して軸線Ｒ２の周りに正転もしくは逆転させる旋盤の動作プログラムを作成しておけばよい。この動作プログラムに従って旋盤を動作させることで、カッタ１１の往復移動に同期して、ワークＷが軸線Ｒ２の周りに正転もしくは逆転し、ワークＷに容易に歯車３１を創成することができる。これによりカッタとしてホブを用いて歯車を創成する場合のように、カッタ（ホブ）を傾斜させる機構を設けることなく、主軸の軸線方向に直交するようにカッタ１１を取り付けることによって、一般的な旋盤を用いて容易に歯車を創成することができる。
図９は、本発明の実施例による歯車加工装置におけるカッタの刃部の変形例を示す図である。図９に示すように、刃部２０を、カッタ１１の軸線Ｒ１の周りをリング状に連続的に一周するような１枚の切刃からなるものとして構成してもよい。
なお、上述の実施例では、カッタ１１の軸線Ｒ１とワークＷの軸線Ｒ２とが直交するようにすることで、ワークＷの周面に平歯車を創成した。この変形例として、カッタ１１の軸線Ｒ１とワークＷの軸線Ｒ２とが直交ではなく所定の角度で交差するように、カッタ駆動手段１２によるカッタ１１の駆動軸の傾斜角度、ワーク保持手段１３が保持するワークＷの回転軸の傾斜角度、あるいはこれら両傾斜角度を設定すれば、はすば（斜歯）歯車を創成することも可能である。
図５〜図８の例では、歯車の歯形曲線がインボリュート曲線となるように、カッタ１１の進行速度とワークＷの回転速度とを同期させた状態で、カッタ１１を一方向に回転させながらＡ方向及びＢ方向に往復進行させ、且つワークＷをカッタ１１の往復移動に同期して正転及び逆転させて、ワークＷを歯形曲線がインボリュート曲線となる外形形状の歯車に切削した。しかしながら、歯形曲線がインボリュート曲線の歯車の加工に限られず、カッタ１１とワークＷとを、歯形の外形形状が、サイクロイド曲線や角形断面、又は三角断面等となるように同期させることで、上述した実施例における歯車加工装置において、ワークＷに、歯形曲線がサイクロイド曲線となる歯車や、角形断面又は三角断面の外形形状を有する歯車を切削するようにしても良い。
さらに、上述した実施例における歯車加工装置を利用して、ワークＷに、歯車状の断面を有する軸、例えばスプライン軸やセレーション軸の外形形状を形成するようにしても良い。その場合、例えば、ワーク保持手段１３において、ワークＷに形成されるスプライン軸の長さ分だけ、ワークＷを回転させながら、Ｃ方向に進行させるようにすれば良い。
なお、形成するスプライン軸やセレーション軸としては、断面の外形形状がインボリュート曲線や、角形、三角山等となるインボリュート歯型や角形歯型、三角歯等を有するインボリュート軸やセレーション軸が考えられる。また、外周の一部に歯が形成されるように歯車や歯車状の断面を有する軸（スプライン軸、セレーション軸等）を加工しても良い。
本発明は、旋盤を用いた歯車又は歯車状の断面を有する軸の創成に適用することができる。
１ 歯車加工装置
１１ カッタ
１２ カッタ駆動手段
１３ ワーク保持手段
１４ 制御手段
２０ 刃部
２１ 切刃
３１ 歯車

Claims (8)

  1. 軸線に沿う方向に並設された複数の刃部を有し、前記軸線を中心に回転駆動されるカッタと、回転自在にワークを保持するワーク保持手段と、前記軸線に沿った前記カッタの軸線方向に沿って前記カッタを前記ワークに対して相対的に移動させるカッタ駆動手段と、制御手段とを備え、
    前記各刃部が、前記カッタの軸線周りに周設された複数の切刃から構成されて、前記カッタの周面に各々別々にリング状に形成され、
    前記カッタと前記ワークとの相対移動と前記ワークの回転とを連動させ、前記カッタを回転させた状態で前記ワークに押し当てることで、前記ワークの周面に歯車又は歯車状の断面を有する軸の外形形状を形成する加工装置において、
    前記制御手段は、前記カッタ駆動手段が、前記カッタを前記軸線の周りに一方向に回転させるとともに、前記カッタを前記軸線に沿ってワークに対して相対的に２つの反対の方向に往復移動させるように構成され、
    前記制御手段は、前記ワーク保持手段を、前記カッタの往復移動に応じて、前記ワークを回転させて、前記カッタが前記軸線に沿った一方の方向に移動するときに、前記ワーク保持手段が前記ワークを正回転し、前記カッタが前記軸線に沿った他方の方向に移動するときに、前記ワーク保持手段が前記ワークを逆回転するように構成され、前記カッタの各前記刃部を前記ワークの周面に接触させて、前記ワークに対して歯車又は歯車状の断面を有する前記軸の前記外形形状を形成するように切削することを特徴とする加工装置。
  2. 前記切削は、スプライン軸又はセレーション軸からなる前記歯車状の断面を有する前記軸を形成する、請求項１に記載の加工装置。
  3. 前記制御手段は、前記カッタによる往復移動の進行方向および進行速度とワークの回転方向および回転速度とが同期するよう、前記カッタ駆動手段による前記カッタの往復移動および前記ワーク保持手段による正転および逆転を制御する、請求項１又は２に記載の加工装置。
  4. 前記複数の切刃のそれぞれは、前記カッタの周面に所定の間隔で周設される請求項１〜３の何れか一項に記載の加工装置。
  5. 前記カッタの軸線周りに周設された複数の切刃から構成されて、前記カッタの周面に各々別々にリング状に形成された複数の刃部が軸線に沿う方向に複数並設されたカッタを軸線の周りに一方向に回転させるとともに、前記カッタの軸線方向にワークに対して相対的に２つの反対の方向に往復移動させ、前記カッタの往復移動に応じて前記カッタが前記軸線に沿った一方の方向に移動するときに前記ワークを正回転させ、前記カッタが前記軸線に沿った他方の方向に移動するときに前記ワークを逆回転させ、前記カッタの各前記刃部を前記ワークの周面に接触させて、前記ワークに対して歯車又は歯車状の断面を有する軸の外形形状を形成するように切削することを特徴とする加工方法。
  6. 前記切削は、スプライン軸又はセレーション軸からなる前記歯車状の断面を有する前記軸を形成する、請求項５に記載の加工方法。
  7. 前記カッタの往復移動に応じて前記軸線に沿った一方の方向に移動するときに前記ワークを正回転させるステップ及び前記ワークを逆回転させるステップは、前記カッタによる往復移動の進行方向および進行速度と前記ワークの回転方向および回転速度とを同期させるステップを含む、請求項５又は６に記載の加工方法。
  8. 前記複数の切刃のそれぞれは、前記カッタの周面に所定の間隔で周設される請求項５〜７の何れか一項に記載の加工方法。
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