JP2021049603A - 歯車生成装置および歯車生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歯部の面取りの加工時間を短縮することが可能な歯車生成装置および歯車生成方法を提供する。【解決手段】歯車生成装置は、ワーク軸回りの回転方向に複数の歯部が連続して設けられたワークにおいて、歯部のワーク軸方向の一端側の面と歯部の回転方向の一側の面とが交差する部分を含む第１角部の面取り加工を行う歯車生成装置であって、ワークを、ワーク軸回りに回転させる第１駆動部と、工具軸を有し、軸周方向に沿ってカッター刃を有する工具と、工具を工具軸回りに回転させる第２駆動部と、工具をワーク軸方向に変位させる第３駆動部と、工具を、カッター刃が第１角部に接触するようにワークの回転と同期して回転させ、工具を、ワークの回転に応じてワーク軸方向に変位させることで、第１角部の面取り加工を連続的に行うように第１駆動部、第２駆動部および第３駆動部を制御する駆動制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、歯車生成装置および歯車生成方法に関する。

従来、たとえば、変速機等に用いられるドグ歯を有する歯車を加工する方法として、ワークを旋削加工することで歯車の外形を整え、さらに歯切盤等で歯切りを行い、成形された歯部の歯端面をエンドミルで面取りすることが知られている。

また、たとえば、特許文献１には、マシニングセンタによる歯部の面取り加工が開示されている。

特開２００３−３００１１５号公報

ところで、上記のエンドミルによる面取りは、エンドミルを用いて一つ一つの歯部を順番に加工することで行われる。

また、上記特許文献１に開示されたマシニングセンタによる面取りにおいても、歯部毎に行われる。

これにより、上記のエンドミルによる面取り、および、上記特許文献１に開示されたマシニングセンタによる面取りにおいては、歯部の面取りの加工時間が増大するという問題点があった。

本開示の目的は、歯部の面取りの加工時間を短縮することが可能な歯車生成装置および歯車生成方法を提供することである。

上記の目的を達成するため、本開示における歯車生成装置は、
ワーク軸回りの回転方向に複数の歯部が連続して設けられたワークにおいて、前記歯部の前記ワーク軸方向の一端側の面と前記歯部の前記回転方向の一側の面とが交差する部分を含む第１角部の面取り加工を行う歯車生成装置であって、
前記ワークを、前記ワーク軸回りに回転させる第１駆動部と、
工具軸を有し、軸周方向に沿ってカッター刃を有する工具と、
前記工具を前記工具軸回りに回転させる第２駆動部と、
前記工具を前記ワーク軸方向に変位させる第３駆動部と、
前記工具を、前記カッター刃が前記第１角部に接触するように前記ワークの回転と同期して回転させ、前記工具を、前記ワークの回転に応じて前記ワーク軸方向に変位させることで、前記第１角部の面取り加工を連続的に行うように前記第１駆動部、前記第２駆動部および前記第３駆動部を制御する駆動制御部と、
を備える。

また、本開示における歯車生成方法は、
ワーク軸回りの回転方向に複数の歯部が連続して設けられたワークにおいて、前記歯部の前記ワーク軸方向の一端側の面と前記歯部の前記回転方向の一側の面とが交差する部分を含む第１角部の面取り加工を行う歯車生成方法であって、
前記ワークを前記ワーク軸回りに回転させ、
工具を、前記工具の軸周方向に沿って設けられたカッター刃が前記第１角部に接触するように、前記ワークの回転と同期して工具軸回りに回転させ、
前記工具を、前記ワークの回転に応じて前記ワーク軸方向に変位させることで、前記第１角部の面取り加工を連続的に行う。

本開示によれば、歯車の面取りの加工時間を短縮することができる。

本開示の実施の形態に係る歯車生成装置の加工対象であるワークおよび工具の配置を概略的に示すワークの正面図である。 ワークおよび工具の配置を概略的に示す斜視図である。 本開示の実施の形態に係る歯車生成装置の構成を示す図である。 本開示の実施の形態に係る歯車生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態に係る歯車生成装置について、図面を参照しながら説明する。なお、図１は、本開示の実施の形態に係る歯車生成装置１００の加工対象であるワーク１および工具２の配置を概略的に示す正面図である。図１にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が描かれている。図１における左右方向をＸ方向、「ワークの回転方向」又は「ワークの周方向」といい、左方向を「＋Ｘ方向」又は「ワークの右回転方向の前側」といい、右方向を「−Ｘ方向」又は「ワークの右回転方向の後側」という。また、図１における紙面に直交する方向をＹ方向又は「奥行き方向」といい、手前方向を「＋Ｙ方向」、奥方向を「−Ｙ方向」という。また、図１における上下方向をＺ方向又は「ワーク軸方向」といい、上方向を「＋Ｚ方向」、下方向を「−Ｚ方向」という。また、図１における左下右斜め上方向を、「Ｐ方向」又は「工具軸方向」という。また、以下の説明においては、ワーク１の右回転方向をＲＲ方向といい、ワーク１の左回転方向をＲＬ方向という。また、工具２の右回転方向をＲ１方向といい、工具２の左回転方向をＲ２という。

ワーク１は、ワーク軸回りの回転方向に複数の歯部１１が連続して設けられている。図１に、ワーク１の一例として平歯車を示す。図１には、一部の歯部１１を示し、他の歯部１１を省略して示す。ワーク１は、ホブ加工、ギヤシェーパ加工またはスカイビング加工等により形成される。

図１に示すように、ワーク１は、歯部１１のワーク軸方向（Ｚ方向）の一端側の面１２とワーク１の右回転方向の前側（＋Ｘ方向）の面１３（左回転方向の後側の面）とが交差する部分を含む第１角部１４を有する。また、ワーク１は、面１２とワーク１の右回転方向の後側（−Ｘ方向）の面１５（左回転方向の前側の面）とが交差する部分を含む第２角部１６を有する。

図２は、ワーク１および工具２の配置を概略的に示す斜視図である。なお、図２において、実線で示す工具２のＸＹＺ座標上の位置を第１位置Ｓ１とし、点線で示す工具２のＸＹＺ座標上の位置を第２位置Ｓ２とする。

歯車生成装置１００は、図２に示すように、ワーク１を回転自在に支持するテーブル（不図示）と、ワーク１を切削加工する工具２と、工具２を工具軸回りに回転可能に保持するシャフトホルダー（不図示）と、を備える。工具２は、たとえば、軸周方向（回転方向）に沿って所定のピッチでカッター刃が設けられたピニオン状のスカイビング加工用カッターである。スカイビング加工用カッターによるワーク１の加工においては、カッター刃がワーク１に接触して、カッター刃とワーク１との間に生じるすべり（相対速度）によってワーク１が削られる。

図３は、本開示の実施の形態に係る歯車生成装置１００の構成を示す図である。歯車生成装置１００は、テーブルモータ３（本開示の「第１駆動部」に対応する）、カッターモータ４（本開示の「第２駆動部」に対応する）、Ｚ方向変位用モータ５（本開示の「第３駆動部」に対応する）、Ｙ方向移動用モータ６（本開示の「第４駆動部」に対応する）、Ｘ方向移動用モータ７、傾動用モータ８、および、駆動制御部２０を備える。

テーブルモータ３は、ワーク１を、テーブル（不図示）と一体的にワーク軸回りに回転させる。

カッターモータ４は、工具２を工具軸回りに回転させる。

Ｚ方向変位用モータ５は、工具２をシャフトホルダー（不図示）と一体的にワーク軸方向（Ｚ方向）に変位させる。

Ｙ方向移動用モータ６は、工具２をシャフトホルダーと一体的にＹ方向に移動させる。

Ｘ方向移動用モータ７は、工具２を、シャフトホルダーと一体的にＸ方向に移動させる。

傾動用モータ８は、工具軸方向（Ｐ方向）を、シャフトホルダーと一体的にワーク軸方向（Ｘ方向）に対してワーク１の回転方向へ所定の角度だけ傾動させる。

駆動制御部２０は、マイクロプロセッサー、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のハードウエアを備えると共に、ソフトウエアで構成される傾動制御部２１と、回転制御部２２と、Ｚ方向変位制御部２３と、Ｙ方向移動制御部２４と、Ｘ方向移動制御部２５とを備える。なお、傾動制御部２１と、回転制御部２２と、Ｚ方向変位制御部２３と、Ｙ方向移動制御部２４と、Ｘ方向移動制御部２５とは、それぞれの一部をロジック回路等のハードウエアで構成することが可能である。

＜第１角部１４の面取り加工＞
以下、第１角部１４（図１を参照）の面取り加工が行われる場合における駆動制御部２０の動作について説明する。

工具２が第１位置Ｓ１に移動するように、Ｘ方向移動制御部２５はＸ方向移動用モータ７を制御し、Ｙ方向移動制御部２４はＹ方向移動用モータ６を制御し、Ｚ方向変位制御部２３はＺ方向変位用モータ５を制御する。

また、傾動制御部２１は、工具軸方向（Ｐ方向）をワーク軸に対してワーク１の右回転方向の後側（−Ｘ方向）に傾けるように傾動用モータ８を制御する。

回転制御部２２は、工具２がワーク１の回転と同期して回転するように、テーブルモータ３およびカッターモータ４を制御する。また、回転制御部２２は、ワーク１が右回転方向（ＲＲ方向）に回転し、かつ、工具２が左回転方向（Ｒ２方向）に回転するように、テーブルモータ３およびカッターモータ４を制御する。これにより、工具２の円周面（カッター刃が設けられた面）が、ある一つの歯部１１の面１２と面１３の交差する部分である第１角部１４（図１を参照）に接触する。そして、工具２の円周面が一つの歯部１１の第１角部１４からその歯部１１と隣接する歯部１１の第１角部１４へ次々に接触する。その結果、第１角部１４の面取り加工を連続的に行うことが可能となる。

上記するように、工具２がワーク１の回転と同期して回転している場合、Ｚ方向変位制御部２３は、工具２がワーク１の回転に応じて−Ｚ方向に変位するようにＺ方向変位用モータ５を制御する。これにより、第１角部１４の面取り加工が深くなる。Ｚ方向変位制御部２３は、面取り加工が所定の深さとなった場合、換言すれば、工具２が−Ｚ方向に所定量変位した場合、工具２の−Ｚ方向の変位を停止するようにＺ方向変位用モータ５を制御する。第１角部１４の面取り加工は、歯部１１の歯先から歯元にわたって行われる。以上により、第１角部１４の面取り加工が終了する。図２に面取り加工された第１角部１４の面取り部１７を示す。

＜第２角部１６の面取り加工＞
第１角部１４の面取り加工に続けて、第２角部１６（図１を参照）の面取り加工が行われる場合における駆動制御部２０の動作について説明する。

工具２が第１位置Ｓ１から第２位置Ｓ２に移動するように、Ｚ方向変位制御部２３はＺ方向変位用モータ５を制御し、Ｙ方向移動制御部２４はＹ方向移動用モータ６を制御する。つまり、第２角部１６の面取り加工においては、第１角部１４の面取り加工に用いられた工具２が使われる。また、工具２が第１位置Ｓ１から第２位置Ｓ２に移動する場合、Ｘ方向移動制御部２５によるＸ方向移動用モータ７の制御を行わなくてもよい。

また、工具２が第１位置Ｓ１から第２位置Ｓ２に移動する場合、工具軸方向（Ｐ方向）は、ワーク軸に対してワーク１の右回転方向の後側（−Ｘ方向）（左回転方向の前側）に傾けた状態に維持されるため、傾動制御部２１による傾動用モータ８の制御を行わなくてもよい。

工具２が第２位置Ｓ２に移動されば場合、回転制御部２２は、工具２がワーク１の回転と同期して回転するように、テーブルモータ３およびカッターモータ４を制御する。また、回転制御部２２は、ワーク１が左回転方向（ＲＬ方向）に回転し、かつ、工具２が右回転方向（Ｒ１方向）に回転するように、テーブルモータ３およびカッターモータ４を制御する。つまり、第１角部１４の面取り加工を行う場合と第２角部１６の面取り加工を行う場合とにおいて、ワーク１の回転方向は互いに反対の方向であり、かつ、工具２の回転方向は互いに反対の方向である。これにより、工具２の円周面（カッター刃が設けられた面）が、ある一つの歯部１１の面１２と面１５との交差する部分である第２角部１６（図１を参照）に接触する。そして、工具２の円周面が一つの歯部１１の第２角部１６からその歯部１１と隣接する歯部１１の第２角部１６へ次々に接触する。その結果、第２角部１６の面取り加工を連続的に行うことが可能となる。

上記するように、工具２がワーク１の回転と同期して回転している場合に、Ｚ方向変位制御部２３は、工具２がワーク１の回転に応じて−Ｚ方向に変位するようにＺ方向変位用モータ５を制御する。これにより、第２角部１６の面取り加工が深くなる。Ｚ方向変位制御部２３は、面取り加工が所定の深さとなった場合、換言すれば、工具２が−Ｚ方向に所定量変位した場合、工具２の−Ｚ方向の変位を停止するようにＺ方向変位用モータ５を制御する。第２角部１６の面取り加工は、歯部１１の歯先から歯元にわたって行われる。以上により、第１角部１４の面取り加工が終了する。図２に面取り加工された第２角部１６の面取り部１８を示す。また、図２に、面取り部１７と面取り部１８とが交差する部分である稜線１９を示す。

次に、第１角部１４および第２角部１６の面取り加工を連続的に行う方法の一例について、図４を参照して説明する。図４は、歯車生成装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。

先ず、ステップＳ１００において、工具２を第１位置Ｓ１に移動する。この場合、Ｘ方向移動制御部２５はＸ方向移動用モータ７を制御し、Ｙ方向移動制御部２４はＹ方向移動用モータ６を制御し、Ｚ方向変位制御部２３はＺ方向変位用モータ５を制御する。

次に、ステップＳ１１０において、工具２を傾動する。この場合、傾動制御部２１は、傾動用モータ８を制御する。

次に、ステップＳ１２０において、第１角部１４の面取り加工を行う。この場合、回転制御部２２は、テーブルモータ３およびカッターモータ４を制御し、Ｚ方向変位制御部２３はＺ方向変位用モータ５を制御する。

次に、ステップＳ１３０において、工具２を第１位置Ｓ１から第２位置Ｓ２に移動する。つまり、第１角部１４の面取り加工に続けて、第２角部１６の面取り加工を行う場合、第１角部１４の面取り加工に用いられた工具２を、第２位置Ｓ２に移動すればよい。また、工具２を第１位置Ｓ１から第２位置Ｓ２に移動する場合、Ｚ方向変位制御部２３はＺ方向変位用モータ５を制御し、Ｙ方向移動制御部２４はＹ方向移動用モータ６を制御する。つまり、第１角部１４の面取り加工に続けて、第２角部１６の面取り加工を行う場合、Ｘ方向移動制御部２５によるＸ方向移動用モータ７の制御を行わなくてもよく、また、傾動制御部２１による傾動用モータ８の制御を行わなくてもよい。

次に、ステップＳ１４０において、第２角部１６の面取り加工を行う。この場合、回転制御部２２は、テーブルモータ３およびカッターモータ４を制御し、Ｚ方向変位制御部２３はＺ方向変位用モータ５を制御する。

上記実施の形態に係る歯車生成装置１００によれば、ワーク軸回りの回転方向に複数の歯部１１が連続して設けられたワーク１において、歯部１１のワーク軸方向（Ｚ方向）の一端側の面１２と歯部１１の回転方向の一側の面１３とが交差する部分を含む第１角部１４の面取り加工を行う歯車生成装置１００であって、ワーク１を、ワーク軸回りに回転させるテーブルモータ３と、工具軸を有し、第１角部１４に接触する工具２と、工具２を工具軸回りに回転させるカッターモータ４と、工具２をワーク軸方向（Ｚ方向）に変位させるＺ方向変位用モータ５と、工具２を、カッター刃が第１角部１４に接触するようにワーク１の回転と同期して回転させ、工具２をワーク１の回転に応じてワーク軸方向に変位させることで、第１角部１４の面取り加工を連続的に行うようにテーブルモータ３、カッターモータ４およびＺ方向変位用モータ５を制御する駆動制御部２０と、を備える。これにより、第１角部１４の面取り加工を連続的に行うことが可能となる。その結果、ワーク１の面取り加工時間を短縮することができる。

また、上記実施の形態に係る歯車生成装置１００によれば、第１角部１４の面取り加工に続けて、第２角部１６の面取り加工を行う場合、第１角部１４の面取り加工に用いられた工具２を、第２位置Ｓ２に移動すればよい。これにより、一つの工具２により、第１角部１４および第２角部１６の面取り加工を行うことができる。

また、第１角部１４の面取り加工に続けて、第２角部１６の面取り加工を行う場合、Ｘ方向移動制御部２５によるＸ方向移動用モータ７の制御を行わなくてもよく、傾動制御部２１による傾動用モータ８の制御を行わなくてもよい。この点からも、歯部１１の面取りの加工時間を短縮することができる。

なお、上記実施の形態では、工具軸方向（Ｐ方向）を、ワーク軸方向（Ｚ方向）に対してワーク１の右回転方向の後側（−Ｘ方向）に所定の角度だけ傾けたが、たとえば、工具軸方向の−Ｘ方向の傾き角度を変えることにより、また、工具軸方向をさらに奥行き方向に傾けることにより、面取り部１７，１８（図２を参照）の形状を変えてもよい。また、たとえば、ワーク軸をＸ方向および／またはＹ方向に移動して、ワーク軸と工具軸との軸間距離を調整することで、面取り部１７，１８の形状を変更してもよい。また、たとえばワーク１と工具２の同期回転を、ワーク軸方向（Ｚ方向）の移動に応じて調整することで面取り部１７，１８の形状を変更してもよい。

その他、上記実施の形態は、何れも本開示の実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本開示は、歯部の面取りの加工時間を短縮することが要求される歯車生成装置に利用される。

１ ワーク
２ 工具
３ テーブルモータ
４ カッターモータ
５ Ｚ方向変位用モータ
６ Ｙ方向移動用モータ
７ Ｘ方向移動用モータ
８ 傾動用モータ
１１ 歯部
１２，１３，１５ 面
１４ 第１角部
１６ 第２角部
１７，１８ 面取り部
１９ 稜線
２０ 駆動制御部
２１ 傾動制御部
２２ 回転制御部
２３ Ｚ方向変位制御部
２４ Ｙ方向移動制御部
２５ Ｘ方向移動制御部
１００ 歯車生成装置

Claims (7)

1. ワーク軸回りの回転方向に複数の歯部が連続して設けられたワークにおいて、前記歯部の前記ワーク軸方向の一端側の面と前記歯部の前記回転方向の一側の面とが交差する部分を含む第１角部の面取り加工を行う歯車生成装置であって、
   前記ワークを、前記ワーク軸回りに回転させる第１駆動部と、
   工具軸を有し、軸周方向に沿ってカッター刃を有する工具と、
   前記工具を前記工具軸回りに回転させる第２駆動部と、
   前記工具を前記ワーク軸方向に変位させる第３駆動部と、
   前記工具を、前記カッター刃が前記第１角部に接触するように前記ワークの回転と同期して回転させ、前記工具を、前記ワークの回転に応じて前記ワーク軸方向に変位させることで、前記第１角部の面取り加工を連続的に行うように前記第１駆動部、前記第２駆動部および前記第３駆動部を制御する駆動制御部と、
   を備える、
   歯車生成装置。
2. 前記工具を、前記第１角部に接触する第１位置から、前記歯部の前記ワーク軸方向の一端側の面と前記歯部の前記回転方向の他側の面とが交差する部分を含む第２角部に接触する第２位置へ移動させる第４駆動部をさらに備える、
   請求項１に記載の歯車生成装置。
3. 前記第１角部の面取り加工を行う場合と前記第２角部の面取り加工を行う場合とにおいて、前記ワークの回転方向は互いに反対の方向であり、かつ、前記工具の回転方向は互いに反対の方向である、
   請求項２に記載の歯車生成装置。
4. 前記工具は、スカイビング加工用カッターである、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の歯車生成装置。
5. 前記工具軸は、前記第１角部の面取り加工が行われる場合、前記ワーク軸に対して前記回転方向の他側に傾けられる、
   請求項４に記載の歯車生成装置。
6. ワーク軸回りの回転方向に複数の歯部が連続して設けられたワークにおいて、前記歯部の前記ワーク軸方向の一端側の面と前記歯部の前記回転方向の一側の面とが交差する部分を含む第１角部の面取り加工を行う歯車生成方法であって、
   前記ワークを前記ワーク軸回りに回転させ、
   工具を、前記工具の軸周方向に沿って設けられたカッター刃が前記第１角部に接触するように、前記ワークの回転と同期して工具軸回りに回転させ、
   前記工具を、前記ワークの回転に応じて前記ワーク軸方向に変位させることで、前記第１角部の面取り加工を連続的に行う、
   歯車生成方法。
7. 前記工具を、前記ワークの円周における前記第１角部の面取り加工を行う位置とは反対側の位置に移動し、
   前記歯部の前記ワーク軸方向の一端側の面と前記歯部の前記回転方向の他側の面とが交差する部分を含む第２角部の面取り加工を行う、
   請求項６に記載の歯車生成方法。

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