JP2023082366A

JP2023082366A - カッタヘッド

Info

Publication number: JP2023082366A
Application number: JP2021196091A
Authority: JP
Inventors: 雁楠馮; Yannan Feng
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2021-12-02
Filing date: 2021-12-02
Publication date: 2023-06-14

Abstract

【課題】カッタヘッドによる歯車の加工時のびびり振動を抑えて、歯車の加工精度を向上させる。【解決手段】カッタヘッド１は、スカイビング加工により、複数の歯溝を有する歯車を形成する。複数の歯車のそれぞれは、左側面と右側面とを含む。カッタヘッド１は、少なくとも１つの左カッタ刃４Ｌと、少なくとも１つの右カッタ刃４Ｒとを備える。少なくとも１つの左カッタ刃４Ｌは、左側面と右側面とのうち左側面を切削する。少なくとも１つの右カッタ刃４Ｒは、左側面と右側面とのうち右側面を切削する。【選択図】図３

Description

本開示は、スカイビング加工用のカッタヘッドに関する。

ワークから歯車を形成する方法の１つとして、スカイビング加工がある。スカイビング加工では、カッタヘッドが、ワークに対して一定角度で交差するように配置される。カッタヘッドは、カッタヘッドの周方向に並んで配置された複数のカッタ刃を有している。カッタ刃は、カッタヘッドの周方向に等ピッチで配置される（例えば、特許文献１参照）。カッタヘッドが回転すると共に、ワークがカッタヘッドの回転に同期して回転することで、カッタヘッドがワークを加工する。

特開２０１５－３３７３２号公報

上述したスカイビング加工によって、大径の歯車、又は大モジュールの歯車を加工する場合、加工時にびびり振動が発生することがある。その場合、歯車の加工精度が低下する恐れがある。本開示の目的は、カッタヘッドによる歯車の加工時のびびり振動を抑えて、歯車の加工精度を向上させることにある。

本開示の一態様に係るカッタヘッドは、スカイビング加工により、複数の歯溝を有する歯車を形成する。複数の歯車のそれぞれは、左側面と右側面とを含む。カッタヘッドは、少なくとも１つの左カッタ刃と、少なくとも１つの右カッタ刃とを備える。少なくとも１つの左カッタ刃は、左側面と右側面とのうち左側面を切削する。少なくとも１つの右カッタ刃は、左側面と右側面とのうち右側面を切削する。

本態様に係るカッタヘッドでは、左カッタ刃は、歯溝の左側面と右側面とのうち左側面を切削する。右カッタ刃は、歯溝の左側面と右側面とのうち右側面を切削する。そのため、１つのカッタ刃が、歯溝の左側面と右側面とを同時に切削する場合と比べて、カッタ刃への切削負荷が軽減される。それにより、カッタヘッドによる歯車の加工時のびびり振動が抑えられ、歯車の加工精度が向上する。

複数の歯溝のそれぞれに対して、左カッタ刃と右カッタ刃とが交互に切削するように、少なくとも１つの左カッタ刃と少なくとも１つの右カッタ刃とが、カッタヘッドにおいて配列されてもよい。この場合、１つのカッタ刃が、歯溝３の左側面と右側面とを同時に切削する場合と同様に、歯溝の左側面と右側面とが精度よく切削される。

左カッタ刃は、標準位置に対して、カッタヘッドの周方向において左方にオフセットしている右刃面を含んでもよい。標準位置は、カッタヘッドにおいて複数のカッタ刃が等ピッチに配置された場合のカッタ刃の位置を示す。この場合、左カッタ刃の右刃面は、左方にオフセットしていることで、歯溝の右側面に接触しない。それにより、左カッタは、歯溝の左側面を切削する。

右カッタ刃は、標準位置に対して、カッタヘッドの周方向において右方にオフセットしている左刃面を含んでもよい。この場合、右カッタ刃の左刃面は、右方にオフセットしていることで、歯溝の左側面に接触しない。それにより、右カッタは、歯溝の右側面を切削する。

本開示によれば、カッタヘッドによる歯車の加工時のびびり振動が抑えられ、歯車の加工精度が向上する。

実施形態に係るカッタヘッドとワークとを示す側面断面図である。カッタヘッドとワークとを示す上面図である。カッタヘッドの拡大図である。左カッタ刃と、左カッタ刃による切削中の歯溝とを示す拡大図である。右カッタ刃と、右カッタ刃による切削中の歯溝とを示す拡大図である。カッタ刃によるワークの切削時の切取厚さを示す図である。実施例に係るカッタヘッドのワークの歯溝と、各歯溝に対応するカッタ刃との関係を示す表である。実施例に係るカッタヘッドのワークの歯溝と、各歯溝に対応する左右のカッタ刃との関係を示す表である。変形例に係る左カッタ刃を示す図である。変形例に係る右カッタ刃を示す図である。

以下、図面を参照して実施形態に係るカッタヘッドについて説明する。図１は、実施形態に係るカッタヘッド１とワーク２とを示す側面断面図である。図２は、実施形態に係るカッタヘッド１とワーク２とを示す上面図である。カッタヘッド１は、スカイビング加工により、ワーク２を切削することで、複数の歯溝３を有する歯車を形成する。

カッタヘッド１とワーク２とは、図示しない駆動装置により、互いに同期して回転する。図１に示すように、カッタヘッド１の回転軸Ａ１は、ワーク２の回転軸Ａ２に対して傾斜している。カッタヘッド１は、回転軸Ａ１回りに回転しながら、ワーク２の回転軸Ａ２に平行な方向に移動することで、ワーク２の内面を掘削して歯溝を形成する。カッタヘッド１の回転軸Ａ１と、ワーク２の回転軸Ａ２と平行な軸線とは、交差角θをなして交差する。

図２に示すように、カッタヘッド１は、複数のカッタ刃４を有している。図３は、カッタヘッド１の拡大図である。図３に示すように、複数のカッタ刃４は、複数の左カッタ刃４Ｌと複数の右カッタ刃４Ｒとを含む。なお、図３では、複数の左カッタ刃４Ｌの一部と、複数の右カッタ刃４Ｒの一部のみが図示されているが、他の左カッタ刃４Ｌと右カッタ刃４Ｒも同様の形状を有している。

左カッタ刃４Ｌは、右刃面１１と左刃面１２とを含む。なお、以下の説明において、左右の各方向は、カッタヘッド１の径方向外方を向いて見たときの左右の各方向を意味するものとする。カッタヘッド１は、図２で示されるように軸方向視で歯車の形状を有しており、歯車と擬制してもよい。カッタヘッド１を外歯車と擬制すると、左右の各方向は、図３で示されるような軸方向視で歯先を上にして見た場合の歯車の左側面、右側面のある各方向としてもよい。左カッタ刃４Ｌの右刃面１１は、カッタ刃４の標準位置に対して、カッタヘッド１の周方向における左方にオフセットしている。図３において、破線は、カッタ刃４の標準位置を示している。標準位置は、カッタヘッド１において複数のカッタ刃４が等ピッチに配置される位置を示している。左カッタ刃４Ｌの左刃面１２は、カッタ刃４の標準位置に位置する。例えば、左カッタ刃４Ｌは、標準位置のカッタ刃４の右側面１１’をカッタヘッド１の周方向左方に直線的に移動させた形状を有している。右方、左方のどちらにもオフセットのないカッタ刃を標準カッタ刃とする。

右カッタ刃４Ｒは、右刃面２１と左刃面２２とを含む。右カッタ刃４Ｒの左刃面２２は、カッタ刃４の標準位置に対して、カッタヘッド１の周方向における右方にオフセットしている。右カッタ刃４Ｒの右刃面２１は、カッタ刃４の標準位置に位置する。例えば、右カッタ刃４Ｒは、標準位置のカッタ刃４の左刃面２２’を直線的に移動させた形状を有している。

図４Ａは、左カッタ刃４Ｌと、左カッタ刃４Ｌによる切削中の歯溝３とを示す拡大図である。図４Ａに示すように、歯溝３は、右側面１３と左側面１４とを含む。左カッタ刃４Ｌは、左刃面１２によって歯溝３の左側面１４を切削する。左カッタ刃４Ｌの右刃面１１は、歯溝３の右側面１３から離れている。それにより、左カッタ刃４Ｌは、左側面１４と右側面１３とのうち左側面１４のみを切削する。

図４Ｂは、右カッタ刃４Ｒと、右カッタ刃４Ｒによる切削中の歯溝３とを示す拡大図である。図４Ｂに示すように、右カッタ刃４Ｒは、右刃面２１によって歯溝３の右側面１３を切削する。右カッタ刃４Ｒの左刃面２２は、歯溝３の左側面１４から離れている。それにより、右カッタ刃４Ｒは、左側面１４と右側面１３とのうち右側面１３のみを切削する。

なお、左カッタ刃４Ｌの右刃面１１と、右カッタ刃４Ｒの左刃面２２のオフセットの大きさは、Tmax/cosθより大きいことが好ましい。Tmaxは、切取厚さTの最大値である。θは、交差角である。図５に示すように、切取厚さTは、カッタ刃４の刃先がなす切削面の軌跡Pcとワーク２の切削前の表面Pwとの間の距離である。一般的な切取厚さは、0.4mmより小さい。従って、オフセットの大きさは、例えば0.4mm/cosθであってもよい。或いは、切取厚さTは、下記参考文献などに記載の手法で算出されてもよい。
（参考文献）Zhenlong Fang、外６名、“Construction of uncut chip geometry in gear skiving using level contours”、Precision Engineering、January 2022（刊行予定）、Vol.73、pp93-103、2021年8月にネット上で公開、URL：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141635921002026?via%3Dihub

カッタヘッド１では、複数の歯溝３のそれぞれに対して、左カッタ刃４Ｌと右カッタ刃４Ｒとが交互に切削するように、左カッタ刃４Ｌと右カッタ刃４Ｒとが配列されている。以下、カッタヘッド１における左カッタ刃４Ｌと右カッタ刃４Ｒとの配列について説明する。

図２に示すように、カッタ刃４には、カッタヘッド１の周方向に順に、第１番目から第Ｍ番目までの番号が付されているものとする。図２では、各カッタ刃４に付された符号の括弧内の数字が、各カッタ刃４の番号を示している。例えば、４（１）は、第１番目のカッタ刃４を意味している。４（２）は、第２番目のカッタ刃４を意味している。

また、ワーク２の歯溝３には、ワーク２の周方向に順に、第１番目から第Ｎ番目までの番号が付されているものとする。図２では、各歯溝３に付された符号の括弧内の数字が、各歯溝３の番号を示している。例えば、３（１）は、１番目の歯溝３を示している。３（３）は、３番目の歯溝３を示している。

図６は、一実施例に係るワーク２の歯溝３と、各歯溝３に対応するカッタヘッド１のカッタ刃４との関係を示す表である。図６において、欄Ｂ１は、歯溝３の番号を示している。列Ｂ２は、歯溝３の切削のサイクル数を示している。１サイクルは、第１番目から第Ｎ番目までのＮ個の歯溝３が切削されることを意味する。また、破線Ｂ３内の数字は、各歯溝３に対応するカッタ刃４の番号を示している。本実施例では、歯溝３の数Ｎは２３であり、カッタ刃４の数Ｍは１４である。

例えば、本実施例では、図６に示すように、第１番目のサイクルでは、第１番目から第１４番目の歯溝３に対して、第１番目から第１４番目のカッタ刃４がそれぞれ対応している。また、第１５番目から第２３番目の歯溝３に対して、第１番目から第９番目のカッタ刃４がそれぞれ対応している。

また、第１番目の歯溝３は、第１，１０，５，１４，９，４，１３，８，３，１２，７，２，１１，６番目のカッタ刃４によって順に切削される。第２番目の歯溝３は、第２，１１，６，１，１０，５，１４，９，４，１３，８，３，１２，７番目のカッタ刃４によって順に切削される。

本実施例では、奇数番目のカッタ刃４が左カッタ刃４Ｌであり、偶数番目のカッタ刃４が右カッタ刃４Ｒである。図７は、図６の表において、左カッタ刃４Ｌを「Ｌ」、右カッタ刃４Ｒを「Ｒ」で示したものである。図７に示すように、各歯溝３に対して、左カッタ刃４Ｌと右カッタ刃４Ｒとが交互に切削するように、左カッタ刃４Ｌと右カッタ刃４Ｒとが配列されている。

例えば、第１番目の歯溝３は、奇数サイクルでは左カッタ刃４Ｌによって切削され、偶数サイクルでは右カッタ刃４Ｒによって切削される。第２番目の歯溝３は、奇数サイクルでは右カッタ刃４Ｒによって切削され、偶数サイクルでは左カッタ刃４Ｌによって切削される。

以上説明した本実施形態に係るカッタヘッド１では、左カッタ刃４Ｌは、歯溝３の左側面１４と右側面１３とのうち左側面１４を切削する。右カッタ刃４Ｒは、歯溝３の左側面１４と右側面１３とのうち右側面１３を切削する。そのため、１つのカッタ刃４が、歯溝３の左側面１４と右側面１３とを同時に切削する場合と比べて、カッタ刃４への切削負荷が軽減される。それにより、カッタヘッド１による歯車の加工時のびびり振動が抑えられ、歯車の加工精度が向上する。

また、カッタヘッド１では、複数の歯溝３のそれぞれに対して、左カッタ刃４Ｌと右カッタ刃４Ｒとが交互に切削するように、左カッタ刃４Ｌと右カッタ刃４Ｒとが配列されている。それにより、標準位置のカッタ刃４によって歯溝３の左側面１４と右側面１３とが同時に切削される場合と同様に、左カッタ刃４Ｌと右カッタ刃４Ｒとによって歯溝３の左側面１４と右側面１３とが精度よく切削される。

以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記の実施形態では、カッタヘッド１は、ワーク２を内歯歯車に加工する。しかし、カッタヘッド１は、ワーク２を外歯歯車に加工してもよい。上記の実施形態では、カッタヘッド１は、ワーク２を平歯車に加工する。しかし、カッタヘッド１は、ワーク２を斜歯歯車に加工してもよい。

上記の実施形態では、複数のカッタ刃４の全てが左カッタ刃４Ｌと右カッタ刃４Ｒとのいずれかである。しかし、複数のカッタ刃４の一部のみが、左カッタ刃４Ｌと右カッタ刃４Ｒとのいずれかであってもよい。すなわち、カッタヘッド１は、左刃面１２と右刃面１１とが共にオフセットしておらず標準位置に位置するカッタ刃４を含んでもよい。

カッタ刃４の数Ｍと歯溝３の数Ｎとは、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。カッタヘッド１における左カッタ刃４Ｌと右カッタ刃４Ｒとの配列は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、上記の実施例において、偶数番目のカッタ刃４が左カッタ刃４Ｌであり、奇数番目のカッタ刃４が右カッタ刃４Ｒであってもよい。

左カッタ刃４Ｌと右カッタ刃４Ｒの形状は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、図８Ａに示すように、左カッタ刃４Ｌは、標準位置のカッタ刃４’の左半分の形状であってもよい。図８Ｂに示すように、右カッタ刃４Ｒは、標準位置のカッタ刃４’の右半分の形状であってもよい。

４Ｌ：左カッタ刃
４Ｒ：右カッタ刃
１１：右刃面
１３：右側面
１４：左側面
２２：左刃面

Claims

スカイビング加工により、左側面と右側面とをそれぞれ含む複数の歯溝を有する歯車を形成するためのカッタヘッドであって、
前記左側面と前記右側面とのうち前記左側面を切削する少なくとも１つの左カッタ刃と、
前記左側面と前記右側面とのうち前記右側面を切削する少なくとも１つの右カッタ刃と、
を備えるカッタヘッド。
前記複数の歯溝のそれぞれに対して、前記左カッタ刃と前記右カッタ刃とが交互に切削するように、前記少なくとも１つの左カッタ刃と前記少なくとも１つの右カッタ刃とが、前記カッタヘッドにおいて配列されている、
請求項１に記載のカッタヘッド。
前記左カッタ刃は、前記カッタヘッドにおいて複数のカッタ刃が等ピッチに配置される標準位置に対して、前記カッタヘッドの周方向において左方にオフセットしている右刃面を含む、
請求項１又は２に記載のカッタヘッド。
前記右カッタ刃は、前記カッタヘッドにおいて複数のカッタ刃が等ピッチに配置される標準位置に対して、前記カッタヘッドの周方向において右方にオフセットしている左刃面を含む、
請求項１又は２に記載のカッタヘッド。
請求項１から４のいずれかのカッタヘッドを用いたスカイビング加工により形成された歯車。
請求項１から４のいずれかのカッタヘッドを用いるスカイビング加工を含む歯車形成方法。