JP2024022154A - スカイビングカッタを用いた外歯車加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被削材に切上がり部のある軸付の外歯車の加工において、切上がり部の切削負荷を低減するスカイビングカッタを用いた外歯車の加工方法を提供することを課題とする。
【解決手段】スカイビングカッタを被削材の径方向に移動させることで被削材に切削加工を行う第１工程、第１工程後にスカイビングカッタを被削材の軸方向および径方向へ移動させることで被削材から離間する第２工程、第２工程後にスカイビングカッタを被削材の軸方向に再度移動させる第３工程、から構成される切削工程を複数回繰り返すことで被削材の外周面に歯車を加工する方法において、切削工程が進むにしたがい第１工程におけるスカイビングカッタの径方向の移動量を減少させる。
【選択図】図８

Description

本発明は、スカイビングカッタを用いて素材の外周面に歯車加工を行う方法に関する。

これまで、自動車や産業機器に使用されている外歯車は、主にホブやスカイビングカッタによって加工されている。特に、スカイビング加工では、スカイビングカッタを複雑な動きによって制御することで多様な形態の歯車を加工できる点に特徴がある。

たとえば、特許文献１および２では、スカイビングカッタを用いて様々な加工パスによる歯車の歯筋を加工する事例や１条の溝の歯形を種々の切込みパターンでスカイビング加工を行う事例が開示されている。また、特許文献３では、スカイビングカッタを用いた内歯車の加工事例が開示されている。

特表２０２０－５２６３９９号公報 特表２０２０－５２６４００号公報 特許第６２１２８７６号公報

しかし、特許文献１ないし３に開示されたスカイビングカッタを用いた加工方法では、歯車の形状が単純な形状の歯車のみであり、シャフト形状の歯車を加工する場合にはスカイビングカッタの動きが制限される。また、シャフト形状の歯車を加工する際には切上がりによる加工が伴う場合が多く、その部位を加工するときにスカイビングカッタへの負荷が過大になるので、工具寿命の低下を招く恐れがあった。

例えば、スカイビングカッタを用いた従来の歯車加工方法について図面を用いて説明する。従来のスカイビングカッタを用いた歯車加工における被削材（ワーク）に対する切込み状態の模式図を図９に示す。図示しないスカイビングカッタは、１パス目にカッタ移動開始の位置から被削材へ接近し、所定の形状に切削加工する。この時の被削材への切込み量（被削材の厚み方向における切削量）を「Δｙ１」、スカイビングカッタの移動開始から移動終了までの移動距離（ストローク）を「ｚ」とする。

以降、スカイビングカッタによる切削加工は、２パス目で「Δｙ２」の切込み量、３パス目で「Δｙ３」の切込み量という工程で行われる。しかし、この従来の加工方法では２パス目、３パス目というように加工パスが進んでも、スカイビングカッタのストローク「ｚ」は一定のため、スカイビングカッタによる被削材の除去面積（除去量）、すなわち切込み量が増大するので、スカイビングカッタに及ぼす切削負荷が増大するという問題があった。

そこで、本発明は被削材に切上がり部のある外歯車（特に軸付の外歯車）の加工において、切上がり部の切削負荷を低減するスカイビングカッタを用いた外歯車の加工方法を提供することを課題とする。

本発明のスカイビングカッタを用いた歯車加工方法は、スカイビングカッタを被削材における径方向へ移動させることで被削材に切削加工を行う第１工程、スカイビングカッタを被削材の軸方向および径方向へ移動させることで被削材から離間する第２工程、第２工程後にスカイビングカッタを被削材の軸方向に移動させる第３工程を１セットの切削工程として、当該切削工程を複数回繰り返すこと被削材の外周面に歯車を加工する方法とする。この切削工程が進むに従って第１工程におけるスカイビングカッタの移動量を減少させる。

本発明のスカイビングカッタを用いた歯車加工方法は、被削材の切上がり部分の除去量を減少させて、スカイビングカッタの負荷を低減させることができる。同時にスカイビングカッタの寿命が向上するという効果を奏する。

本発明の歯車加工方法の第１工程（第１パス）前の状態を示す模式図である。 本発明の歯車加工方法の第１工程（第１パス）中の状態を示す模式図である。 本発明の歯車加工方法の第２～第３工程（第１パス）中の状態を示す模式図である。 本発明の歯車加工方法の第１工程（第２パス）中の状態を示す模式図である。 本発明の歯車加工方法の第２～第３工程（第２パス）中の状態を示す模式図である。 本発明の歯車加工方法の第１工程（第３パス）中の状態を示す模式図である。 本発明の歯車加工方法により加工された被削材Ｗの模式図である。 本発明の歯車加工方法による被削材に対する切込み状態の模式図である。 従来の歯車加工方法による被削材に対する切込み状態の模式図である。

本発明のスカイビングカッタを用いた外歯車の加工方法（以下、本加工方法という）の一実施形態について図面を用いて説明する。本加工方法において、スカイビングカッタによる外歯車の加工を開始してから加工が完了して、スカイビングカッタが加工開始の位置まで戻る一連のサイクルを「１パス」とした場合、第１パスにおける第１～第３工程の状態を示す模式図を図１ないし図３、第２パスの第１～第３工程の状態を示す模式図を図４および図５、第３パスの第１工程の状態を示す模式図を図６、第１～第３パスの加工終了後の被削材（外歯車）Ｗの状態を示す模式図を図７にそれぞれ示す。

本加工方法の加工対象である被削材Ｗを図示しない加工装置に固定した後、図１に示す様に同加工装置内の基準位置Ｌ０にあるスカイビングカッタ１を所定の回転数で矢印Ｒ方向へ回転させた状態で矢印Ａ方向へ移動して、被削材Ｗを切削加工する。

被削材Ｗにはスカイビングカッタ１による切削加工が進むに従い、スカイビングカッタ１の加工痕が残り、最終的には図２に示す様にスカイビングカッタ１を水平方向における移動開始位置Ｌ０（基準位置）から移動停止位置Ｌ１まで移動して（移動距離Ｚ１）、第１パスの切削加工が完了する。このとき、第１パスにおけるスカイビングカッタ１の移動距離Ｚ１は、移動開始位置Ｌ０と移動停止位置Ｌ１の距離として算出される。

第１パスの切削加工が完了すると、図２に示す様にスカイビングカッタ１は矢印Ｂ方向および矢印Ｃ方向へ移動することで被削材Ｗから離間すると、被削材Ｗの表面には加工跡Ｋ１が確認できる。

次に、第２パスの切削加工として、移動開始位置Ｌ０からスカイビングカッタ１を回転させながら、図３に示す様に矢印Ｄ方向へ移動した後、被削材Ｗの方向へ向けて矢印Ｅの方向へ再度接近させる。図４に示す様にスカイビングカッタ１が移動停止位置Ｌ２まで移動して、第２パスの切削加工が完了すると、図４に示す様に矢印Ｆおよび矢印Ｇの方向へスカイビングカッタ１を後退させる。

この第２パスにおいて、スカイビングカッタ１の移動距離Ｚ２は、移動開始位置Ｌ０と移動停止位置Ｌ２の距離として算出される。この時、第２パスにおけるスカイビングカッタ１の移動距離Ｚ２は、第１パスにおける移動距離Ｚ１よりも短くなる（Ｚ１＞Ｚ２）。また、スカイビングカッタ１が被削材Ｗから移動開始位置Ｌ０まで離間すると、図５に示す様に被削材Ｗには第１パスによる加工跡Ｋ１と共に第２パスによる加工跡Ｋ２が確認できる。

最後の第３パスの切削加工では、第２パスの切削加工が完了し、移動開始位置Ｌ０まで戻ったスカイビングカッタ１が図５に示す様にスカイビングカッタ１の軸方向と平行になる矢印Ｈ方向へ移動した後、被削材Ｗの方向へ向けて矢印Ｉの方向へ再度接近させる。

移動開始位置Ｌ０からスカイビングカッタ１を回転させながら、図５に示す様に矢印Ｈ方向へ移動した後、被削材Ｗの方向へ向けて矢印Ｉの方向へ再度接近させる。図６に示す様にスカイビングカッタ１が移動停止位置Ｌ３まで移動して、第３パスの切削加工が完了すると、図６に示す様に矢印Ｊおよび矢印Ｍの方向へスカイビングカッタ１を後退させる。

また、スカイビングカッタ１が被削材Ｗから移動開始位置Ｌ０まで離間すると、図７に示す様に被削材Ｗには第１パスによる加工跡Ｋ１、第２パスによる加工跡Ｋ２および第３パスによる加工跡Ｋ３が確認できる。

次に、前述した本加工方法による被削材に対する切込み状態について図面を用いて説明する。本発明の歯車加工方法による被削材に対する切込み状態の模式図を図８に示す。本発明の歯車加工方法では、スカイビングカッタは、１パス目にカッタ移動開始の位置から被削材へ接近し、所定の形状に切削加工する。この時の被削材への切込み量（被削材の厚み方向における切削量）を「Δｙ１」、スカイビングカッタの回転中心から被削材の切削加工位置までの距離を「Δｘ１」、スカイビングカッタ移動開始の位置からスカイビングカッタの移動終了までの距離を「ｚ１」とする。

次の２パス目の加工では、スカイビングカッタによる被削材への切込み量を「Δｙ２」、スカイビングカッタの回転中心から被削材の切削加工位置までの距離を「Δｘ２」、スカイビングカッタ移動開始の位置からスカイビングカッタの移動終了までの距離を「ｚ２」とした場合、スカイビングカッタの移動量についてはｚ１＞ｚ２、Δｘ２＝ｚ１－ｚ２の関係が成立する。

引き続き行われる３パス目の加工においても、スカイビングカッタによる被削材への切込み量を「Δｙ３」、スカイビングカッタの回転中心から被削材の切削加工位置までの距離を「Δｘ３」、スカイビングカッタ移動開始の位置からスカイビングカッタの移動終了までの距離を「ｚ３」とした場合、スカイビングカッタの移動量についてはｚ２＞ｚ３、Δｘ３＝ｚ２－ｚ３の関係が成立する。つまり、切削加工におけるパスごとにスカイビングカッタのストローク量（移動量）を変えることにより、被削材における切りあがり加工時の負荷を低減できるので、スカイビングカッタの寿命向上が期待できる。

１ スカイビングカッタ
Ａ～Ｊ，Ｍ スカイビングカッタの移動方向
Ｋ（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３） 加工跡
Ｌ０ スカイビングカッタの移動開始位置
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ スカイビングカッタの移動停止位置
Ｒ スカイビングカッタの回転方向
Ｗ 被削材
Δｘ１，Δｘ２，Δｘ３ 回転中心から切削加工位置までの距離
Δｙ１，Δｙ２，Δｙ３ 切込み量
Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３ スカイビングカッタの移動距離

Claims (2)

1. スカイビングカッタを被削材の径方向に移動させることで前記被削材に切削加工を行う第１工程と、前記第１工程後に前記スカイビングカッタを前記被削材の軸方向および径方向へ移動させることで前記被削材から離間する第２工程と、前記第２工程後に前記スカイビングカッタを前記被削材の軸方向に再度移動させる第３工程と、から構成される切削工程を複数回繰り返すことにより前記被削材に外歯車を加工する方法であって、前記切削工程が進むにしたがい前記第１工程における前記スカイビングカッタの径方向の移動量を減少させることを特徴とするスカイビングカッタを用いた外歯車加工方法。
2. 前記被削材は軸付の外歯車であることを特徴とする請求項１に記載のスカイビングカッタを用いた歯車加工方法。
   
   

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