JP2564669B2

JP2564669B2 - 歯形仕上加工装置

Info

Publication number: JP2564669B2
Application number: JP1339444A
Authority: JP
Inventors: 英樹岩崎
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1989-12-27
Filing date: 1989-12-27
Publication date: 1996-12-18
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: JPH03202225A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ワークに予め形成された歯形を、ワークに
対して相対的に回転する砥石により仕上げ整形を行う歯
形仕上加工装置の改良に関する。

（従来の技術）自動車を構成する部品には、トランスミッション・ギ
ヤ、あるいはステアリング・ギヤのように多数の歯車部
品がある。

このような自動車用の歯車部品には、高精度に仕上げ
られることと、量産に対応するため高い作業能率とが要
求される。そのため、歯車部品は、ホブやピニオンカッ
タ等で予め歯形を形成する前加工が施された後、シェー
ビング加工で仕上げられ、そして、熱処理後にホーニン
グ加工により歯形の最終的な仕上げ整形が行われてい
る。

第９図は、ホーニング加工によりワークの歯形を仕上
げ整形する従来の歯形仕上加工装置を示している。

この歯形仕上加工装置1aは、ワークＷのヘッド側端部
を保持する保持手段２と、テール側端部を保持する保持
手段３と、砥石16を備えた砥石台ユニット17とを有して
おり、予め歯車Ｇが形成されたワークＷを前記保持手段
２、３を介して回動自在に保持し、前記歯車Ｇの歯形18
に対応した形状に整形された砥石16と前記ワークＷとを
相対的に回転させてホーニング加工を行い、前記歯形18
を仕上げ整形するものである。

前記ヘッド側の保持手段２は、歯形仕上加工装置1aの
ベッド４上に設けられ、その内部には、ベアリング５を
介して回動自在に保持されるシャフト６が内蔵されてい
る。このシャフト６の一端部には、ワークＷのヘッド側
端部における回動中心を支持するセンター７が取り付け
られている。シャフト６の他端部には、電磁クラッチ８
を介してワークＷを回動させるワーク回転用モータ９が
連結されている。そして、この保持手段２には、シャフ
ト６の回動位置を検出するパルスジェネレータ10が取り
付けられており、パルスジェネレータ10の回転板10a
は、シャフト６の外周面に形成された歯車6aに噛み合わ
されている。

前記テール側の保持手段３も前記ベッド４上に設けら
れており、ワークＷのテール側端部における回動中心を
支持するセンター11を有している。また、このセンター
11をワークＷに対して進退移動させるため、油圧等によ
り駆動されるシリンダ12のロッド13がセンター11に接続
されている。

そして、前記電磁クラッチ８がオフされた状態では、
ワークＷは、両センター７、11により支持されて自由に
回動する。また、電磁クラッチ８をオンすることによ
り、ワーク回転用モータ９でワークＷを強制的に回転さ
せたり、あるいは、ワークＷの回動を制動することが可
能となっている。

前記砥石台ユニット17は、リング形状を呈し回動自在
に装着した砥石16と、この砥石16を回転駆動するための
砥石駆動用モータ21とを有している。前記砥石16は、そ
の研削面に、歯車Ｇを歯形18（以下、ワーク歯18とい
う）に対応した形状の歯（以下、砥石歯30という）が整
形されており、砥石押え19を介してプーリ20の内周面に
固定されている。また、前記砥石駆動用モータ21に連結
されたプーリ22は、ベルトを介して砥石側の前記プーリ
20に連結されている。これら砥石16、モータ21、及び、
プーリ20、22は、ケーシング23内に装着されている。そ
して、砥石歯30をワーク歯18に噛み合わせたり、離した
りするために、ケーシング23全体をワークＷに対して進
退移動させるケーシング駆動手段が砥石台ユニット17に
設けられている。

そして、歯車Ｇと砥石16とを所定の加圧力の下で接触
させつつ砥石駆動用モータ21を所定の主軸速度で回転さ
せると、ワーク歯18は、砥石16の回転に伴って砥石歯30
により研削されて最終的な仕上げ整形が行われることに
なる。このときには、両センター７、11に支持されたワ
ークＷは、砥石16の回転に従動しながら回転している。

ところで、ホーニング加工によりワーク歯18を高精度
に仕上げるには、ワーク歯18と砥石歯30とをバックラッ
シュが存在しない状態で接触させつつ研削することが重
要となる。

従って、砥石駆動用モータ21を所定の主軸速度で回転
させて研削を行なう前に、ワーク歯18と砥石歯30とをバ
ックラッシュが存在しない位置関係に設定する作業が必
要となる。

そのため、上述した歯形仕上加工装置1aにあっては、
以下に示すようにしてバックラッシュをなくすようにし
ている。

すなわち、先ず、ワークＷを両保持手段２、３で支持
し、ワーク歯18と砥石歯30と軽く噛み合わせ、このとき
のシャフト６の位置（回転前の位置）をパルスジェネレ
ータ10によって検出する。次いで、砥石駆動用モータ21
を所定の角度だけ回転させ、その後、再び元の位置まで
逆方向に回転させ、このときのシャフト６の位置（回転
後の位置）もパルスジェネレータ10によって検出する。
そして、回転前の位置と回転後の位置との間に位置差が
ある場合には、ワーク歯18と砥石歯30との間にバックラ
ッシュが存在していると判断し、前記位置差に基づいて
算出した距離分だけ砥石歯30をワーク歯18に向けて前進
させる。これにより、ワーク歯18と砥石歯30とは、これ
らの間にバックラッシュが存在しない状態で接触するこ
とになる。

（発明が解決しようとする課題）このように、従来の歯形仕上加工装置1aにあっては、
パルスジェネレータ10で検出したシャフト６の位置差に
基づいて両歯間のバックラッシュをなくすようにしてい
るが、パルスジェネレータ10は、その回転板10aとシャ
フト６の歯車6aとが噛み合って構成されているため、パ
ルスジェネレータ10自身にもバックラッシュが存在する
虞がある。しかも、シャフト６に設けたセンター７とワ
ークＷとが空回りする虞もある。

従って、パルスジェネレータ10側のバックラッシュ等
が影響するため、ワーク歯18と砥石歯30との間のバック
ラッシュが存在しない状態を精度良く検出することがで
きないという欠点があった。

このように、ワーク歯18と砥石歯30との間にバックラ
ッシュが有るか否かを高精度に検出できないことから、
理想的なホーニング加工を行なうことができず、ワーク
歯18の切り込み量が一定しなくなって製品精度そのもの
が不安定になるという問題があった。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するために
なされたものであり、歯車の歯と砥石の歯との間のバッ
クラッシュが存在しない位置を高精度に検出でき、これ
により、歯車の歯を高精度に、かつ、均一に整形し得る
歯形仕上加工装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するための本発明は、予め歯形が形成
されたワークを回動自在に保持し、前記歯形に対応する
形状に整形された砥石を前記ワークの歯に向けて相対的
に接近離反移動可能に設け、前記ワークと前記砥石とを
相対的に回転させてホーニング加工を行ない前記ワーク
の前記歯形を仕上げ整形するようにした波形仕上加工装
置において、前記ワークの歯と前記砥石の歯との間のバ
ックラッシュによる振動を発生させる振動発生手段と、
発生した振動を検出する振動検出手段と、この振動検出
手段からの信号に基づいて前記振動が前記バックラッシ
ュのない状態での振動以下になるまで前記ワークの歯と
前記砥石の歯とを相対的に接近移動させる制御手段とを
有してなる歯形仕上加工装置である。

また、前記振動発生手段は、前記ワークを回動させる
ワーク回転用モータと前記砥石を回動させる砥石駆動用
モータのうち少なくとも一方のモータを、一定周期で加
速、減速を繰り返しながら回転させることにより構成す
ると良い。

（作用）このように構成した歯形仕上加工装置にあっては、ワ
ークの歯と砥石の歯との間のバックラッシュに起因する
振動を振動発生手段によって発生させ、この発生した振
動を振動検出手段で検出し、検出した振動がバックラッ
シュのない状態での振動以下になるまで制御手段はワー
クの歯と砥石の歯とを相対的に接近移動させる。これに
より、ワークの歯と砥石の歯との間にはバックラッシュ
が存在しない状態となり、この状態の下で、ワークの歯
形は、砥石の歯によるホーニング加工で仕上げ整形が行
われることになる。

また、上述のように構成した振動発生手段によれば、
少なくとも一方のモータを一定周期で加速、減速を繰り
返しながら回転させると、ワークの歯と砥石の歯とが衝
突し合って、バックラッシュに起因する振動が発生する
ことになる。

（実施例）以下、本発明に係る歯形仕上加工装置の一実施例を図
面に基づいて説明する。

第１図は、本発明に係る歯形仕上加工装置の一実施例
を示す要部断面図、第２図は、同実施例の砥石台ユニッ
トを示す平面図であり、第９図に示した部材と共通する
部材には、同一の符号を付し、その説明は一部省略す
る。

図示する歯形仕上加工装置１は、ワークＷのヘッド側
端部を保持する保持手段２と、テール側端部を保持する
保持手段３と、砥石16を備えた砥石台ユニット17とを有
しており、予め歯車Ｇが形成されたワークＷを前記保持
手段２、３を介して回動自在に保持し、ワーク歯18に対
応した形状の砥石歯30が整形された砥石16と前記ワーク
Ｗとを相対的に回転させてホーニング加工を行い、ワー
ク歯18を精度良く仕上げ整形するものである。

前記ヘッド側の保持手段２は、歯形仕上加工装置１の
ベッド４上に設けられ、その内部には、ベアリング５を
介して回動自在に保持されるシャフト６が内蔵されてい
る。このシャフト６の一端部には、ワークＷのヘッド側
端部における回動中心を支持するセンター７が取り付け
られている。シャフト６の他端部には、電磁クラッチ８
を介してワーク回転用モータ９が連結されている。この
ワーク回転用モータ９としては、サーボモータが用いら
れている。尚、本実施例の保持手段２には、シャフト６
の回動位置を検出するために従来用いられていたパルス
ジェネレータ10は取り付けられていない。

また、ワークＷを歯形仕上加工装置１に搬入、搬出す
る際に、ワークＷの両端部を保持するワークレスト14、
15が保持手段２、３にそれぞれ取り付けられている。更
に、両センター７、11により支持されたワークＷのワー
ク歯18を割り出すため、歯の位置を検出する近接センサ
26が前記ワークレスト14に取り付けられている。

前記砥石台ユニット17は、第１、２図に示すように、
リング形状を呈し回動自在に装着された砥石16と、この
砥石16を回転駆動するための砥石駆動用モータ21とを有
している。前記砥石16は、砥石押え19を介してプーリ20
の内周面に固定されている。前記砥石駆動用モータ21と
しては、サーボモータが用いられている。この砥石駆動
用モータ21に連結されたプーリ22は、ベルトを介して砥
石側の前記プーリ20に連結されている。これら砥石16、
モータ21、及び、プーリ20、22は、ケーシング23内に装
着されている。そして、第２図の矢印で示すように、砥
石歯30をワーク歯18に噛み合わせたり、離したりするた
めに、ケーシング23全体をワークＷに対して進退移動さ
せるケーシング駆動手段24が砥石台ユニット17に設けら
れている。

更に、本実施例の歯形仕上加工装置１は、ワーク歯18
と砥石歯30との間のバックラッシュによる振動を発生さ
せる振動発生手段31と、発生した振動を検出する振動検
出手段25と、この振動検出手段25からの信号に基づいて
前記振動が前記バックラッシュのない状態での振動以下
になるまで砥石歯30をワーク歯18に向けて接近移動させ
る制御手段27とを有している。

前記振動発生手段31は、ワーク回転用モータ９と砥石
駆動用モータ21のうち少なくとも一方のモータを、一定
周期で加速、減速を繰り返しながら回転させることによ
り構成されており、図示する実施例にあっては、第５図
に示すような一定周期で電圧が増減する電圧指令を砥石
駆動用モータ21に与えることにより振動発生手段31が構
成されている。

前記振動検出手段25は、第２図に示すように、砥石台
ユニット17の前記ケーシング23上に取り付けられてい
る。この振動検出手段25は、機械振動を電気信号に変換
して取り出す振動センサであり、ピエゾ圧電効果を応用
した圧電型振動センサや力平衡式のサーボ型振動センサ
等が使用される。

第３図は、同実施例の制御系を示すブロック図であ
る。

制御手段としての制御装置27は、マイクロコンピュー
タが内蔵され、ワーク回転用モータ９への電力を制御す
るワークモータ用アンプ28と、砥石駆動用モータ21への
電力を制御する砥石モータ用アンプ29と、電磁クラッチ
８と、シリンダ12と、ケーシング駆動手段24とが入出力
部を介して接続されている。各アンプ28、29には、ワー
ク回転用モータ９、砥石駆動用モータ21がそれぞれ接続
されている。各モータ９、21に接続された位置検出セン
サ9a、21aは、検出した回転位置の信号を、前記制御装
置27に入出力部を介してフィードバックするようになっ
ている。また、制御装置27には、近接センサ26、振動セ
ンサ25等から送られてくる電気信号が入力するようにな
っており、これらの電気信号等に基づいて、シリンダ12
の進退駆動、電磁クラッチ８のオン、オフ、各モータ
９、21の回転、停止、及び、ケーシング駆動手段24の進
退駆動を制御するようになっている。

このように構成された本発明の歯形仕上加工装置１
は、第４図に示す動作フローチャートに基づいて以下の
ように動作する。

プログラムがスタートすると、制御装置27は、保持手
段３のシリンダ12を後退させた状態で、歯車Ｇが予め形
成されたワークＷを歯形仕上加工装置１に搬入し、次い
で、シリンダ12を前進駆動して両センター７、11により
ワークＷを支持する（ステップ１）。このとき、砥石台
ユニット17のケーシング23全体は、ケーシング駆動手段
24によりワークＷから後退移動している。

ワークＷがセットされると、制御装置27は、ワーク歯
18の割出しと、砥石歯30の割出しとを行なう（ステップ
２）。すなわち、ワーク歯18の割出しを行なうため、制
御装置27は、電磁クラッチ８をオンしワーク回転用モー
タ９を駆動してワークＷを強制的に回転させ、近接セン
サ26がワーク歯18を検出すると同時にワーク回転用モー
タ９を停止する。次いで、制御装置27は、ワーク回転用
モータ９の位置検出センサ9aからフィードバックされた
停止位置信号と、砥石駆動用モータ21の位置検出センサ
21aからフィードバックされていた停止位置信号とに基
づいて砥石16の必要な回転移動量を算出し、この移動量
に相当する角度だけ砥石駆動用モータ21を回転駆動し
て、砥石歯30の割出しを行なう。これにより、ワーク歯
18と砥石歯30とは噛み合い可能な状態となる。

次ぎに、ケーシング駆動手段24を駆動して、砥石台ユ
ニット17のケーシング23全体をワークＷに対して前進移
動させ、砥石歯30がワーク歯18に軽く噛み合う位置まで
前進すると、電磁クラッチ８をオフする（ステップ３、
４）。

砥石歯30がワーク歯18に噛み合うと、制御装置27は、
砥石モータ用アンプ29を介して、第５図に示すような一
定周期で電圧が増減する電圧指令を砥石駆動用モータ21
に与える。すると、砥石駆動用モータ21は、小刻みに振
動し、加速、減速を繰り返しながら回転することになる
（ステップ５）。また、このように砥石駆動用モータ21
を加減速回転させながら、ケーシング駆動手段24を駆動
し、砥石台ユニット17のケーシング23全体をワークＷに
対して中速度で前進させる（ステップ６）。

振動センサ25は、砥石台ユニット17のケーシング23の
振動を電気信号に変換して取り出し、この出力電圧を制
御装置27に入力する（ステップ７）。そして、制御装置
27は、振動センサ25から送られてくる電気信号に基づく
振動レベルが、バックラッシュのない状態での振動レベ
ルから決定した設定値E0以下であるか否かを判断し、振
動レベルが設定値E0以下になるまでステップ５、６を設
定した砥石駆動用モータ21の加減速回転とケーシング駆
動手段24の駆動とを継続する（ステップ７、８）。

すなわち、ワーク歯18と砥石歯30との間のバックラッ
シュが大きいときには、両方の歯が衝突し合うため、こ
れがケーシング23に伝達されて第６図に示すような振動
レベルが発生している。この状態から、ケーシング23が
ワークＷに対して徐々に前進するにつれ、つまり、砥石
歯30がワーク歯18に接近するにつれて、前記バックラッ
シュが小さくなるため、振動レベルも徐々に小さくな
る。これを繰り返すことにより、第７図に示すように、
ケーシング23の振動レベルは設定値E0以下となる。そし
て、制御装置27は、砥石歯30がワーク歯18との間にバッ
クラッシュがない位置までワーク歯18に向けて接近移動
したと判断し、ステップ９に進む。

ワーク歯18と砥石歯30との間のバックラッシュがなく
なると、制御装置27は、砥石モータ用アンプ29を介して
砥石駆動用モータ21に与える電圧指令を、第８図に示す
安定した電圧指令に切り換える（ステップ９）と共に、
ケーシング駆動手段24の駆動指令を研削送り指令に切り
換える（ステップ10）。これにより、ワーク歯18と砥石
歯30とが所定の加圧力の下で接触した状態で砥石駆動用
モータ21は一定の主軸速度で回転することになる。する
と、ワーク歯18は、砥石16の回転に伴って砥石歯30によ
り研削され最終的な仕上げ整形が行われることになる。

制御装置27は、ワーク歯18が所定量切り込まれたか否
かを判断し、所定切込量に達するまで、ステップ９〜11
の制御を繰り返す。

切込量が所定量に達しワーク歯18の最終的な仕上げ整
形が終了すると、制御装置27は、砥石駆動モータ21を停
止すると共に、砥石台ユニット17の送りを停止する（ス
テップ12、13）。そして、制御装置27は、砥石台ユニッ
ト17のケーシング23全体をケーシング駆動手段24により
ワークＷから後退移動し、更に、シリンダ12を後退移動
してワークＷを搬出してプログラムの実行を終了する
（ステップ14、15）。

このように、本実施例にあっては、砥石歯30をワーク
歯18にバックラッシュがない状態で噛み合わせる場合
に、前記バックラッシュに起因するケーシング23の機械
振動を振動センサ25で検出し、検出した振動レベルが設
定値E0以下になるまで砥石歯30をワーク歯18に向けて接
近移動させるようにしている。

従って、従来のパルスジェネレータ10が不要となるた
め、パルスジェネレータ10の回転板10aとシャフト６の
歯車6aとの間のバックラッシュの影響がなくなり、ワー
ク歯18と砥石歯30との間のバックラッシュを精度良く検
出することができる。これにより、砥石歯30とワーク歯
18との位置を研削開始位置に迅速に設定できるのでエア
ーカット時間の短縮を行なえると共に、ワーク歯18の切
り込み量が一定するので安定した製品精度を得ることが
可能となる。更に、パルスジェネレータ10が不要となる
ことから、ヘッド側の保持手段２の構成を簡素化するこ
とができる。しかも、機械振動に基づいてバックラッシ
ュがない状態を判断するため、検出精度は長期間にわた
って安定することになる。

尚、上述した実施例では、振動センサ25をケーシング
23に取り付けた場合を図示したが、振動センサ25の取り
付け位置はケーシング23に限定されるものではなく、セ
ンター７、11等に取り付けてバックラッシュに起因する
機械振動を検出するようにしても良い。

また、振動発生手段31を砥石駆動用モータ21により構
成した場合を図示したが、第５図に示した電圧指令をワ
ーク回転用モータ９に与えることにより振動発生手段31
を構成しても良い。

更に、上述した実施例では、砥石16をワークＷに向け
て接近離反移動可能に設けた場合を示したが、ワークＷ
を砥石16に向けて接近離反移動可能なように構成しても
同様の効果が得られることは言うまでもない。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の歯形仕上加工装置によ
れば、歯車の歯と砥石の歯との間のバックラッシュが存
在しない位置を高精度に検出できることから、歯車の歯
の切り込み量が一定になり、歯車の歯を構成度に、か
つ、均一に整形することができるという実用上多大な効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る歯形仕上加工装置の一実施例を
示す要部断面図、第２図は、同実施例の砥石台ユニット
を示す平面図、第３図は、同実施例の制御系を示すブロ
ック図、第４図は、同実施例の動作フローチャート、第
５図及び第８図は、砥石駆動用モータへの印加電圧を示
す状態図、第６図及び第７図は、振動のレベルを示す状
態図、第９図は、従来の歯形仕上加工装置を示す要部断
面図である。１、1a……歯形仕上加工装置、９……ワーク回転用モータ、16……砥石、 17……砥石台ユニット、18……ワーク歯、 21……砥石駆動用モータ、23……ケーシング、 24……ケーシング駆動手段、 25……振動センサ（振動検出手段）、 27……制御装置（制御手段）、30……砥石歯、 31……振動発生手段、Ｗ……ワーク、Ｇ……歯車。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】予め歯形が形成されたワークを回動自在に
保持し、前記歯形に対応する形状に整形された砥石を前
記ワークの歯に向けて相対的に接近離反移動可能に設
け、前記ワークと前記砥石とを相対的に回転させてホー
ニング加工を行ない前記ワークの前記歯形を仕上げ整形
するようにした波形仕上加工装置において、前記ワーク
の歯と前記砥石の歯との間のバックラッシュによる振動
を発生させる振動発生手段と、発生した振動を検出する
振動検出手段と、この振動検出手段からの信号に基づい
て前記振動が前記バックラッシュのない状態での振動以
下になるまで前記ワークの歯と前記砥石の歯とを相対的
に接近移動させる制御手段とを有してなる歯形仕上加工
装置。
【請求項２】前記振動発生手段は、前記ワークを回動さ
せるワーク回転用モータと前記砥石を回動させる砥石駆
動用モータのうち少なくとも一方のモータを、一定周期
で加速、減速を繰り返しながら回転させることにより構
成されてなる請求項１記載の歯形仕上加工装置。