JP2588353B2 - 歯車加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はまがり歯かさ歯車，ハイ
ポイドギヤ等のまがり歯歯車を切削加工する装置に関す
るものであり、特に、加工の自由度の向上に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】まがり歯歯車を加工する装置には、歯車
用素材の歯溝加工位置の割出しと、加工工具の歯車用素
材への切込みとによって歯溝を加工するものがある。こ
の種の歯車加工装置は、一般に、（ａ）歯車用素材の各
歯溝を順次切削加工可能な加工工具と、（ｂ）その加工
工具を回転させる回転駆動装置と、（ｃ）前記各歯溝の
切削加工が終了する毎に前記歯車用素材を隣接歯溝間の
角度間隔分ずつ回転させる割出し装置と、（ｄ）加工工
具を保持する工具主軸を工具主軸台のハウジングに対し
て相対的に軸方向に前進，後退させることによって、加
工工具を歯車用素材に向かって前進させ、その歯車用素
材から離間する向きに後退させる加工工具進退装置とを
含むように構成される。

【０００３】特公昭４０−５１６号公報に記載の歯車加
工装置はその一例である。この装置においては、加工工
具を進退させる加工工具進退装置が、カムを主体として
構成されている。カムは加工工具を保持する工具主軸を
回転させるモータにより、多数のギヤを介して回転させ
られるとともに、カムフォロワとしてのローラが係合さ
せられている。ローラは、フレームに回動可能に取り付
けられたレバーの一端部に取り付けられており、このレ
バーに、工具主軸に相対回転可能かつ軸方向に相対移動
不能に係合させられたブロックがスプリングにより付勢
されて係合させられている。したがって、カムが回転さ
せられるとき、レバーが回動させられるとともに工具主
軸および加工工具が回転中心線に沿って前進，後退させ
られることとなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように加工工具お
よび工具主軸を回転させつつ回転中心線に沿って進退さ
せ、歯溝を加工する場合、加工工具および工具主軸の進
退距離を変えることによって加工される歯溝の形状，寸
法を変えることができる。したがって、加工工具進退装
置をカムを主体として構成する場合には、歯溝の形状，
寸法に応じて所望の進退距離が得られるカムを設ければ
よいのであるが、歯車の種類の変更や加工の種類の変更
等により歯溝の形状，寸法が変わり、加工工具の進退距
離を変えることが必要になる度毎にカムを交換すること
が必要であり、多種類のカムが必要であって装置コスト
が高くなり、また、カムを交換する分、加工時間が長
く、加工能率が低下する問題があった。本願の第１発明
は、形状，寸法の異なる多種類のまがり歯歯車の荒加工
と仕上げ加工との両方が可能であり、しかも、寿命の長
い良好な歯車が得られる歯車加工装置を提供することを
課題として為されたものである。 第２発明は、第１発明
に係る歯車加工装置の荒加工の能率を向上させることを
課題として為されたものであり、第３発明は、第１発明
に係る歯車加工装置の仕上げ加工能力の幅を広くするこ
とを課題として為されたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１発明は、上記課題を
解決するために、前記（ａ）加工工具，（ｂ）回転駆動
装置，（ｃ）割出し装置および（ｄ）加工工具進退装置
を含む歯車加工装置の加工工具進退装置を、回転方向と
回転量との制御可能な電動モータと、その電動モータの
正，逆回転を加工工具の回転中心線に沿った進退運動に
変換する運動変換装置とを含むものとするとともに、電
動モータの回転を制御する制御装置を設け、かつ、その
制御装置を、前記割出し装置による前記歯車用素材の１
割出し毎に前記加工工具を１回進退させる第１モード
と、前記加工工具としての円盤ブローチの複数の刃の各
々による１切削毎に加工工具を１回進退させる第２モー
ドとで前記電動モータを制御可能なものとしたことを要
旨とするものである。 第２発明は、第１発明に係る歯車
加工装置の制御装置に、前記第１モードにおける前記加
工工具の前進速度を１回の前進中に減少させる第１モー
ド前進速度制御手段を設けたことを要旨とするものであ
る。 第３発明は、第１発明または第２発明に係る歯車加
工装置の制御装置に、前記第２モードにおける前記加工
工具の前進速度を１回の前進中に変化させる第２モード
前進速度制御手段を設けたことを要旨とするものであ
る。

【０００６】

【作用】第１発明に係る歯車加工装置において、電動モ
ータの回転量を変えれば加工工具の進退距離を変えるこ
とができる。したがって、電動モータの回転量を制御す
ることにより、歯溝を所望の形状，寸法に加工すること
ができる。しかも、第１モードで荒加工が行われ、第２
モードで仕上げ加工が行われる。荒加工では一般に、正
面フライスが加工工具として使用され、割出し装置によ
り歯車用素材が１回割り出される毎に、すなわち隣接歯
溝間の角度間隔分回転させられる毎に、正面フライスが
回転させられつつ歯車用素材に向かって前進させられ、
１本の歯溝が形成される。その後、正面フライスが後退
させられ、次の割出しが行われる。それに対して、仕上
げ加工では一般に円盤ブローチが加工工具として使用さ
れ、荒加工された歯車用素材の歯面の仕上げ加工が行わ
れる。その際、１本の刃溝が加工される間に円盤ブロー
チが、その円盤ブローチが備えている刃の数と同数回進
退させられる。円盤ブローチの１つの刃が歯面を切削す
る間は円盤ブローチが前進させられ、その刃による切削
とそれに続く刃による切削との間に円盤ブローチが後退
させられるのである。 第２発明に係る歯車加工装置にお
いては、例えば正面フライスによる１本の歯溝の加工中
に、第１モード前進速度制御手段により正面フライスの
前進速度が減少させられる。そのため、歯溝が浅く、正
面フライスの刃と歯車用素材との接触面積が小さい間は
切込みが大きく、接触面積が大きくなってからは切込み
が小さくなる。 第３発明に係る歯車加工装置において
は、円盤ブローチの刃の１つが切削を行っている間に円
盤ブローチの前進速度が変化させられる。例えば、当初
前進速度が小さくされ、最後には大きくされることによ
り、歯の面取りやクラウニングが可能になる。

【０００７】

【発明の効果】上記説明から明らかなように、第１発明
によれば、電動モータの回転量を変えるのみで寸法，形
状の異なる多種類の歯溝を加工することができ、従来の
ようにカムによって加工工具を移動させる場合に比較し
て安価にかつ能率良く歯溝の加工を行うことができる。
また、１台の歯車加工装置により、電動モータの制御モ
ードを変更するのみで、荒加工と仕上げ加工との両方を
行うことができる。しかも、第２モードで仕上げ加工さ
れた歯車は歯溝がねじ溝のようにリード角を有するもの
となり、広い歯面同士で噛み合って寿命の長い歯車が得
られることとなる。 第２発明によれば、荒加工時に、ま
だ歯溝が浅く、正面フライスの刃と歯車用素材との接触
面積が小さい間は切込みが大きくされ、接触面積が大き
くなってからは切込みが小さくされる。そのため、正面
フライスに過大は負荷がかかることを回避しつつ加工能
率を向上させることができる。 第３発明によれば、歯面
の仕上げ切削と共に、面取り，クラウニング等の特殊加
工を行うことが可能となり、全体として生産性を向上さ
せることができる。

【０００８】

【実施例】以下、第１ないし第３発明をまがり歯かさ歯
車の歯切り盤に適用した場合の実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。図２において１０はベッドであり、ベ
ッド１０上には、工作物主軸台１２および工具主軸台１
４が設けられている。工作物主軸台１２には工作物主軸
１６が回転可能に保持されている。工作物主軸１６は水
平方向に延び、割出し用モータ１８により自身の軸線ま
わりに一定角度ずつ間欠回転させられる。割出し用モー
タ１８およびそれの回転を工作物主軸１６に伝達する装
置が割出し装置を構成しているのである。工作物主軸１
６の工作物主軸台１２からの突出端部には図示しないコ
レットチャックが取り付けられ、歯車用素材２０が任意
の位相で保持されるようになっており、歯車用素材２０
は工作物主軸１６の回転に伴って一体的に回転させられ
る。この歯車用素材２０は、後述するように歯溝が荒加
工されるものであり、截頭円錐台形の被加工部を有す
る。

【０００９】工具主軸台１４のフレーム２４には、図１
に示すように、工具主軸２６が一対のストロークボール
ベアリング２８，３０を介して回転可能に保持されてい
る。ストロークボールベアリング２８，３０は工具主軸
２６の回転および回転中心線に沿った移動を許容するベ
アリングである。工具主軸２６は工具主軸台１４から工
作物主軸１６に対向する状態で突出しており、その突出
端部において加工工具を保持するようにされている。

【００１０】加工工具としては、荒加工時には正面フラ
イスカッタ３４が用いられ、仕上げ加工時には図３に示
す円盤ブローチ３６が用いられる。正面フライスカッタ
３４は、図１に示すように、円板状の工具本体３８に同
数（例えば８個ずつ）の外刃４０および内刃４２が固定
されたものである（図には１個ずつ示されている）。円
盤ブローチ３６も、図３に示すように、円板状の工具本
体に同数（例えば４個ずつ）の外刃４８と内刃５０とが
交互に固定されているが、工具本体には外刃４８および
内刃５０が取り付けられていない割出し領域Ｗが設けら
れており、この割出し領域Ｗが工作物に対向する状態で
工作物が工作物主軸１６によって間欠回転させられるこ
とにより、工作物の割出しが行われる。また、外刃４８
の切れ刃５２は割出し領域Ｗから円盤ブローチ３６の矢
印Ａで示される回転方向とは逆向きに離れたものほど、
工具本体の中心からの距離が漸増し、内刃５０の切れ刃
５４は漸減するように固定されている。

【００１１】工具主軸２６は、図１に示すように、工具
主軸台１４に設けられた回転駆動装置６０により回転さ
せられる。回転駆動装置６０はフレーム２４に取り付け
られた工具回転用サーボモータ６２を有する。工具回転
用サーボモータ６２は正逆両方向に回転可能であって、
回転量の制御が可能なモータであり、その回転中心線が
工具主軸２６の回転中心線と平行に取り付けられ、フレ
ーム２４によりベアリング６４，６６を介して回転可能
に支持された軸６８を回転させる。軸６８の回転は、減
速歯車列７０によって工具主軸２６に伝達される。減速
歯車列７０は、工具主軸２６の軸方向の移動を許容しつ
つ回転を伝達するものとされている。

【００１２】工具主軸２６はまた、工具主軸台１４に設
けられた加工工具進退装置８０により回転中心線に沿っ
て進退させられる。加工工具進退装置８０は、フレーム
２４に工具主軸２６と同心に取り付けられた工具進退用
サーボモータ８２を有する。工具進退用サーボモータ８
２は正逆両方向に回転可能であって、回転量の制御が可
能なモータであり、ボールねじ８４を回転させる。ボー
ルねじ８４にはナット８６が螺合されるとともに、ナッ
ト８６には継手部材８８が固定されており、継手部材８
８にスラストベアリング９０を介して工具主軸２６の端
部が相対回転可能かつ回転中心線方向に相対移動不能に
連結されている。したがって、ボールねじ８４が工具進
退用サーボモータ８２によって正，逆回転させられると
き、ナット８６および継手部材８８が進退させられると
ともに工具主軸２６が回転中心線に沿って進退させられ
る。ボールねじ８４およびナット８６が運動変換装置を
構成しているのである。

【００１３】本歯切り盤は、図５に示す制御装置１００
によって制御される。制御装置１００は、ＣＰＵ１０
２，ＲＯＭ１０４，ＲＡＭ１０６およびそれらを接続す
るバス１０８を有するコンピュータ１１０を主体とする
ものである。バス１０８には入力ポート１１２および出
力ポート１１４が接続され、出力ポート１１４には駆動
回路１１６，１１８，１２０を介して前記割出し用モー
タ１８，工具回転用サーボモータ６２，工具進退用サー
ボモータ８２を始めとし、図示は省略するが、歯切りに
必要な種々の装置が接続されている。また、ＲＯＭ１０
４には、歯切りを行うための種々のプログラムが格納さ
れている。

【００１４】次に、歯切りについて説明する。まず、荒
加工が行われ、正面フライスカッタ３４によって歯車用
素材２０に歯溝がおおよその形に加工される。そのた
め、工作物主軸１６に歯車用素材２０が保持され、正面
フライスカッタ３４が工具主軸２６に取り付けられて、
歯車用素材２０の截頭円錐台形の被加工部に加工を施
す。正面フライスカッタ３４は回転駆動装置６０により
回転させられつつ加工工具進退装置８０により前進させ
られ、歯車用素材２０に切り込まされて１個の歯溝を形
成する。１個の歯溝の形成が完了したならば、正面フラ
イスカッタ３４が加工工具進退装置８０により後退させ
られ、歯車用素材２０の割出しが行われ、次の歯溝の形
成が行われる。全部の歯溝が加工されれば、図４に示す
ように、複数の歯１３０，歯溝１３４等を有するまがり
歯かさ歯車の形状を成す荒加工歯車１３６が得られる。

【００１５】上記歯溝１３４の加工は、図６に示すよう
に正面フライスカッタ３４の前進距離を直線的に増大さ
せて歯車用素材２０に切り込ませ、所定距離切り込んだ
位置で前進を停止して加工を継続させた後、後退させて
歯車用素材２０から離脱させ、正面フライスカッタ３４
の移動を停止した状態で歯車用素材２０を一定角度回転
させて、次に加工される部分を加工位置に回動させるこ
とにより行うことができる。

【００１６】また、図７に示すように、正面フライスカ
ッタ３４の歯車用素材２０への切り込み当初は前進速度
を大きくして切り込み量を多くし、切り込みが進むに従
って前進速度を小さくすることもできる。このような正
面フライスカッタ３４の前進速度の調節，工具進退用サ
ーボモータ８２の起動，停止および回転方向の切換えは
制御装置１００により制御される。コンピュータ１１０
のＲＯＭ１０４には、正面フライスカッタ３４の前進距
離の増大の態様に応じて工具進退用サーボモータ８２の
回転量を制御するプログラムが格納されており、そのプ
ログラムに従って工具進退用サーボモータ８２が制御さ
れるのである。

【００１７】このように切り込み当初に正面フライスカ
ッタ３４の前進速度を大きくすれば、正面フライスカッ
タ３４の寿命低下を回避しつつ加工能率を向上させるこ
とができる。正面フライスカッタ３４の切刃の実際に切
削に与かる部分の長さが短い切り込み開始当初は、切り
込みを大きくしても切削抵抗を適正値に抑えることがで
きるからである。本実施例においては、正面フライスカ
ッタ３４の進退を図６や図７のように制御するモードが
制御装置１００の第１モードであり、コンピュータ１１
０の上記プログラムを実行する部分により第１モード前
進速度制御手段が構成されているのである。

【００１８】歯車用素材２０に対する荒加工が完了し、
全部の歯溝１３４が加工されたならば、次に加工工具が
円盤ブローチ３６に交換されて仕上げ加工が行われる。
この場合には、荒加工歯車１３６が歯車用素材であるこ
とになる。加工は、図８に示すように、円盤ブローチ３
６が図３に示す矢印Ａの方向に回転させられつつ、刃１
個につき回転中心線方向に１回往復移動させられること
により行われ、割出し領域Ｗで荒加工歯車１３６の割り
出しが行われ、歯溝１３４がねじ溝のようにリード角を
有するものに加工される。

【００１９】仕上げ加工は、図１１に示すように、工具
進退用サーボモータ８２を停止させ、円盤ブローチ３６
を回転中心線に沿って進退させず、円盤ブローチ３６の
回転のみによっても行うことができる。しかし、互に噛
み合う２個のまがり歯かさ歯車の各歯溝がいずれも円盤
ブローチ３６を回転させるのみで加工されれば、図１２
の歯面１３２に二点鎖線で示すように、歯面１３２同士
が部分的に斜めに当たって負荷が集中して加えられ、歯
車の寿命が短くなる。それに対し、２個のまがり歯かさ
歯車の一方あるいは両方の歯溝を円盤ブローチ３６を図
８に示すように移動させて加工を行えば、噛み合い時に
歯面１３２が全面において当たり、負荷が集中して加え
られることがなく、歯車の寿命が向上する。

【００２０】加工時に工具進退用サーボモータ８２の回
転量を制御することにより、図９に示すように、円盤ブ
ローチ３６を切り込み開始当初は一定距離前進させた位
置に保ち、その後、一定の速度で前進させ、切り込み終
端近傍で前進速度を増すことができる。このようにすれ
ば、図１３に示すように、歯１３０の小径端と大径端と
にそれぞれ逃がし部１４０，１４２を設けることがで
き、歯車を噛み合わせたとき、互に噛み合う歯の歯面に
かかる負荷が小径端および大径端に極端に集中せず、歯
車の寿命を向上させることができる。

【００２１】また、図１０に示すように、円盤ブローチ
３６の前進速度を加速度的に増大させることもできる。
このようにすれば、歯面１４４を、図１４に示すように
平面から図１５に示すように曲面に加工することができ
る。この曲面は、歯の小径端近傍および大径端近傍がそ
れぞれ削り取られ、歯すじの中央部から端に向かって歯
厚が連続的に減少させられた曲面であり、歯面にクラウ
ニングを施すのである。このようにすれば歯車噛み合わ
せ時に歯の小径端と大径端とに負荷が集中して加えられ
ることを回避することができ、歯車の寿命が向上する。
本実施例においては、円盤ブローチ３６の進退を図８，
図９，図１０等のように制御するモードが制御装置１０
０の第２モードであり、コンピュータ１１０の図９や図
１０の制御のためのプログラムを実行する部分により第
２モード前進速度制御手段が構成されているのである。

【００２２】上記実施例においては、加工工具を交換す
ることにより、１台の歯切り盤によって荒加工と仕上げ
加工との両方を行うことができるようになっていたが、
いずれか一方のみを行うようにしてもよい。また、更に
別の加工を施すようにしてもよい。

【００２３】また、加工工具の移動距離の制御態様は上
記実施例の態様に限らず、加工すべき歯溝の形状，寸法
に応じて種々に設定すればよい。

【００２４】さらに、本発明は、まがり歯ハイポイドギ
ヤ等、まがり歯かさ歯車以外の歯車を加工する装置にも
適用することができる。

【００２５】その他、特許請求の範囲を逸脱することな
く、当業者の知識に基づいて種々の変形，改良を施した
態様で本発明を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１ないし第３発明に共通の一実施例である歯
切り盤の工具主軸台を略図的に示す正面断面図である。

【図２】上記歯切り盤の外観を示す正面図である。

【図３】上記歯切り盤による歯溝の仕上げ加工に使用さ
れる円盤ブローチを示す正面図である。

【図４】上記歯切り盤により歯溝が荒加工された荒加工
歯車の一部を示す正面図である。

【図５】上記歯切り盤を制御する制御装置を概念的に示
す図である。

【図６】上記歯切り盤による荒加工時の工具回転用サー
ボモータ，工具進退用サーボモータの回転制御および正
面フライスカッタの移動距離を示すタイムチャートであ
る。

【図７】上記歯切り盤による荒加工時の工具回転用サー
ボモータ，工具進退用サーボモータの回転制御および正
面フライスカッタの移動距離の別の態様を示すタイムチ
ャートである。

【図８】上記歯切り盤による仕上げ加工時の工具回転用
サーボモータ，工具進退用サーボモータの回転制御およ
び円盤ブローチの移動距離を示すタイムチャートであ
る。

【図９】上記歯切り盤による仕上げ加工時の円盤ブロー
チの移動距離の別の態様を示すタイムチャートである。

【図１０】上記歯切り盤による仕上げ加工時の円盤ブロ
ーチの移動距離の別の態様を示すタイムチャートであ
る。

【図１１】上記歯切り盤により円盤ブローチを進退させ
ないで加工を施す場合の工具回転用サーボモータおよび
工具進退用サーボモータの回転制御を示すタイムチャー
トである。

【図１２】図１１に示すタイムチャートに従って歯溝が
加工された歯車が噛み合わされたときの歯面の当たりを
示す図である。

【図１３】図９に示すタイムチャートに従った仕上げ加
工により小端および大端に逃がし部が形成された歯を示
す斜視図である。

【図１４】上記歯切り盤により仕上げ加工が施された歯
溝の一つを示す正面断面図である。

【図１５】図１０に示すタイムチャートに従って仕上げ
加工が施された歯溝の一つの別の態様を示す正面断面図
である。

【符号の説明】

１８ 割出しモータ ２０ 歯車用素材 ３４ 正面フライスカッタ ３６ 円盤ブローチ ６０ 回転駆動装置 ８０ 加工工具進退装置 ８２ 工具進退用サーボモータ ８４ ボールねじ ８６ ナット １００ 制御装置 １３４ 歯溝 １３６ 荒加工歯車

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 歯車用素材の各歯溝を順次切削加工可能
   な加工工具と、 その加工工具を回転させる回転駆動装置と、 前記各歯溝の切削加工が終了する毎に前記歯車用素材を
   隣接歯溝間の角度間隔分ずつ回転させる割出し装置と、 前記加工工具を保持する工具主軸を工具主軸台のハウジ
   ングに対して相対的に軸方向に前進，後退させることに
   よって、加工工具を前記歯車用素材に向かって前進さ
   せ、その歯車用素材から離間する向きに後退させる加工
   工具進退装置とを含む歯車加工装置において、 前記加工工具進退装置を、回転方向と回転量との制御可
   能な電動モータと、その電動モータの正，逆回転を前記
   加工工具の進退運動に変換する運動変換装置とを含むも
   のとするとともに、前記電動モータの回転を制御する制
   御装置を設け、かつ、その制御装置を、前記割出し装置
   による前記歯車用素材の１割出し毎に前記加工工具を１
   回進退させる第１モードと、前記加工工具としての円盤
   ブローチの複数の刃の各々による１切削毎に前記加工工
   具を１回進退させる第２モードとで前記電動モータを制
   御可能なものとしたことを特徴とする歯車加工装置。
2. 【請求項２】 前記制御装置に、前記第１モードにおけ
   る前記加工工具の前進速度を１回の前進中に減少させる
   第１モード前進速度制御手段を設けたことを特徴とする
   請求項１に記載の歯車加工装置。
3. 【請求項３】 前記制御装置に、前記第２モードにおけ
   る前記加工工具の前進速度を１回の前進中に変化させる
   第２モード前進速度制御手段を設けたことを特徴とする
   請求項１または２に記載の歯車加工装置。