JP2674882B2 - 切削刃を研ぐ方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は歯車等の製造に用いられるような切削刃を研
ぐことに関する。

発明の背景 歯車、特にはすば傘歯車、ハイポイド歯車等の製造工
程において多年にわたり正面研ぎ切削刃が用いられてき
た。

フォームリリーフした正面研ぎ型式の正面フライス
は、切削刃を通常カッタヘッドの周りで均等距離配置さ
せ、カッタヘッドの一方の側から軸線方向に延在してい
る複数の切削刃を含む。カッタヘッド自体は工作機械に
担持された回転カッタスピンドルに固定するようにされ
ている。各切削刃は正面と、該切削刃の頂面および側面
と正面が交差することによって形成される切れ刃とを含
む。また、正面には間げきが介在し、該間げきは特定の
レーキ角だけ切れ刃から逃げている。

通常解放可能にカッタヘッドに固定される切削刃は加
工歯車の凹側を切削する外刃として知られる刃である
か、あるいは加工歯車の刃の凸側を切削する内刃として
知られる刃である。外刃を有する正面フライスおよび内
刃を有する正面フライスの例がウィットモア（Whitmor
e）の米国特許第3,192,604号に示されている。代替的に
切削刃およびカッタヘッドは、例えば高速度鋼のような
材料の中実体から形成した一体構造でもよい。

正面フライスの別の形式がブレークスリ他（Blakesle
y et al）の米国特許第3,268,980号に示されており、粗
加工用カッタと仕上げ加工用カッタが示されていて、外
刃と内刃の双方がカッタヘッドの周りに交互に配設され
ている。各対の内刃と外刃が隣接する歯の対向側を形成
するので、前記形式のカッタは加工歯車の隣接する歯の
間の歯スロット全体を形成している。

いずれのカッタについても、フォームリリーフした正
面フライスを連続して使用すると切削刃は鈍くなり、従
って定期的に研ぐ必要がある。従って、各刃の正面かる
ある量の材料を除去することにより各刃を研ぐことが必
要となり、そのため摩耗した切れ刃を取り除き新しく形
成した歯の正面と、頂面と、一方の側面との交差部とで
新しく研いだ歯先を形成する。フォームリリーフした正
面フライスによって使用された切削刃の側面と端面とは
ヘリコイドである。研ぐ目的で正面が除去されると、新
しい正面の輪郭は先の輪郭とカッタ軸心に対して同じ形
状および半径方向位置を有しているが、カッタの後側に
向かっては軸線方向にずれている。カッタヘッドに取り
付けた一組の刃を扱う場合、それらは全て均等に隔置さ
れ、研ぎ面は全て同じ均等の間隔を有する必要がある。

フォームリリーフの切削刃を研ぐ一方法がデプレス
（Deprez）の米国特許第3,136,093号に開示されてお
り、そこでは砥石が切削刃のすくい面の幅にわたって側
方に横行する。

正面研ぎ切削刃を研ぐ別の周知の方法がカールセン他
（Carlsen et al）の米国特許第2,828,583号に開示され
ており、そこでは砥石が先のストロークとは異なる軌道
に各研ぎストロークが追従するようにして切削刃のすく
い面を横切って往復する。この方法の目的は切れ刃のば
りを低減あるいは排除することであると述べられてい
る。

正面研ぎ切削刃を研ぐさらに別の周知の方法は、切削
刃の頂部から刃面の基部まで刃面の高さにわたり直線に
砥石を送ることを含む。逆に、砥石を刃面の基部におい
て切削刃の面へ送り込み、次いで刃面の頂部まで刃面の
高さにわたって横行させてもよい。

前述の方法においては、切れ刃でのばりは研ぎ作業の
後出てくる。一般にばりは切削刃にしっかりと接着す
る。たとえ、通常軟質の鋼あるいは黄銅の棒で切削刃を
軽くなでることからなるばり取り作業を行った後であっ
ても、ばりの残物は残る。しっかりと接着したばりは、
面として研ぎ作業によって起因する過度の熱の集中によ
って切れ刃において発生する溶接作用によって発生する
ものと考えられている。

本発明の目的は正面研ぎ切削刃を研ぐ方法であって、
切削刃に形成されるいずれのばりも、介存するばりの切
れ刃への接着をほぐし後続のばり取り作業で除去しやす
いようにしてそのサイズを低減する方法を提供すること
である。

発明の要約 本発明は、すくい面と、２個の側面と、頂面とを有
し、前記すくい面と側面の一方とが交差することによっ
て切れ刃が画成するような形式の正面研ぎの切削刃を研
ぐ方法を指向する。

本方法は、研ぎ軌道の少なくとも一部が砥石の回転軸
心に対して全体的に切れ刃に向かって指向された送りベ
クトルによって画成される、研ぎ軌道に沿ってすくい面
を横切って砥石が横行する要領で回転砥石と切削刃とを
係合させることを含む。送りベクトルは、研ぎ平面に位
置し、すくい面の頂部に対して概ね垂直に延在する第１
の軸の成分と、第１の軸に対して概ね垂直で、研ぎ平面
に位置した第２の軸の成分とからなる。送りベクトルは
切削刃に対して垂直に指向されることが好ましい。

本発明の研ぎ方法では切れ刃に形成されるばかりが小
さくなり、その結果従来技術による研ぎ方法を施した後
介在するばりよりも除去がしやすくなる。

図面の簡単な説明 第１図は正面研ぎ切削刃の一形式を示す図、 第２図は本発明の方法を実施する機械の概略図、 第3a図と第3b図とは本発明による研ぎ方法に使用され
るディスク状砥石を示す図、 第４図は従来技術による研ぎ方法を示す図、 第５図は送りベクトルＴを示す本発明の図、 第６図は切削刃に対して垂直方向を指向する送りベク
トルＴを示す本発明の好適実施例の図である。

好適実施例の詳細説明 本発明を添付図面を参照して以下説明する。

正面研ぎ形式の切削刃が第１図に示されており、第１
図は前面すなわち研ぎ面12と切削側面（図示せず）との
接合部に位置した切れ刃10を含む外側切削刃を示す、切
れ刃10は正面12の基部14から頂縁部18まで延在する。各
切削刃はまた、非切れ刃すなわち間げき16と、間げき側
面20と、後面22を含む。

切削刃の胴部は全体的にＴ字形であって、当接部24,2
5と、ステム26とを構成するアームを含む。当接部24,25
はそれぞれ、切削刃がカッタヘッドのスロットに挿入さ
れるとカッタヘッドの正面に対して着座する面27,29を
含む。各切削刃はステム26の開口28を介して、カッタヘ
ッドとねじ係合するように全体的にある角度をつけて延
在するねじによってカッタヘッドに固定される。

本発明の方法を実施する研ぎ機を第２図に概略示す。
本発明の方法を実施する好適機械は、一例を下記する計
算機数値制御性（CNC）を有するようなものである。そ
のような機械は当該技術分野において周知であり、容易
に入手しうる。

前記機械は、その上に工具キャリッジ32がスライドあ
るいは台（図示せず）を介して装着されるベース30を含
む。工具キャリッジ32はＹ方向（Ｙ軸）に機械のベース
30に沿ってスライド上を運動可能である。工具キャリッ
ジ32には工具カラム34が位置しており、工具キャリッジ
32のＹ軸運動に対して垂直のＺ方向（Ｚ軸）に運動する
ように、台あるいはスライド（図示せず）を介して工具
スライド36が装着している。工具ヘッド38は工具スライ
ド36に固定され、例えば砥石40のような適当な材料除去
工具が回転するように工具ヘッド38に装着されている。
砥石40は軸心Ｂの周りを回転可能で、かつ適当な減速ベ
ルト52を介して作動するモータ50によって駆動される。

またスライドあるいは台（図示せず）を介して機械の
ベース30に第１の工作物キャリッジ60が装着されてお
り、該キャリッジ60はＹ軸およびＺ軸の双方の運動に対
して垂直な方向Ｘ（Ｘ軸）に機械のベース30に沿って運
動可能である。第２の工作物キャリッジ62が第１の工作
物キャリッジ60に枢着され、軸心Ｃの周りで枢動可能で
ある。第２の工作物キャリッジに工作物カラム64が固定
され、該カラムに対してスピンドル（図示せず）が軸心
Ａの周りで回転するように支承され、モータ（図示せ
ず）によって駆動される。カッタ70がＡ軸心の周りで回
転するようにスピンドルに解放可能に装着されている。

相互に垂直なX,YおよびＺ軸の各々に沿った工具40と
カッタ70との相対運動は、減速機および再循環ボールね
じ駆動装置（図示せず）とを介して作動する各駆動モー
タ（図示せず）によって提供される。Ｃ軸の周りの第２
の工作物キャリッジ62の枢動は、枢動可能な工作物キャ
リッジ62に担持されているウォーム歯車と噛み合うウォ
ームを介して作動する駆動モータ（図示せず）によって
提供される。

工具駆動モータ50を除く各駆動モータは、計算機に入
力された入力指令に従って駆動モータの作動を支配する
CNC装置の一部としての直線あるいは回転エンコーダの
いずれかと関連している。エンコーダは、運動可能な機
械軸心の各々の実際の位置に関する計算機にフィードバ
ック情報を提供する。所定の軌道に沿った多数の機械軸
心の運動を制御するCNC装置は現在では一般的なもので
ある。前述のような現在の技術水準の装置が、本発明の
方法によりフォームリリーフした正面研ぎフライスの刃
を研ぐために選定した軌道に沿った選定した軸心の運動
を制御するために本発明に組み入れられている。

第3a図は本発明により正面研ぎ切削刃を研ぐのに適し
た全体的にディスク状の砥石40の断面図である。砥石40
は回転軸心41と、鋼製本体42と、例えば樹脂結合の立方
窒化ホウ素（CBN）のような研磨材からなり、砥石の周
囲と、かつその面の一部とに位置した研削プロフィル44
とを有する。

第3b図は研削プロフィル44の拡大断面図で、砥石40の
面に位置した研削プロフィル44の部分が軸心41に対し垂
直な線に対して約６度の角度Ｒで傾斜していることが判
る。例えば機械要素の許容空隙あるいは切削刃の寸法の
ような研ぎ方法の特定条件に応じていずれの直径の砥石
を用いてもよいが、砥石40の直径は一般には12インチ
（305ミリ）である。

第４図は切れ刃10、頂部18、基部14および間げき16を
有する切削刃のすくい面12を示す。すくい面12は、この
場合図面の平面である研ぎ面に位置している。説明およ
び参考のためのみであるが、切削刃は図面の頂部に対し
て直立の位置に示され、ＹおよびＺは相互に対して垂直
であり、切削刃に対する方向を示すように割り当てられ
ている。Ｙ軸は基本的に研ぎ面においてすくい面12の頂
部に対して垂直方向である。また、参考のためである
が、切削刃の高さは頂部から基部までの寸法を示す意図
であり、一方切削刃の幅は切れ刃から間げきまでの寸法
を示す意図である。本発明は図示した特定の切削刃の位
置あるいは方向に限定されるものでないことを理解すべ
きである。

前述した従来技術の研ぎ方法においては、一方法では
砥石を頂部18から始めて高さにわたって基部14まで進め
てＹ軸に沿って切削刃の面12を横切って横行させるか、
あるいは代替的に基部14の近傍で砥石を突っ込み頂部18
に向かう方向に切削刃の高さにわたって横行させること
であった。いずれの場合も、砥石の送りはＹ方向に行わ
れる。

前述した米国特許第2,828,583号および同第3,136,093
号においては、砥石が切削刃の面12の幅にわたって横行
するにつれてＺ軸に沿って研ぎが行われる。

双方の方法とも切れ刃10にばりを形成させることにな
り、このばりは基本的に切れ刃に溶接される。溶接した
ばりは除去しにくく、ばり取り工程の後であってさえ
も、切れ刃10にばりの残存物が残る。ばりの残存物は、
研ぎの後で工具ヘッドに装着した切削刃を半径方向に整
合させるために使用する修正装置はカッタの軸心から切
れ刃までの距離を測定するのでそのような修整装置に悪
影響を与える。ばりが介在すると、切れ刃の実際の位置
を正確に測定することができず、従ってカッタを正確に
修整することができない。

ＹあるいはＺ軸のいずれかに沿った研ぎにより、特に
油性の潤滑剤や冷却剤が用いられるような状況において
は切削刃の切れ刃で著しく熱をためさせるものと考えら
れている。砥石がＺ軸に沿ってすくい面を横切って送ら
れる場合、基部14に近いすくい面12の広幅の部分でまず
接触し、熱が頂部18に向かって上方に流れるようにさ
せ、このため刃10を含む切削刃の狭幅の上部分に熱を集
中させる。砥石を基部14近くのすくい面12に突っ込み、
次に、すくい面を横切って頂部18まで横行させると、さ
らに多くの熱が切削刃の頂部に向かって導かれるのでさ
らに顕著なばり形成作用がある。

砥石が頂部18から基部４に向かう方向にすくい面を横
切る場合、発生した熱は切削刃の下部分の方が広幅であ
ることによってより大きい熱だめの中へ移動する。しか
しながら、砥石がすくい面の基部14に向かって頂部18か
ら移動する際は切れ刃10には依然として顕著に熱がこも
る。

油性の潤滑剤や冷却剤は水性の物質ほど迅速に熱を吸
収し、転送しないので、油性の潤滑剤や冷却剤が用いら
れた場合特に前述の溶接作用が顕著である。

第５図は本発明による研ぎ方法を示す。本発明の発明
者はＹ軸およびＺ軸双方の成分からなる軌道に沿って切
削刃のすくい面12を横切って砥石を送ることにより研ぎ
の後残っているばりは小さくなり、これらのばりもばり
取り作業により容易に、基本的には完全に除去される。

詳しくは、砥石の送り軌道の少なくとも一部、好まし
くは全ては、全体的に切削刃の切れ刃10に向かって、砥
石の軸心に対して指向した送りベクトルＴを含む。送り
ベクトルＴはＹおよびＺ軸双方の成分を含む。送りベク
トルＴはＹ軸とＺ軸の間に位置しているものと考えう
る。送りベクトルＴの方向は基本的に切れ刃10に対して
垂直であることが好ましい。

第６図は、送りベクトルＴが切れ刃に対して垂直に指
向している本発明の好適実施例を示す。砥石は、基本的
に切れ刃10に対して垂直である送りベクトルＴによって
画成される軌道に沿って初期接触位置W₁から最終位置W_F
まで送られる。勿論、送りベクトルＴはその方向を変え
ることなく研ぎ平面のいずれかの位置に位置させうるこ
とが理解される。その位置変更は、例えば砥石の直径
や、切削刃に対する所望の初期接触位置に応じて行うこ
とができる。第６図において参照番号75によって示すよ
うに、砥石の位置は、すくい面12に対する砥石の初期接
触が切れ刃10と頂部18との接合部近傍で行われ、砥石が
送りベクトルＴで指示する軌道に沿って切削刃のすくい
面12を横切って送られるようなものであることが好まし
い。

本発明の方法は、１個以上の正面研ぎの切削刃を装着
したカッタを、例えば第２図に示すようにCNC研ぎ機の
作動スピンドルに装着することによって実行することが
好ましい。次に前記機械に入力されるセットアップのパ
ラメータに応答して初期セットアップ位置を計算し、計
算機によって制御された軸がセットアップ位置まで動か
され砥石と切削刃とを相互に対して初期位置決めする。
次に、前記機械に入力された作動パラメータに応答して
作動位置が計算され、機械の軸はこれらの作動位置まで
動かされ、少なくとも部分的に、ＹおよびＺ成分を有す
る送りベクトルを含む（第５図および第６図）研ぎ軌道
に沿って切削刃のすくい面を横切って砥石を横行させ
る。作動位置を計算し、計算機制御された軸心をこれら
作動位置まで運動させる工程は研ぎ工程を完了するのに
必要な回数繰り返しされる。次に、カッタを未研ぎ切削
刃に割り出しすればよく、この工程が繰り返される。

切れ刃10に対して基本的に垂直に指向した送りベクト
ルＴに沿って、油性の潤滑剤を用いて本方法によって研
いだ切削刃では、研いだ後、切れ刃に高さが0.000875イ
ンチ（0.022225ミリ）のばりが存在した。切れ刃10に沿
って軟質の鋼のバーでなでることからなるばり取り作業
の後へ目立ったばりは何ら残らなかった。

対照的に、油性の冷却剤を用い、砥石を基部14におい
て切削刃のすくい面へ送り込み、すくい面12の高さにわ
たり頂部18まで横行させる（Ｙ軸送り）ことからなる従
来技術の方法によって切削刃を研いだところ切れ刃に高
0.0012インチ（0.03048ミリ）の研ぎ後のばりを発生さ
せた。前述のように、ばり取り工程の後0.000175インチ
（0.004445ミリ）のばりが残った。

本発明は切れ刃を相対的に冷たく保つことができるの
で切れ刃に溶接するばりの発生は大きく低下するか、あ
るいは排除される。このことは数種の理由によるものと
考えられる。第１の理由は、研ぎ過程の初期部分におい
ては、砥石とすくい面との接触面積が小さく熱を殆んど
発生させないためである。完全に接触し接触面積が段階
的に増え、従って熱発生が最大となるのは砥石がW_Fの位
置にある研ぎサイクルの終りにおいてのみである。

本発明によって利点が実現される別な理由はベクトル
の近接により切れ刃10に対して全体的に垂直な方向に効
果的に熱を追放するからである。さらに、傾斜した切れ
刃10に傾斜した送り軌道を組み合わせることによりばり
破壊作用を発生させ、これによりばりが形成されると直
ちに若干のばりを基本的に掃去するようである。

本発明は、精々一回のばり取り作業を必要とするのみ
で、研ぎ後滑らかな切れ刃を達成することができる。こ
のため、費用がかかり、時間を消費する研ぎ後の仕上げ
研磨手順が排除される。本発明による研ぎ方法は切削刃
の実際の切れ刃に基づきカッタを精密修整を行うことが
でき、カッタの振れ特性が改良されるため良好な製品を
得ることができる。

本発明を、左側カッタのための外側切削刃（あるい
は、右側カッタ用の内側切削刃）を示すことにより示し
てきたが、本発明による方法は図示したものとは反対側
に切れ刃を有する切削刃、すなわち左側カッタ用内側切
削刃や右側カッタ用の外側切削刃についても同等に適用
可能である。送りベクトルＴは切れ刃の位置とは無関係
に切れ刃に向けられ、Ｙ軸およびＺ軸双方の成分を含
む。本発明はまた、切れ刃に向かって、好ましくは切れ
刃に対して全体的に垂直に指向した送りベクトルＴに沿
って砥石を送り、初期接触が切削刃の間げき側で行わ
れ、砥石が切れ刃に向かって運動するようにさせること
を含む。

本発明を好適実施例を参照して説明してきたが、本発
明はその細部に限定されるものでないことを理解すべき
である。本発明は、請求の範囲の精神と範囲とから逸脱
することなく本発明が係わる技術分野の専門家には明ら
かな修正も含むものである。

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】すくい面と、２個の側面と、頂面とを有
   し、切れ刃が前記すくい面と前記側面の一方との交差に
   よって画成され、間げきが前記すくい面と前記側面の他
   方との交差によって画成される正面研ぎ切削刃を研ぐ方
   法において、 回転軸心を有する砥石を提供し、 研ぎ平面を画成する前記すくい面を有する前記切削刃を
   提供し、 前記砥石を回転させ、 前記砥石が切削軌道に沿って前記すくい面を横切って横
   行するように前記回転砥石を前記切削刃と係合させるこ
   とを含み、 前記研削軌道の少なくとも一部が全体的に前記切れ刃に
   向かって指向した送りベクトルによって画成され、前記
   送りベクトルが（１）前記研ぎ平面に位置し、前記すく
   い面の頂部に対して概ね垂直に延在する第１の軸にある
   第１の成分と、（２）前記研ぎ平面に位置し、前記第１
   の軸に対して概ね垂直な第２の軸にある第２の成分を含
   むことを特徴とする正面研ぎ切削刃を研ぐ方法。
2. 【請求項２】前記送りベクトルが前記切れ刃に対して概
   ね垂直に指向している、請求の範囲第１項に記載の方
   法。
3. 【請求項３】前記砥石が前記切れ刃と前記頂部との交差
   点近傍でまず前記すくい面と接触する、請求の範囲第１
   項に記載の方法。
4. 【請求項４】前記砥石が基本的にディスク状の砥石であ
   る、請求の範囲第１項に記載の方法。
5. 【請求項５】前記研ぎが油性の冷却剤を用いて実施され
   る、請求の範囲第１項に記載の方法。
6. 【請求項６】研削軌道全体が送りベクトルによって画成
   される、請求の範囲第１項に記載の方法。
7. 【請求項７】前記砥石がまず前記間げきにおいて前記す
   くい面と接触する、請求の範囲第１項に記載の方法。
8. 【請求項８】前記送りベクトルが全体的に前記切れ刃に
   対して概ね垂直に指向している、請求の範囲第７項に記
   載の方法。
9. 【請求項９】工具と工作物とを相互に対して位置決め
   し、かつ作動係合させるための複数の計算機制御の軸を
   有する計算機制御の機械に入力されるセットアップパラ
   メータに応答して初期セットアップ位置を計算し、 前記計算機制御の軸を前記セットアップ位置まで運動さ
   せ砥石と切削刃とを相互に対して初期位置決めし、 前記機械に入力された作動パラメータに応答して作動位
   置を計算し、 前記機械の軸を前記作動位置まで運動させ、前記砥石を
   前記すくい面を横切って、少なくとも一部が、前記研ぎ
   平面に位置し前記すくい面の頂部に対して概ね垂直に延
   在する第１の軸にある第１の成分と、前記研ぎ平面に位
   置し、前記第１の軸に対して概ね垂直な第２の軸にある
   第２の成分からなる送りベクトルを含む研削軌道に沿っ
   て横行させ、 前記研ぎを完了するために、作動位置を計算し、前記計
   算機制御の軸を前記作動位置まで運動させる段階を繰り
   返すことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の正面研
   ぎ切削刃を研ぐ方法。
10. 【請求項１０】前記カッタを未研ぎ切削刃に割り出し、
    研ぎ方法を繰り返すことをさらに含む、請求の範囲第９
    項に記載の方法。
11. 【請求項１１】前記送りベクトルが前記切れ刃に対して
    概ね垂直に指向されている、請求の範囲第９項に記載の
    方法。
12. 【請求項１２】前記砥石が前記切れ刃と前記頂部との交
    差点近傍において前記切削刃とまず接触する、請求の範
    囲第９項に記載の方法。
13. 【請求項１３】研削軌道全体が前記送りベクトルによっ
    て画成されている、請求の範囲第９項に記載の方法。
14. 【請求項１４】砥石が前記間げきにおいて前記すくい面
    とまず接触する、請求の範囲第９項に記載の方法。
15. 【請求項１５】前記送りベクトルが前記切れ刃に対して
    全体的に概ね垂直に対して指向されている、請求の範囲
    第14項に記載の方法。