JP3561761B2

JP3561761B2 - マシニングセンターによる歯車形削り加工方法

Info

Publication number: JP3561761B2
Application number: JP37723798A
Authority: JP
Inventors: 博小柴
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1998-12-29
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2018-12-29
Also published as: JP2000190127A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マシニングセンターによる歯車形削り加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
マシニングセンターの加工自由度を向上しようとする試みとしては、例えば特開平８−１１８１０１号公報を挙げることができる。この特開平８−１１８１０１号公報に開示されている技術は、マシニングセンターの回転角度制御可能な主軸にバイト工具を取り付け、主軸の円弧補間運動と主軸の回転角を同期させることにより、多角形加工を可能にしたものである。しかしながらこの提案のものにおいては、特定の円筒内周面加工は行えるものの、歯車加工を行うには至っていない。
【０００３】
上記歯車加工は、ピニオンカッターを用いるが、このピニオンカッターによる加工法は歯車形削り盤に限定されているため、被加工物に穴あけ加工と歯車加工が併存する場合には、被加工物を完成させるためには、マシニングセンターと歯車形削り盤の２台の工作機械が必要となる。このように上記複合加工においては、複数の装置、その設置スペース、装置間の搬送、各装置の段取り替え等に多大のコストを要することになり、そのため上記複合加工が、多品種少量生産における大きなネックとなっている。
【０００４】
ところでピニオンカッターによる歯車加工は、回転テーブル上に被加工物を載置し、この回転テーブルに垂直で該回転テーブルの回転数と一定の公比で同期回転する主軸にピニオンカッターを取り付け、このピニオンカッターを軸線方向に前後運動させることにより行われる。
【０００５】
このピニオンカッターによる歯車加工においては、ピニオンカッターの切削送りはクランク機構で行なわれる。加工ストロークにおいては、切削速度の大きな変動を避けるような工夫が行なわれているが、クランク機構を採用しているため、図８において実線サイン波形で示すように、切削開始端から切削終端にかけて切削速度に大きな変動が生じるのをどうしても避けることができない。図８の実線に示すように、歯幅の中程に最大切削速度が得られ、切削開始端及び切削終端では切削速度は極めて小さくなる。しかしながらこのように大きな切削速度変化の生じる加工においても、切削工具は、その耐磨耗性と剛性とは、切削速度の最も高いポイントに合わせて選定する必要がある。
【０００６】
したがって切削工具からみれば、従来のピニオンカッターによる歯車加工は、工具性能に見合った速度での加工が行われておらず、その作業能率が悪いという欠点があり、またこれとは逆に平均切削速度からすれば、過剰性能の切削工具を使用しているという問題を有することになる。
【０００７】
本発明は上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、マシニングセンターの機能にピニオンカッターによる歯車形削り加工機能を付加して工程の集約を図ることを可能にし、しかもそれに加えてピニオンカッターの切削速度と工具性能とのマッチングを図り、切削能率の向上、工具コストの低減を図ることが可能なマシニングセンターによる歯車形削り加工方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び効果】
そこで、本発明の請求項１記載のマシニングセンターによる歯車形削り加工方法では、マシニングセンターの回転角度制御可能な主軸１０にピニオンカッター１２を装着し、上記主軸１０の被加工物Ｗに対する相対的な円弧補間運動と主軸１０の回転数とを一定の公比で同期回転させながら、同時に主軸１０を軸線方向に前後の往復運動をさせることにより、被加工物Ｗを回転させることなくピニオンカッター１２にて歯車加工を行なうようにしていることを特徴としている。
【０００９】
請求項２記載のマシニングセンターによる歯車形削り加工方法では、基台１と、この基台１上にＹ軸方向に駆動可能に設けられているＹテーブル２と、このＹテーブル２上にＸ軸方向に駆動可能に設けられているＸテーブル３と、このＸテーブル３上に固定される被加工物Ｗと、コラム６に設けられＸＹ平面に対して直交するＺ軸方向に駆動可能なＺ軸スライダ７と、このＺ軸スライダ７に取り付けられている主軸ヘッド９と、この主軸ヘッド９に装着され上記Ｚ軸と同一方向の軸線周りに回転角度制御可能な主軸１０と、この主軸１０に装着されているピニオンカッター１２とでマシニングセンターを構成し、上記被加工物ＷはＸテーブル３とＹテーブル２の駆動制御によりＸ座標とＹ座標による任意の座標位置に軸制御され、上記主軸１０の被加工物Ｗに対する相対的な円弧補間運動と主軸１０の回転数とを一定の公比で同期回転させながら、同時に主軸１０をＺ軸方向に往復運動をさせることにより、ピニオンカッター１２にて歯車加工を行なうようにしていることを特徴としている。
【００１０】
請求項１及び請求項２記載のマシニングセンターによる歯車形削り加工方法によれば、マシニングセンターの回転角度制御可能な主軸１０にピニオンカッター１２を装着し、上記主軸１０の被加工物Ｗに対する相対的な円弧補間運動と主軸１０の回転数とを一定の公比で同期回転させながら、同時に主軸１０を軸線方向に前後の往復運動をさせることにより、歯車形削り加工を可能とすることができる。そのため、穴あけ加工と歯車加工の両方が必要な被加工物をマシニングセンター１台で完成品に仕上げることができることになり、多品種少量の場合でも対応でき、また加工日数を短縮できる。さらにはマシニングセンターでは、切削開始端から切削終端まで一定の切削速度を付与することができるため、切削速度に応じた性能の切削工具を選定することができる。したがってピニオンカッター１２からみれば、工具性能に見合った最大の切削速度での加工が行え、その作業能率を向上することができる。またこれとは逆に切削速度に見合う性能のピニオンカッター１２を使用可能となるので工具コストを低減できることにもなる。
【００１１】
このように請求項１及び請求項２のマシニングセンターによる歯車形削り加工方法によれば、工程の集約を図ることを可能にし、しかもそれに加えてピニオンカッターの切削速度と工具性能とのマッチングを図り、切削能率の向上、工具コストの低減を図ることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明のマシニングセンターによる歯車形削り加工方法の実施例に使用するマシニングセンターの一例を示している。このマシニングセンターは、基台１と、この基台１上にＹ軸方向に移動可能に設けられたＹテーブル２と、このＹテーブル２上にＸ軸方向に移動可能に設けられたＸテーブル３とを有し、このＸテーブル３上に被加工物Ｗが固定されている。
【００１３】
上記Ｙテーブル２はＹ軸モータ４によってＹ軸方向の駆動され、Ｘテーブル３はＸ軸モータ５によってＸ軸方向に駆動される。そしてＸテーブル３上の被加工物Ｗは、このＸテーブル３とＹテーブル２のＸ−Ｙ平面内での移動により、水平面に沿ってＸ座標とＹ座標による任意の座標位置に軸制御されるようになっている。
【００１４】
一方、マシニングセンターのコラム６には、Ｚ軸スライダ７が上下方向、すなわちＺ軸方向に移動可能に装着されており、Ｚ軸スライダ７はＺ軸モータ８によってＺ軸方向に駆動される。また、Ｚ軸スライダ７には主軸ヘッド９が取り付けられており、主軸ヘッド９には主軸１０がＺ軸と同一方向の軸線周り、すなわちＣ軸周りに回転可能に装着されている。この主軸１０は主軸モータ１１により回転駆動され、主軸１０にはピニオンカッター１２が装着されている。
【００１５】
上記Ｘ軸モータ５、Ｙ軸モータ４、Ｚ軸モータ８、主軸モータ１１は、いずれもサーボモータであるが、これらモータ５、４、８、１１のそれぞれにはロータリー式のエンコーダ１３、１４、１５、１６が装着されており、このエンコーダ１３、１４、１５、１６は各軸モータ５、４、８、及び主軸モータ１１の回転角を検出し、その回転角度についての情報を制御装置２０へ出力するようになっている。
【００１６】
この制御装置２０は、図２に示すようにＮＣ加工プログラムを実行して各軸指令と主軸回転指令を出力する主制御部２１と、この主制御部２１より軸指令を入力して補間演算を行なう演算部２２とを有している。この演算部２２は、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸の移動量を指令値として各軸の位置制御部２３、２４、２５、２６へ出力するようになっている。これら位置制御部２３、２４、２５、２６は、それぞれ同軸に設けたロータリー式のエンコーダ１３、１４、１５、１６より回転角情報を入力し、位置フィードバック補償制御により演算される各軸の操作量をもって各軸のモータ５、４、８、１１の駆動を制御するものである。
【００１７】
次にＮＣ工作機械に設けたピニオンカッター１２による歯車形削り加工の方法について説明する。図３は主軸１０にピニオンカッター１２を取り付けた状態を示すものであり、図４はそのピニオンカッター１２の詳細図である。ここでは、モジュールｍ、歯数z1のピニオンカッター１２で、モジュールｍ、歯数z2の標準外歯車の加工方法について以下に説明する。
【００１８】
所定の旋削加工が終わった被加工物Ｗとピニオンカッター１２をＺ軸方向から見ると図５に示すようになる。ここで、ピニオンカッター１２をＣ軸周りに回転数ｎで自転させながら、この主軸１０が被加工物Ｗを中心として相対的に半径（ｍ・z1＋ｍ・z2）／２の円周上を公転するようにＸ軸テーブル５とＹ軸テーブル３を軸制御する。この時、公転の周期Ｎと自転の回転数ｎとは、Ｎ／ｎ＝z1 ／ z2の関係を保つものとする。
【００１９】
さらに、この自転・公転と同時にＺ軸方向には、図６に示すように被加工物Ｗに対して、ピニオンカッター１２が上下動作をするようにＺ軸制御をすることによって歯車形削り加工を行なうことができる。なお、ピニオンカッター１２の上昇時はピニオンカッター１２の戻しツールマークを防止するために、最下点で被加工物Ｗからｄだけ離して上昇させ、最上点で元に戻すサイクルを繰り返せば良い。
【００２０】
図７は内歯車の加工を行なう場合を示しており、外歯車の加工の場合と同様に公転の半径を（ｍ・z2−ｍ・z1）／２とし、被加工物Ｗのピッチ円の半径より小とすれば、内歯車が加工でき、公転半径を無限大とすれば、ラック加工を行なうこともできる。
【００２１】
ところで、図８は本発明による歯車形削り加工と通常のピニオンカッターによる加工との差異を示す概念図である。通常のＮＣ駆動装置も含め、ピニオンカッターの切削送りはクランク機構で行なわれる。加工ストロークにおいては、切削速度の大きな変動を避けるような工夫が行なわれているが、クランク機構を採用しているため、図８において実線サイン波形で示すように、切削開始端から切削終端にかけて切削速度に大きな変動が生じるのをどうしても避けることができない。図８の実線に示すように、歯幅の中程に最大切削速度が得られ、切削開始端及び切削終端では切削速度は極めて小さくなる。このような加工において、切削工具は、その耐磨耗性と剛性とは、切削速度の最も高いポイントに合わせて選定する必要がある。したがって切削工具からみれば、従来のピニオンカッターによる歯車加工は、工具性能に見合った速度での加工が行われておらず、その作業能率が悪いということになり、またこれとは逆に平均切削速度からすれば、過剰性能の切削工具を使用しているということになる。
【００２２】
これに対して上記実施形態のマシニングセンターでは、図８の破線の台形波に示すように、切削開始端から切削終端まで一定の切削速度を付与する機能を備えている。そのため切削速度に応じた切削工具を選定することができる。したがってピニオンカッター１２からみれば、工具性能に見合った最大の切削速度での加工が行え、その作業能率を向上することができるということになる。またこれとは逆に切削速度に見合う性能のピニオンカッター１２を使用可能となるので工具コストを低減できることにもなる。
【００２３】
このように上記実施形態では、マシニングセンターにピニオンカッター１２を装着することで、歯車形削り加工を可能とすることができ、そのため、穴あけ加工と歯車加工の両方が必要な被加工物をマシニングセンター１台で完成品に仕上げることができることになり、多品種少量の場合でも対応でき、また素材から完成品になるまでの加工日数を短縮できる。さらには、マシニングセンターでは、切削開始端から切削終端まで一定の切削速度を付与することができるため、ピニオンカッター１２の切削速度と工具性能とのマッチングを図り、切削能率の向上、工具コストの低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のマシニングセンターの一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態のマシニングセンターの制御系を示すブロック構成図である。
【図３】本発明の実施の形態の主軸にピニオンカッターを取り付けた状態を示す要部拡大斜視図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態のピニオンカッターの断面図及び底面図である。
【図５】本発明の実施の形態の被加工物とピニオンカッターを自転と公転を行なわせて歯車形削り加工をする場合の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態のピニオンカッターをＺ軸制御を行なわしめる場合の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態の内歯車の加工を行なう場合の断面図である。
【図８】本発明による歯車形削り加工と通常のピニオンカッターとの差異を示す概念図である。
【符号の説明】
１基台
２Ｙテーブル
３Ｘテーブル
６コラム
７Ｚ軸スライダ
９主軸ヘッド
１０主軸
１２ピニオンカッター
Ｗ被加工物

Claims

マシニングセンターの回転角度制御可能な主軸（１０）にピニオンカッター（１２）を装着し、上記主軸（１０）の被加工物（Ｗ）に対する相対的な円弧補間運動と主軸（１０）の回転数とを一定の公比で同期回転させながら、同時に主軸（１０）を軸線方向に前後の往復運動をさせることにより、ピニオンカッター（１２）にて歯車加工を行なうようにしていることを特徴とするマシニングセンターによる歯車形削り加工方法。
基台（１）と、この基台（１）上にＹ軸方向に駆動可能に設けられているＹテーブル（２）と、このＹテーブル（２）上にＸ軸方向に駆動可能に設けられているＸテーブル（３）と、このＸテーブル（３）上に固定される被加工物（Ｗ）と、コラム（６）に設けられＸＹ平面に対して直交するＺ軸方向に駆動可能なＺ軸スライダ（７）と、このＺ軸スライダ（７）に取り付けられている主軸ヘッド（９）と、この主軸ヘッド（９）に装着され上記Ｚ軸と同一方向の軸線周りに回転角度制御可能な主軸（１０）と、この主軸（１０）に装着されているピニオンカッター（１２）とでマシニングセンターを構成し、上記被加工物（Ｗ）はＸテーブル（３）とＹテーブル（２）の駆動制御によりＸ座標とＹ座標による任意の座標位置に軸制御され、上記主軸（１０）の被加工物（Ｗ）に対する相対的な円弧補間運動と主軸（１０）の回転数とを一定の公比で同期回転させながら、同時に主軸（１０）をＺ軸方向に往復運動をさせることにより、ピニオンカッター（１２）にて歯車加工を行なうようにしていることを特徴とするマシニングセンターによる歯車形削り加工方法。