JP4775811B2 - プランジカット及びコンベンショナルシェービング加工法 - Google Patents

Description

本発明はインボリュート歯車歯面の焼入れ前加工仕上げに多く用いられているシェービング加工法に関する。

従来の一般的な焼入れ前歯車歯面仕上げ用シェービングカッタとしては、例えば特許文献１の図８、図９に示すようなものが知られている。インボリュート歯車歯面の焼入れ前加工仕上げにシェービング加工法は幅広く用いられている。そのなかには被削歯車を歯幅方向に（アキシャル方向に）往復運動させるコンベンショナルまたはダイアゴナルなどのアキシャルトラバース方式、他方では単なるラジアルフィードであるインフィード運動のみで仕上げるプランジカット方式がある。中でも高能率を特徴とするプランジカット方式は自動車産業の量産加工に好適であり、多く採用されている。しかし、その加工特性上、図４（ｃ）に示すように、カッタの切刃となるセレーションの位相Ｑは、被削歯車歯数に適するようカッタ全歯に渡って螺旋状にディファレンシャルセレーション10に沿って設計配置された専用カッタとならざるをえない。
特許第３４０１４３０号公報

ここではプランジカット用カッタの特異性について述べる。プランジカット用カッタは被削歯車歯数に一点一様、つまり専用工具にならざるをえないという問題点を抱えている。つまりラジアルフィードであるインフィードのみの動きで被削歯車歯面を均一に仕上なければならないため被削歯車１回転ごとに噛み合ってくるカッタ歯のセレーション位相Ｑを連続的に位相ずれ８だけ変位させる必要がある。それらを説明用の図１（ａ）、（ｂ）でみて説明すると、被削歯車２１の歯数は５歯である。いま仮に図４（ａ）に示すコンベンショナル加工法などのトラバース方式に用いられるセレーションの位相が同一である並列セレーションをもつシェービングカッタを使用し、プランジカット方式で被削歯車２１をシェービング加工したとすると、カッタと被削歯車２１の切り込み初期では歯車の歯番号（１−１ｇ）歯とカッタ歯番号１が噛み合っている。次いで歯車２回転目に入ると歯車の同一歯（２−１ｇ）はカッタのＮｏ．６と出会う。さらに３回転目ではＮｏ．１１と出会う。しかしこの場合プランジカット方式であるのでインフィード切り込みの相対変位しかなく、かつカッタセレーションは並列配列であるため歯車歯面９（図４（ｂ））に対しては、図４（ｂ）に示すように、カッタ切刃（セレーション）は常に同一部位５又は５’にしか作用せず、切り残し部位６が発生する。これは出会い回数を何度繰り返しても解消しない。プランジカットではこの問題点を解消するためにカッタセレーション位相Ｑは図４（ｃ）に示すような連続した螺旋状１０にディファレンシャルセレーションに沿って配列される。つまり、歯車の回転ごとに出会うカッタ歯上のセレーション位相Ｑはある一定の位相ずれ８の間隔を保ちながら連続的に移動させ、図４（ｄ）に示すように、歯車の歯番号（１−１ｇ）歯とカッタ歯番号１が噛み合い、歯車２回転目に入ると歯車の同一歯（２−１ｇ）はカッタのＮｏ．６が噛み合い、次いで歯車３回転目に入ると歯車の同一歯（３−１ｇ）はカッタのＮｏ．１１が噛み合い、セレーションピッチＰを均一に加工し、歯車歯面を仕上げることになる。この位相ずれ８量の設計値は、被削歯車の歯数や諸元によって特定されるため異なる歯数の歯車への転用の可能性は極めて低い。つまり、歯車歯数が１歯異なっても専用カッタとして製作手配せねばならないという不具合、コストアップなどの不利な面を持ち合わせていた。

本発明の課題は、プランジカットの高能率加工という長所を確保しながら１種のカッタで多種歯数の歯車歯面仕上げをできるように、プランジカット特有のカッタセレーションの螺旋状のディファレンシャルセレーションに沿った配列をどのような機能で吸収し、代用できるかが課題であった。

このため本発明は、歯車歯面の焼入れ前仕上げシェービング加工において、工具はコンベンショナル加工法などのトラバース方式に用いられるセレーションの位相が同一である並列セレーションをもつシェービングカッタを使用し、被削歯車軸中心とカッタ軸中心の軸間距離間でプランジカット方式のラジアルフィードであるインフィード切り込みを連続的に行うインフィード切り込み装置を有するシェービングマシンを使用し、かつ前記シェービングマシンはコンベンショナル方式の被削歯車軸芯方向の往復送り運動を行うアキシャルトラバース装置を有し、加工において、前記プランジカット方式のインフィード切り込み装置によりプランジカットシェービングのインフィード方向切り込みを作動させインフィード方向切り込みを行い、同時に前記コンベンショナル方式の被削歯車軸芯方向の往復送り運動を行うアキシャルトラバース装置を使用し、加工のためのカッタ回転開始から停止までの全加工サイクルの間、被削歯車又はカッタをその軸芯方向に前記シェービングカッタのセレーションピッチＰ＋１〜２ｍｍの幅で相対的な機械的往復運動を与えることを特徴とするプランジカット及びコンベンショナルシェービング加工法を提供することにより上述した本発明の課題を解決した。

発明者らは本発明の課題は、加工される歯車歯面に対し、カッタセレーションの歯車軸芯方向相対位相を歯車の回転とともに連続的に移動できれば解決しうるということに着目し、さらに昨今の著しい工作機械ＮＣ制御技術の進化に着目した。つまり歯車１回転ごとに噛み合ってくるカッタ歯の螺旋状のディファレンシャルセレーションに沿ったセレーション移動量をコンベンショナル加工のような歯車自体の軸芯方向の移動に置き換えることができれば課題を解決できるものと考え本発明に至った。本発明の上記した構成により、工具はコンベンショナル加工法などのトラバース方式に用いられるセレーションの位相が同一である並列セレーションをもつシェービングカッタを使用し、加工において、プランジカット方式のインフィード切り込み装置によりプランジカットシェービングのインフィード方向切り込みを作動させインフィード方向切り込みを行い、同時にコンベンショナル方式の被削歯車軸芯方向の往復送り運動を行うアキシャルトラバース装置を使用し、加工のためのカッタ回転開始から停止までの全加工サイクルの間、被削歯車又はカッタをその軸芯方向にシェービングカッタのセレーションピッチＰ＋１〜２ｍｍの幅で相対的な機械的往復運動を与えることにより、プランジカットの高能率加工という長所を確保しながら１種のカッタで多種歯数の歯車歯面仕上げをできるように、プランジカット特有のカッタセレーションの螺旋状のディファレンシャルセレーションに沿った配列をどのような機能で吸収し、代用したプランジカット及びコンベンショナルシェービング加工法を提供するものとなった。

本発明を実施するための最良の形態の一例を図面を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施形態のプランジカット及びコンベンショナルシェービング加工法の説明図で歯車仕上げ用シェービングカッタ20と被削歯車21の縦断面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図を示し、図２は、本発明の実施形態のプランジカット及びコンベンショナルシェービング加工法の加工サイクルを線図を示し、横軸の加工時間Ｔに対する、縦軸の切り込み量Ｈの関係を示す。

図１に示すように、本発明の実施形態の焼入れ前内歯車２１仕上げ用プランジカット及びコンベンショナルシェービング加工法は、歯車歯面の焼入れ前仕上げシェービング加工において、工具は図４（ａ）に示すコンベンショナル加工法などのトラバース方式に用いられるセレーションの位相が同一である並列セレーションをもつシェービングカッタ２０を使用し、被削歯車軸中心とカッタ軸中心の軸間距離間でプランジカット方式のラジアルフィードであるインフィード切り込みを連続的に行う図示しないインフィード切り込み装置を有する図示しないシェービングマシンを使用し、かつ図示しないシェービングマシンはコンベンショナル方式の被削歯車軸芯方向の往復送り運動を行う図示しないアキシャルトラバース装置を有し、加工において、プランジカット方式のインフィード切り込み装置によりプランジカットシェービングのインフィード方向２切り込みを作動させ図２に示すインフィード方向２切り込みを行い、同時にコンベンショナル方式の被削歯車軸芯方向の往復送り運動を行うアキシャルトラバース装置を使用し、加工のためのカッタ回転開始から停止までの全加工サイクルの間、被削歯車２１又はカッタ２０をその軸芯方向１にシェービングカッタ２０のセレーションピッチＰ＋１〜２ｍｍの幅で相対的な機械的往復運動を与えるようにした。すなわち、この際の被削歯車のアキシャルトラバース幅１８は従来の被削歯車の歯幅に対応するアキシャルトラバース幅ではなく、セレーションピッチＰに＋αでよく、αは１〜２ｍｍで充分である。これは被削歯車歯幅とは無関係な補正値である。

参考のため、図３（ａ）に単なるラジアルフィードであるインフィード運動のみで仕上げるプランジカット方式の加工サイクルを線図を示し、横軸の加工時間Ｔに対する、縦軸の切り込み量Ｈの関係を示し、図３（ｂ）に被削歯車を歯幅方向アキシャル方向に往復運動させるコンベンショナルまたはダイアゴナルなどのアキシャルトラバース方式の加工サイクル図である。前者と同様横軸の加工時間Ｔに対する、縦軸の切り込み量Ｈの関係を示す。しかし前者のプランジカット方式の連続的切り込み形態に対し、後者のコンベンショナル方式の切り込み量Ｈは階段状形態である。すなわち、コンベンショナル法は図２の下半分でみて、被削歯車歯幅に応じたアキシャルトラバース（横送り）幅の往復運動を繰り返し、その左右トラバース端 19、19で切り込みがかかる。したがって後者のコンベンショナル方式の加工サイクルでは、トラバース幅18は被削歯車歯幅に応じた幅であり、被削歯車歯幅が広くなるほどトラバース幅が大きくなり、加工時間が長くなるという欠点をもつことがわかる。

図２の本発明の実施形態のプランジカット及びコンベンショナルシェービング加工法の加工サイクルを線図に示すように、本発明では、加工開始のカッタ回転と同時に
１）従来のプランジカットのシェービングのインフィード方向切り込みを作動させ、
２）同時にプランジカットの際の被削歯車１回転ごとのセレーション移動量分だけ、コンベンショナルのように被削歯車２１又はカッタをその軸芯方向にシェービングカッタのセレーションピッチＰ＋１〜２ｍｍの幅で相対的な機械的往復運動を与えるという新しい工法である。すなわち、この際の被削歯車トラバース幅は従来の被削歯車歯幅に応じたトラバース幅ではなく、セレーションピッチＰに＋αでよく、αは１〜２ｍｍで充分である。以上、本発明はプランジカット法とトラバース法のそれぞれの長所をもちいた新しい工法である。またプランジ切り込み早さと被削歯車往復運動量はそれぞれ独立した制御方式で可能であり、ＮＣ制御が前提となる。

従来のプランジカット方式では前記のごとく被削歯車ごとにカッタは専用として設計製作されるが、被削歯車のシェービング仕上げ前精度、被削材、シェービング盤、クーラント状態の特異性やばらつきなどによっては被削歯車歯面が不安定となり必ずしもカッタセレーションセレーション位相Ｑの位相ずれ 8量の設計値が妥当とはならず、やむなく設計値変更によるカッタ再製作となることがあった。
本発明では、このような実践上の課題に対して、加工条件すなわち被削歯車の往復運動早さを調整することでかなり改善でき、無条件的にカッタ再製作という時間的、経済的無駄の排除ができるようになった。さらに、小規模、中規模企業での少量多種の歯車加工では特にコストが重要であり、できる限りカッタの種類を少なくした、工具費低減が大きな課題である。他方大手自動車メーカにおいても開発試作段階では歯数比（歯数）違いによる性能評価も常套手段である。このようなケースでも本発明よってカッタの共用化が可能となり、開発費用の低減とスピードアップに効果がある。

工具は図４（ａ）に示すセレーションの位相が同一である並列セレーションをもつシェービングカッタを使用し、カッタ諸元を、歯数：79、ねじれ角：12゜RH、歯幅：25.4mm、セレーションピッチ：2.0 mmとしし、３種類の焼入れ前被削歯車の仕上げを、表１下半分に示す加工条件で行い、加工所要時間をそれぞれ測定した。これらと、３種類の焼入れ前被削歯車仕上げを行うプランジカット方式での標準時間と、コンベンショナル方式での標準時間とをそれぞれ比較した。結果を表１に示す。

表１に示す実施例１からわかるように、
1) １種のカッタで３種類の歯数の被削歯車を問題なく、シェービング加工でき、
2) 加工時間は高能率な従来のプランジカット方式とほぼ同等であり、コンベンショナル方式に比較し、加工時間は短縮できた。
以上の結果から、プランジカットの高能率加工という特徴を損なうことなく、１種のカッタで３種の被削歯車を加工でき、プランジカットの欠点を克服することができた。
即ち、本発明の実施形態のプランジカット及びコンベンショナルシェービング加工法は、工具はコンベンショナル加工法などのトラバース方式に用いられるセレーションの位相が同一である並列セレーションをもつシェービングカッタを使用し、プランジカットの高能率加工という長所を確保しながら１種のカッタで多種類の歯数の被削歯車の歯車歯面仕上げをできるように、プランジカット特有のカッタセレーションの螺旋状のディファレンシャルセレーションに沿った配列をアキシャルトラバース送り機能で吸収し、代用したプランジカット及びコンベンショナルシェービング加工法を提供するものとなった。

（ａ）は本発明の実施形態のプランジカット及びコンベンショナルシェービング加工法の説明図で歯車仕上げ用シェービングカッタ20と被削歯車21の縦断面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図を示す。 本発明の実施形態のプランジカット及びコンベンショナルシェービング加工法の加工サイクルを線図を示し、横軸の加工時間Ｔに対する、縦軸の切り込み量Ｈの関係を示す。 （ａ）は従来の単なるラジアルフィードであるインフィード運動のみで仕上げるプランジカット方式の加工サイクルを線図を示し、横軸の加工時間Ｔに対する、縦軸の切り込み量Ｈの関係を示し、図３（ｂ）は従来の被削歯車を歯幅方向アキシャル方向に往復運動させるコンベンショナルまたはダイアゴナルなどのアキシャルトラバース方式の加工サイクル図である。 （ａ）は従来のセレーションの位相Ｑが同一である並列セレーションをもつシェービングカッタ20のセレーション状態を示す要部部分平面展開図、（ｂ）は（ａ）のシェービングカッタによる被削歯車表面 9の切削状況を示す部分拡大断面図、（ｃ）は従来のセレーションの位相Ｑが、カッタ全歯に渡って螺旋状にディファレンシャルセレーション10に沿って設計配置されたシェービングカッタのセレーション状態を示す要部部分平面展開図、（ｄ）は（ｃ）のシェービングカッタによる被削歯車表面 9の切削状況を示す部分拡大断面図である。

符号の説明

１：軸芯方向（アキシャルトラバース方向）、２：ラジアルフィードインフィード方向 ２０：シェービングカッタ、２１：被削歯車、Ｐ：セレーションピッチ

Claims (1)

1. 歯車歯面の焼入れ前仕上げシェービング加工において、工具はコンベンショナル加工法などのトラバース方式に用いられるセレーションの位相が同一である並列セレーションをもつシェービングカッタを使用し、被削歯車軸中心とカッタ軸中心の軸間距離間でプランジカット方式のラジアルフィードであるインフィード切り込みを連続的に行うインフィード切り込み装置を有するシェービングマシンを使用し、かつ前記シェービングマシンはコンベンショナル方式の被削歯車軸芯方向の往復送り運動を行うアキシャルトラバース装置を有し、加工において、前記プランジカット方式のインフィード切り込み装置によりプランジカットシェービングのインフィード方向切り込みを作動させインフィード方向切り込みを行い、同時に前記コンベンショナル方式の被削歯車軸芯方向の往復送り運動を行うアキシャルトラバース装置を使用し、加工のためのカッタ回転開始から停止までの全加工サイクルの間、被削歯車又はカッタをその軸芯方向に前記シェービングカッタのセレーションピッチ（Ｐ）＋１〜２ｍｍの幅で相対的な機械的往復運動を与えることを特徴とするプランジカット及びコンベンショナルシェービング加工法。

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