JP5536250B1 - 歯車加工装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の歯車加工装置1は、加工物4を砥石により加工して歯車4を成形する歯車加工装置1であって、加工物4を加工して歯車4を成形するネジ状砥石32と、このネジ状砥石32と噛み合った状態で互いに回転しながらネジ状砥石32を成形する円板状のドレッサ36と、を有し、ネジ状砥石32により成形される歯車4の基準ピッチ円直径PCDが歯面5の歯形評価範囲外となるように、ドレッサ36の圧力角αが転位設計される。
【選択図】図8
Description
さらに、加工物を砥石により研削加工して歯車を成形する歯車加工装置として、加工される歯車の形状に対応する形状を有するドレッサによりネジ状砥石をドレッシング成形し、このネジ状砥石が、加工物をドレッサの形状に対応した形状に研削加工して歯車を成形するようにしたものが知られている。
このように構成された本発明においては、ドレッサによりネジ状砥石が成形され、このネジ状砥石により加工物が加工されて歯車が成形されるが、この歯車の基準ピッチ円直径が歯面の歯形評価範囲外となるように、ドレッサの圧力角が転位設計されている。この結果、加工された歯車の歯面の歯形評価範囲内に基準ピッチ円直径が存在しないので、ネジ状砥石が加工物に対してその加工物の歯形方向に移動する歯面すべり速度が零とならず、歯車の歯面の歯形評価範囲における面粗度を向上させることができる。
このように構成された本発明においては、ドレッサがその圧力角を減少させるように転位設計され、ネジ状砥石により歯車の基準ピッチ円直径が歯面の歯形評価範囲より小さい位置に形成されるので、歯車の歯面の歯形評価範囲内に基準ピッチ円直径が存在しない。その結果、ネジ状砥石が加工物に対してその加工物の歯形方向に移動する歯面すべり速度が零とならず、歯車の歯面の歯形評価範囲における面粗度を向上させることができる。
このように構成された本発明においては、ドレッサがその圧力角を増大させるように転位設計され、ネジ状砥石により歯車の基準ピッチ円直径が歯面の歯形評価範囲より大きい位置に形成されるので、歯車の歯面の歯形評価範囲内に基準ピッチ円直径が存在しない。その結果、ネジ状砥石が加工物に対してその加工物の歯形方向に移動する歯面すべり速度が零とならず、歯車の歯面の歯形評価範囲における面粗度を向上させることができる。
このように構成された本発明においては、ドレッサによりネジ状砥石が成形され、このネジ状砥石により加工物が加工されて歯車が成形されるが、この歯車の基準ピッチ円直径が歯面の歯形評価範囲外となるように、ドレッサの圧力角が転位設計されている。この結果、加工された歯車の歯面の歯形評価範囲内に基準ピッチ円直径が存在しないので、ネジ状砥石が加工物に対してその加工物の歯形方向に移動する歯面すべり速度が零とならず、歯車の歯面の歯形評価範囲における面粗度を向上させることができる。
図1(a)は加工物の歯車の基準ピッチ円直径部とネジ状砥石の基準ピッチ円直径対応部とが接する前の状態を示し、図1(b)は両者が接している状態を示し、図1(c)は両者が接した後の状態を示し、図2は、歯車の歯面における歯形方向、歯筋方向及び歯形評価範囲を説明する図である。
ネジ状砥石100と加工物102とが噛み合った状態で、ネジ状砥石100のねじ山100aが矢印Eの方向に移動するとき、加工物102が回転軸を中心に矢印Fの方向に回転される。このとき、ネジ状砥石100のねじ山100aと、加工物102の外歯102aとが互いに一部が接するように相対移動しながら、ネジ状砥石100のねじ山100aにより、加工物102の外歯102aの歯形方向Aへの研削が行われる。
従って、ネジ状砥石100のねじ山表面歯元部100cから基準ピッチ円直径対応部100bまでの部分が加工物102の外歯表面歯先部102dから基準ピッチ円直径部102cより歯先側までの部分に対してその加工物102の歯面すべりを行う速度(歯形方向Aに移動する速度)の大きさが、零より大きい値となる。このように、歯面すべり速度が零より大きい値であるので、ネジ状砥石が加工物102の歯形方向Aにすべるように研削を行い、そのため、加工された歯車102の歯面102fの面粗度が良好となる。
この状態では、歯車102の基準ピッチ円直径部102cにおいて、ネジ状砥石100が加工物102に対してその加工物102の歯形方向Aに移動しないので、加工された歯車の基準ピッチ円直径部102cの面粗度が不均一となり歯車性能が低下する。
この際、ねじ山100aが矢印Eの方向に移動し且つ加工物102が矢印Fの方向に回転するに伴い、基準ピッチ円直径対応部100bからねじ山表面歯先部100eまでの部分が、基準ピッチ円直径部102cから外歯表面歯元部102eまでの部分に歯面すべりを行うように(歯形方向Aにすべりながら移動するように)順次接しながら研削を行っている。このため、ネジ状砥石100の基準ピッチ円直径対応部100bからねじ山表面歯先部100eまでの部分が歯車102の基準ピッチ円直径部102cから外歯表面歯元部102eまでの部分に対してその加工物102の歯面すべりを行う速度(歯形方向Aに移動する速度)の大きさが、零より大きい値となる。このように、ネジ状砥石100が加工物102に対して歯面すべりを行う速度の大きさが、零より大きい値であるので、加工物102の歯形方向Aに関してネジ状砥石100がすべるように研削を行えるので、歯車102の歯面102fの面粗度が良好となる。
最初に、図3乃至図6により、本実施形態による歯車加工装置の基本構造を説明する。符号1は、歯車加工装置を示し、この歯車加工装置1は、歯車加工装置1の基部に設けられたベッド2を有している。以下の説明においては、ベッド2の上面における長手方向をx軸方向、短手方向をy軸方向、ベッド2の上面と直交する方向をz軸方向と呼ぶ。ベッド2の上面には、研削加工される対象加工歯車である加工物(歯車)4(ワーク)を保持するためのワーク保持部6が設けられている。
また、ワーク保持部6は、テーブル8の内周に挿通された円筒形のワーク加工用回転軸10を有する。このワーク加工用回転軸10は、テーブル8の内周に設けられた軸受により支持されており、z軸方向に延びる軸線C1を中心に回転可能となっている。
さらに、ワーク保持部6は、加工の完了した歯車4を未加工の加工物4と交換し且つ加工物4をワーク保持部6に取り付けるためのワーク交換位置と、加工物4をネジ状砥石により研削加工するワーク加工位置との間において、加工物(歯車)4を移動させるためのワーク旋回装置12を有する。
回転部16は、z軸方向に延びる軸線C2を中心に回転可能となっている。回転部16の側面には、一対のテールストック18が設けられている。これらの一対のテールストック18は、軸線C2に対して相互に線対称の位置に配置されている。また、テールストック18は、回転部16の側面において、z軸方向に摺動可能に支持されている。
各テールストック18には、加工物(歯車)4を支持して回転させるためのワークアーバ20が取り付けられている。ワークアーバ20は、丸棒形状を有し、テールストック18の下端からz軸方向に沿って下方に延設されている。このワークアーバ20は、テールストック18の内部に設けられた軸受により、ワークアーバ20の長手方向の回転軸線C3を中心に回転可能に支持されている。
砥石保持部22は、ベッド2の上面においてワーク保持部6に対向する位置に設けられた角柱形のコラム24を備えている。このコラム24は、x軸方向に沿ってベッド2の上面を移動可能に設置されている。
コラム24の各側面の内、ワーク保持部6に対向する側面には、サドル26が設けられている。このサドル26は、z軸方向に摺動可能に、且つ、x軸方向に延びる軸線C4を中心に回転可能に、コラム24の側面に取り付けられている。
サドル26には、砥石を支持して回転させるための砥石ヘッド28が設けられている。この砥石ヘッド28は、サドル26の側面において、x軸と直交する軸線C5に沿って摺動可能に支持されている。また、砥石ヘッド28は、軸線C5に沿って延びる砥石回転軸30を備えている。砥石回転軸30は、砥石ヘッド28に設けられたモータの動力により、軸線C5を中心に回転する。この砥石回転軸30の先端に、外周面に螺旋状のねじ山が形成された円筒形のネジ状砥石32が着脱可能に取り付けられる。ネジ状砥石32を砥石ヘッド28の砥石回転軸30に取り付けた状態において、ネジ状砥石32の回転軸線は、軸線C5と一致している。
ドレッサ保持部38は、ベッド2上に設けられ且つワーク旋回装置12の回転部16の軸線C2の周りを旋回でき、ドレッサ36をネジ状砥石32と対向する位置に移動し且つネジ状砥石32を成形する位置に配置することができる。ドレッサ保持部38は、ドレッサ36を回転軸線C6を中心に回転させながら支持することができる。
このように、ドレッサ36の諸元が一端設計された後、ドレッサ36の諸元が転位設計されるとネジ状砥石32を介してこれが歯車4の基準ピッチ円直径PCDに反映される。ドレッサ36の諸元が転位設計されるとは、歯車4の基準ピッチ円直径PCDを半径方向にずらして変更(移動)するように、ドレッサ36の諸元(圧力角α等)を設計することをいう。従って、ドレッサ36の諸元が転位設計されると 歯車4の基準ピッチ円直径PCDが変更されるが、歯車4の歯形(例えば、歯車4の刃先円径及び基礎円径の大きさ等)は転位設計によって変更されないようになっている。
図7は、本発明の第1実施形態による歯車加工装置のネジ状砥石が加工物を研削する状態を示す概略斜視図である。
先ず、ネジ状砥石32をドレッサ36により成形する動作について説明する。図6に示すように、ドレッサ保持部38によりドレッサ36がネジ状砥石32に対向する位置まで移動され、且つドレッサ36をネジ状砥石32を成形する位置に準備される。
次いで、ドレッサ36をドレッサの回転軸線C6を中心に回転させた後、成形されるネジ状砥石32を回転しているドレッサ36と噛み合わせる。
ドレッサ36と成形されるネジ状砥石32とが噛み合っている状態において、成形されるネジ状砥石32は砥石回転軸の軸線C5を中心に回転され且つ砥石回転軸C5の軸方向に移動される。このようにして、ネジ状砥石32が、移動されながら、ドレッサ36の諸元の設計に対応した歯車4を研削できるような形状に成形される。
ドレッサ36の圧力角αが、ネジ状砥石32の圧力角に反映されるので、転位設計されたドレッサ36の圧力角αは、ネジ状砥石32の圧力角に反映され、歯車4の基準ピッチ円直径PCDを歯面5(図2において歯車4に対して歯面5を示す)の歯形評価範囲外に形成できるようなネジ状砥石32を形成することができる。
ここで、歯車4の歯形評価範囲とは、歯車4の歯形を評価する範囲であり、より具体的には、歯車4が歯車として機能させるために求められる設計要求基準を満たしているか否かその歯形を評価する範囲である(図2において歯車4の歯面5上の歯形評価範囲を例示する)。歯形評価範囲は、歯車4の外径部L2(図8参照)から歯車4に要求される仕様に応じた一定距離内側の歯形評価範囲下限直径L1(図8参照)までの範囲に設定されている。従来は、歯車4の歯形評価範囲内に基準ピッチ円直径PCDが配置されることが一般的であった。
図2及び図7において、歯車4の歯形方向を参照符号Aにより示し、歯車4の歯筋方向を参照符号Bにより示している。
図4に示すように、加工物4を、ワーク加工位置に配置する。
次いで、ネジ状砥石32を砥石回転軸C5を中心に回転させ、且つ加工物4をワークの回転軸線C7を中心に回転させた状態で、図7に示すように、ネジ状砥石32を加工物4と噛み合わさせる。ネジ状砥石32と加工物4とが噛み合いながら回転されることにより、ネジ状砥石32が、加工物4の各歯車を形成するように研削する。
ここで、転位設計されたドレッサ36により形成されたネジ状砥石32は、自身の形状に基づいて、歯車4の基準ピッチ円直径PCDを、この歯車4の歯形を評価する歯形評価範囲外に形成するように、加工物4を研削することができる。
従って、ネジ状砥石32は、歯車4の歯形評価範囲の中では、歯面すべりが生じているので、ネジ状砥石32と加工物4とがすべるように研削されることにより、歯形方向の面粗度がほぼ一定の良好な状態にできる。さらに、ネジ状砥石32は、歯車4の歯形評価範囲の外の基準ピッチ円直径PCDにおいては、歯面すべりが生じていないので、ネジ状砥石32(ドレッサ36)の形状がそのまま転写されて歯形方向の面粗度がほぼ一定に保たれずに面粗度が急激に荒れて悪化している部分がある状態となる。
図8は、本発明の第1実施形態により成形された歯車及び従来装置により成形された歯車のそれぞれの歯面の歯形評価範囲内の歯面すべり速度を対比して示す線図である。
図8において、横軸は、歯車4における被加工歯車の直径[mm]を示し、縦軸は、歯面すべり速度の大きさを0を基準にしたプラスマイナスにより示している。歯形評価範囲は、被加工歯車の直径において歯形評価範囲下限直径L1から外径部L2までの範囲である。
図8に示すように、従来装置において、当初意図する被加工歯車を得られるように設計されたドレッサが、ドレッサの圧力角αを20度に設定していた場合、このドレッサにより成形されたネジ状砥石が、加工物4に対して歯面すべりを行う速度の大きさは、被加工歯車直径のうち歯形評価範囲内の基準ピッチ円直径PCDの位置において零とされている。
図9は、本発明の第1実施形態による歯車加工装置により成形された歯車の歯面の歯形評価範囲における面粗度を示す線図であり、図10は、従来装置により成形された歯車の歯面の歯形評価範囲における面粗度を示す線図している。
図9及び図10は、ともに、横軸は歯車4の被加工歯車の直径における歯形評価範囲を示し、縦軸は面粗度を示している。面粗度は、算術平均粗さ(Ra)、最大高さ(Rz)等により示される。
ここでは、本発明の第2実施形態の第1実施形態とは異なる点のみを説明し、同様な部分については図面に同じ参照符号を付して説明を省略する。
図11は、本発明の第2実施形態により成形された歯車及び従来装置により成形された歯車のそれぞれの歯面の歯形評価範囲内の歯面すべり速度を対比して示す線図である。
図11において、横軸は、歯車4における被加工歯車の直径[mm]を示し、縦軸は、歯面すべり速度の大きさを0を基準にしたプラスマイナスにより示している。歯形評価範囲は、被加工歯車直径において歯面の歯形評価範囲下限直径L3から外径L4までの範囲である。
図11に示すように、従来装置において、当初意図する歯車40を得られるように設計されたドレッサが、ドレッサの圧力角を15度に設定していた場合、このドレッサにより成形されたネジ状砥石が、加工物に対して歯面すべりを行う速度の大きさは、被加工歯車直径のうち歯形評価範囲内の基準ピッチ円直径PCDの位置において零とされている。
4 加工物(歯車)
32 ネジ状砥石
36 ドレッサ
40 被加工歯車
42 ドレッサ
44 ネジ状砥石
A 歯形方向
B 歯筋方向
L1 歯形評価範囲下限直径
L2 外径部
L3 歯形評価範囲下限直径
L4 外径
PCD 基準ピッチ円直径
Claims (4)
- 加工物を砥石により加工して歯車を成形する歯車加工装置であって、
加工物を加工して歯車を成形するネジ状砥石と、
このネジ状砥石と噛み合った状態で互いに回転しながらネジ状砥石を成形する円板状のドレッサと、を有し、
上記ドレッサの圧力角は、成形されたネジ状砥石が歯車を成形する際、ネジ状砥石の表面と加工される歯車の間で歯車の歯形方向の相対移動が発生しない位置が歯形評価範囲の外に位置するように、転位設計され、
上記歯形評価範囲は、加工された歯車の歯面のうち、使用時において、歯車の歯面として機能する部分に設定されることを特徴とする歯車加工装置。 - 上記ドレッサがその圧力角を減少させるように転位設計され、上記相対移動が発生しない位置が、上記歯形評価範囲の内側に移動される請求項1記載の歯車加工装置。
- 上記ドレッサがその圧力角を増大させるように転位設計され、上記相対移動が発生しない位置が、上記歯形評価範囲の外側に移動される請求項1記載の歯車加工装置。
- 加工物を砥石により加工して歯車を成形する歯車加工方法であって、
加工物を加工して歯車を成形するネジ状砥石、及び、ネジ状砥石と噛み合った状態で互いに回転しながらネジ状砥石を成形する円板状のドレッサを準備するステップと、を有し、
上記ドレッサの圧力角は、成形されたネジ状砥石が歯車を成形する際、ネジ状砥石の表面と加工される歯車の間で歯車の歯形方向の相対移動が発生しない位置が歯形評価範囲の外に位置するように、転位設計されており、
さらに、ドレッサによりネジ状砥石を成形するステップと、
ネジ状砥石により加工物を加工して歯車を成形するステップと、を有し、
上記歯形評価範囲は、加工された歯車の歯面のうち、使用時において、歯車の歯面として機能する部分に設定されることを特徴とする歯車加工方法。
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