JP5709619B2 - 歯車形削盤 - Google Patents

Description

本発明は、被加工歯車を歯切りするためのカッタを往復移動させるときに、その移動速度を制御することができる歯車形削盤に関する。

一般に、歯車形削盤では、歯車状のカッタと被加工歯車とを噛み合わせた状態で互いに回転させながら、カッタを上下方向に往復移動させることにより、被加工歯車への歯切りを可能としている。また、従来から、歯車形削盤におけるカッタ往復移動手段として、駆動軸の回転を往復直線移動に変換するクランク機構を採用することが、一般的となっている。そして、このような、クランク機構を備えた歯車形削盤は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開昭５９−５３１２０号公報

上記従来の歯車形削盤では、クランク機構のおける所定部位の長さ、偏心量、ずれ量、傾き角等を調整することにより、カッタの移動速度を示した正弦曲線を任意に設定して、加工時間の短縮化を図るようにしている。しかしながら、このような、クランク機構を用いた歯車形削盤では、カッタの移動速度を設定する際に、その所定部位の調整に多くの時間を要するだけでなく、カッタの移動速度を加工中に変更することができない。これにより、加工時間の短縮化を十分に図ることができないおそれがある。

また、従来の歯車形削盤においては、カッタの切削速度を任意に設定可能としているものの、その加速度については、何ら講じられていない。つまり、カッタの加速が十分に行われないと、カッタが所定の切削速度で切削する時間が短くなってしまい、結果的に加工精度を低下させるおそれがある。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、加工時間の短縮化及び加工精度の向上を図ることができる歯車形削盤を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る歯車形削盤は、
歯車状のカッタと被加工歯車とを噛み合わせた状態で互いに回転させることにより、被加工歯車に歯切り加工を行う歯車形削盤であって、
先端に前記カッタが着脱可能に装着される主軸と、
前記主軸を、上下方向に昇降可能で、且つ、その軸心周りに回転可能に支持すると共に、前記カッタが被加工歯車に対して接近離間するように揺動可能で、且つ、被加工歯車への切り込み方向に移動可能に支持されるカッタヘッドと、
前記主軸を上下方向に昇降移動させる昇降移動手段と、
前記主軸が前記昇降移動手段によって下降するときに、前記カッタヘッドを揺動させて、前記カッタを、被加工歯車を切削する切り込み位置に位置決めする一方、前記主軸が前記昇降移動手段によって上昇するときに、前記カッタヘッドを揺動させて、前記カッタを、被加工歯車から離間した退避位置に位置決めするリリービング手段と、
前記主軸の下降による前記カッタの下方への切削速度を、前記カッタの切り込み位置ごとに設定し、前記切削速度を変更したときに、当該切削速度の時定数をそれぞれ変更して、前記カッタの下方への加速度を一定に制御する制御手段とを備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る歯車形削盤は、
前記制御手段は、
前記カッタの下方への加速度を、機械剛性許容範囲内において常に最大となるように一定に制御する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る歯車形削盤は、
前記制御手段は、
前記主軸の上昇による前記カッタの上方への戻し速度及び加速度を、前記機械剛性許容範囲内において常に最大となるように一定に制御する
ことを特徴とする。

従って、本発明に係る歯車形削盤によれば、全ての切り込み位置において、カッタの下方への加速度を一定に制御することにより、カッタが所定の切削速度（定常速度）で切削する時間を長くすることができる。これにより、加工時間の短縮化及び加工精度の向上を図ることができる。

本発明の一実施例に係る歯車形削盤の正面図である。 歯車形削盤の歯切り動作を順に説明した図であって、（ａ）はカッタの前進動作を示した図、（ｂ）はカッタの切削動作を示した図、（ｃ）はカッタのリリービング動作を示した図、（ｄ）はカッタの戻し動作を示した図である。 カッタの切り込み動作を示した図である。 カッタの速度制御を示した図であって、（ａ）はカッタの各切り込み位置における切削速度を示した図、（ｂ）は戻し速度を示した図である。

以下、本発明に係る歯車形削盤について、図面を用いて詳細に説明する。

図１に示すように、歯車形削盤１には、円筒状のカッタヘッド１０が設けられると共に、このカッタヘッド１０と対向するように、回転テーブル２０が回転可能に支持されている。そして、回転テーブル２０には、被加工歯車（歯車素材）としてのワークＷが着脱可能に取り付けられており、歯車形削盤１においては、そのワークＷに対して、外歯及び内歯を歯切り可能となっている。

カッタヘッド１０は、水平なＸ軸方向（切り込み方向）及び鉛直なＺ軸方向に移動可能に支持されると共に、ヘッド揺動軸１１を中心として、Ｘ軸方向に揺動可能に支持されている。そして、カッタヘッド１０内には、主軸１２が、その軸心周りに回転可能で、且つ、その軸方向に摺動可能に支持されており、この主軸１２の下端には、歯車状のカッタ１３が着脱可能に装着されている。従って、カッタヘッド１０をＸ軸方向及びＺ軸方向に移動させることにより、カッタ１３をＸ軸方向及びＺ軸方向に位置決めすることができると共に、カッタ１３にＸ軸方向の切り込みを与えることができる。

また、カッタヘッド１０の上部には、サーボモータ（昇降移動手段）１４が設けられており、このサーボモータ１４の出力軸は、主軸１２の上端に連結されている。従って、サーボモータ１４を駆動することにより、主軸１２及びこれに装着されたカッタ１３を、その軸方向に往復移動させることができる。更に、主軸１２を回転させることにより、カッタ１３をその軸心周りに回転させることができる。

なお、カッタの昇降移動手段として、サーボモータ１４を用いることにより、当該サーボモータ１４の駆動制御のみによって、カッタ１３が上下移動する際の移動速度を高精度に変更することができる。

更に、カッタヘッド１０の下端側外周面には、アーム１５が設けられており、このアーム１５の先端には、貫通孔１５ａが形成されている。貫通孔１５ａには、カム（図示省略）が内接しており、このカムには、リリービング用カム軸１６が同軸上に接続されている。なお、カムのカム面は、カッタヘッド１０の揺動方向となるＸ軸方向に回動できるように、貫通孔１５の内周面と接触している。また、リリービング用カム軸１６及びカムは、リリービング手段を構成するものである。

従って、リリービング用カム軸１６を回転させることにより、カッタヘッド１０をヘッド揺動軸１１周りに揺動させることができる。これにより、詳細は後述するが、カッタ１３を、ワークＷを切削するための切り込み位置と、ワークＷから退避した退避位置との間で、揺動させることができる。

ここで、歯車形削盤１には、当該歯車形削盤１を統合的に制御するＮＣ装置（制御手段）３０が設けられている。このＮＣ装置３０は、例えば、カッタヘッド１０、主軸１２、サーボモータ１４、リリービング用カム軸１６、回転テーブル２０等に接続されている。

従って、ＮＣ装置３０においては、予め設定されたワーク（歯車）諸元や加工条件（切り込み位置及び切り込み回数、切り込み量、切削速度等）等に基づいて、カッタヘッド１０における外歯加工用及び内歯加工用の歯切り動作、即ち、カッタヘッド１０の前進動作、切削動作、リリービング動作、戻し動作、切り込み動作や、カッタ１３とワークＷとの同期回転動作を制御するようになっている。これにより、歯車形削盤１は、カッタ１３によるワークＷへの歯切りを可能としている。

更に、ＮＣ装置３０は、カッタ１３によるワークＷへの切り込み位置及び切り込み回数や、これらに対応した各切り込み量、機械剛性（機械強度）等に基づいて、サーボモータ１４を駆動させて、カッタ１３の切削速度及び戻し速度や、これらの加速度を制御することが可能となっている。

次に、歯車形削盤１の歯切り動作について、図２乃至図４を用いて詳細に説明する。

なお、下記に記載した歯切り動作においては、ワークＷに外歯を歯切りする場合のみについて説明している。ワークＷに内歯を歯切りする場合の説明については、ワークＷに外歯を歯切りする場合の説明から、十分に理解することができるため、省略してある。

先ず、図２（ａ）に示すように、主軸１２を回転させると共に、回転テーブル２０を回転させて、カッタ１３とワークＷとを同期回転させる。その後、カッタヘッド１１をＸ軸方向に移動させて、カッタ１３に切り込みを与える。即ち、カッタ１３を所定の切り込み位置に位置決めする。

次いで、図２（ｂ）に示すように、サーボモータ１４を駆動させて、カッタ１３をＺ軸方向に下降させる。このように、カッタ１３とワークＷとを噛み合わせた状態で互いに同期回転させると共に、カッタ１３にＺ軸方向の送りを与えることにより、ワークＷの外周部の一部に、外歯が歯切りされる。

そして、図２（ｃ）に示すように、カッタ１３が最下位まで下降すると、リリービング用カム軸１６を回転させて、カッタヘッド１０をＸ軸方向に揺動させる。これにより、カッタ１３が、ワークＷの外周部からその径方向外側に向けて離間（リリービング）して、所定の退避位置に位置決めされる。

次いで、図２（ｄ）に示すように、サーボモータ１４を駆動させて、カッタ１３を上昇させる。これにより、カッタ１３が、ワークＷから離間した状態で、元の高さとなる最上位まで戻る。

そして、図２（ａ）に示すように、リリービング用カム軸１６を回転させて、カッタヘッド１０をＸ軸方向に揺動させる。これにより、カッタ１３が、前進して、ワークＷの外周部にその径方向外側から接近する。即ち、カッタ１３が、前記所定の切り込み位置に位置決めされる。

次いで、図２（ｂ）に示すように、サーボモータ１４を駆動させて、カッタ１３をＺ軸方向に下降させる。これにより、ワークＷの外周部に、先に歯切りされた外歯に隣接して、新たな外歯が引き続き歯切りされる。

そして、上述したような、カッタ昇降サイクル動作を繰り返し行うことにより、ワークＷの外周部の周方向全域に亘って、外歯が歯切りされる。

また、上述したように、ワークＷへの１周目の歯切り（カッタ１３の１回目の切り込み）が完了すると、図２（ａ）に示した、リリービング用カム軸１６の回転によるカッタ１３の前進後に、カッタ１３とワークＷとを同期回転させながら、カッタ１３に２回目の切り込みを与える。そして、上述したカッタ昇降サイクル動作を繰り返し行うことにより、ワークＷへの２週目の歯切り（カッタ１３の２回目の切り込み）が完了する。

更に、図３に示すように、ワークＷへの各周回の歯切り開始時において、リリービング用カム軸１６の回転によるカッタ１３の前進後に、カッタ１３とワークＷとを同期回転させながら、カッタ１３に切り込みを与えた後、上述したカッタ昇降サイクル動作を繰り返し行うことにより、ワークＷが、所定の歯形を有する外歯車として、歯切りされる。

ここで、上記歯切り動作時においては、ＮＣ装置３０によって、カッタ１３による切り込み位置（切り込み回数）と、この切り込み位置ごとの切り込み量とに基づいて、カッタ１３の切削速度及び戻し速度や、これらの加速度が設定されるようになっている。

具体的には、図３に示すように、カッタ１３の切り込み動作は、当該カッタ１３の円周方向の送り速度（回転数）と切り込み方向の送り速度（切り込み速度）とにより制御されるようになっており、その切り込み位置ごとの切り込み量は、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３…Ｘｎ−１，Ｘｎと設定される。このとき、各切り込み量の大きさは、Ｘ１＞Ｘ２＞Ｘ３＞…＞Ｘｎ−１＞（ｎは整数）Ｘｎとなっており、切り込み位置が深くなる（切り込み回数が増える）に従って、小さくなるように設定される。これにより、各切り込み位置におけるカッタ１３への切削負荷は、その切り込み位置が深くなるに従って、小さくなる。

従って、各切り込み位置におけるカッタ１３の切削速度（主軸１２の下降速度）は、その切り込み位置が深くなるに従って、大きくなるように設定される。即ち、各切り込み位置における切削速度は、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３…Ｖｎ−１，Ｖｎとなっており、それらの大きさは、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３…＜Ｖｎ−１＜Ｖｎとなるように設定される。

また、ＮＣ装置３０においては、歯車形削盤１の機械剛性及びサーボモータ１４の駆動力等に基づいて、カッタ１３（主軸１２）の昇降時における最大速度Ｖｍａｘ及び最大加速度Ａｍａｘを、予め設定している。即ち、最大速度Ｖｍａｘ及び最大加速度Ａｍａｘは、歯車形削盤１の強度が許す範囲で最大となる速度及び加速度となっている。

そして、図４（ａ）に示すように、切削動作時においては、切削速度Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３…Ｖｎ−１，Ｖｎの加速度が、最大加速度Ａｍａｘとなるように、速度立ち上がり時間（期間）となる時定数Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…Ｔｎ−１，Ｔｎを設定するようになっている。即ち、切削速度Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３…Ｖｎ−１，Ｖｎが各切り込み位置に応じて順次変更されると、更にこれに応じて、時定数Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…Ｔｎ−１，Ｔｎを設定することにより、その加速度を、常に最大加速度Ａｍａｘで一定に制御するようになっている。

一方、図４（ｂ）に示すように、戻し動作時においては、切削速度Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３…Ｖｎ−１，Ｖｎの大きさに関わらず、カッタ１３の戻し速度及びこの加速度を、常に、最大速度Ｖｍａｘ及び最大加速度Ａｍａｘで一定に制御するようになっている。

つまり、上述したような、切削動作時及び戻し動作時におけるカッタ１３の速度制御は、駆動（回転）中にその回転速度を可変としたサーボモータ１４を用いることにより、高精度に行えるようになっている。

従って、本発明に係る歯車形削盤１によれば、全ての切り込み位置において、切削動作時におけるカッタ１３の加速度を、最大加速度Ａｍａｘで一定に制御することにより、カッタ１３が切削速度Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３…Ｖｎ−１，Ｖｎで切削する時間を長くすることができる。これにより、加工時間の短縮化及び加工精度の向上を図ることができる。

また、戻し動作時におけるカッタ１３の戻し速度及びこの加速度を、最大速度Ｖｍａｘ及び最大加速度Ａｍａｘで一定に制御することにより、更に加工時間の短縮化を図ることができる。

なお、本実施形態では、切削動作時におけるカッタ１３の加速度を、機械剛性許容範囲内において常に最大加速度Ａｍａｘで一定に制御するようにしているが、その加速度は、最大加速度Ａｍａｘでなくてもよい。即ち、加工時間の短縮化及び加工精度の向上を図ることができるならば、単に、その加速度を一定に制御するようにしても構わない。同様に、戻し動作時におけるカッタの戻し速度及びこの加速度においても、単に、一定に制御するようにしても構わない。

本発明は、カッタ往復移動手段として、モータを採用することにより、機械の小型軽量化を図るようにした歯車形削盤に適用可能である。

１ 歯車形削盤
１０ カッタヘッド
１１ ヘッド揺動軸
１２ 主軸
１３ カッタ
１４ サーボモータ
１５ アーム
１５ａ 貫通孔
１６ リリービング用カム軸
２０ 回転テーブル
３０ ＮＣ装置
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. 歯車状のカッタと被加工歯車とを噛み合わせた状態で互いに回転させることにより、被加工歯車に歯切り加工を行う歯車形削盤であって、
   先端に前記カッタが着脱可能に装着される主軸と、
   前記主軸を、上下方向に昇降可能で、且つ、その軸心周りに回転可能に支持すると共に、前記カッタが被加工歯車に対して接近離間するように揺動可能で、且つ、被加工歯車への切り込み方向に移動可能に支持されるカッタヘッドと、
   前記主軸を上下方向に昇降移動させる昇降移動手段と、
   前記主軸が前記昇降移動手段によって下降するときに、前記カッタヘッドを揺動させて、前記カッタを、被加工歯車を切削する切り込み位置に位置決めする一方、前記主軸が前記昇降移動手段によって上昇するときに、前記カッタヘッドを揺動させて、前記カッタを、被加工歯車から離間した退避位置に位置決めするリリービング手段と、
   前記主軸の下降による前記カッタの下方への切削速度を、前記カッタの切り込み位置ごとに設定し、前記切削速度を変更したときに、当該切削速度の時定数をそれぞれ変更して、前記カッタの下方への加速度を一定に制御する制御手段とを備える
   ことを特徴とする歯車形削盤。
2. 請求項１に記載の歯車形削盤において、
   前記制御手段は、
   前記カッタの下方への加速度を、機械剛性許容範囲内において常に最大となるように一定に制御する
   ことを特徴とする歯車形削盤。
3. 請求項１または２に記載の歯車形削盤において、
   前記制御手段は、
   前記主軸の上昇による前記カッタの上方への戻し速度及び加速度を、前記機械剛性許容範囲内において常に最大となるように一定に制御する
   ことを特徴とする歯車形削盤。

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