JP6140585B2 - 内歯車加工機械及び内歯車加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ピニオンカッタの傾きを相殺して、内歯車への歯切り加工を行うことができる内歯車加工機械及び内歯車加工方法に関する。

従来から、ピニオンカッタを用いて、歯車をワークに創成歯切りするものとして、歯車加工機械が提供されている。このような歯車加工機械は、ピニオンカッタと同じく歯切り用工具となるホブでは加工することが困難となる内歯車等のワークを歯切りする際に使用されるものであって、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２０１２−２１８１００号公報

ここで、上記従来の歯車加工機械においては、ワークを歯切りする際に、ピニオンカッタをカッタ回転軸周りに回転させることになるが、そのカッタ回転軸が、機械の組み付け誤差等の要因から、意図しない方向に傾斜してしまうことがある。このように、ピニオンカッタの回転中心となるカッタ回転軸が、意図しない方向に傾斜した状態で、歯切り加工を行うと、加工精度の低下を招いてしまう。

また、上記問題を解決するため、カッタ回転軸の傾斜角を調整することができる傾斜角調整機構を、歯車加工機械に設けることも考えられるが、機械の構成を複雑なものとするため、得策ではないと考えられる。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、カッタ回転軸に生じた傾斜角を、既存の構成を用いて打ち消して、高精度な加工を行うことができる内歯車加工機械及び内歯車加工方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る内歯車加工機械によれば、
ワーク回転軸周りに回転可能な被加工内歯車と、カッタ回転軸周りに回転可能な歯車状カッタとを、噛み合わせて同期回転させながら、前記歯車状カッタに対して切り込み及び送りを与えることにより、前記被加工内歯車を前記歯車状カッタによって歯切りする内歯車加工機械において、
前記歯車状カッタを、ワーク回転軸方向と直交する切り込み軸方向に移動させるカッタ切り込み手段と、
前記歯車状カッタを、切り込み軸方向及びカッタ回転軸方向と直交する横軸方向に移動させるカッタ横移動手段と、
前記歯車状カッタを、ワーク回転軸方向と平行となる送り軸方向に移動させるカッタ送り手段と、
前記カッタ回転軸を、切り込み軸方向に延在するカッタ旋回軸周りに旋回させて、当該カッタ回転軸に対して、前記ワーク回転軸との間における軸交差角を与える旋回手段と、
前記軸交差角が与えられた前記カッタ回転軸における、横軸及び送り軸を含んだ第１平面に対する傾斜角を検出する検出手段とを備え、
歯切り加工に先立って、前記カッタ切り込み手段と前記カッタ横移動手段と前記カッタ送り手段とによって、前記歯車状カッタを、前記検出手段が検出した前記傾斜角に応じて、水平面内において平行移動して、前記歯車状カッタにおける前記被加工内歯車との噛み合い位置を、当該歯車状カッタの周方向にずらす
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る内歯車加工機械によれば、
前記歯車状カッタを円筒状に形成し、
前記カッタ回転軸が平行移動した前記歯車状カッタにおける噛み合い位置に、逃げ角が与えられる
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る内歯車加工方法によれば、
ワーク回転軸周りに回転可能な被加工内歯車と、カッタ回転軸周りに回転可能な歯車状カッタとを、噛み合わせて同期回転させながら、前記歯車状カッタに対して、ワーク回転軸方向と直交する切り込み軸方向への切り込みと、ワーク回転軸方向と平行となる送り軸方向への送りとを与えることにより、前記被加工内歯車を前記歯車状カッタによって歯切りするのに先立って、
前記カッタ回転軸を旋回させて、当該カッタ回転軸に対して、前記ワーク回転軸との間における軸交差角を与え、
前記軸交差角が与えられた前記カッタ回転軸における、切り込み軸方向及びカッタ回転軸方向と直交する横軸と、送り軸とを含んだ第１平面に対する傾斜角を検出し、
前記歯車状カッタを、前記傾斜角に応じて、水平面内において平行移動して、前記歯車状カッタにおける前記被加工内歯車との噛み合い位置を、当該歯車状カッタの周方向にずらす
ことを特徴とする。

従って、本発明に係る内歯車加工機械及び内歯車加工方法によれば、歯切り加工に先立って、歯車状カッタを、カッタ回転軸の傾斜角に応じて、水平面内において平行移動して、歯車状カッタにおける被加工内歯車との噛み合い位置を、その周方向にずらすことにより、機械の組み付け誤差等の要因から、カッタ回転軸に傾斜角が生じても、その傾斜角を既存の構成を用いて打ち消して、高精度な加工を行うことができる。

本発明の一実施例に係る内歯車加工機械の全体斜視図である。 本発明の一実施例に係る内歯車加工方法を示した斜視図である。 ピニオンカッタのカッタ回転軸がＹＺ平面に対して傾斜する様子を示した図である。 （ａ）カッタ回転軸が基準位置に配置されたピニオンカッタによってワークを歯切りする様子を示した平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図である。 （ａ）カッタ回転軸がオフセット位置に配置されたピニオンカッタによってワークを歯切りする様子を示した平面図、（ｂ）は同図（ａ）のII−II矢視断面図である。 図５のIII−III矢視断面図であって、ピニオンカッタに逃げ角が与えられた様子を示した図である。

以下、本発明に係る内歯車加工機械及び内歯車加工方法について、図面を用いて詳細に説明する。

図１に示すように、内歯車加工機械（例えば、歯車形削盤）１のベッド１１上には、コラム（カッタ切り込み手段）１２が、水平なＸ軸方向（切り込み軸方向）に移動可能に支持されている。また、コラム１２の前面には、サドル（カッタ送り手段）１３が、Ｘ軸方向と直交する鉛直なＺ軸方向（送り軸方向）に昇降可能に支持されている。更に、サドル１３の前面には、旋回ヘッド（旋回手段、軸交差角設定手段）１４が、Ｘ軸方向に延在するカッタ旋回軸Ａ周りに旋回可能に支持されている。

また、旋回ヘッド１４の前面には、スライドヘッド（カッタ横移動手段）１５が、内歯車加工機械１の横方向（以下、機械横方向と称す）となるＹ軸方向（横軸方向）に移動可能に支持されている。更に、スライドヘッド１５の前部には、カッタヘッド１６が、そのスライドヘッド１５から半円状に膨出するように形成されている。そして、カッタヘッド１６内には、主軸１６ａが、Ｘ軸，Ｙ軸方向と直交するカッタ回転軸Ｂ周りに回転可能に支持されており、この主軸１６ａの先端には、円筒状のピニオンカッタ（歯車状カッタ）１７が着脱可能に装着されている。

一方、ベッド１１上におけるコラム１２の正面側には、回転テーブル（ワーク回転手段）１８が、Ｚ軸方向に延在するワーク回転軸Ｃ周りに回転可能に支持されている。そして、回転テーブル１８の上面には、円筒状の取付治具１９が取り付けられており、この取付治具１９の上端内周面には、ワーク（被加工内歯車）Ｗが、着脱可能に装着されている。なお、ワークＷを取付治具１９に装着すると、当該ワークＷの中心は、回転テーブル１８のワーク回転軸Ｃと同軸状となる。

従って、コラム１２及びサドル１３を駆動させることにより、ピニオンカッタ１７に対して、Ｘ軸方向への切り込み及びＺ軸方向への送りを与えることができる。また、スライドヘッド１５を駆動させることにより、ピニオンカッタ１７をＹ軸方向に横移動させることができる。そして、カッタヘッド１６の主軸１６ａを回転駆動させることにより、ピニオンカッタ１７をＢ軸周りに回転させることができる一方、回転テーブル１８を回転駆動させることにより、ワークＷをワーク回転軸Ｃ周りに回転させることができる。

更に、図１及び図２に示すように、旋回ヘッド１４をカッタ旋回軸Ａ周りに旋回させることにより、主軸１６ａ及びピニオンカッタ１７の回転中心となるカッタ回転軸Ｂの旋回角度を変更することができる。これにより、カッタ回転軸Ｂとワーク回転軸Ｃとの間の軸交差角Σが調整可能となっており、この軸交差角Σは、ワークＷのねじれ角等に応じて調整されるようになっている。

即ち、軸交差角Σは、Ｙ軸及びＺ軸を含んだＹＺ平面（第１平面、垂直面）内において、カッタ回転軸Ｂとワーク回転軸Ｃとによって形成される交差角度となっている。よって、歯切り加工時におけるピニオンカッタ１７は、ワークＷのワーク回転軸Ｃに対して軸交差角Σで交差するカッタ回転軸Ｂ周りに回転する。

なお、上述したように、旋回ヘッド１４をカッタ旋回軸Ａ周りに旋回可能としているため、その旋回ヘッド１４の旋回動作に伴って、主軸１６ａ及びピニオンカッタ１７の回転中心となるカッタ回転軸Ｂだけでなく、その旋回ヘッド１４に支持されるスライドヘッド１５の移動方向も、旋回する（傾く）ことになる。

つまり、カッタ回転軸Ｂの旋回角度が、どのような角度であっても、ピニオンカッタ１７は、機械横方向（スライドヘッド１７の幅方向）となるＹ軸方向に移動することになり、そのカッタ回転軸Ｂは、常に、Ｘ軸，Ｙ軸方向と直交するように配置されている。その中でも、カッタ回転軸Ｂの旋回角度が０°となる場合には、Ｙ軸方向は、Ｘ軸，Ｚ軸方向と直交することになり、カッタ回転軸Ｂは、Ｚ軸方向に延在することになる（ワーク回転軸Ｃと平行になる）。

ここで、上述したように、ピニオンカッタ１７のカッタ回転軸Ｂは、ＹＺ平面内において、旋回することになるが、内歯車加工機械１における各構成部材の組み付け誤差等の要因から、そのカッタ回転軸Ｂが、ＹＺ平面と平行にならない場合がある。即ち、カッタ回転軸Ｂが、ＹＺ平面に対して傾斜（交差）した状態となることがある。このような状態において、ワークＷをピニオンカッタ１７によって歯切りすると、その加工精度が低下するおそれがある。

そこで、本発明に係る内歯車加工機械１においては、歯切り加工に先立って、カッタ回転軸ＢにおけるＹＺ平面に対する傾斜角φを検出し、ピニオンカッタ１７を、その傾斜角φが打ち消されるような位置に配置する。

具体的に、図３に示すように、内歯車加工機械１は、ＹＺ平面に対するカッタ回転軸Ｂの傾斜角φを検出する検出機能（検出手段、検出器）を有している。そして、詳細は後述するが、先ず、内歯車加工機械１では、検出した傾斜角φに応じて、ワークＷの中心位置（ワーク回転軸Ｃ）を座標原点としたオフセット位置Ｐｂ（Ｘ軸座標：Ｘｂ、Ｙ軸座標：Ｙｂ）を、Ｘ軸及びＹ軸を含んだＸＹ平面（第２平面、水平面）内において設定する。次いで、ピニオンカッタ１７を、そのカッタ回転軸Ｂがオフセット位置Ｐｂを通るように、ＸＹ平面内において水平移動させる。

このように、ＹＺ平面に対して傾斜角φで傾斜するカッタ回転軸Ｂを、その傾斜角φに応じて、ＸＹ平面内において平行移動させることにより、そのカッタ回転軸Ｂ周りに回転可能となるピニオンカッタ１７を、傾斜角φが打ち消された状態にして、ワークＷに噛み合わせることができる。

次に、内歯車加工機械１の動作について、図２乃至図６を用いて説明する。

先ず、ピニオンカッタ１７をカッタ旋回軸Ａ周りに旋回させて、そのカッタ回転軸Ｂに対して、軸交差角Σを与える。次いで、図３に示すように、ピニオンカッタ１７を、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動させ、その傾斜角φが検出可能となる検出可能領域内に配置する。そして、ＹＺ平面に対するカッタ回転軸Ｂの傾斜角φを検出する。

ここで、検出した傾斜角φが０°となる場合には、ピニオンカッタ１７のカッタ回転軸Ｂが、ＹＺ平面と平行になっているため、ＸＹ平面内におけるピニオンカッタ１７の歯切り開始位置を変更することなく、歯切りを行う。

つまり、図４に示すように、ピニオンカッタ１７を、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動させる。これにより、ピニオンカッタ１７は、軸交差角Σが与えられた状態で、ワークＷと噛み合うことになる。

このとき、ピニオンカッタ１７は、そのカッタ回転軸Ｂが、ＸＹ平面内において、ワークＷの中心位置（ワーク回転軸Ｃ）を座標原点とした基準位置Ｐａ（Ｘ軸座標：Ｘａ、Ｙ軸座標：Ｙａ）を通るように配置されている。また、基準位置Ｐａに配置されたピニオンカッタ１７におけるワークＷとの噛み合い位置１７ａは、ＸＹ平面内において、ワークＷの中心位置（ワーク回転軸Ｃ）及び基準位置Ｐａ（カッタ回転軸Ｂ）を通る直線上（Ｘ軸上）に配置されている。

次いで、上述した噛み合い状態から、ピニオンカッタ１７をカッタ回転軸Ｂ周りに回転させると共に、ワークＷをワーク回転軸Ｃ周りに回転させる。そして、ピニオンカッタ１７に対して、Ｘ軸方向への切り込みと、Ｚ軸方向への送りとを与える。即ち、ピニオンカッタ１７とワークＷとを噛み合わせて同期回転させると共に、ピニオンカッタ１７を、Ｘ軸方向に段階的に切り込ませながら、Ｚ軸方向に往復移動させる。

なお、Ｚ軸方向に往復移動するピニオンカッタ１７においては、下方に移動するときに、ワークＷを歯切りする一方、上方に移動するときに、ワークＷからＸ軸方向に離間して、当該ワークＷに対する歯切りを行わないようになっている。

これにより、ピニオンカッタ１７とワークＷとの間に、大きなすべりが発生すことになり、ピニオンカッタ１７の刃面（歯面）によって、ワークＷに内歯が歯切りされる。

一方、検出した傾斜角φが０°を超える場合には、ピニオンカッタ１７のカッタ回転軸Ｂが、ＹＺ平面と平行になっていないため、歯切り加工に先立って、ＸＹ平面内におけるピニオンカッタ１７の歯切り開始位置を変更してから、歯切りを行う。

つまり、図２及び図５に示すように、ピニオンカッタ１７を、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動させる。これにより、ピニオンカッタ１７は、軸交差角Σが与えられた状態で、ワークＷと噛み合うことになる。

このとき、ピニオンカッタ１７は、そのカッタ回転軸Ｂが、ＸＹ平面内において、ワークＷの中心位置（ワーク回転軸Ｃ）を座標原点としたオフセット位置Ｐｂを通るように配置されている。また、オフセット位置Ｐｂに配置されたピニオンカッタ１７におけるワークＷとの噛み合い位置１７ｂは、ＸＹ平面内において、ワークＷの中心位置（ワーク回転軸Ｃ）及びオフセット位置Ｐｂ（カッタ回転軸Ｂ）を通る直線上に配置されると共に、ピニオンカッタ１７の周方向において、噛み合い位置１７ａからずれた位置となっている。

即ち、基準位置Ｐａにおいて傾斜角φで傾斜するカッタ回転軸Ｂを、ＸＹ平面内において、その基準位置Ｐａからオフセット位置Ｐｂに平行移動させると共に、ピニオンカッタ１７におけるワークＷとの噛み合い位置を、噛み合い位置１７ａから噛み合い位置１７ｂにずらすことにより、ピニオンカッタ１７とワークＷとの間におけるＸＹ平面上の噛み合い方向を、ワークＷの中心位置及び基準位置Ｐａを通る基準軸方向から、ワークＷの中心位置及びオフセット位置Ｐｂを通るオフセット軸方向に変更する。

また、図６に示すように、カッタ回転軸Ｂをオフセット位置Ｐｂに配置すると共に、ピニオンカッタ１７における噛み合い位置を噛み合い位置１７ｂにずらすことにより、その噛み合い位置１７ｂにおいては、その下端側がワークＷと噛み合い、その上端側に向かうに従って離間することになる。即ち、ピニオンカッタ１７における噛み合い位置１７ｂに、逃げ角θが付与されることになる。

次いで、上述した噛み合い状態から、ピニオンカッタ１７をカッタ回転軸Ｂ周りに回転させると共に、ワークＷをワーク回転軸Ｃ周りに回転させる。そして、ピニオンカッタ１７に対して、Ｘ軸方向への切り込みと、Ｚ軸方向への送りとを与える。即ち、ピニオンカッタ１７とワークＷとを噛み合わせて同期回転させると共に、ピニオンカッタ１７を、Ｘ軸方向に段階的に切り込ませながら、Ｚ軸方向に往復移動させる。

なお、Ｚ軸方向に往復移動するピニオンカッタ１７においては、下方に移動するときに、ワークＷを歯切りする一方、上方に移動するときに、ワークＷからＸ軸方向に離間して、当該ワークＷに対する歯切りを行わないようになっている。

これにより、ピニオンカッタ１７とワークＷとの間に、大きなすべりが発生すことになり、ピニオンカッタ１７の刃面（歯面）によって、ワークＷに内歯が歯切りされる。

従って、歯切り加工に先立って、ピニオンカッタ１７を、カッタ回転Ｂの傾斜角φに応じて、当該カッタ回転軸ＢがＸＹ平面内において平行移動するように配置して、ピニオンカッタ１７におけるワークＷとの噛み合い位置を、その周方向にずらすことにより、機械の組み付け誤差等の要因から、カッタ回転軸Ｂに傾斜角φが生じても、その傾斜角φを既存の構成を用いて打ち消して、高精度な加工を行うことができる。

また、カッタ回転軸Ｂをオフセット位置Ｐｂに配置すると共に、ピニオンカッタ１７における噛み合い位置を噛み合い位置１７ｂにずらすことにより、ピニオンカッタ１７における噛み合い位置１７ｂに対して逃げ角θを与えることができる。これにより、円筒状のピニオンカッタ１７を用いても、逃げ角θを容易に与えることができ、テーパ形状のピニオンカッタを用いる必要がない。

本発明は、被加工内歯車をシェービングカッタ及び樽形ねじ状砥石によって加工する内歯車加工機械に適用可能である。

１ 内歯車加工機械
１１ ベッド
１２ コラム
１３ サドル
１４ 旋回ヘッド
１５ スライドヘッド
１６ カッタヘッド
１６ａ 主軸
１７ ピニオンカッタ
１７ａ，１７ｂ 噛み合い位置
１８ 回転テーブル
１９ 取付治具
Ｗ ワーク
Ａ カッタ旋回軸
Ｂ カッタ回転軸
Ｃ ワーク回転軸
Σ 軸交差角
φ 傾斜角
θ 逃げ角
Ｐａ 基準位置
Ｐｂ オフセット位置

Claims (3)

1. ワーク回転軸周りに回転可能な被加工内歯車と、カッタ回転軸周りに回転可能な歯車状カッタとを、噛み合わせて同期回転させながら、前記歯車状カッタに対して切り込み及び送りを与えることにより、前記被加工内歯車を前記歯車状カッタによって歯切りする内歯車加工機械において、
   前記歯車状カッタを、ワーク回転軸方向と直交する切り込み軸方向に移動させるカッタ切り込み手段と、
   前記歯車状カッタを、切り込み軸方向及びカッタ回転軸方向と直交する横軸方向に移動させるカッタ横移動手段と、
   前記歯車状カッタを、ワーク回転軸方向と平行となる送り軸方向に移動させるカッタ送り手段と、
   前記カッタ回転軸を、切り込み軸方向に延在するカッタ旋回軸周りに旋回させて、当該カッタ回転軸に対して、前記ワーク回転軸との間における軸交差角を与える旋回手段と、
   前記軸交差角が与えられた前記カッタ回転軸における、横軸及び送り軸を含んだ第１平面に対する傾斜角を検出する検出手段とを備え、
   歯切り加工に先立って、前記カッタ切り込み手段と前記カッタ横移動手段と前記カッタ送り手段とによって、前記歯車状カッタを、前記検出手段が検出した前記傾斜角に応じて、水平面内において平行移動して、前記歯車状カッタにおける前記被加工内歯車との噛み合い位置を、当該歯車状カッタの周方向にずらす
   ことを特徴とする内歯車加工機械。
2. 請求項１に記載の内歯車加工機械において、
   前記歯車状カッタを円筒状に形成し、
   前記カッタ回転軸が平行移動した前記歯車状カッタにおける噛み合い位置に、逃げ角が与えられる
   ことを特徴とする内歯車加工機械。
3. ワーク回転軸周りに回転可能な被加工内歯車と、カッタ回転軸周りに回転可能な歯車状カッタとを、噛み合わせて同期回転させながら、前記歯車状カッタに対して、ワーク回転軸方向と直交する切り込み軸方向への切り込みと、ワーク回転軸方向と平行となる送り軸方向への送りとを与えることにより、前記被加工内歯車を前記歯車状カッタによって歯切りするのに先立って、
   前記カッタ回転軸を旋回させて、当該カッタ回転軸に対して、前記ワーク回転軸との間における軸交差角を与え、
   前記軸交差角が与えられた前記カッタ回転軸における、切り込み軸方向及びカッタ回転軸方向と直交する横軸と、送り軸とを含んだ第１平面に対する傾斜角を検出し、
   前記歯車状カッタを、前記傾斜角に応じて、水平面内において平行移動して、前記歯車状カッタにおける前記被加工内歯車との噛み合い位置を、当該歯車状カッタの周方向にずらす
   ことを特徴とする内歯車加工方法。

Images