JP6363469B2 - 歯車研削盤の加工精度修正方法 - Google Patents

Description

本発明は、ネジ状砥石及びドレッサを有する歯車研削盤の加工精度修正方法に関し、特にワークの圧力角の修正方法に関する。

従来より、外周面に螺旋状のネジ山を有するネジ状砥石を用いてワークの歯面（平歯車、はすば歯車など）を研削する歯車研削盤が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような歯車研削盤は、ネジ状砥石のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の位置及び回転速度並びにワークテーブルの回転速度などをＮＣ制御することにより、歯車を所望の形状に研削する。また、ドレッシング装置を有し、所定量の歯車を研削した後、ネジ状砥石を再生させることができる。

この種の歯車研削盤において、加工した歯車が本来の目標とする形状とならない場合には、何らかの修正作業が必要となる。ドレッシング装置のドレッサの形状を修正することもできるが、その場合には、多大な費用と工数を必要とする。

そこで、例えば、歯形圧力角を修正するためにドレッシングにより、ネジ状砥石の砥石圧力角を修正することが知られている（例えば、特許文献２参照）。この方法では、回転駆動しているワークテーブルを旋回させたり、ネジ状砥石をＹＺ平面内で旋回させることで、軸歯形圧力角を修正している。

特許第４８２４９４７号公報 特許第４２０２３０６号公報

しかしながら、特許文献２の方法では、ドレッサがドレッサ回転軸を中心に旋回する構成が必要となる。ドレッサを旋回させない場合には、ネジ状砥石のＸ方向及びＹ方向の位置を変えると共に、ＹＺ平面での旋回位置を変えなければならず、その制御が複雑となる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ドレッサの形状を修正することなく、簡単な方法でワークの圧力角を修正できるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、予想される圧力角の修正角度をシミュレーションで予測してドレス時の送り角度を適切に修正するようにした。

具体的には、第１の発明では、
ワークを垂直軸周りに回転可能に支持するワークテーブルと、
上記ワークテーブルに対し、水平方向であるＸ方向、垂直方向であるＺ方向、該Ｘ方向及びＺ方向に直交するＹ方向に移動可能で、ＹＺ平面でＡ方向に旋回可能で、且つ砥石中心軸を中心にＢ方向に回転可能なネジ状砥石と、
ドレッサ回転軸を中心に回転して上記ネジ状砥石のネジ山のドレッシングを行う円板状のドレッサとを備えた歯車研削盤の加工精度をシミュレーションを用いて修正する方法において、
歯車及びドレッサの諸元をそれぞれ入力する諸元入力工程と、
上記歯車の諸元を元に理論歯形形状を演算する理論歯形形状演算工程と、
上記ドレッサの形状を上記ドレッサの諸元を元に数式化により求めるドレッサ形状演算工程と、
上記理論歯形形状及び上記ドレッサの形状の元に砥石成形条件を算出する砥石成形条件算出工程と、
上記砥石成形条件を元に砥石形状を数式化により算出する砥石形状算出工程と、
上記砥石形状を元に歯車の創成条件を算出する歯車創成条件算出工程と、
上記歯車の創成条件を元に歯形形状を演算する歯形形状演算工程と、
上記演算された歯形形状の圧力角の計算値と上記理論歯形形状の圧力角の理論値との誤差を演算する誤差検出工程と、
上記圧力角の誤差から、上記ドレッサの回転軸と上記ネジ状砥石の中心軸との間の送り角度を修正前の値からずらす修正角度を設定する修正角度設定工程と、
上記修正角度に合わせて上記送り角度を修正した上記砥石成形条件によって砥石形状を変更した場合の歯車の創成条件を再び算出する歯形形状再演算工程とを含む。

上記の構成によると、検出した歯車の圧力角の誤差をなくすために必要なネジ状砥石の砥石圧力角を修正するためのドレッサとネジ状砥石の位置関係をシミュレーションで予測し、その予測結果を基にネジ状砥石の砥石圧力角を修正するので、ドレッサ自体の形状を変更せずに、容易に歯車の圧力角の誤差を修正できる。

以上説明したように、本発明によれば、ドレッサ回転軸と砥石中心軸との間の送り角度を修正前の値からずらした場合に修正されるネジ状砥石の形状を予測し、そのネジ状砥石によってワークを研削した場合の歯車の圧力角をシミュレーションで演算するようにしたことにより、ドレッサの形状を修正することなく、簡単な方法でワークの圧力角を修正できるようにすることができる。

歯車研削盤の加工精度修正方法を示すフローチャートである。 歯車研削盤の概要を示す斜視図である。 ワークテーブルとネジ状砥石との位置関係を示す斜視図である。 ドレッサとネジ状砥石との位置関係を示す斜視図である。 接触の条件式を説明するための概要図である。 シミュレーション結果を示すＡ軸変更量と圧力角誤差を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図２〜図４は、本発明の実施形態の歯面研削盤１を示し、この歯面研削盤１は、ワーク２０である例えば、はすば歯車、平歯車等を研削するための機械であり、台状のベッド２を有する。このベッド２の上には、歯車の半径方向（Ｘ方向）に移動可能なＸスライダ３が載置されている。このＸスライダ３の上には、コラム４が載置され、このコラム４には、歯車の軸方向（Ｚ方向）に移動可能な軸スライダ５が取り付けられ、この軸スライダ５に砥石中心軸方向（Ｙ方向）に移動可能なＹスライダ８が取り付けられている。Ｙスライダ８には、Ａ方向（ねじり角の正逆両方向）に旋回可能な旋回スライダ６が設けられ、その旋回スライダ６に円筒形状のネジ状砥石７が砥石中心軸７ａを中心にＢ方向（正逆両方向）に回転可能に取り付けられている。ネジ状砥石７は、リング状の本体の外周に例えばねじれ角γの３条のネジ山７ｂが形成され、それらネジ山７ｂ間に合計３本の溝７ｃを有する。

ベッド２上のコラム４に対向する位置には、カウンタコラム９が設けられている。このカウンタコラム９は、ワーク２０を垂直方向（Ｗ方向）から押さえる心押し台１０を有し、この心押し台１０の下方にワーク２０を保持するワークテーブル１１が設けられている。ワークテーブル１１は、そのテーブル垂直軸１１ａを中心にＣ方向（正逆両方向）に旋回可能となっている。

そして、カウンタコラム９には、ネジ状砥石７をドレッシングするドレッサ１２が設けられている。ドレッサ１２は、ドレッサ回転軸１２ａを中心に回転する円板状のドレッシング工具１２ｂを有し、ネジ状砥石７の切れ味が低下したときに、そのネジ山７ｂのフランクに接触させて再生させるものである。本実施形態では、ドレッシング工具１２ｂは１枚であるが、特許文献２のような一対のものとしてもよい。

そして、ネジ状砥石７の位置及びその回転並びにワーク２０の回転は、ＮＣ制御により精密に制御されるようになっている。

このような歯面研削盤１で、ネジ状砥石７のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の位置及び回転速度並びにワークテーブル１１の回転速度などをＮＣ制御してワーク２０である歯車の研削をした場合に、加工後の歯車の形状が設計通りの形状にならない場合がある。このような場合には、何らかの修正作業が必要となる。

歯車の形状誤差は、複数種類考えられるが、その１つとして、歯形圧力角に形状誤差が生じる場合がある。従来は、実際にドレッサ１２を用いてネジ状砥石７のドレッシングを行い、その砥石圧力角を適宜修正していた。

しかし本実施形態では、実際にドレッサ１２を用いてネジ状砥石７を修正するのではなく、シミュレーションを用いてドレッシング後の砥石形状を予測し、その砥石形状によって研削された歯車形状を予測し、最適なドレッシングの条件を求めた後に実際にネジ状砥石７を修正し、そのネジ状砥石７でワーク２０を研削するようにしている。

具体的に本実施形態に係る歯車研削盤１の加工精度修正方法の作動について説明する。

図１に示すように、まず、ステップＳ１０の諸元入力工程において、歯車の諸元とドレッサの諸元とを入力する。

次いで、ステップＳ１１において、圧力角補正量を０に設定する。

次いで、ステップＳ１２の理論歯形形状演算工程において、歯車の諸元を元に理論歯車形状を演算する。

次いで、ステップＳ１３のドレッサ形状演算工程において、ドレッサの諸元を元にドレッサの形状を数式化する。

次いで、ステップＳ１４の砥石成形条件算出工程において、砥石成形条件を算出する。具体的には、砥石リード、砥石とドレッサの向き等が算出される。

次いで、ステップＳ１５の砥石形状算出工程において、砥石成形条件等を元に砥石形状を数式化により求める。例えば、ネジ状砥石７の３次元近似形状を創成する。３次元近似形状は、近似インボリュートネジの歯直角断面を計算して求める。

次いで、ステップＳ１６の歯車創成条件算出工程において、砥石形状等を元に歯車の創成条件を算出する。具体的には、砥石と歯車の向き及び回転比が算出される。

次いで、ステップＳ１７の歯形形状演算工程において、歯車の創成条件を元に歯形形状を演算する。創成されたネジ状砥石７を所定の研削条件（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の位置及び回転速度等）で回転させた場合における、接触の条件式から歯面接触点を算出する。具体的には、図５に示すように、ネジ状砥石７の歯面Ｓ_１と歯車の歯面Ｓ_２が点Ｐで接触しており、両歯面Ｓ_１，Ｓ_２の点Ｐにおける速度をＶ_１，Ｖ_２とし、両歯面Ｓ_１，Ｓ_２の共通法線方向の単位ベクトルをｎとした場合、Ｖ_１，Ｖ_２のｎ方向成分であるｎ×Ｖ_１ーｎ×Ｖ_２は、等しくなければならない（ｎ×Ｖ_１ーｎ×Ｖ_２＝０）。このことを利用して、所定領域の歯面接触点を計算する。そして、ネジ状砥石７のベクトル線図から連立超越方程式を用いる等により、歯面接触点を歯車座標に変換して修正後の３次元近似歯車形状を算出する。

次いで、ステップＳ１８の誤差検出工程において、圧力角誤差演算を行う。具体的には、計算値と理論値との差を計算する。

次いで、ステップＳ１９において、圧力角誤差の判定を行う。具体的には、圧力角誤差が歯形補正量以下かを判定する。圧力角誤差が歯形補正量よりも大きい場合は、ステップＳ２０に進み、修正角度設定工程が行われる。ここでは、圧力角の誤差を最小にすることのできるドレッサ回転軸１２ａと砥石中心軸７ａとの間の送り角度の修正角度を決定する。具体的には、ステップＳ１９で検出された歯車の圧力角の誤差に合わせて適切な送り角度の修正角度を設定する。

この修正角度を反映させるべく、ステップＳ１３に戻り、ドレッサ形状を再計算する。ここでは、ドレッサ形状自体の変更はない。

次いで、ステップＳ１４において、修正角度を反映した砥石成形条件を算出する。特にドレッサ回転軸１２ａと砥石中心軸７ａとの間の送り角度を修正前の値から変更する。

次いで、ステップＳ１５からＳ１８を行う。特にステップＳ１６においては、送り角度が修正された状態でドレッサによって修正された仮想のネジ状砥石７を元に歯車の創成条件を再び算出する（歯形形状再演算工程）。

ステップＳ１９において、再び圧力角誤差の判定を行い、圧力角誤差が歯形補正量以下となった場合は、ステップＳ２１に進み、ＮＣデータを作成する。圧力角誤差がいまだに歯形補正量よりも大きい場合には、ステップＳ２０以降を繰り返す。

ステップＳ２２において、作成したＮＣデータを用いてＮＣ制御部が制御を開始する。

ステップＳ２３におけるドレッシング作業において、シミュレーションで計算された最適な送り角度を元にネジ状砥石７の加工が実際に行われる。

次いで、ステップＳ２４で、修正されたネジ状砥石７を用いて歯面研削盤１で研削加工が行われる。

次いで、ステップＳ２５で、再び圧力角誤差判定が行われ、圧力角誤差が歯形補正量よりも大きい場合は、ステップＳ２６に進み、再び適切な圧力角補正量を入力し、ステップＳ１３に戻る。例えば、適切な送り角度の修正角度を手作業で入力する。圧力角誤差が歯形補正量以下の場合は、歯面研削盤１による加工を終了する。

次いで、図６に実際にシミュレーションした結果について示す。

例えば、シミュレーションの諸元として、歯車のモジュールは２、端数は５６、圧力角は１４．５°、ねじれ角は３５°とする。砥石形状は、直径２９８ｍｍ、条数は５とする。

この諸元を用い、上記実施形態の方法を実際にシミュレーションにて行ったところ、図６に示すように、Ａ軸変更量が−０．５〜０．５ｄｅｇでは、圧力角誤差を調整可能であることがわかる。

このように本実施形態では、検出した歯車の圧力角の誤差をなくすために必要なドレッサ１２のドレッシング姿勢をシミュレーションで予測し、その予測結果を元にドレッシングを行うので、ドレッサ１２の形状自体を変更する必要がない。また、シミュレーションでの予測精度を向上させることで、修正作業が正確且つ単純なものとなる。

また、通常のシミュレーションでは、目的とする加工面形状からネジ状砥石７の動作を直接計算することができないが、本実施形態では、予想された送り角度によるドレッシング作業によって修正された仮想のネジ状砥石７から研削される歯車形状をシミュレーションで予測でき、その予測した砥石形状において圧力角の誤差が軽減されたかを確認できる。このため、実際に研削を行って確認をしなくて済む。

したがって、本実施形態に係る歯車研削盤の加工精度修正方法によると、ドレッサ１２の形状を修正することなく、簡単な方法でワーク２０の圧力角を修正できるようにすることができる。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、平歯車、はすば歯車などをネジ状砥石を用いて研削する歯車研削盤の加工精度修正方法について有用である。

１ 歯面研削盤
２ ベッド
３ Ｘスライダ
４ コラム
５ 軸スライダ
６ Ｙスライダ
７ ネジ状砥石
７ａ 砥石中心軸
７ｂ ネジ山
７ｃ 溝
８ 旋回スライダ
９ カウンタコラム
１０ 心押し台
１１ ワークテーブル
１１ａ テーブル垂直軸
１２ ドレッサ
１２ａ ドレッサ回転軸
１２ｂ ドレッシング工具
２０ ワーク

Claims (1)

1. ワークを垂直軸周りに回転可能に支持するワークテーブルと、
   上記ワークテーブルに対し、水平方向であるＸ方向、垂直方向であるＺ方向、該Ｘ方向及びＺ方向に直交するＹ方向に移動可能で、ＹＺ平面でＡ方向に旋回可能で、且つ砥石中心軸を中心にＢ方向に回転可能なネジ状砥石と、
   ドレッサ回転軸を中心に回転して上記ネジ状砥石のネジ山のドレッシングを行う円板状のドレッサとを備えた歯車研削盤の加工精度をシミュレーションを用いて修正する方法において、
   歯車及びドレッサの諸元をそれぞれ入力する諸元入力工程と、
   上記歯車の諸元を元に理論歯形形状を演算する理論歯形形状演算工程と、
   上記ドレッサの形状を上記ドレッサの諸元を元に数式化により求めるドレッサ形状演算工程と、
   上記理論歯形形状及び上記ドレッサの形状の元に砥石成形条件を算出する砥石成形条件算出工程と、
   上記砥石成形条件を元に砥石形状を数式化により算出する砥石形状算出工程と、
   上記砥石形状を元に歯車の創成条件を算出する歯車創成条件算出工程と、
   上記歯車の創成条件を元に歯形形状を演算する歯形形状演算工程と、
   上記演算された歯形形状の圧力角の計算値と上記理論歯形形状の圧力角の理論値との誤差を演算する誤差検出工程と、
   上記圧力角の誤差から、上記ドレッサの回転軸と上記ネジ状砥石の中心軸との間の送り角度を修正前の値からずらす修正角度を設定する修正角度設定工程と、
   上記修正角度に合わせて上記送り角度を修正した上記砥石成形条件によって砥石形状を変更した場合の歯車の創成条件を再び算出する歯形形状再演算工程とを含む
   ことを特徴とする歯車研削盤の加工精度修正方法。