JP6531353B2

JP6531353B2 - 歯車加工装置

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Publication number: JP6531353B2
Application number: JP2014103599A
Authority: JP
Inventors: 近藤　拓也; 拓也近藤; 尚大谷; 中野　浩之; 浩之中野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2034-05-19
Also published as: JP2015217485A

Description

本発明は、加工用工具及び被加工物を高速で同期回転させて切削加工により歯車を加工する歯車加工装置に関する。

マシニングセンタ等の工作機械を用いて切削加工により歯車を加工する場合、内歯及び外歯を加工する有効な手法として、例えば、特許文献１に記載の加工方法がある。この加工方法は、回転軸線回りに回転可能な加工用工具、例えば複数枚の工具刃を有するカッターと、加工用工具の回転軸線に対して所定の角度で傾斜した回転軸線回りに回転可能な被加工物とを高速で同期回転させ、加工用工具を被加工物の回転軸線方向に送って切削加工することにより歯を創成する加工方法である。この加工方法では、加工用工具を被加工物に対し回転軸線方向に複数回の送り操作を行う必要があり、加工時間が長くなる傾向にある。

特許文献２には、バイトホルダの先端から軸線方向に所定間隔で、バイトホルダの外周面の複数個所に径方向の穴を設け、各穴にバイトを挿入した加工用工具が記載されている。この加工用工具による加工方法は、筒状の被加工物の内周に対し加工用工具を回転軸線回りに回転させるとともに回転軸線方向に移動させ、被加工物の内周に各バイトに対応した複数の歯車の歯を創成する加工方法である。

特開２０１２−４５６８７号公報特開２００３−１２７０２６号公報

上述の特許文献２に記載の加工用工具では、特許文献１に記載の加工用工具及び被加工物を高速で同期回転させて切削加工により歯車を加工する方法には適用できない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、加工用工具及び被加工物を高速で同期回転させて切削加工により歯車を加工する際の加工時間の短縮化を図れる歯車加工装置を提供することを目的とする。

（請求項１）本発明の歯車加工装置は、被加工物の回転軸線に対し傾斜した回転軸線を有する加工用工具を用い、前記加工用工具を前記被加工物と同期回転させながら前記被加工物の回転軸線方向に相対的に送り操作して歯車を加工する歯車加工装置であって、前記加工用工具は、歯車状である第一加工部と、前記第一加工部のすくい面側に、前記第一加工部より小径の歯車状である第二加工部と、を備え、前記第一加工部及び前記第二加工部は、前記第一加工部の中心軸穴の全内周及び前記第二加工部の中心軸穴の全内周を工具ホルダの先端軸の全外周に嵌め込んで位置決めし、前記第二加工部は、前記第二加工部のすくい面側とは反対側の軸端が、前記第一加工部の中心軸穴と同軸で設けられている中心軸穴より大径の穴にキーを介して嵌め込まれる。

この加工用工具では、被加工物に対し回転軸線方向に１回の送り操作を行うことにより、第一加工部および第二加工部による２回の切削を行うことになるので、大きな切削量を得ることができ、送り操作回数を減らして加工時間を短縮できる。そして、第一加工部の中心と第二加工部の中心の芯振れを小さくできるので、第二加工部により切削した部分が、第一加工部により切削した部分からはみ出してしまうことを防止でき、加工精度を大幅に向上できる。そして、第一加工部に対する第二加工部の周方向の回転を抑制でき、第二加工部に対する第一加工部の位相ずれを低減できる。

（請求項２）前記加工用工具は、前記第二加工部のモジュールを、前記第一加工部のモジュールより小さくした前記第一加工部及び前記第二加工部を備えるとよい。
これにより、第一加工部の各第一工具刃による切削量は、一定量になるので、切削加工時に各第一工具刃に掛かる負荷を安定化させることができ、歯車の歯すじ精度（歯すじのうねり）を向上できる。

（請求項３）前記加工用工具は、軸方向から見た前記第二加工部の輪郭を、軸方向から見た前記第一加工部の輪郭からはみ出さないようにした前記第一加工部及び前記第二加工部を備えるとよい。
これにより、第一加工部の各第一工具刃による切削は、第二加工部の各第二工具刃により切削加工された加工部位に対して行われるので、第一加工部の各第一工具刃に過度な負荷が掛かることはなく、第一加工部の各第一工具刃の損傷を防止できる。

（請求項４）前記加工用工具は、前記第一加工部と前記第二加工部との位相ずれを０．１度以内とした前記第一加工部及び前記第二加工部を備えるとよい。
これにより、加工精度を大幅に向上できる。

本発明の実施の形態に係る歯車加工装置の全体構成を示す斜視図である。図１の歯車加工装置で使用される加工用工具の概略を回転軸線方向から見た図である。図２の加工用工具を回転軸線と直角な方向から見たＡ−Ａ線断面図である。図２の加工用工具の第一、第二加工部の第一、第二工具刃の拡大図である。図２の加工用工具の第一、第二加工部の芯振れを説明するための図である。図２の加工用工具の第一、第二加工部の位相ずれを説明するための図である。

（歯車加工装置の機械構成）
歯車加工装置１の一例として、５軸マシニングセンタを例に挙げ、図１及び図２を参照して説明する。つまり、当該歯車加工装置１は駆動軸として、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）及び２つの回転軸（Ａ軸、Ｃ軸）を有する装置である。

図１に示すように、歯車加工装置１は、ベッド１０と、コラム２０と、サドル３０と、回転主軸４０と、テーブル５０と、チルトテーブル６０と、ターンテーブル７０、制御装置１００等とから構成される。なお、図示省略するが、ベッド１０と並んで既知の自動工具交換装置が設けられている。

ベッド１０は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。このベッド１０の上面には、コラム２０がベッド１０に対してＸ軸方向に移動可能に設けられている。コラム２０のＸ軸に平行な側面（摺動面）２０ａには、サドル３０がコラム２０に対してＹ軸方向に移動可能に設けられている。

回転主軸４０は、サドル３０に対して回転可能に設けられ、加工用工具４２を支持している。加工用工具４２は、工具ホルダ４３に保持されて回転主軸４０の先端に固定され、回転主軸４０の回転に伴って回転する。また、加工用工具４２は、コラム２０及びサドル３０の移動に伴ってベッド１０に対してＸ軸方向及びＹ軸方向に移動する。なお、加工用工具４２としては、本実施形態では複数の工具刃を有するホブがある。

さらに、ベッド１０の上面には、テーブル５０がベッド１０に対してＺ軸方向に移動可能に設けられている。テーブル５０の上面には、チルトテーブル６０を支持するチルトテーブル支持部６３が設けられている。そして、チルトテーブル支持部６３には、チルトテーブル６０が水平方向のＡ軸回りで回転（揺動）可能に設けられている。チルトテーブル６０には、ターンテーブル７０がＡ軸に直角なＣ軸回りで回転可能に設けられている。ターンテーブル７０には、被加工物Ｗがチャッキングされる。

制御装置１００は、コラム２０、サドル３０、回転主軸４０、テーブル５０、チルトテーブル６０、及びターンテーブル７０の移動を制御して、被加工物Ｗと加工用工具４２とをＸ軸方向、Ｚ軸方向、Ｙ軸方向、Ａ軸回り及びＣ軸回りに相対移動することにより、被加工物Ｗの切削加工を行う。

（加工用工具の工具刃）
上述の歯車加工装置１では、加工用工具４２と被加工物Ｗとを高速で同期回転させ、加工用工具４２を被加工物Ｗの回転軸線方向に送って切削加工することにより歯を創成する。この切削加工時においては、通常使用される加工用工具４２では、加工用工具４２を被加工物Ｗに対し回転軸線方向に複数回の送り操作を行う必要があり、加工時間が長くなる傾向にある。

そこで、本実施形態の歯車加工装置１における切削加工時においては、図２，３に示すように、通常使用される加工用工具４２の工具刃と同一形状の歯車状である第一加工部４２１と、この第一加工部４２１のすくい面４２１ｓ側の軸端に、第一加工部４２１より小径の歯車状である第二加工部４２２とを備えた加工用工具４２Ｔを用いる。この加工用工具４２Ｔでは、被加工物Ｗに対し回転軸線方向に１回の送り操作を行うことにより、第一加工部４２１および第二加工部４２２による２回の切削を行うことになるので、大きな切削量を得ることができ、送り操作回数を減らして加工時間を短縮できる。

詳しくは、加工用工具４２Ｔは、第二加工部４２２のねじれ角、圧力角、工具刃数、係数刃末、係数刃元と、第一加工部４２１のねじれ角、圧力角、工具刃数、係数刃末、係数刃元とが同一となるように作製されているが、第二加工部４２２のモジュールＭ２は、第一加工部４２１のモジュールＭ１より小さくなるように作製されている。具体的には、第二加工部４２２のモジュールＭ２は、第一加工部４２１のモジュールＭ１を含む次式（１）で表される。

ここで、ｄ１：第一加工部４２１の工具径、ｄ２：第二加工部４２２の工具径
β：ねじれ角、ｚ：工具刃数

式（１）で表されるモジュールＭ２によれば、図４に示すように、第二加工部４２２の第二工具刃４２２ａの刃先Ｔａ２、刃元Ｔｂ２及び両側面Ｔｃ２，Ｔｄ２は、第一加工部４２１の第一工具刃４２１ａの刃先Ｔａ１、刃元Ｔｂ１及び両側面Ｔｃ１，Ｔｄ１に対し、同一の長さｔだけ縮小した輪郭形状となる。これにより、第一加工部４２１の各第一工具刃４２１ａによる切削量は、一定量になるので、切削加工時に各第一工具刃４２１ａに掛かる負荷を安定化させることができ、歯車の歯すじ精度（歯すじのうねり）を向上できる。上述の縮小する長さｔとしては、小さくし過ぎると切削加工時に第一加工部４２１の第一工具刃４２１ａが被加工物Ｗに対して滑ってしまうおそれがあるため、１ｍｍ以上が望ましい。

また、加工用工具４２Ｔは、軸方向から見た第一加工部４２１の輪郭を、軸方向から見た第二加工部４２２の輪郭からはみ出さないように形成される。これにより、第一加工部４２１の各第一工具刃４２１ａによる切削は、第二加工部４２２の各第二工具刃４２２ａにより切削加工された加工部位に対して行われるので、第一加工部４２１の各第一工具刃４２１ａに過度な負荷が掛かることはなく、第一加工部４２１の各第一工具刃４２１ａの損傷を防止できる。

加工用工具４２Ｔは、以下のようにして作製される。すなわち、図３に示すように、第一加工部４２１は、第一加工部４２１の中心軸穴４２１Ｃに工具ホルダ４３の先端軸４３１が嵌入される。さらに、第二加工部４２２は、第二加工部４２２の中心軸穴４２２Ｃに工具ホルダ４３の先端軸４３１が嵌入され、第二加工部４２２のすくい面４２２ｓ側とは反対側の軸端４２２ｍが、第一加工部４２１の中心軸穴４２１Ｃと同軸で設けられている中心軸穴４２１Ｃより大径の穴４２１ＤにキーＫを介して嵌め込まれる。そして、固定ボルトＢが、工具ホルダ４３の先端軸４３１に設けられているネジ穴４３１ａに、第二加工部４２２のすくい面４２２ｓ側から螺合され、第二加工部４２２及び第一加工部４２１が締め付け固定される。

このように、第一加工部４２１の中心軸穴４２１Ｃと第二加工部４２２の中心軸穴４２２Ｃとは、工具ホルダ４３の先端軸４３１を基準に位置決め可能である。これにより、図５に示すように、第二加工部４２２の中心Ｃ２は、第一加工部４２１の中心Ｃ１に対し径方向に０．１ｍｍ以内の芯振れｅで位置決め可能となる。よって、第二加工部４２２の各第二工具刃４２２ａにより切削した部分が、第一加工部４２１の各第一工具刃４２１ａにより切削した部分からはみ出してしまうことを防止できるので、加工精度を大幅に向上できる。

また、第二加工部４２２の軸端４２２ｍは、第一加工部４２１の穴４２１Ｄに嵌め込まれる際、キーＫを介することにより位置決めされるので、第一加工部４２１の穴４２１Ｄに対する第二加工部４２２の軸端４２２ｍの周方向の回転を抑制できる。これにより、図６に示すように、第二加工部４２２の第二工具刃４２２ａの刃先Ｔａ２は、第一加工部４２１の第一工具刃４２１ａの刃先Ｔａ１に対し周方向に０．１度以内の位相ずれθで位置決め可能となる。よって、第二加工部４２２の各第二工具刃４２２ａにより切削した部分が、第一加工部４２１の各第一工具刃４２１ａにより切削した部分からはみ出してしまうことを防止できるので、加工精度を大幅に向上できる。

図３に示すように、第一加工部４２１の第一工具刃４２１ａの刃先Ｔａ１と第二加工部４２２の第二工具刃４２２ａの刃先Ｔａ２との軸線方向距離Ｌ１２は、第二加工部４２２の第二工具刃４２２ａの切削で発生する切屑が、第一加工部４２１の第一工具刃４２１ａの切削に影響を及ぼさない程度に設定する。また、加工用工具４２Ｔの剛性を確保するため、工具長Ｌ（回転主軸４０の先端面から加工用工具４２Ｔの先端面までの距離）を第一加工部４２１の工具径ｄ１で除した値（Ｌ／ｄ１）が「１」程度となるように設定する。

（その他）
なお、上述した実施形態では、加工用工具４２Ｔは、第一、第二加工部４２１，４２２という２つの加工部を備えた構成としたが、３つ以上の加工部を備えた構成としてもよい。また、５軸マシニングセンタである歯車加工装置１は、被加工物ＷをＡ軸旋回可能とするものとした。これに対して、５軸マシニングセンタは、縦形マシニングセンタとして、工具４２をＡ軸旋回可能とする構成としてもよい。また、本発明をマシニングセンタに適用する場合を説明したが、歯車加工の専用機に対しても同様に適用可能である。また、外歯歯車の加工について説明したが、内歯歯車の加工に対しても同様に適用可能である。

１：歯車加工装置、４２，４２Ａ，４２Ｔ：加工用工具、４２１：第一加工部、４２２：第二加工部、４２１ａ：第一工具刃、４２２ａ：第二工具刃、Ｗ：被加工物

Claims

被加工物の回転軸線に対し傾斜した回転軸線を有する加工用工具を用い、前記加工用工具を前記被加工物と同期回転させながら前記被加工物の回転軸線方向に相対的に送り操作して歯車を加工する歯車加工装置であって、
前記加工用工具は、
歯車状である第一加工部と、
前記第一加工部のすくい面側に、前記第一加工部より小径の歯車状である第二加工部と、
を備え、
前記第一加工部及び前記第二加工部は、前記第一加工部の中心軸穴の全内周及び前記第二加工部の中心軸穴の全内周を工具ホルダの先端軸の全外周に嵌め込んで位置決めし、
前記第二加工部は、前記第二加工部のすくい面側とは反対側の軸端が、前記第一加工部の中心軸穴と同軸で設けられている中心軸穴より大径の穴にキーを介して嵌め込まれる、歯車加工装置。
前記加工用工具は、前記第二加工部のモジュールを、前記第一加工部のモジュールより小さくした前記第一加工部及び前記第二加工部を備える、請求項１の歯車加工装置。
前記加工用工具は、軸方向から見た前記第二加工部の輪郭を、軸方向から見た前記第一加工部の輪郭からはみ出さないようにした前記第一加工部及び前記第二加工部を備える、請求項１又は２の歯車加工装置。
前記加工用工具は、前記第一加工部と前記第二加工部との位相ずれを０．１度以内とした前記第一加工部及び前記第二加工部を備える、請求項１〜３の何れか一項の歯車加工装置。