JPWO2015182264A1

JPWO2015182264A1 - スカイビング加工用カッタ

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Publication number: JPWO2015182264A1
Application number: JP2015526794A
Authority: JP
Inventors: 寿真菊池; 容造中村; 小松　直隆; 直隆小松
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2017-04-20
Anticipated expiration: 2035-04-13
Also published as: JP5864035B1; US10252361B2; MX2016008630A; US20160318110A1; EP3075481B1; TWI583470B; TW201544219A; CN105916621A; EP3075481A4; EP3075481A1; CA2935533C; KR101913918B1; KR20160091413A; CN105916621B; WO2015182264A1; CA2935533A1

Abstract

刃部（１１）を周方向に複数有するように周方向に隣り合う刃部（１１）の間に歯溝（１５）がそれぞれ形成されて、歯溝（１５）が軸方向にねじれるように弦巻線状をなす円筒型のスカイビング加工用カッタ（１０）であって、刃部（１１）を歯溝（１５）の長手方向で複数に分割するように刃部（１１）に切れ刃溝（１６）が各々形成されている。

Description

本発明は、歯車をスカイビング加工機により創成加工するスカイビング加工用カッタに関する。

例えば、内歯歯車を創成加工する場合には、一般的なホブ盤を用いることが難しいため、通常、ギヤシェーパが用いられている。このギヤシェーパを用いた内歯歯車の創成加工は、ワークとピニオンカッタとを相対的に回転させながらピニオンカッタをワークの軸方向へ直線的に移動させて、環状のワークの内周面の周方向の一部にワークの軸方向にわたって歯切り加工し、これをワークの内周面の周方向の全部で行って歯形を削り出すギヤシェーピング加工が一般的である。

なお、内歯歯切り用の特殊ホブ盤及び専用ホブカッタを用いることにより、ホブ盤でも内歯加工をすることが可能である。ホブ盤は、工具アーバがワークの軸方向に対して略直交するように配向されているため、小径の内歯歯車を創成加工しようとすると、工具軸とワークとが干渉してしまい、加工可能なワークの寸法に制限を生じてしまうことから、比較的大型の内歯加工に限定されている。これに対し、スカイビング加工は、工具軸とワーク軸との交差角度が３０°程度以下であり、工具軸とワークとが干渉しにくい位置関係にあるため、ワークの径サイズの大小に関わらず、内歯歯車を加工することができる。

ところで、上述したようなギヤシェーピング加工においては、ワークの周方向全部に加工を施すのに周方向の長さに対応してピニオンカッタをワークの軸方向へ複数回往復移動（加工ストロークと戻りストローク）させることから、歯切り加工に直接的に関与しない動作（戻りストローク）を行なわなければならず、加工効率の低下を招いていた。このため、近年、ワークとピニオンカッタ等とを相対的に回転させながらピニオンカッタ等をワークの軸方向へ往動（加工ストローク）させている間に、環状のワークの内周面の軸方向にわたる歯形を周方向の全部に削り出しして復動（戻りストローク）を無しにしたスカイビング加工が注目されている。

特開２０１４−０３９９７１号公報

前述したようなスカイビング加工においては、カッタがワークの周方向の全部にわたって連続的に切削を行うため、断続的に切削を行うギヤシェーピング加工の場合よりもカッタの切れ刃にかかる負荷が大きく、カッタの切れ刃の寿命が短くなってしまっていた。

このようなことから、本発明は、切れ刃の寿命を延ばすことができるスカイビング加工用カッタを提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための、本発明に係るスカイビング加工用カッタは、刃部を周方向に複数有するように周方向に隣り合う刃部の間に歯溝がそれぞれ形成されて、当該歯溝が軸方向にねじれるように弦巻線状をなす円筒型のスカイビング加工用カッタであって、前記刃部を前記歯溝の長手方向で複数に分割するように当該刃部に切れ刃溝が各々形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係るスカイビング加工用カッタは、上述したスカイビング加工用カッタにおいて、軸方向中央部分の外径サイズが軸方向両端側の外径サイズよりも大きくなるように、外周がバレル形をなしていることを特徴とする。

また、本発明に係るスカイビング加工用カッタは、上述したスカイビング加工用カッタにおいて、前記刃部の切れ刃側となる軸方向一方端側の外径サイズが軸方向他方端側の外径サイズよりも小さくなるように、外周がテーパ形をなしていることを特徴とする。

また、本発明に係るスカイビング加工用カッタは、上述したスカイビング加工用カッタにおいて、前記刃部のすくい角θ１が、０°以上２０°以下であることを特徴とする。

また、本発明に係るスカイビング加工用カッタは、上述したスカイビング加工用カッタにおいて、前記刃部の外周逃げ角θ２が、０°超１２°以下であることを特徴とする。

また、本発明に係るスカイビング加工用カッタは、上述したスカイビング加工用カッタにおいて、前記刃部の側面逃げ角θ３が、０°超５°以下であることを特徴とする。

また、本発明に係るスカイビング加工用カッタは、上述したスカイビング加工用カッタにおいて、前記刃部のすくい面と歯筋Ｌ１とのなす角度θ４が、８５°以上９５°以下であることを特徴とする。

本発明に係るスカイビング加工用カッタによれば、刃部が歯溝の長手方向で複数に分割されているので、切れ刃にかかる負荷を各刃部ごとに分散させることができ、切れ刃の寿命を延ばすことができる。

本発明に係るスカイビング加工用カッタを利用するスカイビング加工機の主な実施形態の概略構造図である。図１のスカイビング加工用カッタの抽出拡大図である。図２Ａのスカイビング加工用カッタの側面図である。図２Ｂのスカイビング加工用カッタの特徴を強調した断面図である。図１のスカイビング加工用カッタの刃部の抽出拡大側面図である。図１のスカイビング加工用カッタの刃部の抽出拡大斜視図である。図１のスカイビング加工用カッタによるスカイビング加工の説明図である。図４Ａを下方からみた図である。本発明に係るスカイビング加工用カッタの他の実施形態の概略構造を表す側面図である。図５Ａのスカイビング加工用カッタの斜視図である。図５Ｂのスカイビング加工用カッタの刃部の抽出拡大図である。図５Ａ，５Ｂのスカイビング加工用カッタの作用説明図である。

本発明に係るスカイビング加工用カッタの実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は図面に基づいて説明する実施形態のみに限定されるものではない。

〈主な実施形態〉
本発明に係るスカイビング加工用カッタを利用するスカイビング加工機の主な実施形態を図１〜４に基づいて説明する。

図１に示すように、ベッド１１１上には、コラム１１２が水平なＸ軸方向に移動可能に支持されている。コラム１１２には、サドル１１３が鉛直なＺ軸方向に昇降可能に支持されている。サドル１１３には、旋回ヘッド１１４が水平な工具旋回軸Ａ周りに旋回可能に支持されている。旋回ヘッド１１４には、スライドヘッド１１５が水平なＹ軸方向に移動可能に支持されている。スライドヘッド１１５には、工具ヘッド１１６が設けられている。

工具ヘッド１１６には、工具アーバ１１７が工具回転軸Ｂ周りに回転可能に支持されている。工具アーバ１１７の下端には、円筒型をなすスカイビング加工用カッタ１０が着脱可能に装着されており、当該スカイビング加工用カッタ１０は、前記ヘッド１１４〜１１６の作動により、工具旋回軸Ａ周りでの旋回、Ｙ軸方向への移動、工具回転軸Ｂ周りでの回転がそれぞれできるようになっている。

他方、前記ベッド１１１上の、前記コラム１１２の正面位置には、回転テーブル１１８が鉛直なワーク回転軸Ｃ周りに回転可能に設けられている。回転テーブル１１８の上面には、円筒状の取付治具１１９が取り付けられている。取付治具１１９の上端内周面には、被加工内歯車であるワーク１が着脱可能に取り付けられており、当該ワーク１は、回転テーブル１１８の作動により、ワーク回転軸Ｃ周りに回転することができるようになっている。

図２Ａ，２Ｂは、スカイビング加工用カッタ１０の概略構造を示している。図２Ａ，２Ｂにおいて、１１は刃部、１２は切れ刃、１３はすくい面、１４は逃げ面である。

前記刃部１１は、周方向に隣り合う間に歯溝１５を複数有するように周方向に複数形成されると共に、当該歯溝１５が軸方向にねじれるように弦巻線状をなしている。そして、前記刃部１１は、前記歯溝１５の長手方向にわたって複数に分割されるように切れ刃溝１６がそれぞれ形成されることにより、軸方向に沿って複数設けられると共に、軸方向一方側（図２Ｂにおいて左下側、図３Ｂにおいて右側、図３Ｃにおいて紙面手前側）に前記切れ刃１２及び前記すくい面１３がそれぞれ形成されている。

さらに、前記スカイビング加工用カッタ１０は、図３Ａに示すように、軸方向中央部分の外径サイズが軸方向両端側の外径サイズよりも大きくなるように、外周面が軸方向に円弧状をなすようなバレル形をなしている。なお、図３Ａにおいては、そのバレル形状をわかりやすくするために強調して記載している。

また、図３Ｂに示すように、前記刃部１１は、すくい角（前記すくい面１３と切削方向（カッタ回転の接線方向）に垂直な面とのなす角度）θ１が、０°以上２０°以下であると好ましい（０°であると特に好ましい）。なぜなら、すくい角θ１が、０°未満であると、切削負荷が大きくなって、加工面の面性状が悪化すると共に、摩耗量が大きくなるおそれを生じる一方、２０°を超えると、刃先強度が低下して、チッピング等を引き起こすおそれを生じてしまうからである。

また、前記刃部１１は、外周逃げ角（前記外周逃げ面１４と前記切れ刃１２の先端の切削方向（カッタ回転の接線方向）とのなす角度）θ２が、０°超１２°以下であると好ましい（５°以上１２°以下であると特に好ましい）。なぜなら、外周逃げ角θ２が、０°以下であると、カッタの外周面で内歯車の歯底部を擦ってしまい、内歯車の歯底部の面性状が悪化すると共に、カッタの外周の逃げ面の摩耗量が大きくなるおそれを生じ、５°以上であると、切削時の刃部の弾性変形に伴うスプリングバックによるカッタの外周面の擦りを確実に回避できる一方、１２°を超えると、カッタの有効歯幅を大きくして製作することが難しく、カッタの長寿命化が困難になってしまうからである。

さらに、図３Ｃに示すように、前記刃部１１は、側面逃げ角（カッタのピッチ円上での側面の前記逃げ面１４と切削方向（カッタ回転の接線方向）とのなす角度）θ３が、０°超５°以下であると好ましい（２°以上５°以下であると特に好ましい）。なぜなら、側面逃げ角θ３が、０°以下であると、切削負荷が大きくなって、加工面の面性状が悪化すると共に、摩耗量が大きくなるおそれを生じる一方、２０°を超えると、刃先強度が低下して、チッピング等を引き起こすおそれを生じてしまうからである。

また、前記刃部１１は、前記すくい面１３と歯筋Ｌ１とのなす角度（前記切れ刃溝１６と前記歯溝１５とのなす角度）θ４が、８５°以上９５°以下（９０°±５°以内）であると好ましい。なぜなら、前記角度θ４が、９０°に対して±５°以内で傾斜する大きさであると、切削加工中に発生した切粉の流れ方向を変化させて、切粉の噛み込みの発生を大きく抑制することができ、９０°に対して±５°を超えて傾斜する大きさであると、図３Ｃ中、左右の切れ刃１２の切れ味の差が大きくなって、鈍角側の切れ刃１２で切削する加工面の面性状が悪化するおそれを生じてしまうからである。

このような本実施形態に係るスカイビング加工用カッタ１０を工具アーバ１１７に装着したスカイビング加工機１００においては、ワーク１を取付治具１１９に装着し、コラム１１２、サドル１１３、旋回ヘッド１１４、スライドヘッド１１５を駆動して、スカイビング加工用カッタ１０を、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動させると共に、ワーク１のねじれ角に応じた軸角Σとなるように工具旋回軸Ａ周りに旋回させて、ワーク１の内側に配置させる。

そして、コラム１１２を駆動して、スカイビング加工用カッタ１０をＸ軸方向（図１の左側方向）に移動させ、工具ヘッド１１６を駆動して、スカイビング加工用カッタ１０を工具回転軸Ｂ周りに回転させると共に、回転テーブル１１８を駆動して、ワーク１をワーク回転軸Ｃ周りに回転させる。

さらに、コラム１１２及びサドル１１３を駆動して、目的とする切込み量に対応したＸ軸方向の移動量をスカイビング加工用カッタ１０に与えた後に当該スカイビング加工用カッタ１０をＺ軸方向に移動させると、スカイビング加工用カッタ１０が、ワーク１の内周面を周方向及び軸方向にわたって歯形を削り出し、ワーク１の内周面全体にわたって歯形をスカイビング加工する（図４Ａ，４Ｂ参照）。

このとき、前記スカイビング加工用カッタ１０の前記刃部１１は、前記歯溝１５の長手方向にわたって複数に分割されるように前記切れ刃溝１６がそれぞれ形成されることにより、軸方向に沿って複数形成されている、すなわち、軸方向に複数の切れ刃１２を有していることから、一つ当たりの切れ刃１２にかかる負荷を分散して小さくすることができる。

したがって、本実施形態に係るスカイビング加工用カッタ１０によれば、ワーク１の周方向の全部にわたって連続的に切削を行っても、従来のピニオンカッタよりも切れ刃１２の寿命を延ばすことができる。

また、軸方向中央部分の外径サイズが軸方向両端側の外径サイズよりも大きくなるように、外周面が軸方向に円弧状をなすようなバレル形をなしていることから、ワーク１に対する軸交差角を大きくすることができるので、ワーク１に対する当該カッタ１０のすべり速度を大きくすることができ、加工能力を向上させることができる。

また、刃部１２が外周逃げ角θ２を有する、すなわち、刃部１２にバッキング（外周逃がし）が形成されていることから、加工中にワーク１と干渉してしまうことを防止することができる。

〈他の実施形態〉
なお、他の実施形態として、例えば、図５Ａ，５Ｂに示すように、刃部２１の切れ刃２２側となる軸方向一方端側（図５Ａ中、下側、図５Ｂ中、右下側）の外径サイズを軸方向他方端側（図５Ａ中、上側、図５Ｂ中、左上側）の外径サイズよりも小さくするように、すなわち、切削方向先端側ほど基端側よりも外径サイズを小さくするように、前記バレル形の外周をさらにテーパ形にしたスカイビング加工用カッタ２０を適用すれば、図６Ａに示すように、刃部２１の歯丈及び歯厚を切削方向基端側ほど先端側よりも大きくすることができることから、図６Ｂに示すように、ワーク１の切り出し量を各刃部２１ごとにさらに分散させることができ、一つ当たりの切れ刃２２にかかる負荷をさらに分散してより小さくすることができるので、非常に好ましい。

本発明に係るスカイビング加工用カッタは、切れ刃にかかる負荷を各刃部ごとに分散させることができ、切れ刃の寿命を延ばすことができるので、歯車加工等の切削加工業において、極めて有益に利用することができる。

１ワーク
１０，２０スカイビング加工用カッタ
１１，２１刃部
１２，２２切れ刃
１３，２３すくい面
１４，２４逃げ面
１５歯溝
１６切れ刃溝
１００スカイビング加工機
１１１ベッド
１１２コラム
１１３サドル
１１４旋回ヘッド
１１５スライドヘッド
１１６工具ヘッド
１１７工具アーバ
１１８回転テーブル
１１９取付治具

前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係るスカイビング加工用カッタは、刃部を周方向に複数有するように周方向に隣り合う刃部の間に歯溝がそれぞれ形成されて、当該歯溝が軸方向にねじれるように弦巻線状をなす円筒型のスカイビング加工用カッタであって、前記刃部を前記歯溝の長手方向で複数に分割するように当該刃部に切れ刃溝が各々形成されることにより、当該刃部が軸方向に沿って複数設けられると共に、当該刃部の軸方向一方側に切れ刃及びすくい面がそれぞれ形成され、さらに、軸方向中央部分の外径サイズが軸方向両端側の外径サイズよりも大きくなるように、外周がバレル形をなしていることを特徴とする。

また、本発明に係るスカイビング加工用カッタは、上述したスカイビング加工用カッタにおいて、前記刃部の外周逃げ角θ２が、５°以上１２°以下であることを特徴とする。

また、本発明に係るスカイビング加工用カッタは、上述したスカイビング加工用カッタにおいて、前記刃部の側面逃げ角θ３が、２°以上５°以下であることを特徴とする。

また、本発明に係るスカイビング加工用カッタは、上述したスカイビング加工用カッタにおいて、前記刃部の前記すくい面と歯筋Ｌ１とのなす角度θ４が、８５°以上９５°以下であることを特徴とする。

Claims

刃部を周方向に複数有するように周方向に隣り合う刃部の間に歯溝がそれぞれ形成されて、当該歯溝が軸方向にねじれるように弦巻線状をなす円筒型のスカイビング加工用カッタであって、
前記刃部を前記歯溝の長手方向で複数に分割するように当該刃部に切れ刃溝が各々形成されている
ことを特徴とするスカイビング加工用カッタ。
請求項１に記載のスカイビング加工用カッタにおいて、
軸方向中央部分の外径サイズが軸方向両端側の外径サイズよりも大きくなるように、外周がバレル形をなしている
ことを特徴とするスカイビング加工用カッタ。
請求項２に記載のスカイビング加工用カッタにおいて、
前記刃部の切れ刃側となる軸方向一方端側の外径サイズが軸方向他方端側の外径サイズよりも小さくなるように、外周がテーパ形をなしている
ことを特徴とするスカイビング加工用カッタ。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のスカイビング加工用カッタにおいて、
前記刃部のすくい角θ１が、０°以上２０°以下である
ことを特徴とするスカイビング加工用カッタ。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のスカイビング加工用カッタにおいて、
前記刃部の外周逃げ角θ２が、０°超１２°以下である
ことを特徴とするスカイビング加工用カッタ。
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のスカイビング加工用カッタにおいて、
前記刃部の側面逃げ角θ３が、０°超５°以下である
ことを特徴とするスカイビング加工用カッタ。
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のスカイビング加工用カッタにおいて、
前記刃部のすくい面と歯筋Ｌ１とのなす角度θ４が、８５°以上９５°以下である
ことを特徴とするスカイビング加工用カッタ。