TWI629127B - Gear processing device and gear processing method - Google Patents

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TWI629127B
TWI629127B TW103110351A TW103110351A TWI629127B TW I629127 B TWI629127 B TW I629127B TW 103110351 A TW103110351 A TW 103110351A TW 103110351 A TW103110351 A TW 103110351A TW I629127 B TWI629127 B TW I629127B
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吉村仁
有澤秀彰
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三菱重工工作機械股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種可提高齒輪之齒面之齒形評估範圍內之表面粗糙度之齒輪加工裝置及齒輪加工方法。
本發明之齒輪加工裝置1係藉由砥石將加工物4進行加工而將齒輪4成形之齒輪加工裝置1，且包含將加工物4進行加工而將齒輪4成形之螺紋狀砥石32、及一面於與該螺紋狀砥石32嚙合之狀態下相互旋轉一面將螺紋狀砥石32成形之圓板狀之修整器36，且以藉由螺紋狀砥石32成形之齒輪4之基準節圓直徑PCD成為齒面5之齒形評估範圍外之方式，位錯設計修整器36之壓力角α。

Description

齒輪加工裝置及齒輪加工方法
本發明係關於一種藉由砥石對加工物進行加工而將齒輪成形之齒輪加工裝置及齒輪加工方法。
自先前以來，如專利文獻1所記載般，已知有使滾刀之滾刀本體高速旋轉而藉由滾刀本體之切刃對工件進行切齒加工而製造齒輪者。
再者，作為藉由砥石對加工物進行研磨加工而將齒輪成形之齒輪加工裝置，已知有藉由具有與所要加工之齒輪之形狀對應之形狀之修整器將螺紋狀砥石修整成形，並使該螺紋狀砥石將加工物研磨加工成與修整器之形狀對應之形狀而將齒輪成形者。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2010-125571號公報
然而，上述之先前之齒輪加工裝置於螺紋狀砥石一面於與加工物嚙合之狀態下相互旋轉一面研磨加工物時，螺紋狀砥石將加工物朝齒輪之齒面之齒線方向研磨。因此，可良好地研磨加工齒輪之齒面之朝齒線方向之表面粗糙度。
與此種齒輪加工裝置關連，本發明者們為提高齒輪之齒面加工之研磨精度而進行專心研究，其時，發現如下問題點：藉由螺紋狀砥 石對加工物進行加工而將齒輪成形時，以研磨時之基準節圓直徑螺紋狀砥石相對加工物朝齒形方向移動之齒面滑移速度成為零，因此，在齒輪之齒面之齒形評估範圍內表面粗糙度降低。
因此，本發明之目的在於提供一種可提高齒輪之齒面之齒形評估範圍之表面粗糙度之齒輪加工裝置及齒輪加工方法。
為達成上述目的，本發明之特徵在於：其係藉由砥石將加工物進行加工而將齒輪成形之齒輪加工裝置，且包含將加工物進行加工而將齒輪成形之螺紋狀砥石、及一面於與該螺紋狀砥石嚙合之狀態下相互旋轉一面將螺紋狀砥石成形之圓板狀之修整器，且將修整器之壓力角位錯設計為由經成形之螺紋狀砥石將齒輪成形時，於螺紋狀砥石之表面與所要加工之齒輪之間不會產生齒輪之齒形方向之相對移動之位置位於齒形評估範圍之外，齒形評估範圍設定為所加工之齒輪之齒面中、於使用時作為齒輪之齒面發揮功能之部分。
於如此構成之本發明中，藉由修整器將螺紋狀砥石成形，並藉由該螺紋狀砥石對加工物進行加工而將齒輪成形，且將修整器之壓力角位錯設計為於所成形之螺紋狀砥石將齒輪成形時，於螺紋狀砥石之表面與所要加工之齒輪之間不會產生齒輪之齒形方向之相對移動之位置位於齒形評估範圍之外。其結果，由於所加工之齒輪之齒面之齒形評估範圍內不存在於螺紋狀砥石之表面與所要加工之齒輪之間不會產生齒輪之齒形方向之相對移動之位置，故螺紋狀砥石相對於加工物朝該加工物之齒形方向移動之齒面滑移速度不會為零，而可提高齒輪之齒面之齒形評估範圍之表面粗糙度。
於本發明中，較佳為進而將修整器以使其壓力角減小之方式予以位錯設計，且將不會產生上述相對移動之位置朝齒面之齒形評估範圍之內側移動。
於如此構成之本發明中，由於將修整器以使其壓力角減小之方式予以位錯設計，且將於螺紋狀砥石之表面與所要加工之齒輪之間不會產生齒輪之齒形方向之相對移動之位置朝齒面之齒形評估範圍之內側移動，故於齒輪之齒面之齒形評估範圍內不存在不會產生上述相對移動之位置。其結果，螺紋狀砥石相對於加工物朝該加工物之齒形方向移動之齒面滑移速度不為零，而可提高齒輪之齒面之齒形評估範圍之表面粗糙度。
於本發明中，較佳為進而將修整器以使其壓力角增大之方式予以位錯設計，且將不會產生上述相對移動之位置朝齒面之齒形評估範圍之外側移動。
於如此構成之本發明中，由於將修整器以使其壓力角增大之方式予以位錯設計，且將於螺紋狀砥石之表面與所要加工之齒輪之間不會產生齒輪之齒形方向之相對移動之位置朝齒面之齒形評估範圍之外側移動，故於齒輪之齒面之齒形評估範圍內不存在不會產生上述相對移動之位置。其結果，螺紋狀砥石相對於加工物朝該加工物之齒形方向移動之齒面滑移速度不會為零，而可提高齒輪之齒面之齒形評估範圍之表面粗糙度。
於本發明中，較佳為一種齒輪加工方法，其特徵在於：其係進而藉由砥石將加工物進行加工而將齒輪成形者，且該齒輪加工方法包含準備螺紋狀砥石及圓板狀之修整器之步驟，該螺紋狀砥石係將加工物進行加工而將齒輪成形；該圓板狀之修整器係一面於與螺紋狀砥石嚙合之狀態下相互旋轉、一面將螺紋狀砥石成形；將修整器之壓力角位錯設計為由經成形之螺紋狀砥石將齒輪成形時，於螺紋狀砥石之表面與所要加工之齒輪之間不會產生齒輪之齒形方向之相對移動之位置位於齒形評估範圍之外；且該齒輪加工方法進而包含：藉由修整器將螺紋狀砥石成形之步驟；及藉由螺紋狀砥石將加工物進行加工而將齒 輪成形之步驟；且齒形評估範圍設定為所加工之齒輪之齒面中、於使用時作為齒輪之齒面發揮功能之部分。
於如此構成之本發明中，藉由修整器將螺紋狀砥石成形，並藉由該螺紋狀砥石將加工物進行加工而將齒輪成形，且將修整器之壓力角位錯設計為由經成形之螺紋狀砥石將齒輪成形時，於螺紋狀砥石之表面與所要加工之齒輪之間不會產生齒輪之齒形方向之相對移動之位置位於齒面之齒形評估範圍之外。其結果，由於所加工之齒輪之齒面之齒形評估範圍內不存在於螺紋狀砥石之表面與所要加工之齒輪之間不會產生齒輪之齒形方向之相對移動之位置，故螺紋狀砥石相對於加工物朝該加工物之齒形方向移動之齒面滑移速度不會為零，而可提高齒輪之齒面之齒形評估範圍之表面粗糙度。
根據本發明之齒輪加工裝置及齒輪加工方法，可提高齒輪之齒面之齒形評估範圍之表面粗糙度。
1‧‧‧齒輪加工裝置
2‧‧‧機座
4‧‧‧加工物(齒輪)
5‧‧‧齒面
6‧‧‧工件保持部
8‧‧‧平台
10‧‧‧工件加工用旋轉軸
12‧‧‧工件迴轉裝置
14‧‧‧固定部
16‧‧‧旋轉部
18‧‧‧尾架
20‧‧‧工件心軸
22‧‧‧砥石保持部
24‧‧‧柱子
26‧‧‧鞍座
28‧‧‧砥石頭部
30‧‧‧砥石旋轉軸
32‧‧‧螺紋狀砥石
34‧‧‧修整器裝置
36‧‧‧修整器
38‧‧‧修整器保持部
40‧‧‧被加工齒輪
42‧‧‧修整器
44‧‧‧螺紋狀砥石
45‧‧‧齒面
100‧‧‧螺紋狀砥石
100a‧‧‧螺牙
100b‧‧‧基準節圓直徑對應部
100c‧‧‧螺牙表面齒根部
100d‧‧‧齒底
100e‧‧‧螺牙表面齒尖部
102‧‧‧加工物
102a‧‧‧外齒
102b‧‧‧基準節圓直徑
102c‧‧‧基準節圓直徑部
102d‧‧‧外齒表面齒尖部
102e‧‧‧外齒表面齒根部
102f‧‧‧齒面
A‧‧‧齒形方向
B‧‧‧齒線方向
C1‧‧‧軸線
C2‧‧‧軸線
C3‧‧‧旋轉軸線
C4‧‧‧軸線
C5‧‧‧軸線
C6‧‧‧旋轉軸線
C7‧‧‧旋轉軸線
D‧‧‧箭頭符號
E‧‧‧箭頭符號
F‧‧‧箭頭符號
L1‧‧‧齒形評估範圍下限直徑
L2‧‧‧外徑部
L3‧‧‧齒形評估範圍下限直徑
L4‧‧‧外徑
PCD‧‧‧基準節圓直徑
x‧‧‧軸向
y‧‧‧軸向
z‧‧‧軸向
α‧‧‧壓力角
圖1(a)係顯示於概略說明先前之螺紋狀砥石相對於加工物朝齒輪之齒形方向移動時之齒面滑移之俯視圖中，研磨時之關係中之加工物之齒輪之基準節圓直徑部與螺紋狀砥石之基準節圓直徑對應部相接前之狀態之圖。
圖1(b)係顯示於概略說明先前之螺紋狀砥石相對於加工物朝齒輪之齒形方向移動時之齒面滑移之俯視圖中，兩者相接之狀態之圖。
圖1(c)係顯示於概略說明先前之螺紋狀砥石相對於加工物朝齒輪之齒形方向移動時之齒面滑移之俯視圖中，兩者相接後之狀態之圖。
圖2係說明齒輪之齒面之齒形方向、齒線方向及齒形評估範圍之圖。
圖3係顯示本發明之實施形態之齒輪加工裝置之立體圖。
圖4係顯示本發明之實施形態之齒輪加工裝置之前視圖。
圖5係顯示本發明之實施形態之齒輪加工裝置之俯視圖。
圖6係顯示本發明之實施形態之齒輪加工裝置之螺紋狀砥石與修整器裝置之位置關係之概略俯視圖。
圖7係顯示本發明之實施形態之齒輪加工裝置之螺紋狀砥石研磨加工物之狀態之概略立體圖。
圖8係對比顯示根據本發明之第1實施形態所成形之齒輪及藉由先前裝置所成形之齒輪各自之齒面之齒形評估範圍內之齒面滑移速度之線圖。
圖9係顯示藉由本發明之第1實施形態之齒輪加工裝置所成形之齒輪之齒面之齒形評估範圍之表面粗糙度之線圖。
圖10係顯示藉由先前裝置所成形之齒輪之齒面之齒形評估範圍之表面粗糙度之線圖。
圖11係對比顯示根據本發明之第2實施形態所成形之齒輪及藉由先前裝置所成形之齒輪各自之齒面之齒形評估範圍內之齒面滑移速度之線圖。
如上述般，由於本發明者們已發現如下問題點：於藉由螺紋狀砥石對加工物進行加工而將齒輪成形時，螺紋狀砥石相對於加工物朝齒形方向移動之齒面滑移速度成為零，因此，在齒輪之齒面之齒形評估範圍內表面粗糙度降低，故利用圖1(a)、(b)、(c)說明該問題點。
如圖1(a)、(b)、(c)及圖2所示，於螺紋狀砥石100研磨加工物102之情形時，產生螺紋狀砥石100一面相對於加工物102朝其齒面102f之齒形方向A滑移一面移動之齒面滑移之現象(齒面滑移)。
圖1(a)顯示先前之研磨加工之加工物之齒輪之基準節圓直徑部與螺紋狀砥石之基準節圓直徑對應部相接前之狀態，圖1(b)顯示兩者相 接之狀態，圖1(c)顯示兩者相接後之狀態，圖2係說明齒輪之齒面之齒形方向、齒線方向及齒形評估範圍之圖。
此處，如圖2所示，加工物(齒輪)之齒形方向A表示加工物(齒輪)之齒之自齒尖向齒根之方向(或自齒根向齒尖之方向)，齒線方向B表示加工物(齒輪)之齒之齒線延伸之方向。又，於圖1中，基準節圓直徑PCD係藉由假想線表示。另，於圖2中，顯示齒輪之齒面之齒形方向A、齒線方向B及齒形評估範圍，於後述之本發明之說明中亦以相同之含義參照圖2所示之齒輪之齒面之齒形方向A、齒線方向B及齒形評估範圍。
如圖1(a)所示，於外周面以螺旋狀形成有螺牙之螺紋狀砥石100以中心旋轉軸為中心朝箭頭符號D之方向旋轉，而螺紋狀砥石100之外周面上之螺牙100a朝箭頭符號E之方向移動。
於螺紋狀砥石100與加工物102嚙合之狀態下，螺紋狀砥石100之螺牙100a朝箭頭符號E之方向移動時，加工物102以旋轉軸為中心朝箭頭符號F之方向旋轉。此時，螺紋狀砥石100之螺牙100a、與加工物102之外齒102a一面以彼此一部分相接之方式相對移動，一面藉由螺紋狀砥石100之螺牙100a，進行加工物102之外齒102a之朝齒形方向A之研磨。
於圖1(a)中，齒輪102之基準節圓直徑PCD係由基準節圓直徑102b表示，加工物102之外齒102a之表面上之基準節圓直徑PCD上之點係由基準節圓直徑部102c表示。再者，於螺紋狀砥石100中，與齒輪102之基準節圓直徑PCD對應之螺紋狀砥石100之螺牙100a之表面上之部分係由基準節圓直徑對應部100b表示。
如圖1(a)所示，基準節圓直徑部102c位於與基準節圓直徑對應部100b分離之位置，外齒表面齒尖部102d與螺牙表面齒根部100c成為相接之狀態。此後，隨著螺牙100a朝箭頭符號E之方向移動且加工物102 朝箭頭符號F之方向旋轉，自螺牙表面齒根部100c至較基準節圓直徑對應部100b更靠向齒根側之部分係以進行齒面滑移之方式(以一面朝齒形方向A滑移一面移動之方式)一面依次與自外齒表面齒尖部102d至較基準節圓直徑部102c更靠向齒尖側之部分相接一面進行研磨。
因此，螺紋狀砥石100之自螺牙表面齒根部100c至基準節圓直徑對應部100b之部分相對於加工物102之自外齒表面齒尖部102d至較基準節圓直徑部102c更靠向齒尖側之部分進行該加工物102之齒面滑移之速度(朝齒形方向A移動之速度)之大小成為大於零之值。如此，由於齒面滑移速度為大於零之值，故以使螺紋狀砥石朝加工物102之齒形方向A滑移之方式進行研磨，因此，經加工之齒輪102之齒面102f之表面粗糙度良好。
接著，如圖1(b)所示，螺牙100a朝箭頭符號E之方向移動且加工物102朝箭頭符號F之方向旋轉。隨之，加工物102之外齒102a之外齒表面齒尖部102d朝向著螺紋狀砥石100之形成於螺牙100a之間之齒底100d之方向相對移動，且基準節圓直徑對應部100b與基準節圓直徑部102c以吻合之方式接觸。即，基準節圓直徑對應部100b與基準節圓直徑部102c不相對於加工物102進行齒面滑移(朝齒形方向A之移動)而一致。因此，螺紋狀砥石100相對於加工物102進行齒面滑移之速度(朝齒形方向A移動之速度)成為零。
於該狀態下，於研磨加工時之螺紋狀砥石100與齒輪102之關係中之基準節圓直徑部102c中，螺紋狀砥石100不相對於加工物102朝該加工物102之齒形方向A移動。因此，經加工之齒輪於其基準節圓直徑部102c中，僅於齒線方向B上被研磨，於齒形方向A上未被研磨。其結果，基準節圓直徑部102c之表面粗糙度變得不均一。於先前之齒輪之研磨加工中，研磨加工時之螺紋狀砥石100與齒輪102之關係中之基準節圓直徑部102c、與經加工之齒輪之實際使用時之基準節圓直徑 部一致。因此，於齒輪之實際使用時，由於將表面粗糙度不均一之基準節圓直徑部102c作為嚙合面使用，故齒輪性能降低。
如圖1(c)所示，其後，螺紋狀砥石100之螺牙100a朝箭頭符號E之方向移動且加工物102朝箭頭符號F之方向旋轉。隨之，外齒表面齒尖部102d以自齒底100d更為遠離之方式相對移動，基準節圓直徑部102c朝自基準節圓直徑對應部100b分離之位置移動。
此時，隨著螺牙100a朝箭頭符號E之方向移動且加工物102朝箭頭符號F之方向旋轉，自基準節圓直徑對應部100b至螺牙表面齒尖部100e之部分係一面以進行齒面滑移之方式(以一面朝齒形方向A滑移一面移動之方式)依次與自基準節圓直徑部102c至外齒表面齒根部102e之部分相接一面進行研磨。因此，螺紋狀砥石100之自基準節圓直徑對應部100b至螺牙表面齒尖部100e之部分相對於齒輪102之自基準節圓直徑部102c至外齒表面齒根部102e為止之部分進行該加工物102之齒面滑移之速度(朝齒形方向A移動之速度)之大小成為大於零之值。如此，螺紋狀砥石100相對於加工物102進行齒面滑移之速度之大小為大於零之值。因此，由於可以使螺紋狀砥石100關於加工物102之齒形方向A滑移之方式進行研磨，故齒輪102之齒面102f之表面粗糙度良好。
如上述般，於先前之齒輪加工中，於研磨時之加工物與螺紋狀砥石之關係中之基準節圓直徑部102c中，不會產生螺紋狀砥石與加工物之間之齒形方向A之滑移(圖1(b))。因此，由本案發明者發現如下問題：基準節圓直徑部102c之齒面之表面粗糙度惡化，且該部分於齒輪之實際使用時係作為嚙合面使用，故齒輪之性能降低。於本發明中，以使研磨時之加工物與螺紋狀砥石之關係中之基準節圓直徑與經加工之齒輪之實際使用時之基準節圓直徑(經加工之齒輪於使用時與其他齒輪嚙合時之基準節圓直徑)成為不同者之方式，位錯設計螺紋狀砥 石。其結果，可使表面粗糙度惡化之研磨時之基準節圓直徑部移動至實際使用時齒輪嚙合之齒形評估範圍之外，而可避免齒輪性能降低。
參考隨附圖式，以下對已解決上述先前裝置所引起之問題點之本發明之實施形態之齒輪加工裝置進行說明。
首先，利用圖3至圖6，說明本實施形態之齒輪加工裝置之基本構造。符號1表示齒輪加工裝置，該齒輪加工裝置1具有設置於齒輪加工裝置1之基部之機座2。於以下之說明中，將機座2之上表面之長邊方向稱為x軸向，將短邊方向稱為y軸向，將與機座2之上表面正交之方向稱為z軸向。於機座2之上表面，設置有用以保持所要研磨加工之對象加工齒輪即加工物(齒輪)4(工件)之工件保持部6。
工件保持部6具有安裝於機座2之上表面之圓筒形之平台8。平台8配置為其圓筒形之中心軸線沿著z軸向延伸。
又，工件保持部6具有插通於平台8之內周之圓筒形之工件加工用旋轉軸10。該工件加工用旋轉軸10係由設置於平台8之內周之軸承予以支持，且可以朝z軸向延伸之軸線C1為中心旋轉。
再者，工件保持部6具有工件迴轉裝置12，其係用以使加工物(齒輪)4移動於用以將已完成加工之齒輪4更換為未加工之加工物4且將加工物4安裝於工件保持部6之工件更換位置、與藉由螺紋狀砥石對加工物4進行研磨加工之工件加工位置之間。
工件迴轉裝置12具備固定於機座2之上表面之方柱形之固定部14、與藉由該固定部14可旋轉地支持之方柱形之旋轉部16。
旋轉部16可以朝z軸向延伸之軸線C2為中心旋轉。於旋轉部16之側面，設置有一對尾架18。該等一對尾架18係配置於相對於軸線C2彼此線對稱之位置。又，尾架18係於旋轉部16之側面，可於z軸向滑動地被支持。
於各尾架18，安裝有用以支持加工物(齒輪)4且使其旋轉之工件 心軸20。工件心軸20具有圓棒形狀，係自尾架18之下端沿著z軸向朝下方延伸設置。該工件心軸20係藉由設置於尾架18之內部之軸承，可以工件心軸20之長邊方向之旋轉軸線C3為中心旋轉地被支持。
於工件心軸20之前端部分，保持加工物(齒輪)4。於工件加工位置，任一個尾架18之工件心軸20之旋轉軸線C7與工件加工用旋轉軸10之軸線C1吻合，且藉由工件心軸20之前端部分與工件加工用旋轉軸10之前端部分夾持加工物(齒輪)4。如此，一者之尾架18之工件心軸20位於工件加工位置之情形時，另一者之尾架18之工件心軸20位於工件更換位置，且一者之尾架18之工件心軸20自工件加工位置朝工件更換位置移動之情形時，另一者之尾架18之工件心軸20自工件更換位置朝工件加工位置移動。
又，用以保持砥石之砥石保持部22設置於機座2之上表面上與工件保持部6對向之位置。
砥石保持部22具備方柱形之柱子24，其設置於機座2之上表面上與工件保持部6對向之位置。該柱子24設置為可沿著x軸向於機座2之上表面上移動。
柱子24之各側面之內，與工件保持部6對向之側面上，設置有鞍座26。該鞍座26可朝z軸向滑動且可以朝x軸向延伸之軸線C4為中心旋轉地安裝於柱子24之側面。
於鞍座26，設置有用以支持砥石且使其旋轉之砥石頭部28。該砥石頭部28係於鞍座26之側面可沿著與x軸正交之軸線C5滑動地被支持。又，砥石頭部28具備沿著軸線C5延伸之砥石旋轉軸30。砥石旋轉軸30藉由設置於砥石頭部28之馬達之動力，以軸線C5為中心旋轉。於該砥石旋轉軸30之前端，可裝卸地安裝於外周面形成有螺旋狀之螺牙之圓筒形之螺紋狀砥石32。於將螺紋狀砥石32安裝於砥石頭部28之砥石旋轉軸30之狀態下，螺紋狀砥石32之旋轉軸線與軸線C5一 致。
螺紋狀砥石32於外周面以螺旋狀形成螺牙，該螺牙之形狀為與成為對象加工物即齒輪(工件)之目的之齒輪之參數(結束齒輪加工而完成時作為目的之齒輪之參數，例如模數、壓力角、齒數、扭轉角等)對應之形狀，且為如後述般藉由將螺紋狀砥石32成形之修整器36所形成之形狀。
再者，如圖6所示，齒輪加工裝置1具備設置於機座2上且將螺紋狀砥石32成形之修整器裝置34(於圖3至5中省略修整器裝置34。於圖6中，顯示修整器裝置34與螺紋狀砥石32及工件迴轉裝置12之旋轉部16之軸線C2等之位置關係)。修整器裝置34係將螺紋狀砥石32成形之旋轉式修整裝置，具備以可將螺紋狀砥石32成形之方式安裝金剛鑽且形成為圓板狀之修整器36、與可旋轉驅動且可保持該修整器36之修整器保持部38。此處所謂成形之動作中包含修整器36修整螺紋狀砥石32之動作、及整形動作。
修整器保持部38設置於機座2上且可圍繞工件迴轉裝置12之旋轉部16之軸線C2迴轉，可將修整器36朝與螺紋狀砥石32對向之位置移動且配置於將螺紋狀砥石32成形之位置。修整器保持部38可一面使修整器36以旋轉軸線C6為中心旋轉一面進行支持。
由於修整器36對應於自身之形狀將螺紋狀砥石32成形，且對應於該螺紋狀砥石32之形狀研磨加工物4之形狀，故修整器36之形狀與齒輪4之形狀對應。例如，修整器36具有如當決定自身之壓力角α時，則決定藉由修整器36成形之螺紋狀砥石32之壓力角之關係。如此，當修整器36決定自身之壓力角α等之齒輪之參數時，可通過螺紋狀砥石32之壓力角等之齒輪之參數間接決定齒輪4之壓力角等之齒輪之參數。即，根據成為目的之齒輪4之齒形設計修整器36之參數。
如此，當位錯設計修整器36之參數時，經由螺紋狀砥石32，其 使螺紋狀砥石32與所要加工之齒輪4之關係中之基準節圓直徑PCD移動。即，藉由修整器36之位錯設計，在螺紋狀砥石32之表面與所要加工之齒輪4之間不會產生齒形方向之相對移動之位置移動。所謂位錯設計修整器36之參數，係指將修整器36之參數(壓力角α等)設計為與所要加工之齒輪之實際使用時之壓力角等不同之值。當位錯設計修整器36之參數時，螺紋狀砥石32之表面與所要加工之齒輪4之間不會產生齒輪4之齒形方向之相對移動之位置，雖與通常設計之情形時不同，但齒輪4之齒形(例如齒輪4之齒冠圓直徑及基礎圓直徑之大小等)不因位錯設計而變更。
另，本發明中使用之齒輪之「位錯設計」之理論係指例如以變更齒輪之切削節圓直徑(螺紋狀砥石與所要加工之齒輪之關係中之基準節圓直徑)之方式設計螺紋狀砥石之參數，具體而言，係指以與對應於作為目的之齒輪之齒形之基準設計不同之方式設計螺紋狀砥石之壓力角等之參數。此時，藉由基準設計所加工之齒輪、與使用位錯設計所加工之齒輪可正確嚙合。
再者，齒輪加工裝置1具有控制工件保持部6、砥石保持部22及修整器裝置34之控制部(未圖示)。該控制部(未圖示)電性連接於工件加工用旋轉軸10、工件迴轉裝置12、尾架18、柱子24、鞍座26、砥石頭部28、修整器保持部38等，控制藉由修整器36將螺紋狀砥石32成形之動作及螺紋狀砥石32研磨加工物4之動作。
接著，參照圖6及圖7，對本發明之第1實施形態之對加工物進行研磨加工之齒輪加工裝置之動作(作用)進行說明。
圖7係顯示本發明之第1實施形態之齒輪加工裝置之螺紋狀砥石研磨加工物之狀態之概略立體圖。
首先，對藉由修整器36將螺紋狀砥石32成形之動作進行說明。如圖6所示，藉由修整器保持部38將修整器36移動直至與螺紋狀砥石 32對向之位置為止，且將修整器36準備在將螺紋狀砥石32成形之位置。
接著，使修整器36以修整器之旋轉軸線C6為中心旋轉後，使所要成形之螺紋狀砥石32與正在旋轉之修整器36嚙合。
於修整器36與所要成形之螺紋狀砥石32嚙合之狀態下，所要成形之螺紋狀砥石32以砥石旋轉軸之軸線C5為中心旋轉且朝砥石旋轉軸C5之軸向移動。如此，螺紋狀砥石32一面移動一面成形為可研磨對應於修整器36之參數之設計之齒輪4之形狀。
修整器36之壓力角α反映於螺紋狀砥石32之壓力角。因此，經位錯設計之修整器36之壓力角α反映於螺紋狀砥石32之壓力角，而可以使於螺紋狀砥石32之表面與所要加工之齒輪4之間不會產生齒形方向之相對移動之位置位於齒面5(圖2)之齒形評估範圍外之方式形成螺紋狀砥石32。
此處，所謂齒輪4之齒形評估範圍係評估齒輪4之齒形之範圍，更具體而言，係是否滿足為使齒輪4作為齒輪發揮功能所追求之設計要求基準而評估其齒形之範圍(於圖2中例示齒輪4之齒面5上之齒形評估範圍)。此種齒輪之齒面中之用以評估齒形之範圍係作為齒輪之齒面發揮功能之部分，即於實際使用時嚙合而傳遞力之部分。齒形評估範圍係設定為自齒輪4之外徑部L2(參照圖8)至對應於齒輪4所要求之規格之特定距離內側之齒形評估範圍下限直徑L1(參照圖8)之範圍。於先前之齒輪加工中，於螺紋狀砥石之表面與所要加工之齒輪之間不會產生齒形方向之相對移動之位置、與已加工之齒輪之實際使用時之節圓直徑之位置相同，該位置位於齒輪之齒形評估範圍內。
接著，對螺紋狀砥石32研磨加工物4之動作進行說明。
於圖2及圖7中，利用參照符號A表示齒輪4之齒形方向，利用參照符號B表示齒輪4之齒線方向。
如圖4所示，將加工物4配置於工件加工位置。
接著，於使螺紋狀砥石32以砥石旋轉軸C5為中心旋轉，且使加工物4以工件之旋轉軸線C7為中心旋轉之狀態下，如圖7所示，使螺紋狀砥石32與加工物4嚙合。藉由使螺紋狀砥石32與加工物4一面嚙合一面旋轉，螺紋狀砥石32以形成加工物4之各齒輪之方式進行研磨。
此處，藉由經位錯設計之修整器36所形成之螺紋狀砥石32可基於自身之形狀，以使不會產生上述齒形方向之相對移動之位置形成於評估該齒輪4之齒形之齒形評估範圍外之方式研磨加工物4。
螺紋狀砥石32研磨加工物4時，如上述般，螺紋狀砥石32與加工物4產生以朝加工物4之齒形方向滑移之方式(以偏移之方式)相對移動之齒面滑移，該齒面滑移係於螺紋狀砥石32與加工物4之關係中之節圓直徑部以外之部分中產生。即，齒面滑移之速度之大小於上述節圓直徑部中成為零值，於上述節圓直徑部以外之位置成為大於零之值。因此，於本發明之第1實施形態中，由於將螺紋狀砥石32與加工物4之關係中之節圓直徑部、即不會產生齒形方向之相對移動之位置配置於齒面5之齒形評估範圍外，故螺紋狀砥石32於齒輪4之齒形評估範圍中，對加工物4進行如齒面滑移之速度之大小成為大於零之值般之研磨，且以使不會產生上述齒形方向之相對移動之位置在齒形評估範圍之外之方式進行研磨。
因此，由於螺紋狀砥石32在齒輪4之齒形評估範圍中產生齒面滑移，故以螺紋狀砥石32與加工物4滑移之方式進行研磨，藉此可使齒形方向之表面粗糙度成為大致特定之良好之狀態。再者，於不會產生上述齒形方向之相對移動之位置上，由於未產生齒面滑移，故保持原樣轉印螺紋狀砥石32(修整器36)之形狀而齒形方向之表面粗糙度無法保持為大致特定而表面粗糙度急劇粗糙惡化，但由於該位置係在齒輪4之齒形評估範圍外，故不會影響齒輪之性能。
接著，於本發明之第1實施形態中，對藉由形成將設計成可獲得所意圖之齒輪4之修整器以減小該修整器之壓力角α之方式位錯設計之修整器36，於齒輪4之齒形評估範圍中可將齒面滑移速度之大小設為大於零之值此點進行說明。
圖8係對比顯示根據本發明之第1實施形態所成形之齒輪及藉由先前裝置所成形之齒輪各自之齒面之齒形評估範圍內之齒面滑移速度之線圖。
於圖8中，橫軸表示齒輪4之被加工齒輪之直徑[mm]，縱軸係藉由以0為基準之正負表示齒面滑移速度之大小。齒形評估範圍係被加工齒輪之直徑上自齒形評估範圍下限直徑L1至外徑部L2之範圍。
如圖8所示，於先前裝置中，於設計成可獲得最初意圖之被加工齒輪之修整器將修整器之壓力角α設定為20度之情形時，藉由該修整器所成形之螺紋狀砥石相對於加工物4進行齒面滑移之速度之大小，係於被加工齒輪直徑中之齒形評估範圍內之研磨時之基準節圓直徑PCD之位置上成為零。
於使用以藉由位錯設計將該修整器之20度之壓力角減少為17.5度、14.5度或12度等之壓力角α之方式所形成之修整器36之情形時，藉由該修整器36所成形之螺紋狀砥石32相對於加工物4進行齒面滑移之速度之大小於齒形評估範圍之齒形評估範圍下限直徑L1上成為大於零之值。即，藉由將修整器36之壓力角變更為藉由位錯設計減小之壓力角α，螺紋狀砥石32之表面與所要加工之齒輪4之間不會產生齒輪4之齒形方向之相對移動之位置以配置於較齒形評估範圍之齒形評估範圍下限直徑L1更小之直徑之位置之方式移動，使於齒形評估範圍內進行齒面滑移之速度之大小大於零。因此，螺紋狀砥石32可相對加工物4一面朝該被加工齒輪4之齒形方向移動一面進行研磨，而可提高齒輪4之齒形評估範圍之表面粗糙度。
顯示測定使用本發明之第1實施形態之齒輪加工裝置1之經位錯設計之修整器36獲得之齒輪4之齒形評估範圍之表面粗糙度之結果、與作為比較例測定使用位錯設計成本發明之第1實施形態之齒輪加工裝置1之修整器36前之修整器獲得之齒輪之齒形評估範圍之表面粗糙度之結果之比較。
圖9係顯示藉由本發明之第1實施形態之齒輪加工裝置所成形之齒輪之齒面之齒形評估範圍之表面粗糙度之線圖，圖10係顯示藉由先前裝置所成形之齒輪之齒面之齒形評估範圍之表面粗糙度之線圖。
圖9及圖10均為橫軸表示齒輪4之被加工齒輪之直徑上之齒形評估範圍，縱軸表示表面粗糙度。表面粗糙度係利用算術平均粗糙度(Ra)、最大高度(Rz)等表示。
於圖9中，使用經位錯設計之修整器36將螺紋狀砥石32成形，且該螺紋狀砥石32研磨加工物4之情形時，不會產生上述齒輪4之齒形方向之相對移動之位置為移動至半徑方向內側之齒形評估範圍外之狀態。因此，成為於齒輪4之齒形評估範圍內，不存在不會產生上述齒輪4之齒形方向之相對移動之位置之狀態。因此，可知於齒輪4之齒輪直徑之齒形評估範圍內，可消除齒面滑移之速度之大小成為零之部位，而齒面滑移之速度之大小大於零，因此，螺紋狀砥石32可相對加工物4一面朝該加工物4之齒形方向移動一面進行研磨，齒形評估範圍內之表面粗糙度可成為與齒輪4之外徑部L2附近之表面粗糙度為相同程度之大致特定之值(可修整為相對均一)，而使表面粗糙度提高。
與此相對，於圖10中，由於使用具備位錯設計為本發明之第1實施形態之齒輪加工裝置1之修整器36前之修整器之先前裝置進行一連串之加工，故可知齒輪之齒形評估範圍內存在不會產生齒輪4之齒形方向之相對移動之位置，且於該位置附近，存在表面粗糙度並非特定，且急劇變化，而表面粗糙度惡化之部分。
根據上述本發明之第1實施形態之齒輪加工裝置1，藉由修整器36將螺紋狀砥石32成形，且藉由該螺紋狀砥石32對加工物4加工而將齒輪4成形，於所成形之螺紋狀砥石32將加工物4成形時，以於螺紋狀砥石32之表面與所要加工之加工物4之間不會產生加工物4之齒形方向A之相對移動之位置位於齒形評估範圍之外之方式，位錯設計修整器36之壓力角α。其結果，由於經加工之齒輪4之齒面5之齒形評估範圍內不存在於螺紋狀砥石32之表面與所要加工之加工物4之間不會產生加工物4之齒形方向A之相對移動之位置，故螺紋狀砥石32相對加工物4朝該加工物4之齒形方向A移動之齒面滑移速度不會變為零，而可提高齒輪4之齒面5之齒形評估範圍之表面粗糙度。
又，根據本發明之第1實施形態之齒輪加工裝置1，由於將修整器36以減小其壓力角α之方式進行位錯設計，且於螺紋狀砥石32之表面與所要加工之加工物4之間不會產生加工物4之齒形方向A之相對移動之位置移動至齒面5之齒形評估範圍之內側，故於齒輪4之齒面5之齒形評估範圍內不存在不會產生上述相對移動之位置。其結果，螺紋狀砥石32相對加工物4朝該加工物4之齒形方向A移動之齒面滑移速度不會為零，而可提高齒輪4之齒面5之齒形評估範圍之表面粗糙度。
又，根據本發明之第1實施形態之齒輪加工方法，藉由修整器36將螺紋狀砥石32成形，且藉由該螺紋狀砥石32對加工物4進行加工而將齒輪4成形，於所成形之螺紋狀砥石32將加工物4成形時，以使於螺紋狀砥石32之表面與所要加工之加工物4之間不會產生加工物4之齒形方向A之相對移動之位置在齒面5之齒形評估範圍外之方式，位錯設計修整器36之壓力角α。其結果，由於經加工之齒輪4之齒面5之齒形評估範圍內不存在於螺紋狀砥石32之表面與所要加工之加工物4之間不會產生加工物4之齒形方向A之相對移動之位置，故螺紋狀砥石32相對加工物4朝該加工物4之齒形方向A移動之齒面滑移速度不會為 零，而可提高齒輪4之齒面5之齒形評估範圍之表面粗糙度。
接著，藉由圖11，說明本發明之第2實施形態之齒輪加工裝置。本實施形態之齒輪加工裝置與上述第1實施形態之齒輪加工裝置不同之點在於：將修整器以增大自身之壓力角之方式進行位錯設計，且使於螺紋狀砥石32之表面與所要加工之齒輪40之間不會產生齒輪40之齒形方向之相對移動之位置以較齒形評估範圍更大之方式移動。
此處，僅說明本發明之第2實施形態之與第1實施形態不同之點，對於相同之部分於圖式中標註相同參照符號而省略說明。
於本發明之第2實施形態中，對藉由將設計成可獲得所意圖之齒輪40之修整器以增大自身之壓力角之方式位錯設計而形成修整器42，於齒輪40之齒形評估範圍中可將齒面滑移速度之大小設為小於零之值此點進行說明。
圖11係對比顯示根據本發明之第2實施形態所成形之齒輪及藉由先前裝置所成形之齒輪各自之齒面之齒形評估範圍內之齒面滑移速度之線圖。
於圖11中，橫軸表示齒輪4之被加工齒輪之直徑[mm]，縱軸係藉由以0為基準之正負表示齒面滑移速度之大小。齒形評估範圍係被加工齒輪直徑上自齒面之齒形評估範圍下限直徑L3至外徑L4之範圍。
如圖11所示，於先前裝置中，於設計成可獲得最初意圖之齒輪40之修整器將修整器之壓力角設定為15度之情形時，藉由該修整器所成形之螺紋狀砥石相對於加工物進行齒面滑移之速度之大小於被加工齒輪直徑中之齒形評估範圍內之研磨時之基準節圓直徑PCD之位置上成為零。
於以形成藉由位錯設計將該修整器之15度之壓力角增大為25度之壓力角α之修整器42之方式進行變更之情形時，藉由經位錯設計之修整器42所成形之螺紋狀砥石44相對於加工物40進行齒面滑移之速度 之大小於齒面45之齒形評估範圍之外徑L4上成為小於零之值。即，於使用經位錯設計之修整器42將螺紋狀砥石44成形，且該螺紋狀砥石44研磨加工物40之情形時，螺紋狀砥石32之表面與所要加工之齒輪40之間不會產生齒輪40之齒形方向之相對移動之位置以配置於較齒面45之齒形評估範圍之上限之外徑L4更大之直徑之位置之方式移動，且於齒形評估範圍內進行齒面滑移之速度之大小大於零(齒面滑移之速度設為負值)，因此，螺紋狀砥石44可相對加工物40一面朝該加工物40之齒形方向移動一面進行研磨，而可提高齒輪4之齒面45之齒形評估範圍之表面粗糙度。
對於修整器42，最初所設計之修整器之壓力角不同之情形時，亦同樣地，針對修整器42，藉由將最初所設計之修整器之壓力角變更為藉由位錯設計增大之壓力角α，使不會產生上述齒輪40之齒形方向之相對運動之位置以配置於較齒形評估範圍之外徑L4更大之直徑之位置之方式移動，而可將進行齒形評估範圍內之齒面滑移之速度之大小設為大於零。因此，螺紋狀砥石44可相對於加工物40一面朝該加工物40之齒形方向移動一面進行研磨，而可提高齒輪4之齒形評估範圍之表面粗糙度。
根據上述本發明之第2實施形態之齒輪加工裝置，由於將修整器42以增大其壓力角α之方式進行位錯設計，並使於螺紋狀砥石32之表面與所要加工之齒輪40之間不會產生齒輪40之齒形方向之相對移動之位置移動至齒面45之齒形評估範圍之外側，故於齒輪40之齒面45之齒形評估範圍內不存在不會產生上述相對移動之位置。其結果，螺紋狀砥石44相對加工物40朝該加工物40之齒形方向A移動之齒面滑移速度不會為零，而可提高齒輪40之齒面45之齒形評估範圍之表面粗糙度。

Claims (4)

  1. 一種齒輪加工裝置，其特徵在於：其係藉由砥石將加工物進行加工而將齒輪成形者，且包含：螺紋狀砥石，其將加工物進行加工而將齒輪成形；及圓板狀之修整器，其一面於與該螺紋狀砥石嚙合之狀態下相互旋轉、一面將上述螺紋狀砥石成形；且將上述修整器之壓力角位錯設計為由經成形之上述螺紋狀砥石將齒輪成形時，於上述螺紋狀砥石之表面與所要加工之齒輪之間不會產生齒輪之齒形方向之相對移動之位置位於齒形評估範圍之外；上述齒形評估範圍係設定為經加工之齒輪之齒面中、於使用時作為齒輪之齒面發揮功能之部分。
  2. 如請求項1之齒輪加工裝置，其中上述修整器係以使其壓力角減小之方式予以位錯設計，且將不會產生上述齒輪之齒形方向之相對移動之位置移動至上述齒形評估範圍之內側。
  3. 如請求項1之齒輪加工裝置，其中上述修整器係以使其壓力角增大之方式予以位錯設計，且將不會產生上述齒輪之齒形方向之相對移動之位置移動至上述齒形評估範圍之外側。
  4. 一種齒輪加工方法，其特徵在於：其係藉由砥石將加工物進行加工而將齒輪成形者，且包含：準備螺紋狀砥石及圓板狀之修整器之步驟，該螺紋狀砥石係將加工物進行加工而將齒輪成形；該修整器係一面於與上述螺紋狀砥石嚙合之狀態下相互旋轉、一面將上述螺紋狀砥石成形；且將上述修整器之壓力角位錯設計為由經成形之上述螺紋狀砥 石將齒輪成形時，於上述螺紋狀砥石之表面與所要加工之齒輪之間不會產生齒輪之齒形方向之相對移動之位置位於齒形評估範圍之外；且該齒輪加工方法進而包含：藉由修整器將上述螺紋狀砥石成形之步驟；及藉由上述螺紋狀砥石將加工物進行加工而將齒輪成形之步驟；且上述齒形評估範圍設定為經加工之齒輪之齒面中、於使用時作為齒輪之齒面發揮功能之部分。
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