WO2012133025A1 - 歯車加工装置及び歯車加工条件設定装置 - Google Patents

歯車加工装置及び歯車加工条件設定装置 Download PDF

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潤史 久古
山口　亮
英二 名畑
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株式会社小松製作所
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    • B23F—MAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
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    • B23F23/12—Other devices, e.g. tool holders; Checking devices for controlling workpieces in machines for manufacturing gear teeth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23F—MAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F5/00—Making straight gear teeth involving moving a tool relatively to a workpiece with a rolling-off or an enveloping motion with respect to the gear teeth to be made
    • B23F5/20—Making straight gear teeth involving moving a tool relatively to a workpiece with a rolling-off or an enveloping motion with respect to the gear teeth to be made by milling
    • B23F5/22—Making straight gear teeth involving moving a tool relatively to a workpiece with a rolling-off or an enveloping motion with respect to the gear teeth to be made by milling the tool being a hob for making spur gears
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T409/00—Gear cutting, milling, or planing
    • Y10T409/10—Gear cutting
    • Y10T409/100159—Gear cutting with regulation of operation by use of templet, card, or other replaceable information supply

Definitions

  • the present invention relates to a gear machining condition setting device, and more particularly to a gear machining condition setting device that outputs a machining condition when a workpiece gear is cut by a hob cutter, and a gear machining device including the gear machining condition setting device.
  • a hobbing machine is provided as an example of a gear processing device.
  • the hobbing machine is a device that creates a tooth profile on a workpiece using a hob cutter, and the workpiece is supported on the table side and the hob cutter is supported on the tool head.
  • the hob cutter and the workpiece are rotated in a fixed relationship by the respective driving mechanisms.
  • the hob cutter is fed by a feed mechanism with a constant feed amount relative to the workpiece in the gear shaft direction.
  • Patent Document 1 discloses a method for obtaining a cutting speed from the hardness of a workpiece material.
  • Patent Document 2 discloses a relationship between a gear module and a cutting speed in a hobbing machine (for example, FIG. 17).
  • Patent Document 1 is a cutting speed calculation method in which the workpiece is limited to pure iron or carbon steel for mechanical structure having a Vickers hardness of 100 to 170, and the cutting edge temperature is 640 ° C to 700 ° C. is there. Therefore, it cannot be applied to set general gear machining conditions.
  • An object of the present invention is to make it possible to easily obtain machining conditions suitable for these specifications by inputting the specifications of the hob cutter and the work gear.
  • a gear machining condition setting device is a device for outputting machining conditions when a workpiece gear is machined by a hob cutter, and is a parameter receiving means, a first storage means, a second storage means, and a feed An amount calculation means, a third storage means, and a cutting speed calculation means are provided.
  • the parameter receiving means receives a feed amount determination parameter including specifications of the hob cutter and the work gear, and a cutting speed determination parameter including a target temperature during machining of the cutting edge of the hob cutter.
  • the first storage means stores a cutting amount calculation expression indicating a relationship between a characteristic value determined from a relative feed amount of the hob cutter with respect to the work gear and a feed amount determination parameter and a calculated cut amount per blade of the hob cutter.
  • the second storage means stores a maximum limit cutting amount per blade of the hob cutter, which is preset according to the specifications and material of the work gear.
  • the feed amount calculating means obtains the feed amount of the hob cutter from the preset cut amount per blade of the hob cutter including the maximum limit cut amount using a cut amount calculation formula.
  • the third storage means stores data of a constant temperature curve indicating the relationship between the cutting amount and the cutting speed when the cutting edge temperature of the hob cutter is set to a predetermined temperature.
  • the cutting speed calculation means refers to the constant temperature curve to obtain the cutting speed from the cutting amount corresponding to the feed amount and the cutting speed determination parameter.
  • the feed amount determination parameter includes specifications of the hob cutter and the work gear.
  • the cutting speed determination parameter includes a target temperature during machining of the cutting edge of the hob cutter.
  • a suitable feed amount and cutting speed can be easily obtained by inputting the specifications of the hob cutter and the work gear. Therefore, even if the hob cutter and the gear specifications are changed, it is possible to always perform processing by setting a suitable feed amount and cutting speed.
  • the gear machining condition setting device is the device of the first aspect, wherein the feed amount determination parameter includes a specified feed amount relative to the work gear of the hob cutter, and the feed amount calculation means cuts from the specified feed amount.
  • the feed amount is obtained from the cut amount obtained by referring to the calculated cut amount and the maximum limit cut amount obtained by the amount calculation formula.
  • the feed amount may be specified by the operator in consideration of surface roughness. From this designated feed amount, the calculated cut amount is obtained by a cut amount calculation formula, and the feed amount is obtained from the calculated cut amount and the maximum limit cut amount.
  • the feed amount is determined in consideration of the surface roughness and the maximum limit cutting depth, the processing conditions considering the processing quality and the hob cutter life can be easily determined.
  • the feed amount calculating means selects the smaller one of the calculated cut amount and the maximum limit cut amount as the cut amount.
  • the gear machining condition setting device is the device according to any one of the first to third aspects, wherein the characteristic value included in the cutting amount calculation formula is a work gear module, a feed amount of the hob cutter to the work gear, and This value is proportional to the power of the number of hob cutters and inversely proportional to the number of teeth of the work gear and the number of grooves of the hob cutter.
  • the gear machining condition setting device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the constant temperature curve indicates that the cutting amount and the cutting speed are inversely proportional when the cutting edge temperature of the hob cutter is constant. Created based on.
  • the gear machining condition setting device is the device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the cutting speed calculation means calculates the spindle speed from the cutting speed.
  • the gear machining condition setting device is the device of the sixth aspect, further comprising fourth storage means for storing the allowable output of the spindle motor and limit spindle speed calculation means.
  • the limit spindle speed calculation means calculates the maximum limit spindle speed from the cutting power and the allowable output.
  • the cutting power is obtained from the specifications of the hob cutter and the work gear, the rotational speed of the main shaft, and the feed amount of the hob cutter to the work gear. Then, the cutting speed calculation means compares the spindle speed determined by the calculation with the maximum limit spindle speed, and outputs a lower speed as the control spindle speed.
  • the cutting power is obtained from the specifications of the hob cutter and the work gear
  • the maximum limit spindle speed is calculated from the cutting power and the allowable output.
  • the spindle rotational speed obtained in the sixth invention and the maximum limit spindle rotational speed are compared, and a low rotational speed is output as the control spindle rotational speed.
  • a gear machining device is a device for generating tooth cutting, a spindle having a hob cutter attached to the tip, a feed means for moving the spindle along the axial direction of the work gear, and a feed Any one of the first to seventh inventions, wherein the machining conditions including the feed amount of the means and the rotation speed of the spindle are set and the numerical control unit for controlling the machining and the set values of the feed amount and the spindle rotation speed are sent to the numerical control unit And a gear machining condition setting device as described above.
  • the schematic diagram for demonstrating the gear cutting process by a hob cutter. 1 is an overall block diagram of a hobbing machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 An outline of gear cutting by a hob cutter will be described.
  • a hob cutter 1 is mounted on a main shaft of a hobbing machine (gear processing device) and rotates in the R1 direction in the figure.
  • a gear material (hereinafter simply referred to as “work gear”) 2 as a workpiece is supported by a hobbing table and rotates in the R2 direction in the figure.
  • the hob cutter 1 and the work gear 2 are geared while rotating with each other in a predetermined relationship.
  • the hob cutter 1 is fed by a predetermined amount in the gear shaft direction (perpendicular to the plane of FIG. 1) per rotation of the work gear 2.
  • feed amount the predetermined feed amount in the gear shaft direction in this case is referred to as “feed amount”.
  • the specifications of the hob cutter 1 are the number of strips I and the number of grooves (number of teeth) Zh, and the specifications of the work gear 2 are the module m and the number of teeth Zw.
  • the machining conditions are a cutting speed V (corresponding to the rotation speed of the spindle on which the hob cutter is mounted), and a feed amount f of the hob cutter 1. Furthermore, as shown in FIG. 1, the cutting amount per blade of the hob cutter 1 is ap.
  • FIG. 2 shows an overall block diagram of a hobbing machine according to an embodiment of the present invention.
  • This hobbing machine includes a hobbing machine body 5, a numerical control device (NC device) 6 for controlling machining of the hobbing machine body 5, a feed amount f of the hob cutter 1 and a cutting speed V (spindle) with respect to the numerical control device 6. And a machining condition calculation device 7 for instructing the rotation speed).
  • the hob cutter 1 is supported by the main shaft of the hobbing machine body 5, and the work 2 is supported by the table.
  • the hobbing machine body 5 is provided with a spindle motor 5a and a feed motor 5b.
  • the main shaft motor 5a is a motor for rotationally driving the main shaft on which the hob cutter 1 is mounted.
  • the feed motor 5b is a motor for moving the main shaft on which the hob cutter 1 is mounted in the gear shaft direction of the work gear 2.
  • the numerical controller 6 is provided with a storage device (not shown) in which a machining program is stored and an input unit 10 for setting machining conditions. From the input unit 10, the machining conditions such as the specifications of the hob cutter 1 and the work gear 2 and the designated feed amount are input as input parameters.
  • the machining condition calculation device 7 includes a storage unit 11 and a calculation unit 12.
  • the machining condition calculation device 7 receives the target temperature of the cutting edge of the hob cutter, the allowable output of the spindle motor 5a, and the like as control threshold values via the input unit 13.
  • the storage unit 11 stores various databases and cutting power calculation formulas. The database will be described later.
  • the cutting power calculation formula is an arithmetic formula for obtaining the cutting power from the specifications of the hob cutter and the work gear, the spindle speed, and the feed amount.
  • the calculation unit 12 has a parameter reception function, a machining condition calculation function, and a condition output function.
  • the parameter receiving function is a function for taking in parameters such as a threshold value input from the input unit 13 and parameters given from the numerical control device 6.
  • the machining condition calculation function refers to a database stored in the storage unit 11, and suitable machining conditions for gear cutting with the hobbing machine body 5, that is, a suitable feed amount for the work gear 2 of the hob cutter 1.
  • This function calculates f (mm / t-rev) and cutting speed V (spindle speed: m / min).
  • the condition output function is a function of outputting the feed amount f obtained by the calculation to the numerical control device 6 and outputting the control spindle rotational speed corresponding to the cutting speed to the numerical control device 6.
  • the numerical control device 6 sends a current command value to the spindle motor 5a and the feed motor 5b based on a signal from the machining condition calculation device 7. As a result, the hob cutter 1 is fed at a feed amount suitable for each condition while rotating at a rotation speed suitable for each condition.
  • the storage unit 11 stores parameters such as control threshold values input from the input unit 13 in order to calculate machining conditions, and stores various databases shown below. Yes.
  • the first database DB1 is data indicating the calculation cut amount ap1 for a certain characteristic value q.
  • the inventor of the present invention examined the specifications and the like of the hob cutter 1 and the work gear 2 and the depth of cut from various viewpoints. As a result, by defining the characteristic value q, as shown in FIG. 3, there is a certain relationship between the characteristic value q and the cutting amount ap, and that the cutting amount ap is expressed by the following approximate expression: I found it.
  • the characteristic value q is the module m of the work gear 2, the feed amount f (mm / t-rev) of the hob cutter 1 to the work gear 2, the number I of the hob cutter 1, the number of teeth Zw of the work gear 2, and the hob cutter 1. Is defined by the following formula.
  • the characteristic value q is a value that is proportional to the power of the module m, the feed amount f, and the number I of stripes, and inversely proportional to the number of teeth Zw and the number of grooves Zh.
  • the approximate expression (1) for calculating the cutting amount ap1 and the expression (2) indicating the relationship between the characteristic value q and the feed amount f are stored in the storage unit 11.
  • the cutting amount obtained by the approximate expression (1) is referred to as “calculation cutting amount ap1”.
  • the second database DB2 is data of the maximum limit cutting amount ap2 determined empirically from the material of the work gear 2, the module m, and the number of teeth Zw of the work gear 2.
  • FIG. 4 shows, as an example of the second database DB2, the maximum limit cutting depth ap2 when the material of the work gear 2 is Brinell hardness (HB) 200 or less.
  • HB Brinell hardness
  • FIG. 6 shows a flowchart for setting the machining conditions.
  • input parameters are shown in the left column of the flowchart, control parameters stored in the storage unit 11, and contents of the database stored in the storage unit 11 in the right column.
  • the input parameters and database used in each processing step are shown in association with broken lines.
  • step S1 various parameters input from the input unit 13 and parameters such as specifications input to the numerical controller 6 are accepted.
  • the parameters taken into the calculation unit 12 are as follows.
  • the designated feed amount f ′ is a value input by the operator from the input unit 13 in consideration of the finished surface roughness of the work gear 2 and the like.
  • the surface roughness in this case is the theoretical surface roughness, and is a value determined by the feed amount and the outer diameter of the hob cutter. Note that, depending on the design target value of the surface roughness, the blade tip of the hob cutter may be exceeded, so the specified feed amount f ′ may not be specified (not input).
  • a cutting amount ap is obtained from the calculated cutting amount ap1 obtained in step S2 and the maximum limit cutting amount ap2 of the second database DB2. Specifically, in step S3, when the calculated cutting amount ap1 is smaller than the maximum limit cutting amount ap2, the calculated cutting amount ap1 is set as the cutting amount ap, and when the calculated cutting amount ap1 is larger than the maximum limit cutting amount ap2 The maximum limit cutting amount ap2 is set as the cutting amount ap. That is, the smaller one of the two cut amounts is set as the cut amount ap. When the designated feed amount f 'is not designated, the maximum limit cut amount ap2 is set as the cut amount ap.
  • step S4 the feed amount f is obtained from the cut amount ap using the approximate expression and the characteristic value expression of the first database DB1. If the two cutting amounts are the same, any cutting amount may be used.
  • step S5 the target temperature T of the cutting edge of the hob cutter 1 stored in the storage unit 11 and the third database DB3 are referred to, and the cutting corresponding to the cutting depth ap is performed using the curve of the target temperature T.
  • the speed V1 is calculated.
  • step S6 the cutting speed V1 obtained in step S5 is converted into a spindle rotational speed s1 connected to the spindle motor 5a.
  • step S7 the maximum limit rotational speed s2 is obtained from the allowable output of the spindle motor 5a stored in the storage unit 11 and the cutting power.
  • the cutting power is obtained from the specifications of the hob cutter and the work gear, the spindle rotational speed, and the feed amount.
  • step S8 the control spindle rotational speed s corresponding to the cutting speed is obtained from the rotational speed s1 and the maximum limit rotational speed s2. Specifically, when the rotation speed s1 is smaller than the maximum spindle rotation speed s2, the rotation speed s1 is set as the spindle rotation speed s. When the rotation speed s1 is larger than the maximum limit rotation speed s2, the spindle rotation speed s is set. The maximum limit rotational speed s2 is set. That is, the smaller one of the two rotation speeds is set as the control spindle rotation speed s. In addition, when two rotation speed is the same, you may use any rotation speed. In step S9, the feed amount f and the spindle rotation speed s obtained by the above processing are transmitted to the numerical controller 2, and the processing is terminated.
  • the numerical controller 2 determines the command current to the spindle motor 5a in consideration of the reduction ratio of the power path from the spindle motor 5a to the spindle based on the sent spindle speed s.
  • the machining condition calculation device is provided separately from the numerical control device of the hobbing machine, the machining condition calculation device may be incorporated inside the numerical control device.

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Abstract

　ホブ盤において、好適な加工条件を容易に得ることができるようにする。この歯車加工条件設定装置は、送り量決定パラメータと切削速度決定パラメータとを受け付ける。記憶部（１１）には、送り量及び送り量決定パラメータから決まる特性値と切込み量との関係を示す切込み量演算式が格納されており、この切込み量演算式を用いて、切込み量に対応するホブ（１）の送り量が演算される。また、記憶部（１１）には、ホブ（１）の刃先温度を所定温度にした場合の切込み量と切削速度との関係を示す温度一定曲線のデータが格納されており、このデータにより、温度一定曲線を参照して切込み量及び切削速度決定パラメータから切削速度が求められる。

Description

歯車加工装置及び歯車加工条件設定装置
　本発明は、歯車加工条件設定装置、特に、ホブカッタによりワーク歯車を切削加工する際の加工条件を出力する歯車加工条件設定装置及びそれを備えた歯車加工装置に関する。
　歯車加工装置の一例として、ホブ盤が提供されている。ホブ盤は、ホブカッタを用いてワークに歯形を創成する装置であり、テーブル側にワークが支持され、工具ヘッドにホブカッタが支持されている。ホブカッタ及びワークはそれぞれの駆動機構によって一定の関係で回転させられる。また、ホブカッタは、送り機構によって、ワークに対して相対的に歯車軸方向に一定の送り量で送られるようになっている。
　以上のようなホブ盤を含む工作機械では、加工能率を向上させるために、切削速度を各条件に適した速度にすることが望まれている。例えば特許文献１には、ワーク材料の硬度から切削速度を求める方法が示されている。また、特許文献２には、ホブ盤において、歯車のモジュールと切削速度との関係が示されている（例えば図１７）。
特開２００８－２１３０９７号公報 特開２００１－８７９４５号公報
　特許文献１に記載された方法は、ワークがビッカース硬度で１００以上１７０以下の純鉄又は機械構造用炭素鋼に限定され、しかも刃先温度を６４０℃～７００℃にするための切削速度算定方法である。したがって、一般的な歯車加工の条件を設定するために適用することができない。
　ここで、ホブ盤で歯切り加工を行う場合は、切削速度に加えてホブカッタの１刃当たりの送り量も加工時間に直接的に影響する。しかし、特許文献２にも示されているように、従来の加工条件の設定方法では、単に歯車のモジュールによって切削速度を設定するようにしており、送り量についても同様である。そして、これらの設定については、明確な基準はなく、ホブカッタの刃の欠損や異常摩耗が生じないようなレベルで経験値によって決められているのが現状である。また、経験値によって適切な加工条件が設定できたとしても、ホブカッタ及び歯車の諸元が異なると、試し加工等によって新たに加工条件を見つけ出す必要がある。
　本発明の課題は、ホブカッタやワーク歯車の諸元等を入力することにより、これらの諸元にとって好適な加工条件を容易に得ることができるようにすることにある。
　第１発明に係る歯車加工条件設定装置は、ホブカッタによりワーク歯車を切削加工する際の加工条件を出力する装置であって、パラメータ受付手段と、第１記憶手段と、第２記憶手段と、送り量演算手段と、第３記憶手段と、切削速度演算手段と、を備えている。パラメータ受付手段は、ホブカッタ及びワーク歯車の諸元を含む送り量決定パラメータと、ホブカッタの刃先の加工中における目標温度を含む切削速度決定パラメータと、を受け付ける。第１記憶手段は、ホブカッタのワーク歯車に対する相対的な送り量及び送り量決定パラメータから決まる特性値と、ホブカッタ１刃当たりの演算切込み量と、の関係を示す切込み量演算式が格納されている。第２記憶手段は、ワーク歯車の諸元及び材質によって予め設定されたホブカッタ１刃当たりの最大限界切込み量が格納されている。送り量演算手段は、最大限界切込み量を含み予め設定されたホブカッタ１刃当たりの切込み量から、切込み量演算式を用いてホブカッタの送り量を求める。第３記憶手段は、ホブカッタの刃先温度を所定温度にした場合の切込み量と切削速度との関係を示す温度一定曲線のデータが格納されている。切削速度演算手段は、温度一定曲線を参照して、送り量に対応する切込み量及び切削速度決定パラメータから切削速度を求める。
　この装置では、送り量及び切削速度を決定するためのパラメータがオペレータ等によって入力される。送り量決定パラメータはホブカッタ及びワーク歯車の諸元を含んでいる。切削速度決定パラメータはホブカッタの刃先の加工中における目標温度を含んでいる。これらのパラメータが入力されると、予め設定されたホブカッタ１刃当たりの切込み量から、切込み量演算式を用いて送り量が演算される。次に、温度一定曲線を用いて、求められた送り量に対応する切込み量と切削速度決定パラメータから切削速度が演算される。温度一定曲線は、ホブカッタの刃先温度を所定温度にした場合の切込み量と切削速度との関係を示す曲線である。
　ここでは、ホブカッタ及びワーク歯車の諸元等を入力することによって、好適な送り量と切削速度を容易に得ることができる。したがって、ホブカッタや歯車諸元が変わっても常に好適な送り量と切削速度とを設定して加工することができる。
　第２発明に係る歯車加工条件設定装置は、第１発明の装置において、送り量決定パラメータは、ホブカッタのワーク歯車に対する相対的な指定送り量を含み、送り量演算手段は、指定送り量から切込み量演算式によって得られた演算切込み量と最大限界切込み量とを参照して得られる切込み量から送り量を求める。
　ここで、面粗さを考慮して、オペレータによって送り量が指定される場合がある。この指定送り量から切込み量演算式により演算切込み量が求められ、演算切込み量と最大限界切込み量とから送り量が求められる。
　ここでは、面粗さ及び最大限界切込み量を考慮して送り量が決定されるので、加工品質及びホブカッタの寿命を考慮した加工条件を容易に決定することができる。
　第３発明に係る歯車加工条件設定装置は、第２発明の装置において、送り量演算手段は、演算切込み量及び最大限界切込み量のうちの小さい方を切込み量として選択する。
　ここでは、第２発明と同様に、加工品質及びホブカッタの寿命を考慮した好適な加工条件を容易に決定することができる。
　第４発明に係る歯車加工条件設定装置は、第１から第３発明のいずれかの装置において、切込み量演算式に含まれる特性値は、ワーク歯車のモジュール、ホブカッタのワーク歯車に対する送り量、及びホブカッタの条数の累乗に比例し、ワーク歯車の歯数及びホブカッタの溝数に反比例する値である。
　第５発明に係る歯車加工条件設定装置は、第１から第４発明のいずれかの装置において、温度一定曲線は、ホブカッタの刃先温度が一定の場合は切込み量と切削速度とが反比例することに基づいて作成されている。
　第６発明に係る歯車加工条件設定装置は、第１から第５発明のいずれかの装置において、切削速度演算手段は、切削速度から主軸回転数を演算する。
　第７発明に係る歯車加工条件設定装置は、第６発明の装置において、主軸モータの許容出力が格納された第４記憶手段と、限界主軸回転数演算手段と、をさらに備えている。限界主軸回転数演算手段は、切削動力と許容出力とから最大限界主軸回転数を演算する。切削動力は、ホブカッタ及びワーク歯車の諸元と、主軸回転数と、ホブカッタのワーク歯車に対する送り量と、から求められる。そして、切削速度演算手段は、演算により求められた主軸回転数と最大限界主軸回転数とを比較し、低い回転数を制御用主軸回転数として出力する。
　ここでは、まず、ホブカッタ及びワーク歯車の諸元、主軸回転数、及び送り量から、切削動力が求められ、この切削動力と許容出力とから最大限界主軸回転数が演算される。そして、第６発明で得られた主軸回転数と最大限界主軸回転数とが比較され、低い回転数が制御用主軸回転数として出力される。
　第８発明に係る歯車加工装置は、創成歯切り加工を行う装置であって、先端にホブカッタが装着される主軸と、主軸をワーク歯車の軸方向に沿って移動させるための送り手段と、送り手段の送り量及び主軸の回転数を含む加工条件を設定するとともに加工を制御する数値制御部と、数値制御部に送り量及び主軸回転数の設定値を送る第１から第７発明のいずれかに記載の歯車加工条件設定装置と、を備えている。
　以上のように本発明では、ホブカッタやワーク歯車の諸元等を入力することにより、好適な送り量と切削速度を容易に得ることができ、適切な加工条件によって効率の良い加工を行うことができる。
ホブカッタによる歯切り加工を説明するための模式図。 本発明の一実施形態によるホブ盤の全体ブロック図。 特性値ｑと切込み量との関係を示す図。 最大限界切込み量の一例を示す図。 温度一定曲線と切込み量と切削速度との関係を示す図。 加工条件演算装置の制御フローチャート。
　［ホブカッタによる歯切り加工について］
　まず、図１により、ホブカッタによる歯切り加工の概略を説明する。図１において、ホブカッタ１はホブ盤（歯車加工装置）の主軸に装着されて図のＲ１方向に回転する。また、ワークとしての歯車素材（以下、単に「ワーク歯車」と記す）２はホブ盤のテーブルに支持されて図のＲ２方向に回転する。このように、ホブカッタ１及びワーク歯車２は所定の関係で互いに回転しながら歯切り加工が行われる。また、ホブカッタ１は、ワーク歯車２の１回転当たり、歯車軸方向（図１の紙面垂直方向）に所定量だけ送られる。以下、この場合の歯車軸方向への所定の送り量を「送り量」と記す。
　以下の説明では、ホブカッタ１の諸元は、条数Ｉ、溝数（刃数）Ｚｈであり、ワーク歯車２の諸元は、モジュールｍ、歯数Ｚｗとする。また、加工条件は、切削速度Ｖ（ホブカッタが装着された主軸の回転数に対応する）、ホブカッタ１の送り量ｆとする。さらに、図１に示すように、ホブカッタ１の１刃当たりの切込み量をａｐとする。
　［全体構成］
　図２に、本発明の一実施形態によるホブ盤の全体ブロック図を示している。このホブ盤は、ホブ盤本体５と、ホブ盤本体５の加工を制御する数値制御装置（NC装置）６と、数値制御装置６に対してホブカッタ１の送り量ｆと及び切削速度Ｖ（主軸回転数）を指令する加工条件演算装置７と、を有している。ホブカッタ１はホブ盤本体５の主軸に支持され、ワーク２はテーブルに支持される。
　ホブ盤本体５には、主軸モータ５ａ及び送りモータ５ｂが設けられている。主軸モータ５ａはホブカッタ１が装着された主軸を回転駆動するためのモータである。また、送りモータ５ｂはホブカッタ１が装着された主軸をワーク歯車２の歯車軸方向に移動させるためのモータである。
　数値制御装置６には、加工プログラムが格納された記憶装置（図示せず）や、加工条件を設定するための入力部１０が設けられている。この入力部１０からは、ホブカッタ１やワーク歯車２の諸元、指定送り量等の加工条件が入力パラメータとして入力される。
　加工条件演算装置７は記憶部１１及び演算部１２を有している。加工条件演算装置７には、入力部１３を介して、制御用のしきい値として、ホブカッタの刃先の目標温度、主軸モータ５ａの許容出力等が入力される。記憶部１１には各種のデータベース及び切削動力計算式が格納されている。データベースについては後述する。また、切削動力計算式は、ホブカッタ及びワーク歯車の諸元、主軸回転数、及び送り量から切削動力を求めるための演算式である。演算部１２は、パラメータ受付機能と、加工条件演算機能と、条件出力機能と、を有している。パラメータ受付機能は、入力部１３から入力されるしきい値等のパラメータや数値制御装置６から与えられるパラメータを取り込む機能である。また、加工条件演算機能は、記憶部１１に格納されたデータベースを参照して、ホブ盤本体５で歯切り加工する際の好適な加工条件、すなわち、ホブカッタ１のワーク歯車２に対する好適な送り量ｆ（mm/t-rev）及び切削速度Ｖ（主軸回転数：m/min）を演算する機能である。条件出力機能は、演算によって得られた送り量ｆを数値制御装置６に出力するとともに、切削速度に対応する制御用主軸回転数を数値制御装置６に出力する機能である。
　数値制御装置６は、加工条件演算装置７からの信号に基づいて、主軸モータ５ａ及び送りモータ５ｂに対して電流指令値を送る。これにより、ホブカッタ１は、各条件に適した回転数で回転しながら、かつ各条件に適した送り量で送られる。
　［記憶部のデータベース］
　前述のように、記憶部１１には、加工条件を演算するために、入力部１３から入力された制御用のしきい値等のパラメータが記憶され、また以下に示す各種のデータベースが格納されている。
　　＜第１データベース＞
　第１データベースＤＢ１は、ある特性値ｑに対する演算切込み量ａｐ１を示すデータである。本件発明者は、ホブカッタ１やワーク歯車２の諸元等と切込み量とについて、種々の観点から検討した。その結果、特性値ｑを定義することによって、図３に示すように、特性値ｑと切込み量ａｐとに一定の関係があること、及び切込み量ａｐが以下の近似式で表されることを見出した。
　ａｐ＝β×ｑγ　－－－－（１）
　なお、特性値ｑは、ワーク歯車２のモジュールｍ、ホブカッタ１のワーク歯車２に対する送り量ｆ（mm/t-rev）、ホブカッタ１の条数Ｉ、ワーク歯車２の歯数Ｚｗ、及びホブカッタ１の溝数Ｚｈによって定義される値であり、以下の式によって表される。
　ｑ＝ｍ×ｆ×Ｉα／（Ｚｗ×Ｚｈ）　－－－－（２）
　すなわち、特性値ｑは、モジュールｍ、送り量ｆ、及び条数Ｉの累乗に比例し、歯数Ｚｗ及び溝数Ｚｈに反比例する値である。
　そこで、第１データベースＤＢ１として、切込み量ａｐ１を演算するための近似式（１）と、特性値ｑと送り量ｆとの関係を示す式（２）が、記憶部１１に格納されている。以下では、近似式（１）によって得られる切込み量を「演算切込み量ａｐ１」と記す。
　　＜第２データベース＞
　第２データベースＤＢ２は、ワーク歯車２の材質、モジュールｍ、ワーク歯車２の歯数Ｚｗから経験的に定められている最大限界切込み量ａｐ２のデータである。図４に、第２データベースＤＢ２の一例として、ワーク歯車２の材質がブリネル硬さ（ＨＢ）２００以下の場合の最大限界切込み量ａｐ２を示している。なお、最大限界切込み量以上の切込み量で加工を行うと、ホブカッタ１の刃が折損したり、あるいは異常摩耗が生じたりする可能性が高くなる。
　　＜第３データベース＞
　本件発明者らの研究によれば、ホブカッタ１の刃先の現象と切削条件との関係について、以下のことがわかった。
　すなわち、刃先の現象と切削条件との関係について、刃先の摩耗は加工中に生じる熱に、刃先の欠けは力に、微小チッピングは局所応力に、それぞれ大きく影響することが判明した。そして、熱は切削速度及び切込み量に関係があり、また欠け及び局所応力はともに切込み量に関係がある。
　したがって、刃先の摩耗を抑えるためには、熱、すなわち刃先温度を抑えることが重要であることがわかる。そして、ある切込み量でかつ所定の切削速度で歯切り加工を行った場合の刃先の温度を解析した結果、切削速度×切込み量の値と刃先温度との間に所定の相関関係があることが判明した。この場合、刃先温度が一定の場合は、切削速度と切込み量とは、切込み量が増えるほど図５に示すａｐ軸に漸近し、切込み量が減るほどＶ軸に漸近する関係である。
　以上の研究結果から、図５に示すように、ある刃先温度一定の曲線Ｔに対する切込み量ａｐと切削速度Ｖとの関係を得ることができる。この図５に示すようなデータが、第３データベースＤＢ３として記憶部１１に格納されている。
　［制御処理］
　図６に加工条件を設定するためのフローチャートを示している。なお、この図６では、フローチャートの左側欄に入力パラメータを、右側欄に記憶部１１に記憶されている制御用のパラメータ及び記憶部１１に予め格納されているデータベースの内容を示している。そして、各処理ステップにおいて使用する入力パラメータ及びデータベースを、破線で関連づけして示している。
　まず、ステップＳ１では、入力部１３から入力された各種のパラメータや、数値制御装置６に入力された諸元等のパラメータを受け付ける。演算部１２に取り込まれるパラメータは、以下の通りである。
　(a)　ワーク歯車諸元：モジュールｍ、歯数Ｚｗ
　(b)　指定送り量ｆ’
　(c)　ホブカッタ諸元：溝数Ｚｈ、条数Ｉ
　ここで、指定送り量ｆ’は、ワーク歯車２の仕上げ面粗さ等を考慮して、オペレータが入力部１３から入力する値である。この場合の面粗さは、理論面粗さであり、送り量とホブカッタの外径で決まる値である。なお、面粗さの設計目標値によっては、ホブカッタの刃先の能力を超える場合があるので、指定送り量ｆ’を指定しない（入力しない）場合もある。
　次に、ステップＳ２では、第１データベースＤＢ1を用いて、指定送り量ｆ’から演算切込み量ａｐ１を求める。すなわち、
　演算切込み量：ａｐ１＝β×ｑγ
　特性値：ｑ＝ｍ×ｆ×Ｉα／（Ｚｗ×Ｚｈ）
の各式を用いて、指定送り量ｆ’と、ホブカッタ及びワーク歯車の各諸元から演算切込み量ａｐ１を求める。
　ステップＳ３では、ステップＳ２で求められた演算切込み量ａｐ１と第２データベースＤＢ２の最大限界切込み量ａｐ２とから、切込み量ａｐを求める。具体的には、ステップＳ３では、演算切込み量ａｐ１が最大限界切込み量ａｐ２より小さい場合は、切込み量ａｐとして演算切込み量ａｐ１を設定し、演算切込み量ａｐ１が最大限界切込み量ａｐ２より大きい場合は、切込み量ａｐとして最大限界切込み量ａｐ２を設定する。すなわち、２つの切込み量のうちの小さい方を切込み量ａｐとする。なお、指定送り量ｆ’が指定されていない場合は、最大限界切込み量ａｐ２を切込み量ａｐとする。
　そして、ステップＳ４では、第１データベースＤＢ１の近似式及び特性値の式を利用して、切込み量ａｐから送り量ｆを求める。なお、２つの切込み量が同じ場合は、いずれの切込み量を用いてもよい。
　次に、ステップＳ５では、記憶部１１に記憶されているホブカッタ１の刃先の目標温度Ｔと、第３データベースＤＢ３とを参照し、目標温度Ｔの曲線を用いて、切込み量ａｐに対応する切削速度Ｖ１を演算する。そして、ステップＳ６において、ステップＳ５で得られた切削速度Ｖ１を主軸モータ５ａに接続される主軸回転数ｓ１に換算する。
　一方、ステップＳ７では、記憶部１１に記憶されている主軸モータ５ａの許容出力及び切削動力から最大限界回転数ｓ２が求められる。切削動力は、ホブカッタ及びワーク歯車の諸元、主軸回転数及び送り量から求められるものである。
　そして、ステップＳ８では、これらの回転数ｓ１及び最大限界回転数ｓ２から切削速度に対応する制御用の主軸回転数ｓを求める。具体的には、回転数ｓ１が最大主軸回転数ｓ２より小さい場合は、主軸回転数ｓとして回転数ｓ１を設定し、回転数ｓ１が最大限界回転数ｓ２より大きい場合は、主軸回転数ｓとして最大限界回転数ｓ２を設定する。すなわち、２つの回転数のうちの小さい方を制御用の主軸回転数ｓとする。なお、２つの回転数が同じ場合は、いずれの回転数を用いてもよい。
そして、ステップＳ９では、以上の処理によって求められた送り量ｆと主軸回転数ｓを数値制御装置２に送信し、処理を終了する。
　なお、数値制御装置２では、送られてきた主軸回転数ｓを基にして、主軸モータ５ａから主軸への動力経路の減速比等を考慮し、主軸モータ５ａへの指令電流を決定する。
　［特徴］
　（１）ホブカッタ及びワーク歯車の諸元や面粗さを入力することによって、好適な送り量ｆと切削速度Ｖ（主軸回転数）を容易に得ることができる。したがって、ホブカッタやワーク歯車の諸元が変わっても、試し加工をすることなく、常に好適な加工条件を容易に得ることができる。
　（２）各条件に適した送り量を決定するために、ホブカッタ及びワーク歯車の各諸元や面粗さにより求めた指定送り量から得られた演算切込み量に加えて、経験値として得られている最大限界切込み量をも参照するので、加工品質及びホブカッタの寿命を考慮した加工条件を容易に決定することができる。
　（３）ホブカッタの刃先温度が目標温度になるように、送り量から切削速度を求めているので、ホブカッタの異常摩耗を防止しつつ、効率の良い条件で加工を行うことができる。
　［他の実施形態］
　本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
　（ａ）切込み量の近似式を作成するために、ワーク歯車のモジュールｍ及び歯数Ｚｗ、指定送り量ｆ’、ホブカッタの溝数Ｚｈ及び条数Ｉをパラメータとしたが、これら以外のパラメータを加えて近似式を作成するようにしてもよい。
　（ｂ）加工条件演算装置をホブ盤の数値制御装置と別に設けたが、加工条件演算装置を数値制御装置の内部に組み込んでもよい。
　本発明の装置を用いることによって、ホブカッタやワーク歯車の諸元等を入力することにより、好適な送り量と切削速度を容易に得ることができ、適切な加工条件によって効率の良い加工を行うことができる。
１　ホブカッタ
２　ワーク歯車
５　ホブ盤本体
６　数値制御装置
７　加工条件演算装置
１１　記憶部
１２　演算部

Claims (8)

  1. 　ホブカッタによりワーク歯車を切削加工する際の加工条件を出力する歯車加工条件設定装置であって、
    　ホブカッタ及びワーク歯車の諸元を含む送り量決定パラメータと、ホブカッタの刃先の加工中における目標温度を含む切削速度決定パラメータと、を受け付けるパラメータ受付手段と、
    　ホブカッタのワーク歯車に対する相対的な送り量及び前記送り量決定パラメータから決まる特性値と、ホブカッタ１刃当たりの演算切込み量と、の関係を示す切込み量演算式が格納された第１記憶手段と、
    　ワーク歯車の諸元及び材質によって予め設定されたホブカッタ１刃当たりの最大限界切込み量が格納された第２記憶手段と、
    　前記最大限界切込み量を含み予め設定されたホブカッタ１刃当たりの切込み量から、前記切込み量演算式を用いてホブカッタの送り量を求める送り量演算手段と、
    　ホブカッタの刃先温度を所定温度にした場合の切込み量と切削速度との関係を示す温度一定曲線のデータが格納された第３記憶手段と、
    　前記温度一定曲線を参照して、前記送り量に対応する切込み量及び切削速度決定パラメータから切削速度を求める切削速度演算手段と、
    を備えた歯車加工条件設定装置。
  2. 　前記送り量決定パラメータは、ホブカッタのワーク歯車に対する相対的な指定送り量を含み、
    　前記送り量演算手段は、前記指定送り量から前記切込み量演算式によって得られた演算切込み量と前記最大限界切込み量とを参照して得られる切込み量から前記送り量を求める、
    請求項１に記載の歯車加工条件設定装置。
  3. 　前記送り量演算手段は、前記演算切込み量及び前記最大限界切込み量のうちの小さい方を前記切込み量として選択する、
    請求項２に記載の歯車加工条件設定装置。
  4. 　前記切込み量演算式に含まれる特性値は、ワーク歯車のモジュール、ホブカッタのワーク歯車に対する送り量、及びホブカッタの条数の累乗に比例し、ワーク歯車の歯数及びホブカッタの溝数に反比例する値である、請求項１から３のいずれかに記載の歯車加工条件設定装置。
  5. 　前記温度一定曲線は、ホブカッタの刃先温度が一定の場合は切込み量と切削速度とが反比例することに基づいて作成されている、請求項１から４のいずれかに記載の歯車加工条件設定装置。
  6. 　前記切削速度演算手段は、前記切削速度から主軸回転数を演算する、請求項１から５のいずれかに記載の歯車加工条件設定装置。
  7. 　主軸モータの許容出力が格納された第４記憶手段と、
    　ホブカッタ及びワーク歯車の諸元と主軸回転数とホブカッタのワーク歯車に対する送り量とから求められる切削動力と、前記許容出力と、から最大限界主軸回転数を演算する限界主軸回転数演算手段と、
    をさらに備え、
    　前記切削速度演算手段は、前記演算により求められた主軸回転数と前記最大限界主軸回転数とを比較し、低い回転数を制御用主軸回転数として出力する、
    請求項６に記載の歯車加工条件設定装置。
  8. 　創成歯切り加工を行う歯車加工装置であって、
    　先端にホブカッタが装着される主軸と、
    　前記主軸をワーク歯車の軸方向に沿って移動させるための送り手段と、
    　前記送り手段の送り量及び前記主軸の回転数を含む加工条件を設定するとともに加工を制御する数値制御部と、
    　前記数値制御部に送り量及び主軸回転数の設定値を送る請求項１から７のいずれかに記載の歯車加工条件設定装置と、
    を備えた歯車加工装置。
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