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JP2013248711A - ハイポイドギヤの加工機設定装置 - Google Patents

ハイポイドギヤの加工機設定装置 Download PDF

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JP2013248711A
JP2013248711A JP2012125025A JP2012125025A JP2013248711A JP 2013248711 A JP2013248711 A JP 2013248711A JP 2012125025 A JP2012125025 A JP 2012125025A JP 2012125025 A JP2012125025 A JP 2012125025A JP 2013248711 A JP2013248711 A JP 2013248711A
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JP2012125025A
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Masaki Kano
正樹 狩野
Shunsuke Fukamachi
俊介 深町
Keiichiro Tobisawa
圭一郎 飛澤
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Subaru Corp
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Fuji Heavy Industries Ltd
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Abstract

【課題】所望の最凸点位置を得るための調整寸法を容易に設定することができるハイポイドギヤの加工機設定装置を提供する。
【解決手段】演算部6は、ギヤ歯面102Ga,102Gbに共役なピニオン歯面(共役歯面)102cPa,102cPb上の目標最凸点位置における歯面情報を求め、ピニオン歯面102Pa,102Pb上の目標最凸点位置における歯面情報を、共役歯面102cPa,102cPb上の目標最凸点位置における歯面情報に対して予め設定された条件にて収束させるようカッタヘッド230の調整寸法を調整する。これにより、ピニオン歯面102Pa,102Pb上の目標最凸点位置に最凸点を調整するための調整寸法を容易に設定することができる。
【選択図】図5

Description

本発明は、ハイポイドギヤの各歯車を加工する加工機に対する制御パラメータを設定するハイポイドギヤの加工機設定装置に関する。
従来、ハイポイドギヤとしては、ワークを固定したままカッタヘッドを回転させるフェースミル方式の歯面加工によって各歯車(ギヤ及びピニオン)に歯面をそれぞれ加工したハイポイドギヤや、ワークとカッタヘッドとを同時に回転させるフェースホブ方式の歯面加工によって各歯車に歯面をそれぞれ加工したハイポイドギヤとが広く知られている。
近年、フェースミル方式を用いて歯面加工されるハイポイドギヤについては、加工機に対する適切な制御パラメータの設定方法や、加工された歯面の解析方法等についての研究が数多くなされている。
その一方で、フェースホブ方式を用いて歯面加工されるハイポイドギヤについては、加工機の各種制御パラメータを設定する際に最も基本となる各ワークとカッタヘッドとの相対位置の設定方法さえも十分に確立されていないのが実情であった。
これに対処し、例えば、特許文献1には、加工機でギヤを成形加工する際の制御パラメータをギヤの設計諸元に基づいて設定する一方、ギヤの設計諸元に歯当り調整寸法(ギヤのピッチ円錐角に対する調整量、ギヤの捩れ角に対する調整量、及び、ギヤ歯幅に対する歯当り幅の割合等)を反映させて仮想ギヤを設定し、仮想ギヤワークとカッタヘッドとの相対位置、及び、仮想ギヤとピニオンとの組立寸法に基づいて加工機でピニオンを創成加工する際の制御パラメータを設定する技術が開示されている。さらに、この特許文献1に開示された技術では、歯当り調整寸法として、歯筋方向のクラウニング補正量等が設定可能となっており、このクラウニング補正量等に基づいて加工機上の各設定値(例えば、加工機上のスイベル角やチルト角等の座標軸等)が微調整される。
特許第4896528号公報
しかしながら、上述の特許文献1に開示された技術において、調整される加工機上の各座標軸等はハイポイドギヤの寸法と直接的な関係が薄いため、これら加工機設定の修正量に基づいて、歯面の接触状態の変化等を想像することが困難である。
このため、上述の特許文献1に開示された技術では、適当な歯当り調整寸法を直感的に設定することが困難であり、例えば、オペレータが所望の位置に最凸点を設定しようとした場合にも、当該設定には熟練を要していた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、所望の最凸点位置を得るための調整寸法を容易に設定することができるハイポイドギヤの加工機設定装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様によるハイポイドギヤの加工機設定装置は、フェースホブ方式のカッタヘッドを回転させることによって、一方の歯車である第1の歯車の歯面を第1のワークに成形加工するとともに、他方の歯車である第2の歯車の歯面を第2のワークに創成加工する加工機の前記カッタヘッドに対する調整寸法を設定するハイポイドギヤの加工機設定装置であって、オペレータが所望する最凸点位置を目標最凸点位置として入力する入力手段と、前記第1の歯車の設計諸元と前記カッタヘッドの設定寸法とに基づいて前記第1のワークに対する前記カッタヘッドの基準相対位置を演算し、この基準相対位置に基づいて前記カッタヘッドで成形加工される前記第1の歯車の歯面を演算する第1の歯面演算手段と、前記第1の歯車と前記第2の歯車との間に予め設定された組立寸法と前記基準相対位置とに基づいて前記第2のワークに対する前記カッタヘッドの相対位置を演算し、この相対位置に基づいて前記カッタヘッドで創成加工される共役歯面を演算する共役歯面演算手段と、前記第1の歯車の諸元を調整した仮想歯車の諸元と前記カッタヘッドの設定寸法と前記調整寸法とに基づいて前記仮想歯車の仮想ワークに歯面を成形加工すると仮定したときの前記仮想ワークに対する前記カッタヘッドの仮想相対位置を演算する仮想相対位置演算手段と、前記仮想歯車の諸元と前記第2の歯車の設計諸元とに基づいて前記仮想歯車と前記第2の歯車との仮想組立寸法を演算する仮想組立寸法演算手段と、前記仮想組立位置と前記仮想組立寸法とに基づいて前記第2のワークに対する前記カッタヘッドの相対位置を演算し、この相対位置に基づいて前記カッタヘッドで創成加工される前記第2の歯車の歯面を演算する第2の歯面演算手段と、前記調整寸法の変更により、前記第2の歯車の歯面上の前記最凸点位置における歯面情報を、前記共役歯面上の前記最凸点位置における歯面情報に対して予め設定した条件にて収束させる歯面調整手段と、を備えたものである。
本発明のハイポイドギヤの加工機設定装置によれば、所望の最凸点位置を得るための調整寸法を容易に設定することができる。
ハイポイドギヤの斜視図 フェースホブ方式のカッタヘッドの一例を示す斜視図 ハイポイドギヤの加工機設定装置ムの概略構成図 ハイポイドギヤの加工機設定装置を実現するためのコンピュータシステムの一例を示す概略構成図 ハイポイドギヤの歯当り調整ルーチンを示すフローチャート(その1) ハイポイドギヤの歯当り調整ルーチンを示すフローチャート(その2) 入力画面の一例を示すフローチャート ギヤワークに対するカッタヘッドの相対位置を示す説明図 ギヤワークに対するカッタヘッドの相対位置と組立寸法とに基づいて演算されるピニオンワークに対するカッタヘッドの相対位置を示す説明図 カッタヘッドの傾き調整軸の一例を示す説明図 溝角度を示す説明図
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図1はハイポイドギヤの斜視図、図2はフェースホブ方式のカッタヘッドの一例を示す斜視図、図3はハイポイドギヤの加工機設定装置ムの概略構成図、図4はハイポイドギヤの加工機設定装置を実現するためのコンピュータシステムの一例を示す概略構成図、図5,6はハイポイドギヤの歯当り調整ルーチンを示すフローチャート、図7は入力画面の一例を示すフローチャート、図8はギヤワークに対するカッタヘッドの相対位置を示す説明図、図9はギヤワークに対するカッタヘッドの相対位置と組立寸法とに基づいて演算されるピニオンワークに対するカッタヘッドの相対位置を示す説明図、図10はカッタヘッドの傾き調整軸の一例を示す説明図、図11は溝角度を示す説明図である。
図1において、符号100はハイポイドギヤを示し、このハイポイドギヤ100は、例えば、大径をなす一方の歯車(以下、ギヤまたはクラウンともいう)101Gと、小径をなす他方の歯車(以下、ピニオンともいう)101Pとが互いに噛合して構成されている。本実施形態において、これらギヤ101G及びピニオン101Pの各歯面は、例えば、図2に示すフェースホブ方式のカッタヘッド230を用いて加工されており、具体的には、ギヤ101Gの歯面102G(凸側の歯面102Ga及び凹側の歯面102Gb)がカッタヘッド230を用いて成形加工され、ピニオン101Pの歯面102P(凸側の歯面102Pa及び凹側の歯面102Pb)がカッタヘッド230を用いて創成加工されている。すなわち、本実施形態では、ギヤ101Gが第1の歯車に相当し、ピニオン101Pが第2の歯車に相当する。
図2に示すように、本実施形態において、フェースホブ方式のカッタヘッド230は、円盤状のカッタボディ231を有する。このカッタボディ231の中心部には、加工機(図示せず)にカッタヘッド230を固定するための取付孔232が設けられている。
また、カッタボディ231の一端面はカッタヘッド230の表面(Cutter head surface)233として設定され、このヘッド表面233からヘッド軸Z方向に設定距離離れた点が、カッタヘッド230の基準点(原点O)として設定されている。ここで、カッタヘッド230のヘッド表面233から原点Oまでの軸方向距離は、カッタヘッド230に固有に設定されるものであるが、ハイポイドギヤ100の設計諸元に基づいて設定されることが望ましく、本実施形態においては、ハイポイドギヤ100の有効歯丈hの半値に適宜クリアランスを加えた値が設定されている。
さらに、ヘッド表面233からは、凹歯面加工用ブレード240oと凸歯面加工用ブレード240iとからなる複数のブレード240が突設されている。ここで、各ブレード240o,240iは、カッタボディ231に形成されたブレード固定孔(図示せず)に着脱自在に挿入固定されるようになっている。その際、各ブレード240o,240iは、例えば、先端部に形成されるエッジが、カッタヘッド230の参照平面(原点Oを通りヘッド表面233と平行な平面;reference plane)から設定量突出する位置に固定される。なお、上述のように、カッタヘッド230のヘッド表面233から原点Oまでの軸方向距離がハイポイドギヤ100の有効歯丈hの半値に設定されている本実施形態において、突出量は、ハイポイドギヤ100の有効歯丈hの半値(h/2)にクリアランスcを加算した値b(=(h/2)+c:blade dedendum)に設定されている。
このようなカッタヘッド230が装着される加工機(図示せず)に対して各種設定を行うための加工機設定装置1は、図3に示すように、ハイポイドギヤ100の設計諸元やカッタヘッド230の設定寸法、歯当り調整寸法等を入力する入力手段としての入力部5と、カッタヘッド230で加工されるギヤ101G及びピニオン101Pの各歯面102G,102Pやこれら歯面の接触解析等の各種演算を行う演算部6と、演算部6で実行される各種プログラムを格納するとともに、入力部5からの入力情報等を適宜記憶する記憶部7と、演算部6での演算結果等を出力する出力部8とを有して構成されている。
この加工機設定装置1の記憶部7には、上述のカッタヘッド230を用いてギヤ101G及びピニオン101Pの各ワーク110G,110Pに歯面を加工する際の各種設定(加工機設定)を行うためのプログラムが格納されており、演算部6は、このプログラムを実行することにより、オペレータが所望する位置に最凸点が位置するよう歯当り調整するための調整寸法を演算する。すなわち、演算部6は、このプログラムを実行することにより、第1の歯面演算手段、共役歯面演算手段、仮想相対位置演算手段、仮想組立寸法演算手段、第2の歯面演算手段、及び、歯面調整手段としての各機能を実現する。
なお、本実施形態の加工機設定装置1は、例えば、図4に示すコンピュータシステム10で実現される。コンピュータシステム10は、例えば、コンピュータ本体11に、キーボード12と、ディスプレイ装置13と、プリンタ14とがケーブル15を介して接続されて要部が構成されている。そして、このコンピュータシステム10において、例えば、コンピュータ本体11に配設された各種ドライブ装置やキーボード12等が入力部5として機能するとともに、コンピュータ本体11に内蔵されたCPU,ROM,RAM等が演算部として機能する。また、コンピュータ本体11に内蔵されたハードディスク等や記憶部7として機能するとともに、ディスプレイ装置13やプリンタ14等が出力部8として機能する。
次に、演算部で実行されるハイポイドギヤの歯当り調整処理について、図5,6に示す歯当り調整ルーチンのプログラムに従って説明する。このルーチンがスタートすると、演算部6は、先ず、ステップS101において、カッタヘッド230の設定寸法、ハイポイドギヤ100の設計諸元、歯当り調整寸法等の各種諸元の取り込みを行う。具体的に説明すると、演算部6は、例えば、ディスプレイ装置13等の出力部8を通じて各種諸元等の入力画面(図7参照)を表示し、この入力画面上にキーボード12等の入力部5を通じて入力された諸元を読み込む。
ここで、本実施形態において、加工機設定装置1には、カッタヘッド230(及び、ブレード240)の設定寸法として、例えば、
:slot radius
:slot offset
ht:cutter head thickness
λ:blade slot tilt angle
γ:blade side rake angle
fw:blade flat width
:blade thickness
:blade width
ν:ギヤカッタリード角
:カッタ半径
:ブレードグループ数
rpob,rrpib:リファレンスラディアス
等が入力される。
また、加工機設定装置1には、ハイポイドギヤ100(ギヤ101G及びピニオン101P)の設計諸元として、
ψ,ψ:捩れ角(Spiral angle)
Γ,Γ:円錐角(Cone angle)
,R:ピッチ点半径(P-point radius)
等が入力される。これらの諸元は、いわゆるギヤ101G及びピニオン101Pの三要素と呼ばれる代表的な寸法である。演算部6は、これら各三要素に基づき、ギヤ101G及びピニオン101Pの他の設計諸元として、例えば、
,Z:ピッチ点距離(P-point distance)
ε,η:オフセット角(Offset angle)
を一義的に算出する。さらに、演算部6は、ギヤ101Gの設計諸元とピニオン101Pの設計諸元に基づく組立諸元として、例えば、
m:ギヤ比(Gear ratio)
Σ:軸交差角(Shaft angle)
Ε:オフセット量(Offset)
を一義的に算出する。
また、加工機設定装置1には、ギヤ101Gの設計諸元に基づいて仮想ギヤ(仮想歯車)101iGの諸元を設定(調整)するための寸法(第1の調整寸法)として、例えば、
Δψ:捩れ角調整寸法
ΔΓ:円錐角調整寸法
ΔR:ピッチ点半径調整寸法
:バックラッシュ
が入力される。
ここで、仮想ギヤ101iGとは、歯面創成時のピニオンワーク110Pに対するカッタヘッド230の配置等を調整するために設定される仮想的なギヤであり、その諸元は、ギヤ101Gの三要素に、上述の各調整寸法を反映させることによって設定される。なお、説明上、仮想ギヤ101iG及びその構成要素等については、ギヤ101G等との区別を図るため添字「i」を付すが、図示等については適宜省略する。
すなわち、ピニオンワーク110Pにピニオン歯面102Pa,102Pbを創成加工する際のカッタヘッド230の配置は、基本的には、ギヤワーク110Gにギヤ歯面102Ga,102Gbを成形加工する際のカッタヘッド230の配置と、ギヤ101Gとピニオン101Pとの組立位置とに基づいて設定することが可能である。しかしながら、このような配置で得られるピニオン歯面102Pa,102Pbは、共役歯面となり、ギヤ歯面102Ga,102Gbに対して「べた当たり」するため、実用性に乏しく何らかの歯面調整を要する。そこで、本実施形態においては、後述のように、ギヤ101Gの設計諸元(ψ、Γ、R)に対して第1の調整寸法(ΔΨ、ΔΓ、ΔR)を反映させた仮想ギヤ101iGを設定し、この仮想ギヤ101iGに歯面を形成加工すると仮定したときのワーク(仮想ワーク)110iGに対するカッタヘッド230の配置と、仮想ギヤ101iGとピニオン101Pとの組立位置とに基づいて、ピニオンワーク110Pに対するカッタヘッド230の配置を設定することにより、ピニオン101Pに対する歯面修正を行う。
また、仮想ギヤ101iGとピニオン101Pとの組立状態を変更することなく、仮想ギヤ101iGを通じてピニオン101Pに対する更なる歯面修正を行うため、加工機設定装置1には、第1の調整寸法に加え、カッタヘッド230に対する調整寸法としての第2の調整寸法が入力される。この第2の調整寸法は、仮想ギヤ101iGの仮想ワーク110iGに歯面を成形加工すると仮定した際に、仮想ワーク110iGに対して設定されるカッタヘッド230の相対位置(仮想相対位置)やブレード240等を直接的に調整するための各種寸法によって主として構成されている。
本実施形態では、第2の調整寸法として、例えば、仮想ギヤ101iGのピッチ点P(Ppoint)を基準とする3軸周りにカッタヘッド230を傾けるための寸法(角度)が入力される。具体的には、例えば、歯面成形時の仮想ワーク110iGとカッタヘッド230との配置関係において、ピッチ点Pを通り且つ仮想ギヤのピッチ円錐の母線方向に設定されるα軸周りにカッタヘッド230を傾けるための角度θαが、第2の調整寸法として入力される。また、ピッチ点Pからカッタヘッド230の原点Oに向かうμ軸と、このμ軸と直交し且つ仮想ワーク110iGのピッチ円錐との接平面上でピッチ点Pを通るκ軸と、μ軸及びκ軸に直交するι軸からなる直交座標系において、κ軸周り及びι軸周りにカッタヘッド230を傾けるための角度θκ及びθιが、第2の調整寸法として入力される。なお、図9には、仮想ギヤ101iG側から見た各軸(α軸、μ軸、κ軸、及び、ι軸)が、当該仮想ギヤ101iGに噛み合うピニオン101P上に表現されている。さらに、第2の調整寸法として、例えば、上述のブレード圧力角φbob,φbibが入力されるとともに、カッタ半径rを調整するための寸法(カッタ半径修正量)Δr、歯面創成加工時のパラメータとして使用されるギヤ比mを調整するための修正量(ギヤ比修正量)Δm等が入力される。
また、加工機設定装置1には、オペレータが所望する最凸点位置(ギヤ歯面とピニオン歯面とのEase−offを零としたい点の位置)が目標最凸点位置として入力される。ここで、加工機設定装置1には、ハイポイドギヤ100の設計諸元の他に、ハイポイドギヤ100のブランク形状等を示す基本諸元として、ピッチ円錐、ルート円錐、クロスポイント等に関する各種諸元が入力されており、これにより歯面の四隅の座標(アデンダムファクタ、デプスファクタ)が設定されている。そこで、本実施形態では、例えば、ギヤ歯面上(凸側の歯面上及び凹側の歯面上それぞれ)におけるヒールからの割合、及び、ルートからの割合を入力することにより、各目標最凸点位置を特定することが可能となっている。
そして、演算部6は、以下の各処理において、例えば、入力された第2の調整寸法のうち、例えば、角度θα,θι、カッタ半径修正量Δr、及び、ブレード圧力角φbob,φbibを変更することにより、最凸点位置を目標最凸点位置に対して自動調整する。
ステップS101(或いは、後述するステップS118)からステップS102に進むと、演算部6は、後述するステップS117における角度θαをパラメータとする収束演算が設定回数(例えば、20回)以上行われたか否かを調べる。
そして、ステップS102において、演算部6は、ステップS117での収束演算が設定回数未満であると判定した場合にはステップS103に進み、ステップS117での収束演算が設定回数以上であると判定した場合にはルーチンを抜ける。
ステップS102からステップS103に進むと、演算部6は、ギヤ101Gの設計諸元とカッタヘッド230の設定寸法とに基づいてギヤワーク110Gに対するカッタヘッド230の相対位置(基準相対位置)を演算し、この基準相対位置に基づいて、カッタヘッド230で成形加工されるギヤ101Gの歯面102Ga,102Gbを演算する。
ここで、説明を簡素化するため、カッタヘッド230の原点Oを通る参照平面上にギヤ101Gのピッチ点Pが存在すると仮定すると、ギヤ101Gの設計諸元とカッタヘッド230の設定寸法とに基づき、ギヤ歯面102Gの成型加工時のギヤワーク110Gに対するカッタヘッド230の基準相対位置として、例えば、図8に示す関係を導き出すことができる。すなわち、ギヤワーク110Gに対するカッタヘッド230の基準相対位置として、カッタヘッド230の参照平面がギヤワーク110Gのピッチ円錐との接平面Cに一致し、且つ、カッタヘッド230の原点Oが、ピッチ点Pを通りギヤ軸Zに垂直な平面Bと接平面Cとの交線から、ピッチ点Pを中心に接平面Cに沿ってψ−νだけ回転移動した位置が導き出される。
このような関係に基づき、カッタヘッド230の座標系X−Y−Zで表されたブレード上の座標は、以下の(1)式に示す行列式により、ギヤワーク110G(ギヤ101G)の座標系X−Y−Zに変換することができる。すなわち、行列を〔M〕と表記すると、
〔M〕GC=〔M〕RZ((N/N)ω)〔M〕TZ(Z)〔M〕TX(R
〔M〕RY(Γ−90°)〔M〕RZ(ψ−ν)〔M〕TZ(d)
〔M〕TY(r)〔M〕RZ(ω−90°) … (1)
ここで、(1)式中において、〔M〕GCは、カッタヘッド230の座標系からギヤワーク110Gの座標系へと変換されたブレード上の座標を示す行列である。また、例えば、〔M〕RZ((N/N)ω)はZ軸周りに(N/N)ωの回転(Rotate about Z)を表し、〔M〕TX(R)はX軸方向にRの移動(Translate along X)を表す。また、ωは、カッタヘッド230の回転角度を示す。
そして、ギヤ歯面102Gは成形歯面であるため、(1)式において、カッタヘッド230の回転角度ωを変化させ、ギヤワーク110Gの座標系において、カッタヘッド230のブレード上の点の軌跡を辿れば、ギヤワーク110G上に成形されるギヤ歯面102G上の各点の3次元座標を求めることができる。さらに、演算部6は、各3次元座標から得られるギヤ歯面102Gの3次元形状に基づき、ギヤ歯面102G上の各点における法線方向を求める。
ところで、上述のステップS103においてブレード上の点の軌跡から求まるギヤ歯面102Gの形状とは、具体的には、歯溝形状となる。そこで、演算部6は。ステップS104に進むと、ステップS103で求めた一対の歯面のうちの一方を、1ピッチ(2π/m)分だけ座標変換回転させることにより、歯形状を求める。
ステップS104からステップS105に進むと、演算部6は、ギヤ歯面102Gと共役なピニオン歯面102cP(共役歯面(凸側の歯面102cPa及び凹側の歯面102cPb))を求める。なお、説明上、共役歯面102cP等については、ピニオン歯面102P等との区別を図るため添字「c」を付すが、図示等については適宜省略する。
歯面計算について具体的に説明すると、演算部6は、先ず、ギヤ101Gとピニオン101Pとの組立寸法(ギヤ比m、軸交差角Σ、オフセット量Ε)に基づいて、ギヤ101G(ギヤワーク110G)の座標系で定義される座標を、ピニオン101P(ピニオンワーク110P)の座標系の座標に変換するための座業変換式として、例えば、以下の(2)式を設定する。
〔M〕PG=〔M〕RZ(m・ω−η−180°)
〔M〕TY(−E)〔M〕RY(−Σ)〔M〕RZ(ε+ω) … (2)
ここで、(2)式においてωは、ギヤ101Gの回転角度を示す。
ピニオンワーク110Pに対するカッタヘッド230の相対位置は、ギヤワーク110Gに対するカッタヘッド230の基準相対位置と、ギヤワーク110G(ギヤ101G)とピニオンワーク110P(ピニオン101cP)との組立寸法とに基づいて演算される(図9参照)。すなわち、ピニオンワーク110Pに対するカッタヘッド230の相対位置は、ギヤワーク110Gに対して配置されたカッタヘッド230上のブレードの向きを、ギヤワーク110Gのピッチ円錐とピニオンワーク110Pのピッチ円錐とに共通の接平面を対称面として反転させる位置に定められる。このような関係は、例えば、上述の(1)式及び(2)式で表すことができ、具体的には、演算部6は、カッタヘッド230の座標系X−Y−Zで表されたブレード上の座標を、ピニオンワーク110P(ギヤ101G)の座標系X−Y−Zに変換するための行列式として、以下の(3)式を演算する。
〔M〕PC=〔M〕PG〔M〕GC …(3)
ここで、(3)式において、〔M〕PCは、カッタヘッド230の座標系からピニオンワーク110Pの座標系へと変換されたブレード上の座標を示す行列である。
ピニオン歯面は創成歯面であるため、(3)式において、カッタヘッド230の回転角度ω及びギヤ101Gの回転角度ωを変化させ、ピニオンワーク110Pの座標系において、カッタヘッド230のブレード上の点の軌跡を辿れば、ピニオンワーク110上に創成されるピニオン歯面の形状を演算することができる。
そして、この(3)式を用いた座標変換を行うことにより、演算部6は、ギヤ101Gの歯面102Gと共役なピニオンの歯面(共役歯面102cP(凸側の歯面102cPa、及び、凹側の歯面102cPb)上の各点の3次元座標を求めるとともに、各3次元座標から得られる共役歯面102cPa,102cPbの3次元形状に基づき、共役歯面102cPa,102cPb上の各点における法線方向を求める。なお、上述のステップS103と同様、このステップS105においてブレード上の点の軌跡から求まる共役歯面102cPの形状とは、具体的には、歯溝形状となる。
ステップS105からステップS106に進むと、演算部6は、共役歯面102cPa,102cPb上の各点の3次元座標とその法線方向とに基づいて、共役歯面102cPa,102cPb上の各目標最凸点位置における各歯面情報として、圧力角φcob,φcib及びねじれ角ψcob,ψcibを求める。すなわち、演算部6は、各共役歯面102cPa,102cPb上において、各目標最凸点位置を通る各ピニオンピッチ円錐面上の、圧力角φcob,φcib、及び、ねじれ角ψcob,ψcibをそれぞれ求める。
ステップS106からステップS107に進むと、演算部6は、例えば、共役歯面102cPa上の目標最凸点位置と共役歯面102cPb上の目標最凸点位置との間の角度を溝角度θ(図11参照)として求め、この溝角度θに対しバックラッシュb相当の角度θbnを加算することで、目標ピニオン溝角度θptを算出する。
ステップS107(或いは、後述するステップS112,S114,S116)からステップS108に進むと、演算部6は、後述するステップS111における各ブレード圧力角φbob,φbibをパラメータとする収束演算、ステップS113における回転角度θιをパラメータとする収束演算、或いは、ステップS115における半径修正量Δrをパラメータとする収束演算の何れかが設定回数(例えば、20回)以上行われたか否かを調べる。
そして、ステップS108において、演算部6は、全ての収束演算が設定回数未満であると判定した場合にはステップS109に進み、何れかの収束演算が設定回数以上であると判定した場合にはルーチンを抜ける。
ステップS108からステップS109に進むと、演算部6は、ギヤ101Gの設計諸元と第1の調整寸法とに基づいて仮想ギヤ101iGの諸元を演算する。すなわち、演算部6は、ギヤ101Gの3要素に第1の調整寸法を反映させることにより、仮想ギヤ101iGの三要素として、例えば、
ψiG(=ψ+Δψ):捩れ角(Spiral angle)
ΓiG(=Γ+ΔΓ):円錐角(Cone angle)
iG(=R+ΔR:ピッチ点半径(P-point radius)
を算出し、これら三要素に基づいて、例えば、
iG:ピッチ点距離(P-point distance)
ε:オフセット角(Offset angle)
を一義的に算出する。
また、演算部6は、この仮想ギヤ101iGに噛合するピニオン101Pの設計諸元についても、第1の調整寸法に基づく調整を行うようになっており、例えば、
iP:ピッチ点距離(P-point distance)
η:オフセット角(Offset angle)
を算出する。さらに、演算部6は、仮想ギヤ101iGの諸元とピニオン101Pの設計諸元とに基づき、これらの仮想的な組立諸元(仮想組立寸法)として、例えば、
:ギヤ比(Gear ratio)
Σ:軸交差角(Shaft angle)
Ε:オフセット量(Offset)
を演算する。
また、演算部6は、仮想ギヤ101iGの諸元と、第2の調整寸法と、カッタヘッド230の設定寸法とに基づいて、仮想ワーク110iGに対するカッタヘッド230の仮想的な相対位置(仮想相対位置)を演算する。
具体的には、演算部6は、先ず、仮想ギヤ101iGの諸元とカッタヘッド230の設定寸法とに基づき、仮想ワーク110iGに対するカッタヘッド230の相対位置として、図8で示した関係と同様の関係を導き出す。また、演算部6は、第2の調整寸法として設定された各角度θα,θκ,θιに基づき、カッタヘッド230の傾きを、仮想ワーク110iG上のピッチ点Pを基準とする3軸(α,κ,ιの各軸)周りに調整する。さらに、寸法Δrに基づいてカッタ半径rをピッチ点P基準で調整することにより、カッタヘッド230の原点Oを、ピッチ点Pを基準としてμ軸方向に移動させる。
そして、このように第2の調整寸法を加味して得られたカッタヘッド230の仮想ワーク110iGに対する仮想相対位置に基づき、演算部6は、カッタヘッド230の座標系で表されたブレード上の座標を、仮想ワーク110iG(仮想ギヤ101iG)の座標系に変換するための座標変換式として、以下の(4)式を設定する。
〔M〕iGC=〔M〕RZ((N/NiG)ω)〔M〕TZ(ZiP)〔M〕TX(RiG
〔M〕RY(ΓiG+θα−90°)〔M〕RZ(ΨiG−ν+θι)〔M〕TZ(d
〔M〕TX(−θκ)〔M〕TY(r+Δr)〔M〕RZ(ω−90°)
… (4)
ここで、(4)式中において、〔M〕iGCは、カッタヘッド230の座標系から仮想ギヤワークの座標系へと変換されたブレード上の座標を示す行列である。
さらに、演算部6は、仮想ギヤ101iGとピニオン101Pとの仮想組立寸法に基づいて、仮想ギヤ101iG(仮想ワーク110iG)の座標系で定義される座標を、ピニオン101P(ピニオンワーク110P)の座標系の座標に変換するための座標変換式を設定する。本実施形態において、この変換式は、ギヤ比修正量Δm、及び、ピニオン101Pのピッチ点Pの軸方向距離の変化も考慮して設定され、具体的には、例えば、以下の(5)式が設定される。
〔M〕PiG=〔M〕TZ(Z−ZiG)〔M〕RZ((m+Δm)ω−η−180°)
〔M〕TY(−E)〔M〕RY(−Σ)〔M〕RZ(ε+ω) … (5)
ここで、(5)式において、ωは、ギヤ101G(仮想ギヤ101iG)の回転角度を示す。
そして、演算部6は、共役歯面の演算と同様、カッタヘッド230の座標系X−Y−Zで表されたブレード上の座標を、ピニオンワーク110P(ギヤ101G)の座標系X−Y−Zに変換するための行列式として、以下の(6)式を演算する。
〔M〕PC=〔M〕PiG〔M〕iGC …(6)
そして、この(6)式を用いた座標変換を行うことにより、演算部6は、ギヤ101Gの歯面102Gと噛合するピニオン101Pの歯面102P(凸側の歯面102Pa、及び、凹側の歯面102Pb)上の各点の3次元座標を求めるとともに、各3次元座標から得られるピニオン歯面102Pa,102Pbの3次元形状に基づき、ピニオン歯面102Pa,102Pb上の各点における法線方向を求める。なお、上述のステップS103,S105と同様、このステップS109において、ブレード上の点の軌跡から求まるピニオン歯面102Pの形状とは、具体的には、歯溝形状となる。
ステップS109からステップS110に進むと、演算部6は、ピニオン歯面102Pa,102Pb上の各点の3次元座標とその法線方向とに基づいて、歯面情報として、ピニオン歯面102Pa上の目標最凸点位置とピニオン歯面102Pb上の目標最凸点位置との間の溝角度θを求めるとともに、ピニオン歯面102Pa,102Pb上の各目標最凸点位置における圧力角φob,φib、及び、ねじれ角ψob,ψibをそれぞれ求める。
ステップS110からステップS111に進むと、演算部6は、ピニオン歯面102Pa上の目標最凸点における圧力角φobを、共役歯面102cPa上の目標最凸点における圧力角φcobに収束させるためのブレード圧力角φbobを、ニュートン法を用いて算出する。同様に、演算部6は、ピニオン歯面102Pb上の目標最凸点における圧力角φibを、共役歯面102cPb上の目標最凸点における圧力角φcibに収束させるためのブレード圧力角φcibを、ニュートン法を用いて算出する。
ステップS111からステップS112に進むと、演算部6は、ピニオン歯面102Pa,102Pb上の各目標最凸点における圧力角φob,φibが、共役歯面の凸歯面102cPa及び凹歯面102cPb上の各目標最凸点における圧力角φcob,φcibに設定誤差範囲内で収束しているか否かを調べる。
そして、ステップS112において、各圧力角φob,φibの少なくとも何れか一方が対応する各圧力角φcob,φcibに設定誤差範囲内で収束していないと判定した場合、演算部6は、現在のブレード圧力角φbob,φbibを用いて再度のピニオン歯面102Pa,102Pbの演算を行うべく、ステップS108に戻る。
一方、ステップS112において、各圧力角φob,φibが対応する各圧力角φcob,φcibに設定誤差範囲内で収束していると判定した場合、演算部6は、ステップS113に進む。
ステップS112からステップS113に進むと、演算部6は、ピニオン歯面102Pa,102Pbのねじれ角和(ψob+ψib)を、共役歯面102cPa,102cPbのねじれ角和(ψcob+ψcib)に収束させるための回転角度θιを、ニュートン法を用いて算出する。
ステップS113からステップS114に進むと、演算部6は、ねじれ角和(ψob+ψib)がねじれ角和(ψcob+ψcib)に設定誤差範囲内で収束しているか否かを調べる。
そして、ステップS114において、ねじれ角和(ψob+ψib)がねじれ角和(ψcob+ψcib)に設定誤差範囲内で収束していないと判定した場合、演算部6は、現在の回転角度θιを用いて再度のピニオン歯面102Pa,102Pbの演算を行うべく、ステップS108に戻る。
一方、ステップS114において、ねじれ角和(ψob+ψib)がねじれ角和(ψcob+ψcib)に設定誤差範囲内で収束していると判定した場合、演算部6は、ステップS115に進む。
ステップS114からステップS115に進むと、演算部6は、溝角度θを目標ピニオン溝角度θptに収束させるための半径修正量Δrを、ニュートン法を用いて算出する。
ステップS115からステップS116に進むと、演算部6は、溝角度θが目標ピニオン溝角度θptに設定誤差範囲内で収束しているか否かを調べる。
そして、ステップS116において、溝角度θが目標ピニオン溝角度θptに設定誤差範囲内で収束していないと判定した場合、演算部6は、現在の半径修正量Δrを反映させたカッタ半径rを用いて再度のピニオン歯面102Pa,102Pbの演算を行うべく、ステップS108に戻る。
一方、ステップS116において、溝角度θが目標ピニオン溝角度θptに設定誤差範囲内で収束していると判定した場合、演算部6は、ステップS117に進む。
ステップS116からステップS117に進むと、演算部6は、ピニオン歯面102Pa,102Pbのねじれ角差(ψob−ψib)を、共役歯面102cPa,102cPbのねじれ角差(ψcob−ψcib)に収束させるための回転角度θαを、ニュートン法を用いて算出する。
ステップS117からステップS118に進むと、演算部6は、ねじれ角差(ψob−ψib)がねじれ角差(ψcob−ψcib)に設定誤差範囲内で収束しているか否かを調べる。
そして、ステップS118において、ねじれ角差(ψob−ψib)がねじれ角差(ψcob−ψcib)に設定誤差範囲内で収束していないと判定した場合、演算部6は、現在の回転角度θαを用いて再度の共役歯面102cPa,102cPb及びピニオン歯面102Pa,102Pbの演算を行うべく、ステップS108に戻る。
一方、ステップS118において、ねじれ角差(ψob−ψib)がねじれ角差(ψcob−ψcib)に設定誤差範囲内で収束していると判定した場合、演算部6は、ルーチンを抜ける。
これにより、ピニオン歯面102Pa,102Pb上の各最凸点位置における歯面情報(溝角度θ、圧力角φob,φib、ねじれ角ψob,ψib)を、共役歯面102cPa,102cPb上の各最凸点位置における歯面情報(溝角度θ、圧力角φcob,φcib、ねじれ角ψcob,ψcib)に対して予め設定した条件にて収束させるためのカッタヘッド230に対する調整寸法として、ブレード圧力角φbob,φbib、ι軸周りの回転角度θι、α軸周りの回転角度θα、及び、半径修正量Δrが自動計算により設定される。
このような実施形態によれば、ギヤ歯面102Ga,102Gbに共役なピニオン歯面(共役歯面)102cPa,102cPb上の目標最凸点位置における歯面情報を求め、ピニオン歯面102Pa,102Pb上の目標最凸点位置における歯面情報を、共役歯面102cPa,102cPb上の目標最凸点位置における歯面情報に対して予め設定された条件にて収束させるようカッタヘッド230の調整寸法を調整することにより、ピニオン歯面102Pa,102Pb上の目標最凸点位置に最凸点を調整するための調整寸法を容易に設定することができる。
すなわち、ギヤ歯面102Ga,102Gbとの共役歯面102cPa,102cPbを求めることにより、歯面上の任意の点にてEase−offを零とするための条件(歯面情報)を容易に求めることができる。そして、このような共役歯面102cPa,102cPb上の目標最凸点位置における歯面情報に対し、ピニオン歯面102Pa,102Pb上の目標最凸点位置における歯面情報を予め設定した条件にて収束させるようカッタヘッド230の調整寸法を変更することにより、ピニオン歯面102Pa,102Pb上の目標最凸点位置に最凸点を調整するための調整寸法を容易に設定することができる。
1 … 加工機設定装置
5 … 入力部
6 … 演算部
7 … 記憶部
8 … 出力部
10 … コンピュータシステム
11 … コンピュータ本体
12 … キーボード
13 … ディスプレイ装置
14 … プリンタ
15 … ケーブル
100 … ハイポイドギヤ
101G … ギヤ(第1の歯車)
101P … ピニオン(第2の歯車)
101cP … ギヤに共役なピニオン
101iG … 仮想ギヤ
102G … ギヤ歯面
102Ga … 凸側のギヤ歯面
102Gb … 凹側のギヤ歯面
102P … ピニオン歯面
102Pa … 凸側のピニオン歯面
102Pb … 凹側のピニオン歯面
102cP … 共役歯面
102cPa … 凸側の共役歯面
102cPb … 凹側の共役歯面
110 … ピニオンワーク
110G … ギヤワーク
110iG … 仮想ワーク
230 … カッタヘッド
231 … カッタボディ
232 … 取付孔
233 … ヘッド表面
240 … ブレード
240i … 凸歯面加工用ブレード
240o … 凹歯面加工用ブレード

Claims (1)

  1. フェースホブ方式のカッタヘッドを回転させることによって、一方の歯車である第1の歯車の歯面を第1のワークに成形加工するとともに、他方の歯車である第2の歯車の歯面を第2のワークに創成加工する加工機の前記カッタヘッドに対する調整寸法を設定するハイポイドギヤの加工機設定装置であって、
    オペレータが所望する最凸点位置を目標最凸点位置として入力する入力手段と、
    前記第1の歯車の設計諸元と前記カッタヘッドの設定寸法とに基づいて前記第1のワークに対する前記カッタヘッドの基準相対位置を演算し、この基準相対位置に基づいて前記カッタヘッドで成形加工される前記第1の歯車の歯面を演算する第1の歯面演算手段と、
    前記第1の歯車と前記第2の歯車との間に予め設定された組立寸法と前記基準相対位置とに基づいて前記第2のワークに対する前記カッタヘッドの相対位置を演算し、この相対位置に基づいて前記カッタヘッドで創成加工される共役歯面を演算する共役歯面演算手段と、
    前記第1の歯車の諸元を調整した仮想歯車の諸元と前記カッタヘッドの設定寸法と前記調整寸法とに基づいて前記仮想歯車の仮想ワークに歯面を成形加工すると仮定したときの前記仮想ワークに対する前記カッタヘッドの仮想相対位置を演算する仮想相対位置演算手段と、
    前記仮想歯車の諸元と前記第2の歯車の設計諸元とに基づいて前記仮想歯車と前記第2の歯車との仮想組立寸法を演算する仮想組立寸法演算手段と、
    前記仮想組立位置と前記仮想組立寸法とに基づいて前記第2のワークに対する前記カッタヘッドの相対位置を演算し、この相対位置に基づいて前記カッタヘッドで創成加工される前記第2の歯車の歯面を演算する第2の歯面演算手段と、
    前記調整寸法の変更により、前記第2の歯車の歯面上の前記最凸点位置における歯面情報を、前記共役歯面上の前記最凸点位置における歯面情報に対して予め設定した条件にて収束させる歯面調整手段と、を備えたことを特徴とするハイポイドギヤの加工機設定装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015116625A (ja) * 2013-12-17 2015-06-25 富士重工業株式会社 歯車対の加工機設定装置
CN104907636A (zh) * 2015-06-24 2015-09-16 中国农业大学 大轮基于模具成型的摆线齿准双曲面齿轮半展成加工方法

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