JP3782545B2

JP3782545B2 - 歯切り加工方法

Info

Publication number: JP3782545B2
Application number: JP09951997A
Authority: JP
Inventors: 龍平竹田; 重夫加藤; 文芳北山; 実小杉
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-04-17
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2017-04-17
Also published as: JPH10291127A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、まがりばかさ歯車もしくはハイポイドギヤの歯切り加工方法に関し、特にグリーソン式歯切り盤を用いながら、連続回転割り出しによる創成歯切りを可能とした歯切り加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まがりばかさ歯車もしくはハイポイドギヤの歯切り加工は、図６に示すように、支持体である図示外のクレイドルに偏心させて支持させた環状の正面フライスカッタ５８をそのカッタ軸心周りに回転させて該正面フライスカッタ５８の切刃の軌跡により仮想創成歯車Ｇの一歯を現わさしめるとともに、前記正面フライスカッタ５８をクレイドルごと仮想創成歯車Ｇの軸心と一致するクレイドル軸心周りに回転させることにより正面フライスカッタ５８を連続的に公転運動させ、前記仮想創成歯車Ｇと噛み合う位置に配置した歯車素材（以下、ワークという）６１に理想的な噛み合い運動を与えるべくその軸心周りに同期回転させることによって一歯面を創成することを基本としている。そして、一歯面が創成されたならば順次割出して、次の歯面を創成することになる。
【０００３】
このような創成歯切り法の代表的なものとして、グリーソン式の歯切り盤やＣＮＣタイプの歯切り盤（同等機能を有する専用機を含む）が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
グリーソン式の歯切り盤は、図７に示すように、単一のモータ５１からの回転出力をギヤトレーン５２〜５７を介して正面フライスカッタ５８やクレイドル５９、さらにはワークスピンドル６０に装着されたワーク６１に伝達して、それぞれの要素を回転駆動させるものであるが、クレイドル５９の回転とワーク６１の回転とは同期がとられてはいても、ワーク６１の割り出し回転の際には同一駆動源からの回転出力をゼネバ機構６２により間欠回転に変換してワーク６１を割り出し回転させることになるため、そのワーク６１の割り出し回転と正面フライスカッタ５８の回転運動との間では同期をとることができず、結果的にワーク６１の連続回転割り出しによる歯切り加工を困難なものとしている。
【０００５】
また、近年では、図７に示すところのギヤトレーン５２〜５７の一部を取り外し、代わってワーク軸とクレイドル軸にそれぞれモータを個別に設け、上記のような純機械的な歯切り盤の動きをＮＣ制御化することも試られている。しかし、この場合にも、一歯ずつ割り出しながら歯切りを行うことには変わりはなく、生産性の高い連続回転割り出しによる歯切り法を実現することはできない。
【０００６】
一方、ＣＮＣタイプの歯切り盤は唯一連続割り出しによる歯切り法を実現することができるものの、その機能よりして機械自体が高価であり、設備費の高騰を招く結果となって好ましくない。
【０００７】
本発明は以上のような課題に着目してなされたもので、既存の設備に改良を加えるだけで比較的安価に連続割り出しによる歯切り加工を可能とした歯切り加工方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、まがりばかさ歯車もしくはハイポイドギヤの歯切り加工を行うにあたり、クレイドルに偏心させて支持させた環状の正面フライスカッタをそのカッタ軸心周りに回転させて該正面フライスカッタの切刃の軌跡により仮想創成歯車の一歯を現わさしめるとともに、前記正面フライスカッタをクレイドルごと仮想創成歯車の軸心と一致するクレイドル軸心周りに回転させることにより正面フライスカッタを連続的に公転させ、前記仮想創成歯車と噛み合う位置に配置した歯車素材をその軸心周りに同期回転させることによって歯切り加工を行うようにした方法を前提としている。その上で、前記クレイドル、正面フライスカッタおよび歯車素材のそれぞれを個別のモータによって回転駆動させながらそれぞれの回転角を個別に制御し、前記正面フライスカッタと歯車素材の回転角が所定の回転比となるように同期制御しつつ、クレイドルの回転角に歯車素材と当該クレイドルとの回転速度比を乗じた分だけ歯車素材の回転角に補正を加えるとともに、前記歯車素材とクレイドルとの回転速度比を歯切り加工中に変化させる一方、前記正面フライスカッタの回転角制御のための回転検出を、その正面フライスカッタが装着されるカッタスピンドル内にこれと同一軸心上に位置するように収容配置されていて且つ当該カッタスピンドルに直結した回転センサによって行うことを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、正面フライスカッタが装着されるカッタスピンドルに常時制動トルクを加えながら加工を行うことを特徴としている。
【００１３】
したがって、請求項１に記載の発明では、クレイドル、正面フライスカッタおよび歯車素材の回転位相をそれぞれを個別に制御することにより、実質的にそれぞれの回転駆動系のＮＣ制御化が可能となる。これにより、クレイドルの回転と歯車素材の回転との間で同期をとることができることはもちろんのこと、歯車素材の割り出し回転についても正面フライスカッタの回転との間で同期をとることが可能となり、歯車素材の連続回転割り出しによる創成歯切りが可能となる。
その上、正面フライスカッタと歯車素材との同期制御の際に、クレイドルの回転角に対して所定の割合で歯車素材の回転角に補正を加えるものとし、特に正面フライスカッタと歯車素材の回転角が所定の回転比となるように同期制御しつつ、クレイドルの回転角に歯車素材と当該クレイドルとの回転速度比を乗じた分だけ歯車素材の回転角に補正を加えることにより、完全な３軸制御によらずに補正制御だけで連続割り出しによる歯すじ創成と歯形創成とが同時に行われる。
【００１５】
そして、上記歯車素材とクレイドルとの回転速度比を歯切り加工中に変化させることにより、創成すべき歯形に修正が加えられて、歯形創成と同時に例えば歯当たりあるいは噛み合い伝達誤差等の適正化を図ることができる。
【００１６】
ここで、正面フライスカッタとその正面フライスカッタを駆動するためのモータとの間にギヤトレーンが介在せざるを得ない場合には、そもそも正面フライスカッタによる歯切り自体が断続切削であるがために、上記の歯車列のがたつきすなわちバックラッシュによるピッチ誤差の発生が不可避である。
【００１７】
そこで、請求項２に記載の発明のように、例えばディスブレーキ等の手段によりカッタスピンドルに常時制動トルクを加えながら加工を行うと、上記のバックラッシュによるピッチ誤差への影響をなくすことができる。
【００１８】
また、上記のように、独立したモータを駆動源とする正面フライスカッタの回転位相を個別に制御するためには、必然的にその正面フライスカッタの回転を検出する必要があるが、モータに近い位置でその回転検出を行うと、モータと正面フライスカッタとの間に介在しているギヤトレーンのバックラッシュの影響で検出誤差が生ずることになる。
【００１９】
このようなことから、上記のように、正面フライスカッタが装着されるカッタスピンドル内にこれと同一軸心上に位置するように収容配置されていて且つ当該カッタスピンドルに直結した回転センサによって回転検出を行うことで、その正面フライスカッタの回転検出精度が向上し、これに他の軸を追従させることにより同期精度が高められる。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、クレイドル、正面フライスカッタおよび歯車素材の回転角をそれぞれ個別に制御可能として、実質的にそれぞれの回転駆動系のＮＣ制御化を図ったものであるから、従来では高精度なＣＮＣタイプの歯切り盤や専用機を用いなければできなかった連続割り出しによる創成歯切りが可能となり、安価な設備で生産性の高い連続割り出しによる歯切りを実現できるほか、正面フライスカッタと歯車素材の回転角を同期制御しつつ、クレイドルの回転角に歯車素材と当該クレイドルとの回転速度比を乗じた分だけ歯車素材の回転角に補正を加えることにより、完全な３軸制御によらずに補正制御だけで連続割り出しによる歯すじ創成と歯形創成とが同時に行われるようになるために、制御の簡素化を図ることができる効果がある。
【００２２】
その上、歯車素材とクレイドルとの回転速度比を歯切り加工中に積極的に変化させるようにしたことから、創成歯切りと同時にその創成すべき歯形に修正が加えられて、例えば歯当たりあるいは噛み合い伝達誤差等の適正化を図ることができる効果がある。
【００２３】
また、正面フライスカッタの回転角制御のための回転検出を、その正面フライスカッタが装着されるカッタスピンドル内にこれと同一軸心上に位置するように収容配置されていて且つ当該カッタスピンドルに直結した回転センサによって行うようにしたことから、カッタ駆動用モータと正面フライスカッタとの間にギヤトレーンが介在していても、そのギヤトレーンのバックラッシュの影響でカッタの回転検出に検出誤差が生ずることがなく、他の軸との同期精度が向上する効果がある。
【００２４】
請求項２に記載の発明によれば、ディスブレーキ等の手段によりカッタスピンドルに常時制動トルクを加えながら歯切り加工を行うようにしたことから、請求項１に記載の発明と同様の効果のほかに、カッタスピンドルに装着される正面フライスカッタとその正面フライスカッタを駆動するためのモータとの間にギヤトレーンが介在せざるを得ない場合でも、そのギヤトレーンのバックラッシュによる被加工歯車のピッチ誤差への影響をなくすことができる効果がある。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１〜図５は本発明の好ましい実施の形態を示す図であって、特に図１は本発明が適用される歯切り盤の全体構成を、図２はそのブロック回路図を、図３，４はカッタスピンドルの要部断面図をそれぞれ示している。
【００２６】
図１および図３，４において、１は歯切り加工用の正面フライスカッタ（以下、単にカッタという）、２はクレイドルで、このクレイドル２にはその軸心ａから偏心した位置に図３，４に示すようにカッタスピンドルスリーブ３を介してカッタスピンドル４が回転可能に支持されているとともに、このカッタスピンドル４の先端にカッタ１が装着されている。そして、カッタ１はスピンドルモータ（ＡＣサーボモータ）５によりギヤトレーン６，７を介して回転駆動される一方、クレイドル２は同じくＡＣタイプのサーボモータ８によって回転駆動されるようになっている。
【００２７】
上記カッタスピンドル４の後端には、図４に示すようにロータリーエンコーダ９が設けられている。このロータリーエンコーダ９はカッタスピンドルスリーブ３に付設された取付台１０に固定支持されている一方、その入力軸１１はカップリング１２とサポートシャフト１３およびボルト１４とを介してカッタスピンドル４に連結されていて、前記スピンドルモータ５によって回転駆動されるカッタ１の回転角度（回転数）がそのカッタ１に可及的に近い位置でロータリーエンコーダ９によって検出されるようになっている。
【００２８】
また、図３に示すように、前記カッタスピンドル４のうちカッタ１の直近位置にはブレーキディスク１５が固定されている一方、カッタスピンドル４を支持しているカッタスピンドルスリーブ３側にはブレーキディスク１５をはさむようにしてキャリパ１６が設けられていて、これらブレーキディスク１５とキャリパ１６とによりディスブレーキ１７が形成されている。
【００２９】
そして、キャリパ１６に支持されたブレーキシュー１８を油圧にてブレーキディスク１５に押し付けることにより、カッタ１は常時所定の制動力が加わった状態で回転駆動されるようになっている。
【００３０】
上記のカッタ１は、図３および図５に示すように、円板状のカッタボディ１９の外周縁部に多数のカッタブレード２０ａ，２０ｂを並列したもので、各カッタブレード２０ａ，２０ｂの配置としては、二つ一組のカッタブレード２０ａ，２０ｂ（一方が噛み合い方向側歯面切削用であれば他方が反噛み合い方向側歯面切削用となる）からなるブレードグループ２０を円周方向に沿って螺旋状に並べ、このブレードグループ２０をカッタボディ１９の円周方向に沿って等ピッチで多数配置してある。
【００３１】
そして、後述するように、カッタ１の自転および公転運動とワークＷの回転運動とを同期させることにより、ワークＷの連続割り出しによる歯すじ創成と歯形創成とが同時に行われることになる。なお、図５中のＣ₁はカッタ１の回転中心、Ｃ₂はクレイドル２の回転中心をそれぞれ示しており、また、カッタ１、クレイドル２およびワークＷ相互の配置関係は基本的には図６に示したものと同一である。
【００３２】
また、図１の２１は先端に歯車素材（以下、ワークという）Ｗが装着されるワークスピンドル、２２はワークスピンドル２１を含むスピンドルユニットが搭載されたスライドベースで、ワークスピンドル２１はサーボモータ（ＡＣサーボモータ）２３によってギヤ２４，２５を介して回転駆動される一方、スライドベース２２は同じくＡＣタイプのサーボモータ２６を駆動源としてギヤ２７，２８およびボールねじ２９を介してスライド駆動されるようになっている。
【００３３】
そして、図２に示すように、ワークスピンドル２１（Ｃ軸）駆動用のサーボモータ２３とクレイドル２駆動用のサーボモータ８はともに速度フィードバック要素としての速度検出器３０または３１を備えているとともに、ワークスピンドル駆動用のサーボモータ２３については位置フィードバック要素としてのロータリーエンコーダ３２を有している。
【００３４】
すなわち、図１の歯切り盤の構造では、クレイドル駆動系、ワーク駆動系およびスライドベース駆動系のそれぞれが独立したサーボモータを有していて、各駆動系ごとに個別にＮＣ制御可能な構造となっている。
【００３５】
ここで、まがりばかさ歯車のピニオンギヤの歯切り加工を行うにあたっては、図２に示すように、ＮＣコントローラのＥＧＢ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＧｅａｒＢｏｘ）機能を使って、カッタ１の回転角とワークＷの回転角とを所定の回転速度比となるようにクローズドループにて同期制御し、クレイドル２の回転角に対して所定の割合でワークＷの回転角に補正を加えることにより、ワークＷの連続回転割り出しによる歯すじ創成と歯形創成とを同時に行う。
【００３６】
なお、加工時におけるワークＷとカッタ１およびクレイドル２の相対位置関係としては、先に述べたように図６に示したものと基本的に同様であるものの、図５に示すようにカッタ１のブレードグループ２０が螺旋状となっている点でのみ異なっている。また、図５中の３４は凸状の歯すじを示しており（ハッチングを施した部分）、それらの歯すじ３４，３４同士の間に凹状の歯溝３５が切削形成される。
【００３７】
より詳しくは、図１，５に示すように、ワークＷに歯切りすべき歯数をＺ₁とするとともにカッタ１のブレードグループ２０の数をＺ_Wとすると、カッタ１とワークＷの回転速度比はＺ₁：Ｚ_W、言い換えれば、カッタ１がθ_Xだけ回転したときのワークＷの回転角をθ₁とすると、歯すじ創成を行うためにはθ₁＝（Ｚ_W／Ｚ₁）×θ_Xとなる。そこで、図２に示すように、カッタスピンドル４に付設されたロータリーエンコーダ９の出力をＮＣコントローラのＥＧＢ機能部３６に取り込み、これにカッタ１とワークＷの歯数比Ｚ_W／Ｚ₁を乗じたものをワーク駆動系の指令信号に補正指令として加える。これにより、カッタ１とワークＷとはＺ₁：Ｚ_Wの回転速度比で同期回転して、カッタ１のブレードグループ２０が延長エピサイクロイド曲線を描くことによりワークＷの連続回転割り出しによる歯すじ創成が可能となる。
【００３８】
一方、ピニオンギヤの歯切りには上記の歯すじ創成に加えて歯形創成を同時に行う必要があり、この歯形創成に必要なワークＷの回転角とクレイドル２の回転との関係は、ワークＷの回転角をθ₂、クレイドル２の回転角をθ_Qとした場合に、θ₂＝ｆ（θ_Q）となる。
【００３９】
なお、上記のｆ（θ_Q）はワーク回転角とクレイドル回転角との関係を示す関数にほかならず、通常は、θ₂＝ｆ（θ_Q）＝Ｒ_a×θ_Q（ただし、Ｒ_aはワークとクレイドルとの回転速度比で、通常はＲ_a＝一定）である。
【００４０】
そこで、上記のようにカッタ１とワークＷの回転角を同期制御しつつ、クレイドル２を回転させたときにそのクレイドル２の回転角θ_Qに対してワークＷの回転角θ₂がθ₂＝ｆ（θ_Q）となるようにワークＷの回転角に差を与える。つまり、θ₂なるワーク回転角を、先のθ₁なるワーク回転角に対してＮＣの直線補間機能を用いてインクルメンタル指令にて補正を加えることにより、ワークＷ全体の補正回転角θ＝θ₁＋θ₂となって、カッタ１が自転しつつ１回公転運動すれば総ての歯が同量ずつ切削され、この動作を連続的に繰り返すことにより歯すじ創成と歯形創成とが同時に行われる。
【００４１】
この場合、ｆ（θ_Q）なる関数すなわちワークＷとクレイドル２との回転速度比Ｒａを歯切り加工中に積極的に変化させることにより、歯面（歯形）形状に修正を加えることが可能となり、例えば歯当たり状態や噛合伝達誤差等の適正化が同時に図れる。
【００４２】
つまり、本実施の形態によれば、カッタ駆動系、ワーク駆動系およびクレイドル駆動系の３軸がそれぞれ独立制御可能ではあるものの、単に３軸それぞれを独立して制御するのではなく、カッタ１およびクレイドル２の動きに応じてワークＷの回転に補正を加える方式としたことから、より安価な設備構成で連続回転割り出しによる創成歯切り加工が可能となる。
【００４３】
しかも、図１に示すように、カッタ１とそのカッタ１を回転駆動するためのスピンドルモータ５との間にはギヤトレーン６，７が介在している上に、図５から明らかなようにカッタ１による歯切り切削は断続切削のかたちとなるため、通常であればギヤトレーン６，７のバックラッシュによるピッチ誤差の発生は不可避である。しかしながら、上記の実施の形態では、図３に示したディスクブレーキ１７によりカッタスピンドル４に常時所定の制動力を加えながら加工するようにしているため、上記のギヤトレーンのバックラッシュによる被加工歯車のピッチ誤差への影響はなくなる。
【００４４】
同様の理由から、図４に示したように、実質的にカッタスピンドル４内に埋設したロータリーエンコーダ９によりカッタ１の回転を検出しているため、スピンドルモータ５に近い位置で回転検出した場合と比べて上記ギヤトレーンのバックラッシュの影響がなく、カッタ１の回転検出精度ひいてはワークＷとカッタ１との同期精度が向上することになる。
【００４５】
ここで、上記の歯切り盤の構造では、必要に応じて従来のような一歯ごとに割り出すいわゆる単一割り出し方式の歯切り加工も可能である。この場合には、ワークＷの回転とクレイドル２の回転とをオープンループ方式で２軸同時に制御すればよい。もちろん、クレイドル２の往復運動により切削を行う一方で、その往動から復動に切り換わる時にワークＷに切り込み回転を与えるようにすれば、噛み合い側の歯面と反噛み合い側の歯面とで先に述べた関数ｆ（θ_Q）を異ならしめて加工することも可能である。
【００４６】
また、まがりばかさ歯車のリングギヤの成形歯切り加工の場合には、クレイドル２を回転させることなく固定して、図１のスライドベース２２の自由度を使って切り込み送りのみを与えることで歯切り加工が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す図で、本発明の歯切り加工法に用いられる歯切り盤の構成説明図。
【図２】図１に示す各モータの制御系のブロック回路図。
【図３】図１のカッタ近傍の要部拡大図。
【図４】図３の要部断面図。
【図５】本発明の歯切り加工法による原理説明図。
【図６】従来の創成歯切り加工法を示す説明図。
【図７】従来のグリーソン式歯切り盤の構成説明図。
【符号の説明】
１…正面フライスカッタ
２…クレイドル
４…カッタスピンドル
５…スピンドルモータ
８…サーボモータ
９…ロータリーエンコーダ
１７…ディスクブレーキ
２０…ブレードグループ
２０ａ，２０ｂ…カッタブレード
２１…ワークスピンドル
２３…サーボモータ
２６…サーボモータ
３２…ロータリーエンコーダ
３６…ＥＧＢ機能部
Ｗ…歯車素材（ワーク）

Claims

まがりばかさ歯車もしくはハイポイドギヤの歯切り加工を行うにあたり、クレイドルに偏心させて支持させた環状の正面フライスカッタをそのカッタ軸心周りに回転させて該正面フライスカッタの切刃の軌跡により仮想創成歯車の一歯を現わさしめるとともに、前記正面フライスカッタをクレイドルごと仮想創成歯車の軸心と一致するクレイドル軸心周りに回転させることにより正面フライスカッタを連続的に公転させ、前記仮想創成歯車と噛み合う位置に配置した歯車素材をその軸心周りに同期回転させることによって歯切り加工を行うようにした方法であって、
前記クレイドル、正面フライスカッタおよび歯車素材のそれぞれを個別のモータによって回転駆動させながらそれぞれの回転角を個別に制御し、
前記正面フライスカッタと歯車素材の回転角が所定の回転比となるように同期制御しつつ、クレイドルの回転角に歯車素材と当該クレイドルとの回転速度比を乗じた分だけ歯車素材の回転角に補正を加えるとともに、
前記歯車素材とクレイドルとの回転速度比を歯切り加工中に変化させる一方、
前記正面フライスカッタの回転角制御のための回転検出を、その正面フライスカッタが装着されるカッタスピンドル内にこれと同一軸心上に位置するように収容配置されていて且つ当該カッタスピンドルに直結した回転センサによって行うことを特徴とする歯切り加工方法。
前記正面フライスカッタが装着されるカッタスピンドルに常時制動トルクを加えながら加工を行うことを特徴とする請求項１に記載の歯切り加工方法。