JP5648839B2

JP5648839B2 - 歯車製造方法

Info

Publication number: JP5648839B2
Application number: JP2010192001A
Authority: JP
Inventors: 英理永田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2030-08-30
Also published as: JP2012045687A

Description

本発明は、歯車に加工されるワークの回転軸に対して傾斜した回転軸を有するピニオン型のカッターを用い、前記カッターを前記ワークと同期回転させながら、前記ワークの歯すじ方向に送り操作するスカイビング加工を利用した歯車製造方法に関する。

スカイビング加工とは、図１を参照して説明すると、ワーク１０の回転軸Ａｗに対して傾斜した回転軸Ａｃを有するピニオン型のカッター１を、ワーク１０と同期回転させつつ、ワーク１０の歯すじ方向に送り操作（ここでは回転軸Ａｗに沿って上方から下方への送り操作）を行い歯切りする加工法である。

このようなスカイビング加工においては、カッターとワークの回転運動により発生する滑りにより切削を行うので、カッターを往復運動させて切削する他の加工法と比べると滑らかな切削が可能であり、又、カッターの回転速度を速くすることにより高速切削が容易に実現できる。従って、例えば波動歯車のように多数の細かい歯を有する歯車の加工を行う場合に、スカイビング加工は特に有利な加工法といえる。

図６は、スカイビング加工を利用した従来の歯車製造方法によりワーク１０から内歯歯車を製造する場合に、カッター１の切刃２がワーク１０に接触した直後の切削状態を示す説明図である。ａ図はワーク１０の加工面１０ａを正面から見た正面図、ｂ図は加工面１０ａを横から見た側面図、ｃ図はワーク１０を上から見た平面図、ｄ図は切刃２による切削領域Ｒを示す斜視図である。

切刃２を構成する外形面のうち、カッター１の回転方向の上手側の面を上手面２ａ、下手側の面を下手面２ｂ、ａ図にて下側の面を底面２ｃ、及び刃先を構成する面を先端面２ｄと称する。図６の各図から分かるように、切刃２のうち上手面２ａと底面２ｃとの境界角部が最初にワーク１０の上面１０ｂにてワーク１０に接触し、その後、上手面２ａがワーク１０と接触状態を維持しながら切削加工が行われる。切削領域Ｒのうち、切刃２の上手面２ａとワーク１０との接触面を上手切削領域Ｒｕと称する。

スカイビング加工を利用した従来の歯車製造方法によれば、カッター１が上方から下方に送り操作されている状態で、切刃２がワーク１０の上面１０ｂに最初に接触することになる。ワーク１０の上面１０ｂは送り操作の方向に対して垂直な面なので、接触時にカッター１がワーク１０から受ける反力は全て送り操作を妨げる向きに作用し、接触時に切刃に作用する負荷が大きくなる。

又、図６（ｄ）から明らかなように、カッター１がワーク１０に最初に接触してからしばらくは、上手切削領域Ｒｕが拡大していく形態でワーク１０が切削され、切刃２の下手面２ｂはワーク１０と接触しない。従って、切刃２の上手面２ａにのみ負荷が発生することになるため、カッター１の回転方向の逆方向に切刃２が逃げやすくなり、加工精度が悪化するという問題がある。

上記問題を鑑みると、スカイビング加工において、カッターの送り操作のうちカッターが最初にワークに接触する際に切刃に作用する負荷を低減するとともに、切刃がカッターの回転方向と逆方向に逃げる傾向を抑制することが望ましい。

本発明に係る歯車製造方法の第１特徴手段は、歯車に加工されるワークの回転軸に対して傾斜した回転軸を有するピニオン型のカッターを用い、前記カッターを前記ワークと同期回転させながら、前記ワークの歯すじ方向に送り操作するスカイビング加工を利用した歯車製造方法において、前記カッターの送り操作のうち前記カッターが最初に接触する前記ワークの角部を、前記スカイビング加工の前に面取り加工しておき、
前記カッターの送り操作のうち前記カッターが最初に前記ワークに接触する際の移動方向が、前記ワークの回転軸と垂直で前記ワークの加工面に近づく方向成分を含んでいる点にある。

本特徴手段によれば、角部が面取り加工されて形成されたワークのテーパー面にカッターの切刃が最初に接触することにより、接触時にカッターがワークから受ける斜め方向の反力のうち、上下方向成分のみが送り操作を妨げる向きに作用することになるので、接触時に切刃に作用する負荷が低減される。

更に、ワークの角部が面取り加工された分だけ、接触直後にワークを切削する領域が小さくなる。このように切削領域そのものが小さくなることにより切刃に作用する負荷が低減されるとともに、上手切削領域が小さくなることにより、切刃がカッターの回転方向と逆方向に逃げる傾向を抑制することができる。

また、角部を面取り加工したワークを用いると、カッターとワークとの接触時に切刃に作用する負荷を低減できるとともに、カッターの回転方向と逆方向に切刃が逃げるのを抑制することができた。しかし、テーパー面に対してワークの回転軸と平行な方向に切刃が接触するとテーパー面に沿って切刃が滑る場合がある。カッター及びワークの軸振れ防止機能が十分であれば、このような滑りは問題をもたらさないが、軸触れ防止機能の程度によってはカッターとワークとの軸心間距離が変化し、加工精度が悪化するおそれがある。そこで本特徴手段のごとく、カッターの送り操作のうちカッターが最初にワークに接触する際の移動方向が、ワークの回転軸と垂直でワークの加工面に近づく方向成分を含むようにカッターを操作すると、カッターとワークとの接触時にカッターがテーパー面に対して押圧されるので、上記滑りを抑制することが可能となる。その結果、切刃が滑ることに起因する加工精度の悪化を抑制することができる。

第２特徴手段は、前記カッターの切刃の断面形状が曲線からなる点にある。これにより断面形状が曲線からなる切刃での加工を行える。

本発明の実施形態に係る歯車製造方法の概要を示す説明図である。カッターがワークに接触した直後の切削状態を示す説明図である。カッターの切刃の形状を示す断面図である。別の実施形態におけるカッターの切刃の形状を示す断面図である。別の実施形態におけるカッターの移動軌跡を示す説明図である。従来の歯車製造方法においてカッターがワークに接触した直後の切削状態を示す説明図である。

以下、本発明に係る歯車製造方法を内歯歯車の切削加工に適用した実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、スカイビング加工を利用した本発明の実施形態に係る歯車製造方法の概要を示す説明図である。前述のごとくスカイビング加工とは、ワーク１０の回転軸Ａｗに対して傾斜した回転軸Ａｃを有するピニオン型のカッター１を、ワーク１０と同期回転させつつ、ワーク１０の歯すじ方向に送り操作（ここでは回転軸Ａｗに沿って上方から下方への送り操作）を行い歯切りする加工法である。

円環状のワーク１０の内周面はスカイビング加工により歯が形成される加工面１０ａであり、この加工面１０ａと上面１０ｂ又は下面１０ｃとの境界部に相当する角部を予め面取り加工して、テーパー面１０ｄを設けている。

図２は、カッター１がワーク１０に接触した直後の切削状態を示す説明図である。ａ図はワーク１０の加工面１０ａを正面から見た正面図、ｂ図は加工面１０ａを横から見た側面図、ｃ図はワーク１０を上から見た平面図、ｄ図は切刃２による切削領域Ｒを示す斜視図であり、先に説明した図６のａ図〜ｄ図にそれぞれ対応するものである。又、切刃２を構成する外形面のうち、カッター１の回転方向の上手側の面を上手面２ａ、下手側の面を下手面２ｂ、ａ図にて下側の面を底面２ｃ、及び刃先を構成する面を先端面２ｄと称する。

カッター１の切刃２は、面取り加工によって形成されたワーク１０のテーパー面１０ｄに最初に接触する。従って、カッター１とワーク１０との接触時にカッター１がワーク１０から受ける斜め方向の反力のうち、上下方向成分のみが送り操作を妨げる向きに作用することになるので、カッター１の送り操作を妨げる向きに作用し、接触時に切刃２に作用する負荷が低減される。

図２（ｄ）と図６（ｄ）との対比から明らかなように、本実施形態においてはワーク１０の角部が面取り加工された分だけ、接触直後にワーク１０を切削する切削領域Ｒが小さくなる。特に切削領域Ｒのうち、切刃２の上手面２ａとワーク１０との接触面である上手切削領域Ｒｕが、面取り加工していない場合と比べて小さくなる。従って、切削領域Ｒそのものが小さくなることにより、切刃２に作用する負荷が低減されるとともに、上手切削領域Ｒｕが小さくなることにより、切刃２がカッター１の回転方向と逆方向に逃げる傾向を抑制することができる。

切刃２の断面形状については、図３に示すように角状であってもよいし、図４に示すように外形が曲線からなるものであってもよい。又、図３及び図４に示した形状に限らず、他の形状を採用することも可能である。

図１に示すように、本実施形態においては、カッター１が最初にワーク１０に接触する上面１０ｂと加工面１０ａとの境界に相当する角部だけでなく、下面１０ｃと加工面１０ａとの境界に相当する角部も面取り加工してテーパー面１０ｄを設けている。

図２（ｄ）の逆を考えれば分かるように、下面１０ｃと加工面１０ａとの境界に相当する角部も面取り加工しておけば、カッター１を上方から下方に送り操作して最後にカッター１がワーク１０から離間する場合に、面取り加工をしていない場合と比べて切削領域が徐々に小さくなる。従って、カッター１がワーク１０から離間する際の負荷変動を抑制することができる。しかし、接触時の衝撃と比べると、離間時の衝撃は小さいので、下面１０ｃと加工面１０ａとの境界に相当する角部を面取り加工しておくことは必須の要件ではない。

［別の実施形態］
図５に示すように、カッター１の送り操作のうちカッター１が最初にワーク１０に接触する際の移動方向を、ワーク１０の回転軸Ａｗと垂直でワーク１０の加工面１０ａに近づく方向成分を含むようにして、斜め方向にすることができる。

角部を面取り加工したワーク１０を用いると、テーパー面１０ｄに対してワーク１０の回転軸Ａｗと平行な方向に切刃２が接触する際に、テーパー面１０ｄに沿って切刃２が滑る場合がある。しかし、本実施形態のごとくカッター１の送り操作を行うと、カッター１とワーク１０の接触時に、切刃２がテーパー面１０ｄに対して押圧されるので、上記滑りを抑制することが可能となる。その結果、切刃２が滑ることに起因する加工精度の悪化を抑制することができる。

又、カッター１の送り操作をこのように行えば、ワーク１０の角部を面取り加工した場合と同様に、カッター１が最初にワーク１０に接触した直後にワーク１０を切削する切削領域が小さくなる効果が得られる。従って、ワーク１０に対して面取り加工を行わずとも、切刃２に作用する負荷を低減し、切刃２がカッター１の回転方向と逆方向に逃げる傾向を抑制する効果を得ることも可能である。

本実施形態においては、カッター１が最初にワーク１０に接触する際にカッター１を斜め方向に送るだけでなく、カッター１が最後にワーク１０から離間する際に、ワーク１０の回転軸Ａｗと垂直でワーク１０の加工面１０ａから遠ざかる方向成分を含むようにしてカッター１を斜め方向に送っている。

このようにカッター１をワーク１０から離間させれば、切削領域が徐々に小さくなるので、カッター１がワーク１０から離間する際の衝撃を抑制することができる。しかし、接触時の衝撃と比べると、離間時の衝撃は小さいので、離間時にカッター１を斜め方向に送ることは必須の要件ではない。

本発明に係る歯車製造方法は、多数の細かい歯を有する波動歯車の加工に特に適しているが、これに限らず外歯歯車等の加工に適用することも可能である。

１カッター
２切刃
１０ワーク
１０ａ加工面
Ａｗワークの回転軸
Ａｃカッターの回転軸

Claims

歯車に加工されるワークの回転軸に対して傾斜した回転軸を有するピニオン型のカッターを用い、前記カッターを前記ワークと同期回転させながら、前記ワークの歯すじ方向に送り操作するスカイビング加工を利用した歯車製造方法において、
前記カッターの送り操作のうち前記カッターが最初に接触する前記ワークの角部を、前記スカイビング加工の前に面取り加工しておき、
前記カッターの送り操作のうち前記カッターが最初に前記ワークに接触する際の移動方向が、前記ワークの回転軸と垂直で前記ワークの加工面に近づく方向成分を含んでいる歯車製造方法。
前記カッターの切刃の断面形状が曲線からなる請求項１に記載の歯車製造方法。