JP3800360B2

JP3800360B2 - インボリュート歯形の加工方法

Info

Publication number: JP3800360B2
Application number: JP27169296A
Authority: JP
Inventors: 義広寺本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1996-09-20
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2016-09-20
Also published as: JPH1094920A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インボリュート歯形の加工方法に関し、特にホーニング加工用砥石をドレス用砥石でドレスするのに適した加工方法に関する。
【０００２】
従来、インボリュート歯形の複数の外歯を有する歯車を機械加工する最終工程において歯車をホーニング加工する為のホーニング加工機は、歯車を回転自在に支持する歯車支持機構と、歯車に噛合するインボリュート歯形の複数の内歯を有するホーニング加工用砥石を回転自在に支持する砥石支持機構と、この砥石支持機構を歯車の軸心方向へ往復トラバース移動させる機構と、砥石を回転駆動する機構と、歯車に対して砥石を旋回させて軸交差角を調整する機構と、砥石と歯車の中心間距離が増大する方向へ砥石を切込み送りする切込み送り機構等を備えている。歯車の歯面をホーニング加工する際には、歯車に砥石を噛合圧接させた状態において、砥石と歯車とを回転させながら切込み送りと歯筋方向への往復トラバース移動を繰り返しながらホーニング加工する。この種の歯車用ホーニング加工機は、特開平６−１２６５特開平６−３２０３３５号公報に記載されている。
【０００３】
ところで、１つのホーニング加工用砥石で複数の歯車をホーニング加工していく間に、砥石が摩耗していくので、所定数（例えば、２０〜３０個）の歯車をホーニング加工する毎に、ドレス用砥石（ドレスギヤ）にてホーニング加工用砥石をドレス加工する。この場合、前記ホーニング加工機に歯車に代えてドレス用砥石を装着し、ホーニング加工用砥石とドレス用砥石とを噛合圧接させた状態で回転させながら、切込み送りと往復トラバース移動を繰り返しながらドレス加工する。この種のドレス技術については、特開平６−３２０３３５号公報に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記ホーニング加工用砥石は、ドレスにより歯面が再生されるものの、歯の摩耗は避けられず、多数回のホーニング加工の間に歯丈が減少していく。図７は、ホーニング加工用砥石１００が殆ど摩耗していない状態におけるホーニング加工砥石１００とドレス用砥石１０１との噛合状態を示した図であり、図８はホーニング加工用砥石１００が著しく摩耗した状態におけるホーニング加工砥石１００とドレス用砥石１０１との噛合状態を示した図である。従来のホーニング加工用砥石１００に対するドレスにおいては、ホーニング加工用砥石１００の摩耗状態に関係無く、図７、図８に図示のように、両砥石１００，１０１がバックラッシュゼロの状態から、所定の切込み量Ａだけドレスするように両砥石１００，１０１の中心間距離を調整する方法を採用していた。
【０００５】
しかし、図７の状態からドレスを行い、鎖線ａで示す位置まで切込み量Ａだけドレスする場合、ホーニング加工用砥石１００の歯面１００ａは鎖線ｂの位置までドレスされる。また、図８の状態からドレスを行い、鎖線ａで示す位置まで切込み量Ａだけドレスする場合、ホーニング加工用砥石１００の歯面１００ｂは鎖線ｃの位置までドレスされる。そして、歯面１００ａから鎖線ｂまでのドレス代Ｂよりも、歯面１００ｂから鎖線ｃまでのドレス代Ｃの方が数μｍだけ大きくなるので、無駄なドレスを行うことになり、ドレスの所要時間が長くなり、ホーニング加工の稼働率が低下すること、高価なドレス用砥石の寿命が低下すること、等の問題がある。
本発明の目的は、外歯歯車状部材と内歯歯車状部材とを噛合させ回転させながら一方の歯車状部材で他方の歯車状部材を加工するインボリュート歯形の加工方法において、無駄な加工を排除して加工能率を高めること、一方の歯車状部材の寿命を延ばすこと、等である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１のインボリュート歯形の加工方法は、インボリュート歯形の複数の外歯を有する外歯歯車状部材を回転可能に支持し、その歯車状部材の外歯に噛合するインボリュート歯形の複数の内歯を有する内歯歯車状部材を回転可能に支持し、切込み送り手段により外歯歯車状部材と内歯歯車状部材とを圧接する方向に相対移動させながら両歯車状部材を噛合させた状態で回転駆動手段で回転駆動させて一方の歯車状部材で他方の歯車状部材の歯を加工するインボリュート歯形の加工方法において、同種の複数の又は同一の他方の歯車状部材に対する複数回の加工において、一方又は他方の歯車状部材の消耗に起因して両歯車状部材の中心間距離が変動する場合に、前記中心間距離の増大に応じて切込み送り手段による切込み送り量を小さく設定することを特徴とするものである。
【０００７】
ここで、一方の歯車状部材が外歯歯車状部材であり、他方の歯車状部材が内歯歯車状部材である場合と、一方の歯車状部材が内歯歯車状部材であり、他方の歯車状部材が外歯歯車状部材である場合とを含んでいる。そして、同種の複数の他方の歯車状部材とは、例えば複数の加工対象のワークであり、この場合一方の歯車状部材は加工工具である。同一の他方の歯車状部材とは、例えばホーニング加工用砥石であり、この場合一方の歯車状部材はドレス用砥石である。
【０００８】
同種の複数の又は同一の他方の歯車状部材に対する複数回の加工を行うと、一方又は他方の歯車状部材の消耗に起因して両歯車状部材の中心間距離が変動する。つまり、両歯車状部材の中心間距離を調整して加工することになる。そして、この場合、前記中心間距離の増大に応じて（一方又は他方の歯車状部材の摩耗の進行に応じて）切込み送り手段による切込み送り量を小さく設定する。
【０００９】
前記「課題」の欄で図７、図８を参照して説明したように、両歯車状部材の中心間距離が増大しても切込み送り量を一定に設定する場合には、インボリュート歯形の特性から、両歯車状部材の中心間距離の増大に応じて歯厚方向の加工代が増加し、無駄な加工を行うことになる。しかし、本発明では、前記中心間距離の増大に応じて切込み送り量を小さく設定するため、無駄な加工を減らすことができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記切込み送り手段による切込み送り量を、他方の歯車状部材の歯厚方向の加工代が、前記複数回の加工にわたって一定となるように設定することを特徴とするものである。このように、切込み送り量を、他方の歯車状部材の歯厚方向の加工代が、前記複数回の加工にわたって一定となるように設定するため、必要最小限度の加工のみを行うことができ、無駄な加工を解消することができ、一方の歯車状部材の寿命を延ばすことができる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記内歯歯車状部材がホーニング加工用砥石であり、前記外歯歯車状部材がホーニング加工用砥石をドレスするドレス用砥石であることを特徴とするものである。前記ホーニング加工用砥石は、繰り返しドレスされる間に歯丈が減少していくことから、ホーニング加工用砥石をドレス用砥石でドレスする際のインボリュート歯形の加工に、本発明を適用することで、無駄なドレスを解消してドレス時間を短縮でき、ホーニング加工の稼働率を高めることができ、高価なドレス用砥石の寿命を延ばすことができる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記外歯歯車状部材がホーニング加工用砥石であり、前記内歯歯車状部材がホーニング加工用砥石をドレスするドレス用砥石であることを特徴とするものである。請求項３の場合と比較し、外歯と内歯の関係が逆になっただけであるので、基本的に請求項３と同様の作用・効果を奏する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本実施形態は、外歯歯車をホーニング加工するホーニング加工機により、ホーニング加工用砥石をドレス用砥石（ドレスギヤ）でドレスするドレス方法に本発明を適用した場合の一例である。
最初に、図１〜図４により数値制御式のホーニング加工機Ｍについて説明する。図１に示すように、ホーニング加工機Ｍは、砥石支持ハウジング１０を備え、この砥石支持ハウジング１０には、中空状のリング部１１が設けられている。このリング部１１の径方向内側には砥石用軸受け（図示略）を介して外向きの歯をもつリングスプロケット１２が回転可能に保持され、このリングスプロケット１２の径方向内側に砥石押え１３によりホーニング加工用砥石１４（以下、砥石という）が固定されている。
【００１４】
この砥石１４は、図４に示すようなインボリュート歯形の複数の内歯を有し、リングスプロケット１２と一体的に回転するようになっており、リングスプロケット１２の左右両側にはクーラント侵入防止用のドーナツ板状の水切り板１５が固定されている。砥石支持ハウジング１０の上部には、砥石駆動モータ１６が横向きに固定され、この砥石駆動モータ１６の出力軸１７にはモータスプロケット１８が固定され、このモータスプロケット１８はサイレントチェーン１９を介してリングスプロケット１２に連結され、これらモータスプロケット１８、サイレントチェーン１９及びリングスプロケット１２により、砥石駆動モータ１６の駆動力が砥石１４に伝達するように構成され、前記モータ出力軸１７が図１の矢印Ａ１方向へ回転するのに伴って砥石１４が図４の矢印Ａ２方向へ回転する。
【００１５】
前記砥石支持ハウジング１０の後部には、フランジ部２０が設けられ、このフランジ部２０は、ボルト２１によって軸交差角調整装置２２の回転出力軸２３に固定されている。この軸交差角調整装置２２は、回転出力軸２３を回転駆動する砥石旋回モータ２４を備え、この砥石旋回モータ２４の回転駆動力により、ホーニング加工対象のワーク（外歯歯車）またはドレス用砥石２５に対する砥石１４と砥石支持ハウジング１０の全体の傾き角（軸交差角）を調整するように構成されている。この軸交差角調整装置２２は、テーブル２６上に固定されており、このテーブル２６は所定の切込み方向（図１の矢印Ａ３）とその反対方向にスライド可能に設置されている。このテーブル２６には切込み駆動モータ２７及びボールネジ機構（図示略）が設けられ、これらの作動によって、軸交差角調整装置２２、砥石支持ハウジング１０及び砥石１４の全体がテーブル２６とともに前記切込み方向へスライド駆動されるように構成されている。
【００１６】
このホーニング加工機Ｍでホーニング加工されるワークは、本実施形態の場合インボリュート歯形の複数の外歯を有するはすば歯車であるので、砥石１４は、そのワークに噛合可能なインボリュート歯形の複数の内歯を有し、この砥石１４をドレスするドレス用砥石２５も砥石１４に噛合可能なインボリュート歯形の複数の外歯を有するものである。
【００１７】
前記ドレス用砥石２５は、図３に示すワーク支持機構３０に回転自在に支持される。このワーク支持機構３０は、ワーク又はドレス用砥石２５を軸方向に挟持する主軸台３１と心押し台３２を備えている。主軸台３１は、主軸３３を回転自在に支持し、この主軸３３は主軸モータ３４により回転駆動される。前記主軸３３の先端にはワーク又はドレス用砥石２５の一端に圧接する挟持部３５が形成されている。心押し台３２はベッド３６の上面に配設され、心押し軸３７を図３の矢印Ａ４方向（ワーク軸方向）にスライド自在に支持している。
【００１８】
この心押し台３２には、ワーク又はドレス用砥石２５の軸方向他端部に圧接する挟持部３８がスラスト軸受けを介して回転可能に付設されており、これら挟持部３８と心押し軸３７がチャック用モータ３９により主軸台３１に接近する方向に駆動されて、ワーク又はドレス用砥石２５が挟持され、主軸３３に伝達される回転駆動力が挟持部３５から摩擦力を介してワーク又はドレス用砥石２５に伝達される。前記主軸３３はワーク又はドレス用砥石２５を砥石１４に噛合させる際にワーク又はドレス用砥石２５の歯を所定位置に割り出す時だけ回転駆動され、噛合後には図示しないクラッチ機構を分断することで主軸モータ３４との結合が解除され、ワーク又はドレス用砥石２５は図４の矢印Ａ６の方へ砥石１４とつれ回りする。
【００１９】
そして、主軸台３１と心押し台３２とは、テーブル２６とは独立のテーブル３６上に固定的に設けられており、このテーブル３６は、テーブル駆動モータ４０とボールネジ機構（図示略）により図３の矢印Ａ５方向へ往復移動可能であり、ドレス用砥石２５で砥石１４をドレスする際には、テーブル３６をドレス用砥石２５の軸心方向へ往復トラバース移動させながらドレスするように構成されている。また、砥石１４に対してドレス用砥石２５がバックラッシュなしの状態に噛合したことを検出する為の変位センサ５２が心押し軸３７の先端部に設けられている。
【００２０】
次に、このホーニング加工機Ｍの制御系について説明する。
図５に示すように、ホーニング加工機Ｍの複数のサーボモータを数値制御方式で制御するコントロールユニット５０が設けられ、このコントロールユニット５０には、操作パネル５１が接続されるとともに、変位センサ５２の検出信号が入力され、このコントロールユニット５０により、砥石駆動モータ１６、砥石旋回モータ２４、切込み駆動モータ２７、主軸モータ３４、チャック用モータ３９及びテーブル駆動モータ４０等が制御される。前記コントロールユニット５０は、入出力インターフェイス、コンピュータ、複数のモータの為の駆動回路とを有し、コンピュータのメモリには、種々ワーク（外歯歯車）をホーニング加工する制御プログラム、種々の砥石１４をドレスするドレス用制御プログラムが予め入力格納されており、このドレス用制御プログラムには、後述の本発明特有の切込み制御のサブルーチン及び予め入力格納した種々のデータが含まれている。
【００２１】
前記の切込み制御について説明すると、例えば２０〜３０個の所定数のワークをホーニング加工する毎に，ドレス用砥石２５を用いて砥石１４に対するドレスを行うが、ホーニング加工毎に砥石１４が摩耗し、ドレスを繰り返す間に砥石１４が消耗していくため、砥石１４とドレス用砥石２５間の中心間距離Ｓ（図４の点Ｏ１とＯ２間の距離）が増大していく。
前記従来技術の欄において図７、図８を参照して説明したように、砥石１４の摩耗や消耗状態に関係無しに切込み量が一定になるように切込み量を制御していくと、砥石１４の摩耗や消耗量の増大に応じて砥石１４の歯厚方向の削り代が増加してしまい、無駄なドレスを行うことになる。
そこで、本発明では、図６に示すように、砥石１４が新品で中心間距離ＳがＳ０の時の切込み量αをα０に設定し、砥石１４の摩耗や消耗により中心距離Ｓが増大するのに応じて切込み量αがリニアに減少していき、砥石１４のインボリュート歯の歯厚方向の削り代が一定（例えば１５μｍ）となるように切込み量αを設定する。そして、中心間距離Ｓをパラメータとして、切込み量αは、α＝−Ｋ（Ｓ−Ｓ０）＋α０となるように設定する。そして、砥石１４の摩耗や消耗により中心距離ＳがＳ０からΔＳだけ増加したときに、砥石１４が寿命限界であるとする。
【００２２】
前記比例定数Ｋ，Ｓ０，α０，ΔＳは、種々の種類とサイズの砥石１４及びドレス用砥石２５について予め実験や理論計算にて求めてコンピュータに格納しておくものとする。例えば、あるサイズの砥石１４とドレス用砥石２５の場合に、歯厚方向の削り代である目標切込み量１５μｍ、Ｓ０＝１００ｍｍ、ΔＳ＝１０ｍｍ、α０＝５０〜６０μｍ、α１＝３０〜４０μｍのような値となる。但し、前記例示したα０、α１、ΔＳの値を、全種類の砥石１４に共通に適用することもできる。尤も、ΔＳは砥石１４のサイズが小さくなる程小さくなる。ここで、前記１５μｍの切込み量は、１回のトラバース端毎に２μｍずつの切込みを行ない、必要な回数のトラバースを行って達成するものとする。尚、前記切込み量αの特性はリニアに設定しても十分な精度を確保できるが、２次曲線の特性に設定することも可能である。
【００２３】
次に、前記ホーニング加工機Ｍにより、砥石１４をドレス用砥石２５を用いてドレスするときの加工方法について説明する。
ワークを所定数ホーニング加工する毎に、その砥石１４を同一のドレス用砥石２５でドレスする場合において、各回のドレスを次のように行う。
最初に、準備段階において、砥石１４とドレス用砥石２５を軸心が一致する状態にしてホーニング加工機Ｍにセットし、軸交差角調整装置２２により軸交差角を調整し、次に、切込み駆動モータ２７の駆動によるテーブル２６の移動を介して砥石１４をドレス用砥石２５に噛合させ、次に主軸モータ３４と切込み駆動モータ２７の駆動を介してドレス用砥石２５を砥石１４にバックラッシュのない状態に噛合させる。このとき、ドレス用砥石２５の歯の先端が、砥石１４の歯溝の底面に当接すると、変位センサ５２の検出信号が所定値以上になるので、その時点で切込み駆動モータ２７の駆動を停止させる。
【００２４】
コントロールユニット５０には、砥石１４とドレス用砥石２５についての諸元のデータ、砥石１４が新品の時における中心間距離Ｓ０、前記比例定数Ｋ，Ｓ０，α０，ΔＳのデータ、α＝−Ｋ（Ｓ−Ｓ０）＋α０の演算式等が予め格納されている。そして、コントロールユニット５０のコンピュータにより、前記砥石１４とドレス用砥石２５の軸心を一致させた時点以降の切込み駆動モータ２７の駆動量から砥石１４とドレス用砥石２５の中心間距離Ｓが演算され、この中心間距離Ｓを前記演算式に適用して今回のドレスにおける切込み量αが求められる。
【００２５】
ここで、前記求めた切込み量αを、複数回のトラバースに分散して付与することになる。トラバースとは、テーブル駆動モータ４０によりテーブル３６をドレス用砥石２５の軸方向へ所定ストローク往復移動させる動作のことであり、本実施形態におけるような直径が約５ｃｍ程度の小型のドレス用砥石２５の場合には、例えば１２回のトラバースを介してドレスする。この１２回のトラバースの各トラバース端において分割切込み量Δαを付与するものとすると、１２×２×Δα＝αより、Δα＝α／２４となる。
【００２６】
このように、分割切込み量Δαを求めてから、砥石１４に対する今回のドレス処理を開始する。このドレス処理自体は、通常のドレス処理と同様であり、砥石駆動モータ１６を駆動させて砥石１４を回転駆動させ、ドレス用砥石２５を従動回転させ、テーブル駆動モータ４０によりテーブル３６をトラバースさせながらドレス処理する。そして、各トラバース端において、前記分割切込み量Δαだけ切込み駆動モータ２７を切込み駆動し、所定時間ドレスしてから終了する。
【００２７】
以上のように、砥石１４を複数回にわたってドレスする場合に、砥石１４の摩耗や消耗に応じて中心間距離Ｓが増大するが、各回のドレスにおいて砥石１４のインボリュート歯の歯厚方向の削り代が一定となるように、前記中心間距離Ｓの増大に応じて切込み量αを減少させていくので、各回のドレスにおいて砥石１４のインボリュート歯の歯面を必要最小限度の一定量だけドレスすることができ、無駄なドレスを解消してドレス時間を短縮でき、複数回のドレスの能率を大幅に高めることができ、しかも、高価なドレス用砥石２５の摩耗を抑制してその寿命を延ばすことができ、ホーニング加工の生産性を高めることができる。
【００２８】
前記実施形態は、ホーニング加工用砥石１４をドレス用砥石２５でドレスする場合を例として説明したが、複数のインボリュート歯形の内歯を有する歯車状部材を複数のインボリュート歯形の外歯を有する歯車状部材であるシェービングカッターでシェービング加工する場合にも、本発明を同様に適用できるし、また、複数のインボリュート歯形の外歯を有するホーニング加工用砥石を、複数のインボリュート歯形の内歯を有する歯車状部材であるドレス用砥石でドレスする場合にも本発明を同様に適用でき、複数のインボリュート歯形の外歯を有する歯車状部材を複数のインボリュート歯形の内歯を有する歯車状部材であるシェービングカッターでシェービング加工する場合にも、本発明を同様に適用できる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、既述のとおり、一方の歯車状部材と他方の歯車状部材間の中心間距離の増大に応じて切込み送り手段による切込み送り量を小さく設定することにより、インボリュート歯形の加工における無駄な加工を減らすことができる。
請求項２の発明によれば、請求項１と同様の効果の他に、切込み送り量を、他方の歯車状部材の歯厚方向の加工代が、前記複数回の加工にわたって一定となるように設定するため、必要最小限度の加工のみを行うことができ、無駄な加工を解消することができ、一方の歯車状部材の寿命を延ばすことができる。
【００３０】
請求項３の発明によれば、請求項２と同様の効果の他に、無駄なドレスを解消してドレス時間を短縮でき、ホーニング加工の稼働率を高めることができ、高価なドレス用砥石の寿命を延ばすことができる。
請求項４の発明によれば、請求項２と同様の効果の他に、無駄なドレスを解消してドレス時間を短縮でき、ホーニング加工の稼働率を高めることができ、高価なドレス用砥石の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るホーニング加工機の要部正面図である。
【図２】前記ホーニング加工機の側面図である。
【図３】前記ホーニング加工機のワーク支持機構の側面図である。
【図４】ホーニング加工用砥石の要部とドレス用砥石の断面図である。
【図５】前記ホーニング加工機の制御系のブロック図である。
【図６】切込み送り量の特性線図である。
【図７】従来技術に係るホーニング加工用砥石の要部とドレス用砥石の要部の断面図である。
【図８】従来技術に係るホーニング加工用砥石の要部とドレス用砥石の要部の断面図である。
【符号の説明】
Ｍホーニング加工機
１４ホーニング加工用砥石
１６砥石駆動モータ
２２軸交差角調整装置
２５ドレス用砥石
３０ワーク支持装置

Claims

インボリュート歯形の複数の外歯を有する外歯歯車状部材を回転可能に支持し、その歯車状部材の外歯に噛合するインボリュート歯形の複数の内歯を有する内歯歯車状部材を回転可能に支持し、切込み送り手段により外歯歯車状部材と内歯歯車状部材とを圧接する方向に相対移動させながら両歯車状部材を噛合させた状態で回転駆動手段で回転駆動させて一方の歯車状部材で他方の歯車状部材の歯を加工するインボリュート歯形の加工方法において、
同種の複数の又は同一の他方の歯車状部材に対する複数回の加工において、一方又は他方の歯車状部材の消耗に起因して両歯車状部材の中心間距離が変動する場合に、前記中心間距離の増大に応じて切込み送り手段による切込み送り量を小さく設定することを特徴とするインボリュート歯形の加工方法。
前記切込み送り手段による切込み送り量を、他方の歯車状部材の歯厚方向の加工代が、前記複数回の加工にわたって一定となるように設定することを特徴とする請求項１に記載のインボリュート歯形の加工方法。
前記内歯歯車状部材がホーニング加工用砥石であり、前記外歯歯車状部材がホーニング加工用砥石をドレスするドレス用砥石であることを特徴とする請求項２に記載のインボリュート歯形の加工方法。
前記外歯歯車状部材がホーニング加工用砥石であり、前記内歯歯車状部材がホーニング加工用砥石をドレスするドレス用砥石であることを特徴とする請求項２に記載のインボリュート歯形の加工方法。