JP4696586B2

JP4696586B2 - ホーニング砥石のドレス方法

Info

Publication number: JP4696586B2
Application number: JP2005040849A
Authority: JP
Inventors: 義広寺本; 幸治信川
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2025-02-17
Also published as: JP2006224239A

Description

本発明はギヤの歯面をホーニング加工するホーニング砥石のドレス技術に関する。

自動車のトランスミッション等に用いられるギヤは熱処理が施された後に、ギヤノイズやピッチングを防止するために、その歯面にホーニング加工が施される。ホーニング加工は内歯式のホーニング砥石に熱処理を施した被削ギヤをかみ合わせてホーニング砥石を回転させ、相互の歯面を圧接しつつホーニング砥石と被削ギヤとを歯幅方向に相対的に往復動させることにより、被削ギヤの歯面形状を仕上げると共に歯面の面粗さを向上する加工方法である。

ホーニング加工はホーニング砥石の使用に伴って砥粒の磨耗及び目詰まりが発生するため、定期的に被削ギヤと略同一諸元のドレスギヤによりドレスされる。ホーニング砥石のドレスに関する技術は例えば特許文献１に記載されている。
特開２００２−３６１５５６号公報

ここで、従来の技術においては、被削ギヤと略同一諸元のドレスギヤを用いるため、被削ギヤの歯面形状、特に圧力角誤差が変われば、それに対応したドレスギヤを用意してホーニング砥石をドレスする必要があり、ドレスギヤを複数種類用意しなければならない。

また、ホーニング砥石はホーニング加工やドレスといったその使用の度合いに伴って噛み合い状態や歯先歯厚が変化する。この現象によってホーニング砥石の使用度に伴って被削ギヤの歯面形状、主として図６に示すように歯形の圧力角誤差、が変化し、被削ギヤの歯面の加工結果として狙った歯面が得られなくなる。このため、ホーニング砥石の設計上の寿命に至る前に、予定していた歯面規格の被削ギヤの加工歯面を得られなくなり、実質的に寿命が尽きる。

従って、本発明の目的は、複数種類のドレスギヤを用意することなく、歯面形状、特に圧力角誤差が異なる被削ギヤに対応してホーニング砥石をドレス可能なホーニング砥石のドレス方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、外歯式の被削ギヤの歯面をホーニング加工する内歯式のホーニング砥石と当該ホーニング砥石の歯面をドレスするドレスギヤとを同期回転し、前記ホーニング砥石の歯面と前記ドレスギヤの歯面とを圧接させた状態で、前記ドレスギヤを歯幅方向に所定ストロークで往復動させるホーニング砥石のドレス方法において、前記ドレスギヤとして、前記被削ギヤよりも歯幅が大きく、かつ、基準歯形に対する圧力角誤差が歯幅方向に連続的に変化する変化領域を有する歯面を備えたドレスギヤを用い、前記被削ギヤの歯面若しくは要求されるドレスギヤの歯面に応じて、前記ホーニング砥石の歯面に圧接させる前記変化領域上の位置を設定することを特徴とするホーニング砥石のドレス方法が提供される。

この方法では、被削ギヤよりも歯幅が大きく、かつ、基準歯形に対する圧力角誤差が歯幅方向に連続的に変化する変化領域を有する歯面を備えたドレスギヤを用い、被削ギヤの歯面若しくは要求されるドレスギヤの歯面に応じて、ホーニング砥石の歯面に圧接させる前記変化領域上の位置を設定することで、一つのドレスギヤにより様々なドレスが可能となる。従って、複数種類のドレスギヤを用意することなく、歯面形状、特に圧力角誤差が異なる被削ギヤに対応してホーニング砥石をドレスすることができる。

また、上記本発明においては、前記ホーニング砥石の歯面を片歯面毎にドレスすることが望ましい。

以上述べた通り、本発明によれば、複数種類のドレスギヤを用意することなく、歯面形状、特に圧力角誤差が異なる被削ギヤに対応してホーニング砥石をドレスすることができる。

＜ホーニング加工機の構成＞
図１（ａ）乃至（ｃ）は、本発明のドレス方法を実施可能な数値制御式のホーニング加工機Ｍを示し、図１（ａ）はホーニング加工機Ｍの要部正面図、図１（ｂ）はホーニング加工機の要部左側面図、図１（ｃ）はホーニング加工機Ｍのワーク支持機構の構成図である。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、内歯式のホーニング砥石１４が固定されている。

ホーニング砥石１４は、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ている。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が固定されおり、モータスプロケット１８とリングスプロケット１２との間にはサイレントチェーン１９が巻き回されて、砥石駆動モータ１６の回転力がリングスプロケット１２に伝達されるように構成されている。しかして、砥石駆動モータ１６を回転駆動すると、ホーニング砥石１４が回転することになる。

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を不図示の動力伝達機構を介して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被削ギヤ（不図示）またはドレスギヤ２５に対するホーニング砥石１４の傾き角（軸交差角）を調整するように構成されている。軸交差角調整装置２２は、テーブル２６上に固定されており、テーブル２６は所定の切込み方向（図１の矢印Ｄ１）とその反対方向にスライド可能に設置されている。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等の駆動機構（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及びホーニング砥石１４の全体がテーブル２６とともに切込み方向Ｄ１へスライド駆動されるように構成されている。

本実施形態では、ホーニング加工機Ｍでホーニング加工される被削ギヤとして、インボリュート歯形の複数の外歯を有するはすば歯車を想定しており、ホーニング砥石１４は被削ギヤに噛合可能なインボリュート歯形の複数の内歯を有し、また、ホーニング砥石１４をドレスするドレスギヤ２５もホーニング砥石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。

被削ギヤ及びドレスギヤ２５は、図１（ｃ）に示すワーク支持機構３０に支持される。このワーク支持機構３０は、被削ギヤ又はドレスギヤ２５を軸方向に挟持する主軸台３１と心押し台３２とを備えている。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。主軸３３の先端には被削ギヤ又はドレスギヤ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１（ｃ）の矢印Ｄ２方向（被削ギヤ又はドレスギヤ２５の軸方向）にスライド自在に支持している。

心押し台３２には被削ギヤ又はドレスギヤ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、被削ギヤ又はドレスギヤ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被削ギヤ又はドレスギヤ２５に伝達される。主軸３３と主軸モータ３４との間には不図示のクラッチ機構が設けられており、主軸３３と主軸モータ３４との接続を解除することで、被削ギヤ又はドレスギヤ２５をホーニング砥石１４といわゆるつれ回りとすることができるが、本実施形態では、ドレス時において、主軸３３を回転駆動することでドレスギヤ２５とホーニング砥石１４とを同期回転させる。また、両者の同期回転により、ホーニング砥石１４の歯面を片歯面毎にドレスする。同期回転はホーニング砥石１４の歯数とドレスギヤ２５の歯数との比に応じて両者の回転速度を設定することで行うことができる。

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とボールネジ機構等の駆動機構（図示略）により図３の矢印Ｄ３方向へ往復移動可能である。ドレスギヤ２５でホーニング砥石１４をドレスする際には、テーブル３６をドレスギヤ２５の歯幅方向（軸心方向）に所定ストロークで往復動させる往復トラバース移動を行ってドレスするように構成されている。また、ホーニング砥石１４に対してドレスギヤ２５が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。

しかして、ホーニング加工機Ｍでは、ホーニング砥石１４とドレスギヤ２５とを同期回転し、図２（ａ）及び（ｂ）に示すようにホーニング砥石１４の歯面とドレスギヤ２５の歯面とを圧接させた状態で、ドレスギヤ２５を歯幅方向（図２（ａ）の軸心方向Ｄ３）に所定ストロークで往復動させることにより、ホーニング砥石１４のドレスを行うことができる。

次に、ホーニング加工機Ｍの制御系について説明する。図３はホーニング加工機Ｍの制御系のブロック図である。図３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。コントロールユニット５０は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェイス、モータの駆動回路を有し、メモリにはホーニング加工の制御プログラム、ドレスの制御プログラム等が格納されている。

＜ドレスギヤ＞
次に、ドレスギヤ２５の構成について説明する。本実施形態のドレスギヤ２５は被削ギヤよりも歯幅が大きく、かつ、基準歯形に対する圧力角誤差が歯幅方向に連続的に変化する変化領域を有する歯面を備えたドレスギヤであり、本実施形態の場合、変化領域は歯面の略全体の領域に設定されている。図４（ａ）は基準歯形に対する圧力角誤差の説明図である。同図において、歯形Ｓ１は基準歯形を示しており、基本的にはインボリュート歯形であるが、これに歯形修整を行ったものも含まれ、要するに基準となる歯形である。

歯形Ｓ２は基準歯形Ｓ１よりも、歯の内側方向に傾倒しており、また、歯形Ｓ３は基準歯形Ｓ１よりも歯の外側方向に傾倒している。本実施形態では、便宜上、歯の上端における歯形間の距離を圧力角誤差の指標値とし、基準歯形Ｓ１の歯の上端部を原点０とする。そして、歯形Ｓ２のように基準歯形Ｓ１よりも歯の内側方向に傾倒している場合を−表記と、歯形Ｓ３のように基準歯型Ｓ１よりも歯の外側方向に傾倒している場合を＋表記とし、歯形Ｓ２の場合は、歯の上端における基準歯形Ｓ１との距離αに−を付して圧力角誤差が−αと、歯端Ｓ３の場合は、歯の上端における基準歯形Ｓ１との距離α’に＋を付して、圧力角誤差が＋α’と、それぞれ呼ぶ。

次に、従来例と比較してドレスギヤ２５の歯面の構成について説明する。図４（ｂ）は従来のドレスギヤの歯面の構成説明図、図４（ｃ）はドレスギヤ２５の歯面の構成説明図、である。図４（ｂ）に代表される従来のドレスギヤは、被削ギヤと略同一諸元とされ、その歯面は被削ギヤと同一とされる。図４（ｂ）の例では、被削ギヤの歯面がその中央部が基準歯形となり、両端部間で圧力角誤差が−３μｍ〜＋３μｍの範囲で連続して変化している場合を想定しており、被削ギヤの歯面の圧力角誤差も同様に変化している。

これに対して本実施形態のドレスギヤ２５では、被削ギヤよりも歯幅を大きくすることで、圧力角誤差が−３μｍ〜＋１２μｍに渡って変化している。なお、左側の歯面と右側の歯面とでは圧力角誤差の増減が歯幅方向に逆向きの傾向となっている。歯幅を大きくすればするほど、圧力角誤差の変化の範囲も大きくとれることになる。ドレスギヤ２５における圧力角誤差の変化の範囲は、ホーニング加工を予定している各種諸元の被削ギヤの圧力角誤差の変化の範囲を包含する範囲か、図６に示したホーニング砥石１４の使用度に伴う被削ギヤの圧力角誤差の変化の範囲に対応した範囲を包含する範囲か、若しくは、これらの双方の範囲を包含する範囲とすることができる。

＜ドレスギヤのホーニング砥石の圧接位置の設定＞
上述した通り、本実施形態ではテーブル３６の往復動によるドレスギヤ２５のトラバース移動によりホーニング砥石１４のドレスを行う。このため、ドレスギヤ２５とホーニング砥石１４との相互の歯面の圧接位置は、トラバース移動の中心位置と、ストロークと、により決定される。

図４（ｂ）に代表される従来のドレスギヤでは、その歯幅方向の中心位置がトラバース移動の中心位置となるが、本実施形態では圧力角誤差の変化の範囲が被削ギヤの圧力角誤差の変化の範囲よりも大きくなるため、トラバース移動の中心位置は個別に定めることになる。そこで、ドレスギヤの圧力角誤差と、トラバース移動中心位置との関係を予め定めておき、コントロールユニット５０のメモリに格納しておくことで、簡易な対応が可能となる。図５（ａ）はドレスギヤ２５の圧力角誤差と、これに対応するトラバース移動の往復動中心位置と、の関係の例を示しており、トラバース移動の往復動中心位置はホーニング砥石１４に対するテーブル３６の移動座標により規定することができる。両者の関係は基本的に線形としており、これはドレスギヤ２５の圧力角誤差の変化が、歯幅と線形であることを前提としている。

＜ドレスギヤのホーニング砥石の圧接位置の設定例１＞
ここでは、被削ギヤの歯面に応じて、ホーニング砥石の歯面に圧接させる、ドレスギヤ２５の上記の変化領域上の位置を設定する場合について説明する。例えば、被削ギヤの歯面の圧力角誤差が−３μｍ〜＋３μｍの範囲で連続的に変化する場合を想定する。この場合、ドレスギヤ２５の歯面における圧力角誤差の変化領域のうち、圧力角誤差が−３μｍ〜＋３μｍの範囲を使用することになる。トラバース移動の往復動中心位置は、圧力角誤差が０μｍのところに対応する位置となり、図５（ａ）の対応関係からテーブル３６の往復動の中心位置が設定される。往復動のストロークは圧力角誤差が−３μｍ〜＋３μｍの範囲に対応する距離となる。

また、例えば、被削ギヤの歯面の圧力角誤差が０〜＋６μｍの範囲で連続的に変化する場合を想定する。この場合、ドレスギヤ２５の歯面における圧力角誤差の変化領域のうち、圧力角誤差が０μｍ〜＋６μｍの範囲を使用することになる。トラバース移動の往復動中心位置は、圧力角誤差が＋３μｍのところに対応する位置となり、図５（ａ）の対応関係からテーブル３６の往復動の中心位置が設定される。往復動のストロークは圧力角誤差が０〜＋６μｍの範囲に対応する距離となる。

上記２例の場合における往復動の中心位置のオフセット量は、例えば、ドレスギヤ２５の歯幅をＤとし、圧力角誤差（−３μｍ〜＋１２μｍ）が歯幅と線形に変化しているとすると、
オフセット量＝Ｄ／（１２−（−３））×（３−０）＝Ｄ／５
となる。

このように設定例１では、ドレスギヤ２５とホーニング砥石１４との圧接位置を変えることで、一つのドレスギヤ２５により、圧力角誤差が異なる複数種類の被削ギヤに対応してホーニング砥石１４をドレスすることができる。

＜ドレスギヤのホーニング砥石の圧接位置の参考設定例１＞
ここでは、ホーニング砥石１４の使用度に応じて、ホーニング砥石１４の歯面に圧接させる、ドレスギヤ２５の上記の変化領域上の位置を設定する場合について説明する。ここでは、ホーニング砥石１４の使用度に関わらず、被削ギヤの圧力角誤差をその規格内に収まるように、略同じ圧力角誤差の複数の被削ギヤをホーニング可能にし、ホーニング砥石１４の設計上の寿命に実質的な寿命を近づける或いは一致させる。

図６に示したように、従来ではホーニング砥石１４の使用が進むと、これによりホーニング加工された被削ギヤの圧力角誤差がマイナス方向に進行し、ホーニング砥石１４は、その設計上の寿命よりも実質的な寿命が早期に訪れることになる。そこで、ホーニング砥石１４の使用度に応じて、ドレス時にホーニング砥石１４に圧接するドレスギヤ２５の歯面の圧力角誤差を、図６に示した被削ギヤの圧力角誤差の変化傾向と逆の変化傾向で変えることにより、被削ギヤの圧力角誤差の変化をドレスギヤの歯面の圧力角誤差で相殺する。これにより、予定していた歯面形状、特に圧力角誤差の被削ギヤの加工歯面を各被削ギヤについて略均一に得られ、ホーニング砥石の実質的な寿命を延ばすことができる。

図５（ｂ）は、ホーニング砥石１４の使用度と、その使用度に応じたドレスギヤ１５のホーニング砥石１４に圧接させる歯面の圧力角誤差と、の関係、並びに、その結果得られ得る被削ギヤの圧力角誤差を示す図である。ホーニング砥石１４の使用度は、例えば、ホーニング砥石１４のドレス回数により規定する。ホーニング砥石１４の歯面に圧接させる、ドレスギヤ２５の上記の変化領域上の位置は、同図に示すようにその圧力角誤差がホーニング砥石１４の使用度に応じてプラス傾向となるように設定される。図４（ｃ）に示した例の場合、ホーニング砥石１４が新品の場合は、−３μｍ側の領域が用いられ、ホーニング砥石１４の使用度に応じてプラス側の領域を用い、ホーニング砥石１４の設計上の寿命に近づくにつれて＋１２μｍ側の領域が用いられることになる。

しかして、ホーニング砥石１４をドレスする場合には、予めそのホーニング砥石１４の使用度（例えばドレス回数）を管理しておき、図５（ｂ）に示す関係からその使用度に応じたドレスギヤ２５の圧力角誤差を決定する。次に、決定した圧力角誤差と図５（ａ）の対応関係とからテーブル３６の往復動の中心位置を設定する。本例では各被削ギヤについて均一な歯面を得ることを目的とするため、往復動のストロークはいずれのドレス時においても固定とすることができる。

このように参考設定例１では、ホーニング砥石の使用度に伴う被削ギヤの圧力角誤差の変化を、ドレスギヤの歯面の圧力角誤差で相殺し、ホーニング砥石の使用度に関わらず、予定していた歯面形状、特に圧力角誤差の被削ギヤの加工歯面を得られ、ホーニング砥石の実質的な寿命を延ばすことができる。

なお、本実施形態においては、上記設定例以外にも、要求に応じてドレスギヤ２５の歯面の任意の変化領域を用いてホーニング砥石１４をドレスすることも可能である。

＜ドレス手順＞
まず、ホーニング砥石１４及びドレスギヤ２５をそれぞれセットする。操作パネル５１からトラバース移動の中心位置、ストロークの設定を行い、ドレス作業を開始する。まず、ホーニング砥石１４とドレスギヤ２５とを、両者の中心間距離（図２（ｂ）における、ホーニング砥石１４の軸心Ｏ1とドレスギヤ２５の軸心Ｏ2との距離Ｌ）が予め定めた初期距離となるようにドレスギヤ２５を移動する。ホーニング砥石１４とドレスギヤ２５とを同期回転させ、その後、設定されたトラバース移動の中心位置までドレスギヤ２５を初期位置から移動し、ホーニング砥石１４の一方の歯面とドレスギヤ２５の一方の歯面とを接触させる。ドレスギヤ２５のトラバース移動を開始し、ホーニング砥石１４とドレスギヤ２５との中心間距離を徐々に長くして予め定めた切込み完了位置まで切り込む。

切り込み完了後、ドレスギヤ２５を初期位置に戻し、ホーニング砥石１４とドレスギヤ２５との中心間距離が前記の初期距離となるようにドレスギヤ２５を移動する。その後、同様の手順によりホーニング砥石１４の他方の歯面とドレスギヤ２５の他方の歯面とを接触させ、ホーニング砥石１４の他方の歯面のドレスを行う。

＜クラウニング＞
被削ギヤがその歯幅方向にクラウニング形状を有するものである場合、従来であればドレスギヤにも同様のクラウニング形状を設け、ホーニング砥石１４のドレスを行うが、本実施形態のドレスギヤ２５は被削ギヤよりも歯幅が長く、圧力角誤差の範囲も広範である。従って、ドレスギヤ２５にクラウニング形状を設けてホーニング砥石１４のドレスを行うのは歯面形状管理が難しくなるが、ドレスギヤ２５のクラウニング量は０とし、ドレス時にホーニング砥石１４の軸交差角を連続的に変化させるリードクラウニング加工により対処することができる。

（ａ）乃至（ｃ）は、本発明のドレス方法を実施可能な数値制御式のホーニング加工機Ｍを示し、（ａ）はホーニング加工機Ｍの要部正面図、（ｂ）はホーニング加工機の要部左側面図、（ｃ）はホーニング加工機Ｍのワーク支持機構の構成図である。（ａ）及び（ｂ）はドレス時のホーニング砥石１４とドレスギヤ２５の動作説明図である（（ａ）において歯は一部のみ図示）。ホーニング加工機Ｍの制御系のブロック図である。（ａ）は基準歯形に対する圧力角誤差の説明図、（ｂ）は従来のドレスギヤの歯面の構成説明図、図４（ｃ）はドレスギヤ２５の歯面の構成説明図、である。（ａ）はドレスギヤ２５の圧力角誤差と、これに対応するトラバース移動の往復動中心位置と、の関係の例を示す図、（ｂ）は、ホーニング砥石１４の使用度と、その使用度に応じたドレスギヤ１５のホーニング砥石１４に圧接させる歯面の圧力角誤差と、の関係、並びに、その結果得られ得る被削ギヤの圧力角誤差を示す図である。ホーニング砥石の使用度と被削ギヤの圧力角誤差との関係を示す図である。

Ｍホーニング加工機
１４ホーニング砥石
２５ドレスギヤ

Claims

外歯式の被削ギヤの歯面をホーニング加工する内歯式のホーニング砥石と当該ホーニング砥石の歯面をドレスするドレスギヤとを同期回転し、前記ホーニング砥石の歯面と前記ドレスギヤの歯面とを圧接させた状態で、前記ドレスギヤを歯幅方向に所定ストロークで往復動させるホーニング砥石のドレス方法において、
前記ドレスギヤとして、前記被削ギヤよりも歯幅が大きく、かつ、基準歯形に対する圧力角誤差が歯幅方向に連続的に変化する変化領域を有する歯面を備えたドレスギヤを用い、
前記被削ギヤの歯面若しくは要求されるドレスギヤの歯面に応じて、前記ホーニング砥石の歯面に圧接させる前記変化領域上の位置を設定することを特徴とするホーニング砥石のドレス方法。
前記ホーニング砥石の歯面を片歯面毎にドレスすることを特徴とする請求項１に記載のホーニング砥石のドレス方法。