JP5430760B2 - Gear grinding method and processing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、インボリュート歯車等の歯面を研削する歯車の研削加工方法および加工装置に関する。 The present invention relates to a gear grinding method and a machining apparatus for grinding a tooth surface of an involute gear or the like.
従来、NC工作機械に取り付けられた砥石の回転によって歯車を研削加工する場合において、砥石の磨耗が砥石の外周部に集中することを回避するため、歯面に沿った加工点の移動に伴い歯車に対し砥石の回転軸を直線的に移動し、砥石の回転軸から歯車の中心に下した垂線の足の長さを変化させるようにした研削方法が知られている(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、一般に、歯車の歯面は曲面形状に形成されているため、上記特許文献1に記載されているように歯車に対し砥石の回転軸を直線的に移動する構成では、加工点における歯面に対する砥石の接触方向が一致せず、理想的な歯形を形成できない。Conventionally, when a gear is ground by the rotation of a grindstone attached to an NC machine tool, the gear is moved along with the movement of the machining point along the tooth surface in order to avoid the wear of the grindstone from being concentrated on the outer periphery of the grindstone. On the other hand, a grinding method is known in which the rotational axis of the grindstone is linearly moved to change the length of the leg of the perpendicular line dropped from the rotational axis of the grindstone to the center of the gear (see, for example, Patent Document 1). .
However, in general, since the tooth surface of the gear is formed in a curved shape, the tooth surface at the machining point is configured in the configuration in which the rotational axis of the grindstone is linearly moved with respect to the gear as described in
本発明は、回転送り軸方向に割り出し可能な工作機械を用いて曲面形状の歯面を有する歯車を研削する歯車の研削加工方法であって、研削加工される歯車の形状データに基づき歯面上に加工点を設定する設定手順と、設定手順で設定した加工点における歯面に対し垂直な方向に延びる法線ベクトルを演算するとともに、工作機械に取り付けられた砥石の回転軸が法線ベクトルと平行となるような割り出しデータを演算する演算手順と、演算手順で演算した割り出しデータに基づき工作機械を制御し、歯車を研削加工する制御手順とを含む。
また、本発明は、曲面形状の歯面を有する歯車を砥石によって研削する加工装置であって、歯車に対して砥石を直線送り軸方向および回転送り軸方向に相対移動する移動手段と、砥石を回転駆動する駆動手段とを有する工作機械と、研削加工される歯車の形状データに基づき歯面上に加工点を設定する設定手段と、設定手段で設定された加工点における歯面に対し垂直な方向に延びる法線ベクトルを演算するとともに、砥石の回転軸が法線ベクトルと平行となるような割り出しデータを演算する演算手段と、演算手段により演算された割り出しデータに基づき工作機械を制御する機械制御手段とを備える。The present invention relates to a gear grinding method for grinding a gear having a curved tooth surface by using a machine tool that can be indexed in the direction of the rotational feed axis, and on the tooth surface based on the shape data of the gear to be ground. The setting procedure for setting the machining point to the vertical axis and the normal vector extending in the direction perpendicular to the tooth surface at the machining point set in the setting procedure are calculated, and the rotation axis of the grindstone attached to the machine tool is the normal vector. A calculation procedure for calculating the index data to be parallel and a control procedure for controlling the machine tool based on the index data calculated by the calculation procedure and grinding the gears are included.
Further, the present invention is a processing apparatus for grinding a gear having a curved tooth surface with a grindstone, the moving means for moving the grindstone relative to the gear in the linear feed axis direction and the rotary feed axis direction, and a grindstone. A machine tool having a driving means for rotational driving; a setting means for setting a machining point on the tooth surface based on shape data of a gear to be ground; and a perpendicular to the tooth surface at the machining point set by the setting means A computing means for computing a normal vector extending in the direction and computing index data such that the rotation axis of the grindstone is parallel to the normal vector, and a machine for controlling the machine tool based on the index data computed by the computing means Control means.
図1は、本発明の実施の形態に係る加工装置の構成を示すブロック図である。
図2は、図1のNC工作機械の概略構成を示す側面図である。
図3は、研削加工状態にあるワークと工具の一例を示す図である。
図4は、図3の要部拡大図である。
図5は、本発明の実施の形態に係る研削加工装置による研削工程の概念を示す図である。
図6A、図6B、図6Cは、それぞれ所定の加工点における工具の姿勢と主軸の位置を示す図である。
図7は、加工点の設定位置の一例を示すワークの要部拡大図である。
図8は、加工点における接線ベクトルと法線ベクトルの一例を示す図である。
図9は、割り出し前の加工点を機械座標系において示す図である。
図10は、割り出し後の加工点を示す図である。
図11は、主軸の位置を算出するための補正量の算出方法を説明する図である。
図12は、割り出し後の加工点と主軸の基準点との位置関係を示す図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view showing a schematic configuration of the NC machine tool of FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a workpiece and a tool in a grinding state.
4 is an enlarged view of a main part of FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a concept of a grinding process by the grinding apparatus according to the embodiment of the present invention.
6A, 6B, and 6C are views showing the posture of the tool and the position of the spindle at predetermined machining points, respectively.
FIG. 7 is an enlarged view of the main part of the workpiece showing an example of the processing point setting position.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a tangent vector and a normal vector at a processing point.
FIG. 9 is a diagram showing the machining points before indexing in the machine coordinate system.
FIG. 10 is a diagram showing the processed points after indexing.
FIG. 11 is a diagram for explaining a correction amount calculation method for calculating the position of the spindle.
FIG. 12 is a diagram showing the positional relationship between the indexed machining point and the spindle reference point.
以下、図1〜図12を参照して、本発明による加工装置の実施の形態を説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る加工装置の構成を示すブロック図である。この加工装置は、歯車を研削加工する工作機械10と、歯車の研削加工のための各種情報を入力する入力装置20と、入力装置20からの信号に基づき工作機械10を制御する制御装置30とを備える。制御装置30は、歯車の加工点を設定する設定部31と、加工点の割り出しデータおよび割り出し後の加工点に対応した主軸の位置データを演算する演算部32と、演算部32により演算された割り出しデータおよび主軸の位置データに基づき工作機械10を制御する機械制御部33とを有する。
工作機械10は、例えば5軸立形のマシニングセンタが用いられる。図2は、工作機械10の概略構成を示す側面図である。ベッド11上にはコラム12が立設され、コラム12には、直線送り機構を介して上下方向(Z軸方向)および水平方向(Y軸方向)に移動可能に主軸頭13が支持されている。主軸頭13には主軸を介して下向きに研削用工具14が取り付けられ、工具14は、主軸頭13内のスピンドルモータにより回転駆動される。ベッド11上には、直線送り機構を介して水平方向(X軸方向)に移動可能にテーブルベース15が支持されている。直線送り機構は、例えばボールねじとボールねじを回転駆動するサーボモータとにより構成される。
テーブルベース15には、回転送り機構を介して、X軸方向の回転軸Lxを中心としてA軸方向に揺動可能に傾斜テーブル16が取り付けられている。傾斜テーブル16には、回転送り機構を介して、Z軸方向の回転軸Lzを中心としてC軸方向に回転可能に回転テーブル17が取り付けられ、回転テーブル17上にワークWが固定されている。回転送り機構は、例えばダイレクトドライブモータやサーボモータにより構成される。なお、図2は、傾斜テーブル16のA軸方向の角度θAが0°で、かつ、回転テーブル17のC軸方向の角度θCが0°である、基準状態を示している。
図3は、研削加工状態にあるワークWと工具14の一例を示す図であり、図4は図3の要部拡大図である。本実施の形態では、凸曲面状の歯面Sを有する傘歯車をワークWとして用いる。この傘歯車は焼入れ加工後のものであり、歯面Sには仕上げ加工を行うための所定量の研削代が残されている。ワークWは、ワーク回転軸Lwを中心としたほぼ対称形状を呈し、ワーク回転軸Lwを図2のテーブル回転軸Lzに一致させて、ワークWが回転テーブル17に取り付けられている。
工具14は、主軸の回転軸線L0を中心として回転する略円板形状の砥石車であり、砥石車の下面周縁部に略環状の砥石14aが設けられ、砥石14aの底面(砥面14b)は主軸の回転軸線L0と直交するXY平面内に延設されている。以上の工作機械10の構成によれば、工具14とワークWとが直交3軸方向(X,Y,Z方向)に相対移動可能で、かつ、互いに直交する2つの軸心周り(A,C方向)に相対回転可能である。このため、ワークWの歯面Sに対して砥石14aの砥面14bを3次元的に任意の角度に傾けて、ワークWを研削加工することができる。
図5は、本発明の実施の形態に係る研削加工装置による研削工程の概念を示す図である。図中、L1は、加工点Pにおいて歯面Sに対し垂直な方向に延びる法線である。本実施の形態では、主軸の回転軸線L0が法線L1に対して平行となるように回転送り軸(A軸、C軸)の割り出し角度θA,θCが調整される。さらに主軸の回転軸線L0が、歯車の歯元部から歯先部にかけての歯形曲線(後述のインボリュート曲線)の接線と交わるように直交3軸方向の送り量が調整される。
図6は、歯面Sに沿った加工点Pの移動に伴うワークWに対する主軸の回転軸線L0の姿勢変化を示す図である。なお、図では主軸の回転軸線L0の傾きを変化させているが、実際には主軸の回転軸線L0の傾きは変化せず、ワークWの傾きが変化する。図6A〜図6Cに示すように、加工点Pが歯元側から歯先側へ移動するに伴い、加工点Pにおける法線L1の傾きが変化する。この法線L1の傾きの変化に追従して、図示のようにワークWに対する主軸の回転軸線L0の相対姿勢を変化させる。
ワークWは、例えばインボリュート曲線で歯形が形成されたインボリュート歯車である。図1の入力装置20には、インボリュート曲線の設定に必要なワークWの形状データや工具14の形状データ、工作機械10の加工開始指令等が入力される。例えば、傘歯車のモジュール、ピッチ円直径、基礎円直径、およびピッチ円錐角や、砥石14aの半径、砥面14bの径方向における幅、さらにはワーク座標系におけるワーク原点O1と機械座標系における加工原点O2との位置関係を表すデータ、主軸の工具取付部から砥面14bまでのZ方向の距離を表すデータ等が入力される。
ワーク原点O1は、傘歯車のピッチ円錐角の起点に設定され、ワーク原点O1を基準としてX軸、Y軸、Z軸方向にワーク座標系が定義される。また、加工原点O2は、回転テーブル17の回転軸Lz上に設定され、加工原点O2を基準としてX軸、Y軸、Z軸方向に機械座標系が定義される。このため、ワーク原点O1は機械座標系のZ軸上に位置し(図9参照)、入力装置20には、ワーク原点O1と加工原点O2との位置関係を表すデータとして両者間の距離Hが入力される。
図1の設定部31は、入力装置20からの信号に基づき、ワークWの歯面Sに沿って複数の加工点Pを設定する。加工点Pは、ワーク原点O1を基準としたワーク座標系における3次元座標(Xa、Ya、Za)として設定される。図7は、加工点Pの設定位置の一例を示すワークWの要部拡大図である。加工点P(P1〜P5)は、図示のように歯筋方向に沿って複数のインボリュート曲線Ci(点線)を定めた後、各インボリュート曲線Ciに沿ってN点(図では5点)だけ設定する。
なお、加工点数Nは、ユーザが手動で設定することも、設定部31において自動で設定することもできる。自動で設定する場合、例えば図11に示すインボリュート曲線Ciの開始点Paおよび終了点Pbにおけるインボリュート曲線Ciに対する接線の角度φaおよびφbと、加工点設定の基準となる角度変化量Δφとを用いて、次式(I)によりNを演算することができる。
N=(φb−φa)/Δφ (I)
演算部32は、機械座標系における割り出し後の加工点データを演算する。この場合、まず、図8に示すように、各加工点Pにおいてインボリュート曲線Ciに接し、かつワークWの回転中心とは反対側に向かう単位ベクトル(接線ベクトル)uτと、各加工点Pにおいて歯部の内側から歯面Sに対し垂直な方向に延びる単位ベクトル(法線ベクトル)vτとをそれぞれ演算する。
ここで、接線ベクトルuτのX,Y,Z成分をそれぞれ(Xu、Yu、Zu)、法線ベクトルvτのX,Y,Z成分をそれぞれ(Xv、Yv、Zv)とする。このとき、これらベクトル成分Xu、Yu、Zu、Xv、Yv、Zvは、傘歯車のピッチ円錐角と、インボリュート曲線Ciに対する接線の角度φと、歯筋方向のクラウニングに対する接線の角度とを用いてそれぞれ算出することができる。
次いで、法線ベクトルvτが主軸の回転軸線L0(Z軸方向)と平行となるようなA軸およびC軸の割り出し角度θA、θC(割り出しデータ)をそれぞれ算出する。割り出し角度θA,θCは、法線ベクトルvτの成分(Xv,Yv,Zv)を用いて例えば次式(II),(III)により演算することができる。
θA=tan−1{Zv/(Xv2+Yv2)1/2}−π/2 (II)
θC=−tan−1(Xv/Yv) (III)
A軸およびC軸の割り出し後は、主軸の回転軸線L0と法線ベクトルvτとは平行となり、接線ベクトルuτは機械座標系のXY平面上に存在する。このとき、割り出し後の接線ベクトルuτとX軸とのなす角をθRとすると、角θRは、接線ベクトルuτのZ成分(Zu)と割り出し角度θAとを用いて例えば次式(IV)により算出することができる。
θR=sin−1(Zu/sinθA) (IV)
さらに、割り出し前の加工点Pのワーク座標系における位置座標(Xa、Ya、Za)と、A軸,C軸の割り出し角度θA,θCとに基づき、加工点Pの割り出し後の機械座標系における位置座標を演算する。図9は、割り出し前の加工点Pを機械座標系において示す図である。ワーク原点O1と加工原点Oとの間の距離をHとすると、割り出し前の加工点Pの機械座標系における位置座標(X0、Y0、Z0)は次式(V)により表すことができる。
(X0、Y0、Z0)=(Xa、Ya、H−Za) (V)
この加工点Pが上式(II),(III)の割り出し角度θA,θCで割り出される。図10は、加工点Pを割り出し角度θAで割り出した加工点Pmと、さらにこの加工点Pmを割り出し角度θCで割り出した加工点Pnとを示している。加工点Pmの位置座標(Xm、Ym、Zm)および加工点Pnの位置座標(Xn、Yn、Zn)は、それぞれ次式(VI),(VII)により演算することができる。
Xm=(X02+Y02)1/2cos{tan−1(Y0/X0)−θC}
Ym=(X02+Y02)1/2sin{tan−1(Y0/X0)−θC}
Zm=Z0 (VI)
Xn=Xm
Yn=−(Ym2+Zm2)1/2cos{tan−1(Ym/Zm)−θA}
Zn=(Ym2+Zm2)1/2sin{tan−1(Ym/Zm)−θA}
(VII)
以上のようにして演算部32は、加工点Pの機械座標系における割り出し後の加工点データ、すなわち法線ベクトルvτが主軸の回転軸線L0と平行となるような割り出し後の加工点Pnの位置座標(Xn、Yn、Zn)を演算する。
さらに演算部32は、割り出し後の加工点Pnに砥石14aの砥面14bが接触するような主軸の位置を演算する。すなわち、砥石14aは、工具14の中心軸線(主軸の回転軸線L0)から離れて位置するため、主軸の回転軸線L0から加工点Pnまでの距離Wを補正量として算出する。この場合、砥石14aと歯面Sとの接触部位が砥面14bの径方向の一部に集中するのではなく、砥面14bの径方向全域にわたるように、補正量Wを算出する。
図11は、補正量Wの算出方法を説明するための図である。図中、TaおよびTbはそれぞれ砥石14aの最外径における点(加工開始点)および最内径における点(加工終了点)であり、Paはインボリュート曲線Ciの開始点である歯元の点、Pbはインボリュート曲線Ciの終了点である歯先の点である。なお、図中、WLは、砥面14bの径方向の長さに相当し、WRは、砥石の半径に相当し、Pwは、砥面14bと同一面上に設定された主軸の回転軸線L0上の基準点に相当する。上式(I)により算出したインボリュート曲線Ciに沿った加工点数Nを用いると、加工点Pが1点移動したときの砥石補正量ΔWは次式(VIII)により算出できる。
ΔW=WL/N (VIII)
したがって、インボリュート曲線Ciに対する接線の角度がφnのときの加工開始点Taからの補正量Wnは次式(IX)となる。
Wn=ΔW・(φn−φa)/Δφ (IX)
演算部32は、上式(IX)の関係を用いて主軸の回転軸線L0からの補正量Wを次式(X)により演算する。
W=WR−Wn
=WR−WL・(φn−φa)/(φb−φa) (X)
以上のようにして求めた補正量Wを用いて、演算部32は基準点Pwの位置を演算する。図12は、割り出し後の加工点Pnと基準点Pwとの位置関係を示す図である。基準点Pwは、上式(IV)により算出した接線ベクトルuτとX軸とのなす角θRを用いて、加工点Pnから、接線ベクトルuτの延長線上に補正量Wだけ離れた位置に設定される。このときの主軸の基準点Pwの位置座標(XL0、YL0、ZL0)は次式(XI)により演算できる。
XL0=Xn+WcosθR
YL0=Yn+WsinθR
ZL0=Zn (XI)
制御装置30は、演算部32により演算されたデータに基づきNCプログラムを作成し、NCプログラムをメモリに記憶する。
機械制御部33は、入力装置20からの加工開始指令を受けてNCプログラムを実行し、演算部32で演算された加工点Pの割り出しデータ(θA、θC)、割り出し後の加工点Pnの位置データ(Xn、Yn、Zn)、この加工点Pnから補正量Wだけ離れた基準点Pwの位置データ(XL0、YL0、ZL0)に基づき工作機械10を制御する。すなわち、回転送り機構のサーボモータに制御信号を出力して加工点Pの割り出しを行うとともに、直線送り機構のサーボモータに制御信号を出力してワークWに対する主軸の相対的な位置を制御する。
これにより加工点Pにおける歯面Sに垂直な法線L1と主軸の回転軸線L0とが平行となり、歯面Sの全域にわたって歯面Sに垂直方向に砥石14aを接触させることができる。このため、研削加工時に歯面Sに対する砥石14aの接触方向が一定となり、砥石14aの接触力を一定に保つことができ、加工精度のばらつきを抑えることができる。また、歯面Sに垂直方向に砥石14aが接触するので、砥石14aの接触力の分散を防ぐことができ、歯面Sに作用する接触力を大きくすることができる。その結果、ワークWを効率よく研削することができ、ワークWの加工効率を高めることができる。
研削加工時においては、インボリュート曲線Ciに沿って加工箇所を変更する。例えば図7のP1、P2、・・の順に加工点を移動する。このとき、加工点Pと主軸の回転軸線L0との間の補正量Wは、加工点Pの移動に応じて変化する。すなわち、歯元側を研削する場合には補正量Wが大きくなり、歯先側を研削する場合には補正量Wが小さくなる。このため、歯元側を研削する場合には砥面14bの外径側が歯面Sに接触し、歯先側を研削する場合には砥面14bの内径側が歯面Sに接触する。これにより、砥面14bの全域を研削加工に用いることができ、砥石14aが均等に磨耗し、砥石14aの使用寿命を延ばすことができる。
このように砥石14aの接触位置が砥面14bの径方向にわたって変化するようにした場合に、主軸の回転速度を一定とすると、加工点Pにおける砥石14aの周速は砥石14aの径が大きいほど速くなる。つまり歯元側を研削する場合は砥石14aの径が大きいので、歯先側を研削する場合よりも砥石14aの周速が速くなる。これを回避するため、機械制御部33は、加工点Pにおける砥石14aの周速が一定となるように主軸(スピンドルモータ)の回転速度を制御することが好ましい。具体的には、歯元側を加工する場合には、歯先側を加工する場合よりも、砥石14aの回転速度を遅くする。これにより砥石14aの周速の違いによる加工精度のばらつきを抑えることができ、砥面14bの全域を使いつつ、精度よくワークWを研削加工することができる。
以上をまとめれば、本実施の形態に係る歯車の研削加工方法では、制御装置30の設定部31で、ワーク座標系におけるワークWの歯面に沿った複数の加工点Pを設定し(設定手順)、演算部32で、これら加工点Pにおける歯面Sに対し垂直な方向に延びる法線ベクトルvτを演算するとともに、砥石14aの回転軸(主軸の回転軸線L0)が法線ベクトルvτと平行となるような機械座標系における割り出しデータを演算する(演算手順)。さらに、割り出し後の加工点Pnに砥石14aが接触するように主軸の位置を演算し(演算手順)、機械制御部33で、演算された割り出しデータと主軸の位置データとに基づき工作機械10を制御するようにした(制御手順)。これにより歯面Sに垂直方向に砥石14aが接触し、加工点Pに作用する砥石14aの接触力を一定とすることができ、加工精度のばらつきを抑えることができる。
また、演算部32では、割り出し後の加工点Pnにおける接線ベクトルuτの延長線上で、かつ、加工点Pnから砥石14aの径に応じた補正量Wだけ離れた位置を主軸の回転軸線L0の位置として演算するようにしたので、砥石14aが加工点P以外においてワークWと接触することを防止でき、加工点Pの移動に伴い砥石14aの接触位置を滑らかに変化させることができる。さらに、演算部32では、加工箇所がワークWの歯形に沿って変化するに従い、砥石14aの径に応じた補正量Wを変化させて、主軸の位置データを演算するようにしたので、砥面14bの全域を研削加工に用いることができ、砥石14aを無駄なく使用することができる。これに加え、機械制御部33で、加工点Pから砥石14aの回転軸L0までの距離が大きいほど砥石14aの回転速度が遅くなるように主軸の回転速度を制御することで、砥石14aの周速の違いによる加工精度のばらつきを抑えることができる。
なお、上記実施の形態では、工作機械10としてA軸方向とC軸方向に回転送り可能な5軸マシニングセンタを用いたが、ワークWに対して砥石14aを直線送り軸方向および回転送り軸方向に相対移動可能であれば工作機械の構成はいかなるものでもよく、例えば6軸マシニングセンタや、マシニングセンタ以外の工作機械を用いてもよい。制御装置30の設定部31において、入力装置20からの信号に基づき歯面上に加工点Pを設定するようにしたが、設定手段の構成はこれに限らず、例えばCAMによって生成されたCLデータ(カッタロケーションデータ)に基づき加工点Pを設定してもよい。
本発明による研削加工方法は、加工点Pにおいて歯面Sに対し垂直な方向に延びる法線ベクトルvτを演算するとともに、砥石14aの回転軸が法線ベクトルvτと平行となるように割り出しデータθA、θCを演算し、この割り出しデータに基づいて工作機械を制御する点に最大の特徴を有するのであり、この特徴を実現できるのであれば、演算手段としての演算部32および機械制御手段としての機械制御部33の構成は上述したものに限らない。砥石14aの形状は略円板状以外であってもよい。
以上では、傘歯車を研削加工する場合について説明したが、他の歯車(例えば平歯車)を研削加工する場合にも、本発明による研削加工方法を同様に適用できる。
本発明によれば、歯面を研削する砥石の回転軸が加工点における法線ベクトルと平行になるようにしたので、加工点における歯面に対する砥石の接触力が一定となり、加工精度のばらつきを抑えることができる。Hereinafter, with reference to FIGS. 1-12, embodiment of the processing apparatus by this invention is described. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a processing apparatus according to an embodiment of the present invention. This processing apparatus includes a
As the
An inclination table 16 is attached to the
FIG. 3 is a view showing an example of the workpiece W and the
The
FIG. 5 is a diagram showing a concept of a grinding process by the grinding apparatus according to the embodiment of the present invention. In the figure, L1 is a normal line extending in a direction perpendicular to the tooth surface S at the processing point P. In the present embodiment, the indexing angles θA and θC of the rotary feed shafts (A axis and C axis) are adjusted so that the rotation axis L0 of the main shaft is parallel to the normal line L1. Further, the feed amount in the three orthogonal directions is adjusted so that the rotation axis L0 of the main shaft intersects with a tangent line of a tooth profile curve (an involute curve described later) from the tooth root portion to the tooth tip portion of the gear.
FIG. 6 is a diagram showing a change in posture of the rotation axis L0 of the main shaft with respect to the workpiece W as the machining point P moves along the tooth surface S. FIG. Although the inclination of the rotation axis L0 of the main shaft is changed in the figure, the inclination of the rotation axis L0 of the main shaft does not actually change and the inclination of the workpiece W changes. As shown in FIGS. 6A to 6C, as the processing point P moves from the tooth base side to the tooth tip side, the inclination of the normal L1 at the processing point P changes. Following the change in the inclination of the normal L1, the relative posture of the rotation axis L0 of the main shaft with respect to the workpiece W is changed as shown in the figure.
The workpiece W is, for example, an involute gear having a tooth profile formed by an involute curve. The
The workpiece origin O1 is set as the starting point of the pitch cone angle of the bevel gear, and workpiece coordinate systems are defined in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions with the workpiece origin O1 as a reference. The machining origin O2 is set on the rotation axis Lz of the
The
The number N of machining points can be set manually by the user or automatically by the setting
N = (φb−φa) / Δφ (I)
The
Here, the X, Y, and Z components of the tangent vector uτ are (Xu, Yu, Zu), respectively, and the X, Y, and Z components of the normal vector vτ are (Xv, Yv, Zv), respectively. At this time, these vector components Xu, Yu, Zu, Xv, Yv, Zv use the pitch cone angle of the bevel gear, the tangent angle φ with respect to the involute curve Ci, and the tangential angle with respect to crowning in the tooth trace direction. Each can be calculated.
Next, index angles θA and θC (index data) of the A axis and the C axis are calculated so that the normal vector vτ is parallel to the rotation axis L0 (Z-axis direction) of the main axis. The index angles θA and θC can be calculated by using the components (Xv, Yv, Zv) of the normal vector vτ, for example, by the following equations (II) and (III).
θA = tan −1 {Zv / (Xv 2 + Yv 2 ) 1/2 } −π / 2 (II)
θC = −tan −1 (Xv / Yv) (III)
After indexing the A axis and the C axis, the rotation axis L0 of the main axis and the normal vector vτ are parallel, and the tangent vector uτ exists on the XY plane of the machine coordinate system. At this time, assuming that the angle formed between the tangent vector uτ after indexing and the X axis is θR, the angle θR is calculated by using the Z component (Zu) of the tangent vector uτ and the index angle θA, for example, by the following equation (IV). can do.
θR = sin −1 (Zu / sin θA) (IV)
Further, based on the position coordinates (Xa, Ya, Za) of the machining point P before indexing in the workpiece coordinate system and the index angles θA, θC of the A axis and C axis, in the machine coordinate system after indexing of the machining point P. Calculate position coordinates. FIG. 9 is a diagram showing the machining point P before indexing in the machine coordinate system. When the distance between the workpiece origin O1 and the machining origin O is H, the position coordinates (X0, Y0, Z0) of the machining point P before indexing in the machine coordinate system can be expressed by the following equation (V).
(X0, Y0, Z0) = (Xa, Ya, H-Za) (V)
This processing point P is determined by the index angles θA and θC of the above formulas (II) and (III). FIG. 10 shows a machining point Pm obtained by indexing the machining point P with the indexing angle θA and a machining point Pn obtained by further indexing the machining point Pm with the indexing angle θC. The position coordinates (Xm, Ym, Zm) of the machining point Pm and the position coordinates (Xn, Yn, Zn) of the machining point Pn can be calculated by the following equations (VI) and (VII), respectively.
Xm = (X0 2 + Y0 2 ) 1/2 cos {tan −1 (Y0 / X0) −θC}
Ym = (X0 2 + Y0 2 ) 1/2 sin {tan −1 (Y0 / X0) −θC}
Zm = Z0 (VI)
Xn = Xm
Yn = − (Ym 2 + Zm 2 ) 1/2 cos {tan −1 (Ym / Zm) −θA}
Zn = (Ym 2 + Zm 2 ) 1/2 sin {tan −1 (Ym / Zm) −θA}
(VII)
As described above, the
Further, the
FIG. 11 is a diagram for explaining a method of calculating the correction amount W. In the figure, Ta and Tb are a point at the outermost diameter (machining start point) and a point at the innermost inner diameter (machining end point) of the
ΔW = WL / N (VIII)
Therefore, the correction amount Wn from the machining start point Ta when the angle of the tangent to the involute curve Ci is φn is expressed by the following equation (IX).
Wn = ΔW · (φn−φa) / Δφ (IX)
The
W = WR-Wn
= WR-WL. (Φn-φa) / (φb-φa) (X)
Using the correction amount W obtained as described above, the
XL0 = Xn + WcosθR
YL0 = Yn + WsinθR
ZL0 = Zn (XI)
The
The
As a result, the normal line L1 perpendicular to the tooth surface S at the machining point P and the rotation axis L0 of the main shaft are parallel to each other, and the
At the time of grinding, the machining location is changed along the involute curve Ci. For example, the machining points are moved in the order of P1, P2,. At this time, the correction amount W between the machining point P and the rotation axis L0 of the main shaft changes according to the movement of the machining point P. That is, the correction amount W increases when the tooth base side is ground, and the correction amount W decreases when the tooth tip side is ground. For this reason, when grinding the tooth base side, the outer diameter side of the grinding surface 14b is in contact with the tooth surface S, and when grinding the tooth tip side, the inner diameter side of the grinding surface 14b is in contact with the tooth surface S. Thereby, the whole area of the grinding surface 14b can be used for grinding, the
Thus, when the contact position of the
In summary, in the gear grinding method according to the present embodiment, the setting
Further, in the
In the above-described embodiment, a 5-axis machining center capable of rotating and feeding in the A-axis direction and the C-axis direction is used as the
In the grinding method according to the present invention, the normal vector vτ extending in the direction perpendicular to the tooth surface S at the processing point P is calculated, and the index data θA is set so that the rotation axis of the
Although the case where the bevel gear is ground has been described above, the grinding method according to the present invention can be similarly applied to the case where other gears (for example, spur gears) are ground.
According to the present invention, since the rotation axis of the grindstone for grinding the tooth surface is parallel to the normal vector at the machining point, the contact force of the grindstone with respect to the tooth surface at the machining point becomes constant, resulting in variations in machining accuracy. Can be suppressed.
10 工作機械
14a 砥石
30 制御装置
31 設定部
32 演算部
33 機械制御部DESCRIPTION OF
Claims (5)
研削加工される前記歯車の形状データに基づき前記歯面上に加工点を設定する設定手順と、
前記設定手順で設定した加工点における前記歯面に対し垂直な方向に延びる法線ベクトルを演算するとともに、前記工作機械に取り付けられた砥石の回転軸が前記法線ベクトルと平行となるような割り出しデータを演算する演算手順と、
前記演算手順で演算した割り出しデータに基づき前記工作機械を制御し、前記歯車を研削加工する制御手順とを含む、歯車の研削加工方法。A gear grinding method for grinding a gear having a curved tooth surface using a machine tool that can be indexed in the rotational feed axis direction,
A setting procedure for setting a processing point on the tooth surface based on the shape data of the gear to be ground;
The normal vector extending in the direction perpendicular to the tooth surface at the machining point set in the setting procedure is calculated, and the rotation axis of the grindstone attached to the machine tool is determined to be parallel to the normal vector. Calculation procedure for calculating data,
And a control procedure for controlling the machine tool based on the index data calculated by the calculation procedure and grinding the gear.
前記演算手順では、さらに前記砥石の回転軸が前記加工点における前記歯車の歯元部から歯先部にかけての歯形曲線の接線に交差し、かつ、前記加工点から前記歯車の回転中心の反対側に前記砥石の径に応じた距離だけ離れて位置するような前記砥石の回転軸の位置データを演算し、
前記制御手順では、前記演算手順で演算した割り出しデータと前記砥石の回転軸の位置データとに基づき前記工作機械を制御する、歯車の研削加工方法。The gear grinding method according to claim 1,
In the calculation procedure, the rotation axis of the grindstone further intersects the tangent line of the tooth profile curve from the tooth root part to the tooth tip part of the gear at the machining point, and is opposite to the rotation center of the gear from the machining point. Calculating the position data of the rotation axis of the grindstone that is located at a distance according to the diameter of the grindstone,
In the control procedure, a gear grinding method for controlling the machine tool based on the index data calculated in the calculation procedure and the position data of the rotation axis of the grindstone.
前記演算手順では、前記歯車の加工箇所が歯元部と歯先部との間で変化するに従い、前記加工点から前記砥石の回転軸までの距離を変化させるように、前記砥石の回転軸の位置データを演算する、歯車の研削加工方法。In the gear grinding method according to claim 2,
In the calculation procedure, as the machining position of the gear changes between the tooth root part and the tooth tip part, the distance between the machining point and the rotation axis of the grindstone is changed so that the distance between the machining point and the rotation axis of the grindstone changes. A gear grinding method that calculates position data.
前記制御手順では、前記加工点から前記砥石の回転軸までの距離が大きいほど前記砥石の回転速度が遅くなるように前記工作機械を制御する、歯車の研削加工方法。In the gear grinding method according to claim 3,
In the control procedure, a gear grinding method of controlling the machine tool so that the rotation speed of the grindstone becomes slower as the distance from the machining point to the rotation axis of the grindstone increases.
前記歯車に対して前記砥石を直線送り軸方向および回転送り軸方向に相対移動可能な工作機械と、
研削加工される前記歯車の形状データに基づき前記歯面上に加工点を設定する設定手段と、
前記設定手段で設定された加工点における前記歯面に対し垂直な方向に延びる法線ベクトルを演算するとともに、前記砥石の回転軸が前記法線ベクトルと平行となるような割り出しデータを演算する演算手段と、
前記演算手段により演算された割り出しデータに基づき前記工作機械を制御する機械制御手段とを備える、歯車の研削加工装置。A grinding device for grinding a gear having a curved tooth surface with a rotating grindstone,
A machine tool capable of moving the grindstone relative to the gear in a linear feed axis direction and a rotary feed axis direction;
Setting means for setting a processing point on the tooth surface based on shape data of the gear to be ground;
Calculation for calculating a normal vector extending in a direction perpendicular to the tooth surface at the machining point set by the setting means and calculating index data such that the rotation axis of the grindstone is parallel to the normal vector Means,
A gear grinding apparatus comprising: machine control means for controlling the machine tool based on the index data calculated by the calculation means.
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JP7226818B2 (en) * | 2020-07-14 | 2023-02-21 | 菊田鉄工株式会社 | Dressing tool truing method and dressing tool truing program |
CN114370451B (en) * | 2021-12-08 | 2024-07-23 | 安徽中润航空科技有限公司 | Gear box transmission inner shaft and processing technology thereof |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01216718A (en) * | 1988-02-23 | 1989-08-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Creating device for gear grinding machine |
JPH08252721A (en) * | 1995-03-15 | 1996-10-01 | Akira Ishibashi | Gear forming grinding method capable of effectively utilizing super abrasive grain grinding wheel |
JPH106136A (en) * | 1996-06-17 | 1998-01-13 | Hamada Koki Kk | Nc data generating device and method for grinding machine |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB969320A (en) * | 1959-10-09 | 1964-09-09 | Peter Herbert Cleff | Improvements in and relating to means for generating involute gears |
JP3986320B2 (en) * | 2002-02-19 | 2007-10-03 | 華 丘 | Gear machining method and apparatus |
JP4865506B2 (en) * | 2006-10-31 | 2012-02-01 | 三菱重工業株式会社 | Gear meshing angle detection method and apparatus |
CN201389694Y (en) * | 2009-04-28 | 2010-01-27 | 无锡银联机械有限公司 | Numerical control gear-brushing machine |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01216718A (en) * | 1988-02-23 | 1989-08-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Creating device for gear grinding machine |
JPH08252721A (en) * | 1995-03-15 | 1996-10-01 | Akira Ishibashi | Gear forming grinding method capable of effectively utilizing super abrasive grain grinding wheel |
JPH106136A (en) * | 1996-06-17 | 1998-01-13 | Hamada Koki Kk | Nc data generating device and method for grinding machine |
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