JP5751706B2

JP5751706B2 - 歯車型被加工物の加工方法

Info

Publication number: JP5751706B2
Application number: JP2011235078A
Authority: JP
Inventors: 猛晴林
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2031-10-26
Also published as: JP2013091135A

Description

本発明は、歯車型被加工物の加工方法に関し、具体的には、歯車のホーニング加工方法やシェービング加工方法、あるいは、これらの加工方法に用いられるホーニング砥石やシェービングカッタの再研磨方法に関する。

歯車の製造工程では、熱処理前の歯面を仕上げるためのシェービング加工や、熱処理後の歯面を仕上げるためのホーニング加工が行われる。何れの加工も、被加工物となる歯車と、これとほぼ同様の諸元の歯形を有する歯車形状の加工具（シェービングカッタあるいはホーニング砥石）とを回転軸が交差するように配置し、歯車と加工具とを噛み合わせながら回転させることにより、両者の噛み合わせ面にすべりを生じさせ、歯車の歯面を加工するものである。

上記のような加工方法では、加工を繰り返すことにより加工具が摩耗し、切れ味が低下するため、所定回数の加工ごとに加工具を再研磨する必要がある。この再研磨により加工具の外径が小さくなり、加工具の歯面の周速が低下するため、加工具と歯車との噛み合わせ面におけるすべり速度が低下する。噛み合わせ面におけるすべり速度が低下すると、加工具による歯面の加工状態が変化するため、歯面を所望の寸法精度に加工できないおそれがある。

例えば、特許文献１では、加工具の再研磨の前後において、加工具と歯車との噛み合わせ面におけるすべり速度が一定となるように、再研磨後の加工具の回転数を設定する方法が示されている。

特開２０１１−２５３６５号公報

しかしながら、加工方法によっては、加工具の再研磨の前後ですべり速度が変化するだけでなく、加工中にすべり速度が変化する場合もある。例えば、シェービング加工やホーニング加工では、工具をなるべく均一に摩耗させて使用寿命を長くすること、及び、加工痕を消去（目潰し）して表面を滑らかにすることを目的として、加工具を歯車に対してトラバース（往復移動）させることがある。この場合、加工具がトラバース方向一方へ移動するときとトラバース方向他方へ移動するときとで、加工具と歯車との噛み合わせ面におけるすべり速度が異なる。このため、たとえ、上記特許文献１のように再研磨の前後ですべり速度が一定となるように再研磨後の加工具の回転数を設定しても、加工中にすべり速度が変化することで、加工精度が低下する恐れがある。

上記のような問題は、シェービングカッタやホーニング砥石などの歯車型加工具に対して行う再研磨加工においても同様に生じる。すなわち、歯車型加工具をドレスギヤにより再研磨するにあたり、ドレスギヤを歯車型加工具に対してトラバースさせることにより、ドレスギヤと歯車型加工具との噛み合わせ面におけるすべり速度が変化するため、歯車型加工具を所望の寸法精度に加工できない恐れがある。

本発明が解決すべき技術的課題は、歯車のシェービング加工やホーニング加工、あるいは歯車型加工具の再研磨加工において、加工具を被加工物に対してトラバースさせる場合であっても、被加工物の歯面を高精度に加工することにある。

前記課題を解決するためになされた本発明は、歯車型の加工具と歯車型の被加工物とを回転軸が交差するように配置し、加工具及び被加工物を噛み合わせて回転させながら、加工具を被加工物に対してトラバースさせることにより、被加工物の歯面を加工する方法において、加工具をトラバース方向一方に移動させるときとトラバース方向他方に移動させるときとで、加工具の被加工物に対するトラバース速度及び加工具の回転数の少なくとも一方を異ならせることにより、加工具と被加工物との噛み合わせ面における相対的なすべり速度を一定にすることを特徴とするものである。

このように、本発明では、加工具の被加工物に対するトラバースの向きによって、加工具の被加工物に対するトラバース速度又は加工具の回転数、あるいはこれらの双方を異ならせて、加工具をトラバースさせながら加工する際の加工具と被加工物との噛み合わせ面におけるすべり速度を一定とすることにより、被加工物の加工精度を高めることができる。

以上のように、本発明によれば、加工具を被加工物に対してトラバースさせながら行う歯車のシェービング加工やホーニング加工、あるいは歯車型加工具の再研磨加工において、被加工物の歯面を高精度に加工することができる。

本発明の一実施形態に係る加工方法に用いられるシェービング加工装置の側面図である。上記シェービング加工装置の平面図である。加工具（シェービングカッタ）の歯車に対する動きを示す図である。トラバース速度が一定のときのすべり速度を示す図である。トラバース速度を変えてすべり速度を一定とした状態を示す図である。本発明の他の実施形態に係る加工方法に用いられるホーニング加工装置の断面図である。加工具（ホーニング砥石）の歯車に対する動きを示す図である。仮すべり速度を変えてすべり速度を一定とした状態を示す図である。

図１及び図２に、本発明の一実施形態に係るシェービング加工方法に用いられるシェービング加工装置を模式的に示す。このシェービング加工装置は、被加工物としての歯車１０を、回転軸Ｌ１（以下、歯車回転軸Ｌ１）を中心に回転可能に保持する歯車保持部（図示省略）と、歯車型の加工具２０（シェービングカッタ）を、回転軸Ｌ２（以下、工具回転軸Ｌ２）を中心に回転可能に保持する工具保持部（図示省略）とを有する。加工具２０は、回転軸Ｌ１及びＬ２の双方と直交する方向（図１の上下方向、図２の紙面直交方向）に移動可能とされる。また、加工具２０は、歯車１０に対してトラバース可能とされ、本実施形態では、歯車回転軸Ｌ１方向（図２の左右方向、白抜き矢印参照）にトラバース可能とされる（いわゆるコンベンショナル方式）。加工具２０の回転軸Ｌ２周りの回転や、上下方向及びトラバース方向の移動は、図示しない制御部で制御される。尚、加工具２０のトラバース方向は上記に限らず、加工具２０を歯車回転軸Ｌ１に対して傾斜した方向にトラバースさせる、いわゆるダイヤゴナル方式や、加工具２０を歯車回転軸Ｌ１と直交する方向（図２の上下方向）にトラバースさせる、いわゆるアンダーパス方式を採用することも可能である。また、以下の説明では、図１に示す上下方向及び左右方向を、単に「上下方向」、「左右方向」と言うが、これは加工態様を限定する趣旨ではない。

上記のシェービング加工装置を用いた加工方法は、以下のようにして行われる。まず、歯車保持部及び工具保持部に歯車１０及び加工具２０をそれぞれ装着し、歯車回転軸Ｌ１と工具回転軸Ｌ２とが交差するように歯車１０及び加工具２０を配置する（図２参照）。その後、加工具２０を歯車１０に対して降下させ、加工具２０と歯車１０とを噛み合わせる（図１参照）。この状態で、加工具２０を回転駆動することで、加工具２０と歯車１０とが供回りする（図１の矢印参照）。このとき、歯車回転軸Ｌ１と工具回転軸Ｌ２とが交差していることにより、歯車１０の回転方向と加工具２０の回転方向とが交差するため、歯車１０と加工具２０との噛み合わせ面にすべりが生じる。このすべりにより、歯車１０の歯面が加工具２０の歯面によって加工される。

この歯車１０の加工は、加工具２０を左右にトラバースさせながら行われる。具体的には、図３に示すように、（１）加工具２０をトラバース方向一方へ移動させ、（２）加工具２０を歯車１０側へ移動させて切り込み、（３）加工具２０をトラバース方向他方へ移動させ、（３）加工具２０を歯車１０側へ移動させて切り込む、という工程を繰り返して、歯車１０の歯面が加工される。このように加工具２０をトラバースさせることにより、加工具２０の歯面の部分的な摩耗により歯面に段差が形成させることを防止できると共に、加工具２０の歯面の使用領域を拡大して工具寿命を延ばすことができる。さらに、加工具２０をトラバースさせることで、歯車１０と加工具との噛み合わせ面におけるすべり方向をランダムにできるため、歯車１０の歯面に形成される加工痕を消去して歯面を滑らかに仕上げることができる。

本実施形態では、加工具２０のトラバースを考慮して、歯車１０の加工中におけるすべり速度が一定となるように、制御部による制御が行われる。具体的には、図２に示すように、歯車１０と加工具２０との噛み合わせ面において、歯車１０の周速ベクトルＶ₁₀、加工具２０の周速ベクトルＶ₂₀との差ベクトルが、トラバースの影響を含まない仮すべり速度ベクトルＶ₀となる。そして、加工具２０をトラバース方向一方に移動させるときは、図４に示すように、仮すべり速度ベクトルＶ₀と、トラバース方向一方への移動速度ベクトルＶ_Tとの差ベクトルが、実際のすべり速度ベクトルＶとなる。一方、加工具２０がトラバース方向他方に移動するときは、仮すべり速度ベクトルＶ₀と、トラバース方向他方への移動速度ベクトルＶ_T’との差ベクトルが、実際のすべり速度ベクトルＶ’となる。尚、図４及び図５において、仮すべり速度ベクトルＶ₀とトラバース方向の速度ベクトルＶ_T、Ｖ_T’との間の角度は、理解の容易化のため誇張して示している。

仮に、図４に示すように、トラバース方向一方への移動速度ベクトルＶ_Tの大きさと、トラバース方向他方への移動速度ベクトルの大きさＶ_T’とを等しくすると（｜Ｖ_T｜＝｜Ｖ_T’｜）、トラバース方向一方に移動させたときの噛み合わせ面におけるすべり速度は、トラバース方向他方に移動させたときの噛み合わせ面におけるすべり速度よりも小さくなる（｜Ｖ｜＜｜Ｖ’｜）。このようにトラバース方向移動の向きが変わることですべり速度が変化すると、加工状態が安定せず、加工精度が低下する恐れがある。

そこで、本発明では、トラバース方向一方に移動させたときのすべり速度と、トラバース方向他方に移動させたときのすべり速度とが等しくなるように（｜Ｖ｜＝｜Ｖ’｜）、トラバース速度を制御している。具体的には、図５に示すように、加工具２０のトラバース方向一方への移動速度ベクトルＶ_Tの大きさを大きくすることで、すべり速度ベクトルＶの大きさを大きくし、加工具２０をトラバース方向他方にさせたときのすべり速度ベクトルＶ’の大きさと等しくなるようにしている。これにより、加工中のすべり速度が一定となり、加工状態を安定させ、歯車１０の歯面を所望の形状に加工することが可能となる。また、トラバース方向一方への移動時のすべり速度ベクトルＶの大きさが、図４に示す場合と比べて大きくなるため、加工能力が高められ、サイクルタイムの短縮及び歯面の表面精度の向上を図ることができる。

シェービング加工を繰り返すことにより、加工具２０が摩耗し、切れ味が低下してきたら、加工具２０に再研磨（ドレッシング）を施す。これにより、加工具２０の外径が小さくなるため、回転数が同じであると加工具２０の周速が低下する。また、加工具２０の外径が小さくなることで、歯車１０と噛み合わせるために、加工具２０と歯車１０との距離（上下方向間隔）を小さくする必要が生じ、これにより歯車回転軸Ｌ１と工具回転軸Ｌ２との交差角が変化する。このように、加工具２０の小径化による周速の低下、及び交差角の変化を考慮して、再研磨前後の加工具２０と歯車１０との噛み合わせ面におけるすべり速度が等しくなるように、加工具２０の回転数を設定する。具体的には、再研磨した後の加工具２０の外径を測定し、この外径に基づいて再研磨後の加工具２０の周速及び回転軸Ｌ１、Ｌ２の交差角を求め、これらに基づいて再研磨後の加工具２０と歯車１０との噛み合わせ面におけるすべり速度を計算する。そして、再研磨後のすべり速度と再研磨前のすべり速度とが等しくなるように、再研磨後の加工具２０の回転速度を設定する。これにより、再研磨前後ですべり速度が変化せず、加工状態を安定させて、歯車１０の加工精度を高めることができる。

本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、熱処理前の歯車の歯面を加工するシェービング加工に本発明を適用した場合を示したが、これに限らず、熱処理後の歯車の歯面を加工するホーニング加工に本発明を適用することもできる。このホーニング加工で使用されるホーニング加工装置は、例えば図６に示すように、被加工物としての外歯状の歯車３０を、回転軸Ｌ３（以下、歯車回転軸Ｌ３）を中心に回転可能に保持する歯車保持部（図示省略）と、内歯状の加工具４０（ホーニング砥石）を、回転軸Ｌ４（以下、工具回転軸Ｌ４）を中心に回転可能に保持する工具保持部（図示省略）とを有する。歯車３０及び加工具４０は、歯車回転軸Ｌ３及び工具回転軸Ｌ４が交差するように配置される。加工具４０は、回転軸Ｌ３及びＬ４の双方と直交する方向（図６の紙面直交方向）に移動可能とされる。また、歯車３０は加工具４０に対してトラバース可能とされ、本実施形態では、歯車回転軸Ｌ３方向（図６の左右方向、白抜き矢印参照）にトラバース可能とされる。加工具４０の回転数及び紙面直交方向移動や、歯車３０のトラバース方向の移動は、図示しない制御部で制御される。

上記のホーニング加工装置を用いた加工方法は、加工具４０と歯車３０とを噛み合わせながら加工具４０を回転駆動し、加工具４０と歯車３０とを供回りさせて行われる。本実施形態では、まず、歯車３０をトラバースさせずにホーニング加工を行い、所定の切り込み深さに達したら、歯車３０をトラバースさせながらホーニング加工を行う。具体的には、図７に示すように、（０）加工具４０を歯車３０側に移動させて切り込み、所定の切り込み深さに達したら、（１）歯車３０をトラバース方向一方へ移動させ、（２）加工具４０を歯車３０側へ移動させて切り込み、（３）歯車３０をトラバース方向他方へ移動させ、（４）加工具４０を歯車３０側へ移動させて切り込み、その後（１）〜（４）の工程を繰り返して歯車３０の歯面が加工される。

この実施形態でも、上記の実施形態と同様に、歯車３０の加工中における歯車３０と加工具４０との噛み合わせ面におけるすべり速度が一定となるように、加工具４０の歯車３０に対するトラバース速度（本実施形態では、歯車３０のトラバース速度）及び加工具４０の回転数が制御される。また、加工具４０の再研磨の前後におけるすべり速度が一定となるように、加工具４０の回転数が設定される。トラバースさせながらホーニング加工を行う際の具体的な制御方法は、上記の実施形態と同様であるため、重複説明を省略する。一方、トラバースさせずにホーニング加工を行う際の噛み合わせ面のすべり速度は、歯車３０の周速ベクトルＶ₃₀と加工具４０の周速ベクトルＶ₄₀との差ベクトル、すなわち仮すべり速度ベクトルＶ₀（図６参照）の大きさと等しくなるが、トラバースさせながら行うホーニング加工における噛み合わせ面のすべり速度ベクトルＶの大きさは、仮すべり速度ベクトルＶ₀よりも大きくなる（図５参照）。従って、トラバース開始前（上記工程（０））とトラバース開始後（上記工程（１）〜（４））とで噛み合わせ面のすべり速度が一定となるように、加工具４０の回転数を制御する必要があり、具体的には、トラバースを開始すると同時に、加工具４０の回転速度を落とす必要がある。

以上の実施形態では、加工具あるいは歯車のトラバース速度を制御することで、トラバースしながら加工する際の噛み合わせ面のすべり速度の大きさを一定とした場合を示したが、これに限らず、例えば、加工具の回転速度を制御することで、加工中のすべり速度を一定とすることもできる。具体的には、図８に示すように、トラバース方向一方への移動時と、トラバース方向他方への移動時とで、加工具の回転数を切り替え、トラバースの影響を含まない仮すべり速度ベクトルＶ₀の大きさを変えることにより、実際のすべり速度ベクトルＶの大きさを一定とすることができる。例えば、トラバース方向一方への移動時は、加工具の回転数を高くして仮すべり速度ベクトルＶ₀の大きさを大きくすることで、実際の速度ベクトルＶの大きさを大きくする。一方、トラバース方向他方への移動時は、加工具の回転数を相対的に低くして仮すべり速度ベクトルＶ₀’の大きさを相対的に小さくすることで（｜Ｖ₀｜＞｜Ｖ₀’｜）、実際の速度ベクトルＶ’の大きさを上記の速度ベクトルＶと等しくする（｜Ｖ｜＝｜Ｖ’｜）。これにより、トラバース速度ベクトルＶ_T、Ｖ_T’の大きさが等しい場合でも、実際の速度ベクトルの大きさを一定にすることができる。尚、加工具の歯車に対するトラバース速度及び加工具の回転数の双方を制御して、トラバースしながら加工する際の噛み合わせ面のすべり速度を一定としてもよい。

また、以上の実施形態では、歯車のシェービング加工あるいはホーニング加工に本発明を適用したが、これに限られない。例えば、シェービングカッタやホーニング砥石などの加工具２０の再研磨加工に、本発明を適用することもできる。この場合、シェービングカッタやホーニング砥石が被加工物となり、これらと同様の諸元の歯形を有する歯車形状のドレスギヤ（図示省略）が加工具となる。

１０歯車
２０加工具（シェービングカッタ）
３０歯車
４０加工具（ホーニング砥石）
Ｌ１、Ｌ３歯車回転軸
Ｌ２、Ｌ４工具回転軸
Ｖ、Ｖ’ すべり速度ベクトル
Ｖ₀ 仮すべり速度ベクトル
Ｖ₁₀、Ｖ₃₀ 歯車の周速ベクトル
Ｖ₂₀、Ｖ₄₀ 加工具の周速ベクトル
Ｖ_T、Ｖ_T’ トラバース速度ベクトル

Claims

歯車型の加工具と歯車型の被加工物とを回転軸が交差するように配置し、前記加工具及び前記被加工物を噛み合わせて回転させながら、前記加工具を前記被加工物に対してトラバースさせることにより、前記被加工物の歯面を加工する方法において、
前記加工具をトラバース方向一方に移動させるときとトラバース方向他方に移動させるときとで、前記加工具の前記被加工物に対するトラバース速度及び前記加工具の回転数の少なくとも一方を異ならせることにより、前記加工具と前記被加工物との噛み合わせ面における相対的なすべり速度を一定にすることを特徴とする歯車型被加工物の加工方法。