JP7430824B2

JP7430824B2 - ギヤスカイビング加工法

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Publication number: JP7430824B2
Application number: JP2022572856A
Authority: JP
Inventors: 教夫城越
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2024-02-13
Anticipated expiration: 2040-12-28
Also published as: EP4269010A1; JPWO2022145013A1; WO2022145013A1; KR20230073323A; CN116490312A; US20230330763A1; TW202224818A

Description

本発明は、円筒形状のワーク（被削歯車）の外周面および内周面のうちの一方の被削面に、スカイビングカッタ（歯車型工具）を用いて歯切り加工を行うギヤスカイビング加工法に関する。

内歯車、外歯車の歯切り加工法としてギヤスカイビング加工法が知られている。ギヤスカイビング加工は、ワーク（被削歯車）の回転軸と工具回転軸に、軸角を与えた状態で、双方を歯数比に応じた回転比で回転させながら、工具をワークの軸方向に送ることで加工する。

図４（ａ）は、ギヤスカイビング加工におけるスカイビングカッタによる内歯車用のワークの加工状態の一例を示す説明図である。スカイビング加工では、スカイビングカッタ１は、その回転軸１ａが、ワーク３（被削内歯車）の回転軸３ａと所定の交差角（軸交差角）となるように、配置される。スカイビングカッタ１は、ワーク３の被削面３１（円形内周面）における円周方向の所定の加工位置に位置決めされる。ワーク３およびスカイビングカッタ１を同一方向に同期回転させる。この状態で、スカイビングカッタ１を、ワーク３の被削面３１に沿って、ワークの回転軸３ａの方向に送る。これにより、スカイビングカッタ１の切削刃１ｂによりワーク３の被削面３１に内歯３２が形成される。公知のように、創成される歯形に応じて、スカイビングカッタ１の切刃の形状、ねじれ角、スカイビングカッタ１とワーク３との間の軸交差角、スカイビングカッタ１およびワーク３のそれぞれの回転速度、スカイビングカッタ１の送り速度、切込み量等の加工条件が適切に設定される。

なお、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すスカイビングカッタ１およびワーク３を単純化して示す模式図である。以下に説明する各図（図１～図３）においても、同様に、スカイビングカッタおよびワークを単純化して示してある。

ここで、特許文献１に記載のスカイビング加工法では、同一のスカイビングツールを用いて、ワークピースに対して、歯切り加工を２回行い、創成される右歯面と左歯面の仕上げ加工を別工程で行うようにしている。特許文献２に記載の歯車加工法においては、スカイビングカッタを、被削材の軸方向および周方向に沿って移動させながら歯切り加工を行い、歯筋方向に歯面形状が変化する歯形、歯筋方向に歯丈が変化する歯形を創成できるようにしている。

特開２０１３－６３５０６号公報特開２０２０－１９０９６号公報

ギヤスカイビング加工では、スカイビングカッタで左歯面と右歯面とが同時に切削される場合には、左右の歯面が異なる形状の歯車の歯切り加工ができない。切削される左右の歯面において、すくい角が鋭角となる歯面に比べて、すくい角がマイナス（鈍角）となる反対側の歯面の加工精度が悪い。

本発明の目的は、このような点に鑑みて、歯すじ方向に沿って変化する歯形、左右の歯面が異なる歯形などを備えた歯車の歯切り加工を効率良く行うことのできるギヤスカイビング加工法を提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、円筒形状のワークの外周面および内周面のうちの一方の被削面に歯切り加工を行うギヤスカイビング加工法において、
前記ワークの前記被削面における円周方向の第１加工位置に、所定の切込み量となるように、第１スカイビングカッタを位置決めし、
前記被削面における前記第１加工位置から前記円周方向に所定の角度だけ離れた第２加工位置に、所定の切込み量となるように、第２スカイビングカッタを位置決めし、
前記ワークに対して第１スカイビングカッタを第１軸交差角となるように配置し、前記ワークに対して第２スカイビングカッタを第２軸交差角となるように配置し、
前記ワーク、前記第１、第２スカイビングカッタを同期回転させながら、前記第１、第２スカイビングカッタを前記ワークの回転軸の方向に同時に送って前記被削面の歯切り加工を行い、
前記歯切り加工においては、前記第１スカイビングカッタによって、前記被削面に創成される歯の左歯面および右歯面のうちの一方の歯面の切削を行い、前記第２スカイビングカッタによって、前記左歯面および右歯面のうちの他方の歯面の切削を行うことを特徴としている。

本発明の方法では、２台のスカイビングカッタを用いてワークの歯切り加工を行う。歯切り加工を１工程で行う場合には、創成される歯の左右の歯面の一方を第１スカイビングカッタにより加工し、他方を第２スカイビングカッタにより加工する。１工程からなる歯切り加工により、左右の歯面が非対称な歯形の歯を、効率よく切削加工できる。

また、歯切り加工を２工程で行うこともできる。この場合には、例えば、ワークの被削面に創成される歯の両側の歯面のうちの一方の歯面に対して第１スカイビングカッタの切刃が鋭角のすくい角となるように、加工条件を設定して、当該一方の歯面を切削する。次の工程では、他方の歯面に対して第２スカイビングカッタの切刃が鋭角のすくい角となるように、加工条件を設定して、当該他方の歯面を切削する。これにより、双方の歯面を精度良く切削できる。

なお、ワークと第１、第２スカイビングカッタとの間の軸交差角を相互に異なる角度に設定することで、左右の歯面を異なる歯形に加工できる。ワークと第１、第２スカイビングカッタとの間の軸交差角を加工途中で変えることで、歯筋方向の途中から圧力角を変えることができる。これにより、歯筋方向に沿って圧力角が変化する左右対称な歯面、あるいは左右非対称な歯面を備えた三次元歯形が得られる。また、第１、第２スカイビングカッタのラジアル方向の送り量を変えることで、歯筋方向に沿って歯丈が変化するテーパ歯形（三次元歯形）が得られる。

（ａ）は、内歯車用のワークの粗加工工程における第１、第２スカイビングカッタによるワークの加工状態の一例を示す説明図であり、（ｂ）は軸交差角、回転方向および左歯面、右歯面を示す説明図であり、（ｃ）は第１スカイビングカッタの中心を通るワークの直径線に沿った方向から見た場合の被削面に対する第１スカイビングカッタの配置関係を示す説明図であり、（ｄ）は第２スカイビングカッタの中心を通るワークの直径線に沿った方向から見た場合の被削面に対する第２スカイビングカッタの配置関係を示す説明図である。（ａ）は仕上げ加工工程における第１、第２スカイビングカッタによるワークの加工状態の一例を示す説明図であり、（ｂ）はワークの被削面に形成される内歯の右歯面、左歯面を示す説明図である。（ａ）は、内歯車用のワークの粗加工工程における第１、第２スカイビングカッタによるワークの加工状態の一例を示す説明図であり、（ｂ）は主要な加工条件および右歯面、左歯面を示す説明図であり、（ｃ）は第１スカイビングカッタの中心を通るワークの直径線に沿った方向から見た場合の被削面に対する第１スカイビングカッタの配置関係を示す説明図であり、（ｄ）は第２スカイビングカッタの中心を通るワークの直径線に沿った方向から見た場合の被削面に対する第２スカイビングカッタの配置関係を示す説明図である。（ａ）はスカイビングカッタによる内歯車用のワークの加工状態の一例を示す説明図であり、（ｂ）は、スカイビングカッタおよびワークを単純化して示す説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明のギヤスカイビング加工方法を用いた歯切り加工の実施の形態を説明する。以下の例は、本発明のギヤスカイビング加工法を用いた内歯車の加工法である。

内歯車用のワークは、例えば、素材鍛造工程および旋削工程を経て得られる。ワークは、粗加工工程（第１歯切り工程）を経て、その被削面である円形内周面に内歯（歯溝）が加工される。次に、ワークは、熱処理等の工程を経た後に、仕上げ工程（第２歯切り工程）において、内歯の左歯面、右歯面に仕上げ加工が施される。粗加工工程および仕上げ工程に、本発明のギヤスカイビング加工が用いられる。

図１（ａ）～（ｄ）を参照して粗加工工程を説明する。粗加工工程では、ワーク３の被削面３１における円周方向の第１加工位置Ｐ１（１）に、第１スカイビングカッタ１０が位置決めされる。また、被削面３１における第１加工位置Ｐ１（１）から円周方向に１８０°の角度だけ離れた第２加工位置Ｐ２（１）に、第２スカイビングカッタ２０が位置決めされる。すなわち、第１、第２スカイビングカッタ１０、２０は、ワーク３の回転軸３ａを挟み対向する対向位置に配置されている。

例えば、第１、第２スカイビングカッタ１０、２０として、同一構成のカッタが用いられる。また、ワーク３の回転軸３ａに対して、第１、第２スカイビングカッタ１０、２０の回転軸１０ａ、２０ａを、同一方向に同一角度だけ傾斜させる。すなわち、第１スカイビングカッタ１０とワーク３との間の軸交差角（第１軸交差角）をθとすると、第２スカイビングカッタ２０とワーク３との間の軸交差角（第２軸交差角）もθである。ワーク３、第１、第２スカイビングカッタ１０、２０の回転方向を、時計回りとする。

この場合、第１スカイビングカッタ１０では、鋭角のすくい角でワーク３の被削面３１に当たる切れ刃の刃先部分によって、主として、内歯３２の右歯面３２Ｒが形成される部分が切削される。これに対して、第２スカイビングカッタ２０では、鈍角のすくい角で被削面３１に当たる切れ刃の刃先部分によって、主として、内歯３２の左歯面３２Ｌが形成される部分が切削される。

第１、第２スカイビングカッタ１０、２０は、ワーク円周方向においては、直径線Ｌ上の第１、第２加工位置Ｐ１（１）、Ｐ２（２）に対して、被削面３１から回転軸３ａに沿った方向に外れた位置にある。第１、第２スカイビングカッタ１０、２０を、ワーク３の回転方向と同一方向に、同期回転させる。所定の切込み量となるように第１、第２スカイビングカッタ１０、２０をワーク直径方向に位置決めする。この状態で、ワーク３の被削面３１に対して、ワーク３の回転軸３ａに沿った方向に所定の速度で送りながら、被削面３１を切削して内歯３２の歯溝を創成する。第１スカイビングカッタ１０によって、主として、内歯３２の右歯面３２Ｒとなる部分が切削され、第２スカイビングカッタ２０によって、主として、内歯３２の左歯面３２Ｌとなる部分が切削される。

次に、図２（ａ）、（ｂ）を参照して、第２歯切り工程である歯面の仕上げ工程を説明する。歯面の仕上げ工程においては、粗加工工程により被削面３１に創成された各内歯３２の右歯面３２Ｒに、主として、第１スカイビングカッタ１０を用いて仕上げ加工が施される。同時に、他方の左歯面３２Ｌに、主として、第２スカイビングカッタ２０を用いて仕上げ加工が施される。

仕上げ加工においても、第１スカイビングカッタ１０とワーク３との間の軸交差角はθに設定され、第２スカイビングカッタ２０とワークとの間の軸交差角も同一のθに設定される。また、図２（ａ）に示すように、仕上げ加工においては、第１スカイビングカッタ１０の加工位置を、第１歯切り工程における直径線Ｌ上の第１加工位置Ｐ１（１）から右時計回りに微小角度δだけ移動させた第１加工位置Ｐ１（２）に変更する。第２スカイビングカッタ２０の加工位置を、第１歯切り工程における直径線Ｌの第２加工位置Ｐ２（１）から円周方向における反時計回りに同一の角度δだけ移動させた第２加工位置Ｐ２（２）に変更する。移動量（角度）は微小であるが、図においては誇張して示してある。

この状態で、ワーク３、第１、第２スカイビングカッタ１０、２０を同期回転させ、第１、第２スカイビングカッタ１０、２０を、ワーク３の回転軸３ａの方向に送りながら左右の歯面３２Ｒ、３２Ｌに仕上げ加工を施す。図２（ｂ）は、ワーク３の被削面３１に形成された内歯３２を拡大して示す説明図である。内歯３２の右歯面３２Ｒの仕上げ加工は、主として第１スカイビングカッタ１０によって施される。反対側の左歯面３２Ｌの仕上げ加工は、主として第２スカイビングカッタ２０によって施される。

本例のギヤスカイビング加工方法では、第１、第２スカイビングカッタ１０、２０の送り速度、切込み量等を独立して制御できる。このため、左右の歯面が非対称な歯形の内歯を加工できる。例えば、第１、第２歯切り加工において、第１、第２スカイビングカッタ１０、２０の軸交差角を、加工途中において変化させることで、歯筋方向の途中から左右の歯面の圧力角を変えることができる。これにより、歯筋方向に沿って左右の歯面の圧力角が対称な状態で変化する三次元歯形を加工できる。また、歯筋方向に沿って左右の歯面の圧力角が非対称な状態で変化する三次元歯形を加工できる。さらに、第１、第２スカイビングカッタ１０、２０のラジアル方向の送り量（切込み量）を変えることで、左右の歯面が異なる歯形の歯車を加工できる。

また、本例の方法によれば、２台の第１、第２スカイビングカッタ１０、２０を用いているので、単一のカッタを用いる場合に比べて、加工時間を短縮できる。また、各カッタ１０、２０の切れ刃の刃先摩耗を抑制でき、カッタ１０、２０の寿命を延ばすことができる。

（改変例）
上記の例では、粗加工工程および仕上げ工程のそれぞれにおいて、第１、第２スカイビングカッタ１０、２０により、ワーク３の被削面３１に同時加工を施している。各工程を、第１スカイビングカッタ１０による加工と、第２スカイビングカッタ２０による加工との２工程とすることもできる。

図３は、２工程の場合の内歯車の歯切り加工を示す説明図である。図３（ａ）に示すように、粗加工工程では、ワーク３の被削面３１における円周方向の第１加工位置Ｐ１（１）に、第１スカイビングカッタ１０が位置決めされる。また、被削面３１における第１加工位置Ｐ１（１）から円周方向に１８０°の角度だけ離れた第２加工位置Ｐ２（１）に、第２スカイビングカッタ２０が位置決めされる。すなわち、第１、第２スカイビングカッタ１０、２０は、ワーク３の回転軸３ａを挟み対向する対向位置に配置されている。

本例では、図３（ｂ）に示すように、第１、第２スカイビングカッタ１０、２０として、ねじれ角が逆のカッタが用いられる。また、第１スカイビングカッタ１０とワーク３との間の軸交差角（第１軸交差角）を＋θとすると、第２スカイビングカッタ２０とワーク３との間の軸交差角（第２軸交差角）は、－θである。すなわち、図３（ｃ）に示すように、ワーク３の回転軸３ａと第１スカイビングカッタ１０の回転軸１０ａとの間の軸交差角は、ワーク３の回転軸３ａを中心とする時計回りの方向を正とした場合に、＋θである。図３（ｄ）に示すように、ワーク３の回転軸３ａと第２スカイビングカッタ２０の回転軸２０ａとの間の軸交差角は－θである。また、第１工程では、ワーク３、第１、第２スカイビングカッタ１０、２０の回転方向は、時計回りである。第２工程では、ワーク３、第１、第２スカイビングカッタ１０、２０の回転方向は、反時計回りである。

この場合、第１工程では、時計回りに回転する第１スカイビングカッタ１０における、鋭角のすくい角でワーク３の被削面３１に当たる切れ刃の刃先部分によって、主として、内歯３２の右歯面３２Ｒが形成される部分が切削される。これに対して、時計回りに回転する第２スカイビングカッタ２０においては、第１スカイビングカッタ１０によって切削された部分の表面に沿って切れ刃の刃先が移動し、被削面３１の切削は行われない。

次の第２工程では、反時計回りに回転する第２スカイビングカッタ２０における、鋭角のすくい角でワーク３の被削面３１に当たる切れ刃の刃先部分によって、主として、内歯３２の左歯面３２Ｌが形成される部分が切削される。これに対して、反時計回りに回転する第１スカイビングカッタ１０においては、第２スカイビングカッタ２０によって切削された部分の表面に沿って切れ刃の刃先が移動し、被削面３１の切削は行われない。

歯切り加工においては、第１、第２スカイビングカッタ１０、２０を、ワーク円周方向においては、直径線Ｌ上の第１、第２加工位置Ｐ１（１）、Ｐ２（２）に対して、被削面３１から回転軸３ａに沿った方向に外れた位置に、それぞれ位置させる。

第１工程では、ワーク３、第１、第２スカイビングカッタ１０、２０を、時計回りに同期回転させ、所定の切込み量となるように第１、第２スカイビングカッタ１０、２０をワーク直径方向に位置決めする。この状態で、ワーク３の被削面３１に対して、ワーク３の回転軸３ａに沿った方向に所定の速度で送りながら、被削面３１を切削して内歯３２の歯溝を創成する。第１スカイビングカッタ１０によって、主として、内歯３２の右歯面３２Ｒが形成される部分が切削される。第２スカイビングカッタ２０は実質的に切削には関与しない。

第２工程では、ワーク３、第１、第２スカイビングカッタ１０、２０を、反計回りに同期回転させ、所定の切込み量となるように第１、第２スカイビングカッタ１０、２０をワーク直径方向に位置決めする。この状態で、ワーク３の被削面３１に対して、ワーク３の回転軸３ａに沿った方向に所定の速度で送りながら、被削面３１を切削して内歯３２の歯溝を創成する。第２スカイビングカッタ２０によって、主として、内歯３２の左歯面３２Ｌが形成される部分が切削される。第１スカイビングカッタ１０は実質的に切削には関与しない。

次に、第２歯切り工程である歯面の仕上げ工程においても、上記の粗加工工程と同様に加工条件が設定され、第１工程および第２工程が行われる。第１工程では、第１歯切り工程により被削面３１に創成された各内歯３２の右歯面３２Ｒに、主として、第１スカイビングカッタ１０により仕上げ加工が施される。第２工程では、他方の左歯面３２Ｌに、主として、第２スカイビングカッタ２０により仕上げ加工が施される。

本例のギヤスカイビング加工方法では、第１スカイビングカッタ１０の切れ刃の刃先は、右歯面３２Ｒに対してすくい角が鋭角の状態で当たり、第２スカイビングカッタ２０は、左歯面３２Ｌに対して、すくい角が鋭角の状態で当たる。したがって、左右の歯面を精度良く加工できる。

また、第１、第２スカイビングカッタ１０、２０の送り速度、切込み量等を独立して制御できるので、図１、図２に示す場合と同様に、左右の歯面が異なる歯形の内歯を加工できる。また、２台の第１、第２スカイビングカッタ１０、２０を用いているので、単一のカッタを用いる場合に比べて、各切れ刃の刃先摩耗を抑制できる。

（その他の実施の形態）
上記の例は、内歯車の歯切り加工に関するものであるが、本発明は、外歯車の歯切り加工にも同様に適用できることは勿論である。

Claims

（削除）
（削除）
円筒形状のワークの外周面および内周面のうちの一方の面である被削面に、歯切り加工を行うギヤスカイビング加工方法において、
前記ワークの前記被削面における円周方向の第１加工位置に、所定の切込み量となるように、第１スカイビングカッタを位置決めし、
前記被削面における前記第１加工位置から前記円周方向に１８０°離れた第２加工位置に、所定の切込み量となるように、第２スカイビングカッタを位置決めし、
前記ワークに対して第１スカイビングカッタを第１軸交差角となるように配置し、前記ワークに対して第２スカイビングカッタを第２軸交差角となるように配置し、
前記ワーク、前記第１、第２スカイビングカッタを同期回転させながら、前記第１、第２スカイビングカッタを前記ワークの回転軸に沿った方向に同時に送って、前記第１、第２スカイビングカッタの一方あるいは双方により、前記被削面の歯切り加工を行い、
前記第１スカイビングカッタと前記第２スカイビングカッタは、ねじれ角が逆のカッタであり、
前記第１軸交差角と前記第２軸交差角は、ワーク回転軸に対して、相互に、逆方向に同一量だけ傾斜した角度であり、
前記被削面の歯切り加工は、第１工程および第２工程の２工程を含み、
前記第１工程では、前記ワーク、前記第１、第２スカイビングカッタを、それぞれの回転軸回りに、第１方向に、同期回転させながら、前記第１、第２スカイビングカッタをワーク中心軸線に沿った方向に同時に送って、前記第１スカイビングカッタにより、前記被削面に創成される歯の左歯面および右歯面のうちの一方の歯面となる部分を切削し、前記第２スカイビングカッタは前記被削面の切削に関与しない状態とし、
前記第２工程では、前記ワーク、前記第１、第２スカイビングカッタを、それぞれの回転軸回りに、前記第１方向とは逆の第２方向に、同期回転させながら、前記第１、第２スカイビングカッタをワーク中心軸線に沿った方向に同時に送って、前記第２スカイビングカッタにより、前記被削面に創成される歯の左歯面および右歯面のうちの他方の歯面となる部分を切削し、前記第１スカイビングカッタは前記被削面の切削に関与しない状態とするギヤスカイビング加工法。