特許第6620393号(P6620393)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6620393
(24)【登録日】2019年11月29日
(45)【発行日】2019年12月18日
(54)【発明の名称】歯車加工方法
(51)【国際特許分類】
   B23F 5/16 20060101AFI20191209BHJP
【FI】
   B23F5/16
【請求項の数】10
【全頁数】13
(21)【出願番号】特願2014-103598(P2014-103598)
(22)【出願日】2014年5月19日
(65)【公開番号】特開2015-217484(P2015-217484A)
(43)【公開日】2015年12月7日
【審査請求日】2017年4月11日
(73)【特許権者】
【識別番号】000001247
【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト
(74)【代理人】
【識別番号】100130188
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 喜一
(74)【代理人】
【識別番号】100089082
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 脩
(74)【代理人】
【識別番号】100190333
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 群司
(72)【発明者】
【氏名】大谷 尚
(72)【発明者】
【氏名】中野 浩之
(72)【発明者】
【氏名】柴田 英紀
【審査官】 久保田 信也
(56)【参考文献】
【文献】 米国特許出願公開第2012/0148360(US,A1)
【文献】 実開昭53−004395(JP,U)
【文献】 特開昭50−038898(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B23F 1/00 − 23/12
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
周方向に複数個の工具刃を有する加工用工具を用いて、被加工物の内周面又は外周面に周方向に複数の歯を有する歯車を加工する歯車加工方法であって、
前記被加工物の回転軸線に対し前記加工用工具の回転軸線を傾斜した状態で、前記加工用工具を前記被加工物と同期回転させながら前記被加工物の回転軸線方向に相対的に送り操作して前記歯車を加工し、
に前記複数個の工具刃の全てが同一形状の場合には、前記被加工物の加工中において、周方向に隣り合う複数個の工具刃が同時に前記被加工物に接触する加工方法であり、
前記被加工物が1回転する際に、前記歯車の前記複数の歯の中で一の歯は、前記複数個の工具刃の中で1つの工具刃のみにより加工され、
前記加工用工具は、前記複数個の工具刃として、
前記歯車の歯の側面及び歯底のうち一部であって少なくとも前記歯車の右側面を仕上げ加工する複数個の右仕上げ加工用工具刃と、
前記右仕上げ加工用工具刃とは異なる工具刃であって、前記歯車の歯の側面及び歯底のうち前記右仕上げ加工用工具刃による加工部位とは異なる部位であって少なくとも前記歯車の左側面を仕上げ加工する複数個の左仕上げ加工用工具刃と、
を備え、
前記被加工物が所定の複数回転する間に、前記歯車の前記複数の歯の中で前記一の歯は、前記複数個の右仕上げ加工用工具刃の中で特定の一の前記右仕上げ加工用工具刃のみにより加工されると共に、前記複数個の左仕上げ加工用工具刃の中で特定の一の前記左仕上げ加工用工具刃のみにより加工され、
前記被加工物が次に所定の複数回転する間に、前記歯車の前記複数の歯の中で前記一の歯は、前記複数個の右仕上げ加工用工具刃の中で前記特定の一の前記右仕上げ加工用工具刃のみにより加工されると共に、前記複数個の左仕上げ加工用工具刃の中で前記特定の一の前記左仕上げ加工用工具刃のみにより加工される、歯車加工方法
【請求項2】
前記加工用工具は、前記複数個の工具刃として、さらに、前記歯車の歯の歯底を加工する歯底加工用工具刃を備え、
前記被加工物が所定の複数回転する間に、前記歯車の前記複数の歯の中で前記一の歯は、前記複数個の右仕上げ加工用工具刃の中で特定の一の前記右仕上げ加工用工具刃のみにより加工され、前記複数個の左仕上げ加工用工具刃の中で特定の一の前記左仕上げ加工用工具刃のみにより加工され、前記複数個の歯底加工用工具刃の中で特定の一の前記歯底加工用工具刃のみにより加工され、
前記被加工物が次に所定の複数回転する間に、前記歯車の前記複数の歯の中で前記一の歯は、前記複数個の右仕上げ加工用工具刃の中で前記特定の一の前記右仕上げ加工用工具刃のみにより加工され、前記複数個の左仕上げ加工用工具刃の中で前記特定の一の前記左仕上げ加工用工具刃のみにより加工され、前記複数個の歯底加工用工具刃の中で前記特定の一の前記歯底加工用工具刃のみにより加工される、請求項1に記載の歯車加工方法
【請求項3】
前記歯底加工用工具刃は、前記歯車の歯の歯底及び周方向の両側面を荒加工する荒加工用工具刃である、請求項2に記載の歯車加工方法
【請求項4】
前記加工用工具は、前記右仕上げ加工用工具刃及び前記左仕上げ加工用工具刃の一方、前記右仕上げ加工用工具刃及び前記左仕上げ加工用工具刃の他方、前記歯底加工用工具刃の順に並ぶ組を前記加工用工具の周方向に複数組備える、請求項2又は3に記載の歯車加工方法
【請求項5】
前記右仕上げ加工用工具刃は、前記右仕上げ加工用工具刃の基準位相から左側面までの距離が、前記右仕上げ加工用工具刃の基準位相から右側面までの距離より小さく、
前記左仕上げ加工用工具刃は、前記左仕上げ加工用工具刃の基準位相から右側面までの距離が、前記左仕上げ加工用工具刃の基準位相から左側面までの距離より小さい、請求項1−4の何れか一項に記載の歯車加工方法
【請求項6】
前記歯底加工用工具刃は、前記右仕上げ加工用工具刃及び前記左仕上げ加工用工具刃の刃高さより刃高さが高く、且つ、前記右仕上げ加工用工具刃及び前記左仕上げ加工用工具刃の刃厚より刃厚が小さい、請求項2−4の何れか一項に記載の歯車加工方法
【請求項7】
前記歯底加工用工具刃は、前記歯車の歯の側面形状に対して、刃先から刃底に近づくにしたがって徐々に広がるクリアランスを有し、
前記右仕上げ加工用工具刃及び前記左仕上げ加工用工具刃は、前記クリアランスに相当する取り代を仕上げ加工する、請求項6に記載の歯車加工方法
【請求項8】
前記加工用工具は、前記複数種類の工具刃をそれぞれ同数備える、請求項1−7の何れか一項に記載の歯車加工方法
【請求項9】
前記加工用工具は、同種類の前記工具刃の周方向間に、他の種類の前記工具刃を有している、請求項1−8の何れか一項に記載の歯車加工方法
【請求項10】
前記右仕上げ加工用工具刃、前記左仕上げ加工用工具刃及び前記歯底加工用工具刃の総刃数は、前記総刃数と前記歯車の全周の歯の数との最大公約数が、1より大きい整数となるように設定される、請求項2−4の何れか一項に記載の歯車加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、加工用工具及び被加工物を高速で同期回転させて切削加工により歯車を加工する歯車加工方法に関する。
【背景技術】
【0002】
マシニングセンタ等の工作機械を用いて切削加工により歯車を加工する場合、内歯及び外歯を加工する有効な手法として、例えば、特許文献1に記載の加工方法がある。この加工方法は、回転軸線回りに回転可能な加工用工具、例えば複数枚の工具刃を有するカッターと、加工用工具の回転軸線に対して所定の角度で傾斜した回転軸線回りに回転可能な被加工物とを高速で同期回転させ、加工用工具を被加工物の回転軸線方向に送って切削加工することにより歯を創成する加工方法である。
【0003】
しかし、この加工方法では、複数枚の工具刃が被加工物に同時に接触するため、切削抵抗が大きくなる傾向にある。よって、切削加工時に自励振動が発生し易く、歯車の歯すじ精度(歯すじのうねり)を悪化させるおそれがある。加工用工具の工具径を小さくすれば工具刃の被加工物に対する接触枚数は少なくなるが、加工用工具の工具剛性が低下するおそれがある。
【0004】
そこで、特許文献2には、加工用工具を被加工物に対し変化する送り速度で歯の表面に沿った送り経路方向に移動する加工方法が記載されている。この加工方法によれば、加工の微細な掻き傷の間隔が歯の表面に沿って不規則になるので、噛み合い雑音、すなわち自励振動を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2012−51049号公報
【特許文献2】特開2005−335061号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述の特許文献2に記載の加工方法では、加工用工具の送り速度を被加工物に対し変化させる必要があるため、送り制御が複雑になり、歯車の歯形形状の高精度化が困難である。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、加工用工具及び被加工物を高速で同期回転させて切削加工により高精度な歯車を加工することができる歯車加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
(請求項1)本発明の歯車加工方法は、周方向に複数個の工具刃を有する加工用工具を用いて、被加工物の内周面又は外周面に周方向に複数の歯を有する歯車を加工する歯車加工方法であって、前記被加工物の回転軸線に対し前記加工用工具の回転軸線を傾斜した状態で、前記加工用工具を前記被加工物と同期回転させながら前記被加工物の回転軸線方向に相対的に送り操作して前記歯車を加工し、仮に前記複数個の工具刃の全てが同一形状の場合には、前記被加工物の加工中において、周方向に隣り合う複数個の工具刃が同時に前記被加工物に接触する加工方法であり、前記被加工物が1回転する際に、前記歯車の前記複数の歯の中で一の歯は、前記複数個の工具刃の中で1つの工具刃のみにより加工され、前記加工用工具は、前記複数個の工具刃として、前記歯車の歯の側面及び歯底のうち一部であって少なくとも前記歯車の右側面を仕上げ加工する複数個の右仕上げ加工用工具刃と、前記右仕上げ加工用工具刃とは異なる工具刃であって、前記歯車の歯の側面及び歯底のうち前記右仕上げ加工用工具刃による加工部位とは異なる部位であって少なくとも前記歯車の左側面を仕上げ加工する複数個の左仕上げ加工用工具刃と、を備え、前記被加工物が所定の複数回転する間に、前記歯車の前記複数の歯の中で前記一の歯は、前記複数個の右仕上げ加工用工具刃の中で特定の一の前記右仕上げ加工用工具刃のみにより加工されると共に、前記複数個の左仕上げ加工用工具刃の中で特定の一の前記左仕上げ加工用工具刃のみにより加工され、前記被加工物が次に所定の複数回転する間に、前記歯車の前記複数の歯の中で前記一の歯は、前記複数個の右仕上げ加工用工具刃の中で前記特定の一の前記右仕上げ加工用工具刃のみにより加工されると共に、前記複数個の左仕上げ加工用工具刃の中で前記特定の一の前記左仕上げ加工用工具刃のみにより加工される。
これにより、右仕上げ加工用工具刃及び左仕上げ加工用工具刃は、歯車の歯の一部を切削することになるので、切削抵抗を低減でき、切削加工時の自励振動の発生を抑え、歯車の歯すじ精度(歯すじのうねり)を向上できる。そして、同一の工具刃が同一の歯みぞを切削加工するので、工具刃の精度ばらつきが、歯車の歯すじ精度(歯すじのうねり)に影響を及ぼさない。
【0009】
(請求項2)前記加工用工具は、前記複数個の工具刃として、さらに、前記歯車の歯の歯底を加工する歯底加工用工具刃を備え、前記被加工物が所定の複数回転する間に、前記歯車の前記複数の歯の中で前記一の歯は、前記複数個の右仕上げ加工用工具刃の中で特定の一の前記右仕上げ加工用工具刃のみにより加工され、前記複数個の左仕上げ加工用工具刃の中で特定の一の前記左仕上げ加工用工具刃のみにより加工され、前記複数個の歯底加工用工具刃の中で特定の一の前記歯底加工用工具刃のみにより加工され、前記被加工物が次に所定の複数回転する間に、前記歯車の前記複数の歯の中で前記一の歯は、前記複数個の右仕上げ加工用工具刃の中で前記特定の一の前記右仕上げ加工用工具刃のみにより加工され、前記複数個の左仕上げ加工用工具刃の中で前記特定の一の前記左仕上げ加工用工具刃のみにより加工され、前記複数個の歯底加工用工具刃の中で前記特定の一の前記歯底加工用工具刃のみにより加工される。歯底加工用工具刃は、歯車の歯の一部を切削することになるので、切削抵抗を低減できる。
【0010】
(請求項3)前記歯底加工用工具刃は、前記歯車の歯の歯底及び周方向の両側面を荒加工する荒加工用工具刃である。
【0012】
(請求項4)前記加工用工具は、前記右仕上げ加工用工具刃及び前記左仕上げ加工用工具刃の一方、前記右仕上げ加工用工具刃及び前記左仕上げ加工用工具刃の他方、前記歯底加工用工具刃の順に並ぶ組を前記加工用工具の周方向に複数組備えるとよい。
これにより、右仕上げ加工用工具刃、左仕上げ加工用工具刃及び荒加工用工具刃は、被加工物を均等に切削加工することが可能となる。
【0013】
(請求項5)前記右仕上げ加工用工具刃は、前記右仕上げ加工用工具刃の基準位相から左側面までの距離が、前記右仕上げ加工用工具刃の基準位相から右側面までの距離より小さく、前記左仕上げ加工用工具刃は、前記左仕上げ加工用工具刃の基準位相から右側面までの距離が、前記左仕上げ加工用工具刃の基準位相から左側面までの距離より小さい。
これにより、1回の送り操作時の右仕上げ加工及び左仕上げ加工は、別々に行われるので、切削抵抗をさらに低減できる。
【0014】
(請求項6)前記歯底加工用工具刃は、前記右仕上げ加工用工具刃及び前記左仕上げ加工用工具刃の刃高さより刃高さが高く、且つ、前記右仕上げ加工用工具刃及び前記左仕上げ加工用工具刃の刃厚より刃厚が小さい。
これにより、切削加工当初は刃高さが高く且つ刃厚の薄い荒加工用工具刃の刃先が、主に被加工物に当たり、その後は荒加工用工具刃が切削加工した箇所に、刃高さが低く且つ刃厚の厚い右仕上げ加工用工具刃の右側面及び左仕上げ加工用工具刃の左側面が、被加工物Wに当たることになるので、切削抵抗を大幅に低減できる。
(請求項7)前記歯底加工用工具刃は、前記歯車の歯の側面形状に対して、刃先から刃底に近づくにしたがって徐々に広がるクリアランスを有し、前記右仕上げ加工用工具刃及び前記左仕上げ加工用工具刃は、前記クリアランスに相当する取り代を仕上げ加工する。
(請求項)前記加工用工具は、前記複数種類の工具刃をそれぞれ同数備えるとよい。
これにより、種類の異なる工具刃は、被加工物をそれぞれ均等に切削加工することが可能となる。
【0015】
(請求項9)前記加工用工具は、同種類の前記工具刃の周方向間に、他の種類の前記工具刃を有している
これにより、歯車加工装置における切削加工時においては、被加工物に同時に接触する加工用工具の工具刃の数を削減できるので、切削抵抗を低減して切削加工時の自励振動の発生を抑え、歯車の歯すじ精度(歯すじのうねり)を向上できる。
(請求項10)前記右仕上げ加工用工具刃、前記左仕上げ加工用工具刃及び前記歯底加工用工具刃の総刃数は、前記総刃数と前記歯車の全周の歯の数との最大公約数が、1より大きい整数となるように設定される。
これにより、同一の工具刃が同一の歯みぞを切削加工することができるので、工具刃の精度ばらつきが、歯車の歯すじ精度(歯すじのうねり)に影響を及ぼさない。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】本発明の実施の形態に係る歯車加工装置の全体構成を示す斜視図である。
図2】本実施形態の歯車加工装置で使用される加工用工具を軸方向から見た概略図である。
図3図2の加工用工具の工具刃の拡大図である。
図4図2の加工用工具の工具刃のピッチを説明するための図である。
図5】本実施形態の歯車加工装置で使用される別形態の加工用工具を軸方向から見た概略図である。
図6】通常使用される加工用工具を軸方向から見た概略図である。
図7図6の加工用工具を軸方向に直角な方向から見たA−A線断面図である。
図8図6の加工用工具の工具刃の被加工物に対する接触位置と被加工物の座標位置との関係を示す図である。
図9図6の加工用工具の工具刃の被加工物に対する切込み量と被加工物の座標位置との関係を示す図である。
図10】歯車の歯形形状の誤差である歯すじ誤差を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
(歯車加工装置の機械構成)
歯車加工装置1の一例として、5軸マシニングセンタを例に挙げ、図1を参照して説明する。つまり、当該歯車加工装置1は駆動軸として、相互に直交する3つの直進軸(X,Y,Z軸)及び2つの回転軸(A軸、C軸)を有する装置である。
【0018】
図1に示すように、歯車加工装置1は、ベッド10と、コラム20と、サドル30と、回転主軸40と、テーブル50と、チルトテーブル60と、ターンテーブル70、制御装置100等とから構成される。なお、図示省略するが、ベッド10と並んで既知の自動工具交換装置が設けられている。
【0019】
ベッド10は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。このベッド10の上面には、コラム20がベッド10に対してX軸方向に移動可能に設けられている。コラム20のX軸に平行な側面(摺動面)20aには、サドル30がコラム20に対してY軸方向に移動可能に設けられている。
【0020】
回転主軸40は、サドル30に対して回転可能に設けられ、加工用工具42を支持している。加工用工具42は、工具ホルダ43に保持されて回転主軸40の先端に固定され、回転主軸40の回転に伴って回転する。また、加工用工具42は、コラム20及びサドル30の移動に伴ってベッド10に対してX軸方向及びY軸方向に移動する。なお、加工用工具42としては、本実施形態では複数の工具刃を有するホブがある。
【0021】
さらに、ベッド10の上面には、テーブル50がベッド10に対してZ軸方向に移動可能に設けられている。テーブル50の上面には、チルトテーブル60を支持するチルトテーブル支持部63が設けられている。そして、チルトテーブル支持部63には、チルトテーブル60が水平方向のA軸回りで回転(揺動)可能に設けられている。チルトテーブル60には、ターンテーブル70がA軸に直角なC軸回りで回転可能に設けられている。ターンテーブル70には、被加工物Wがチャッキングされる。
【0022】
制御装置100は、コラム20、サドル30、回転主軸40、テーブル50、チルトテーブル60、及びターンテーブル70の移動を制御して、被加工物Wと加工用工具42とをX軸方向、Z軸方向、Y軸方向、A軸回り及びC軸回りに相対移動することにより、被加工物Wの切削加工を行う。
【0023】
(加工用工具の工具刃)
上述の歯車加工装置1では、加工用工具42と被加工物Wとを高速で同期回転させ、加工用工具42を被加工物Wの回転軸線方向に送って切削加工することにより歯を創成する。この切削加工時においては、同形状の工具刃421Aが等ピッチで配列された通常使用される加工用工具42Aの工具刃421A(図6,7参照)の被加工物Wに対する接触位置は、図8に示すように、被加工物Wの位置によって工具刃421Aの略全体で接触する場合(図示一点鎖線で囲まれたA部)と工具刃421Aの先端付近で接触する場合(図示二点鎖線で囲まれたB部)に分かれる。
【0024】
そして、加工用工具42Aの工具刃421Aの被加工物Wに対する切込み量は、図9に示すように、工具刃421Aの略全体で接触する場合(図示一点鎖線で囲まれたA部)よりも工具刃421Aの先端付近で接触する場合(図示二点鎖線で囲まれたB部)の方が大きい、すなわち切削抵抗が大きくなる。よって、切削加工時に自励振動が発生し易く、歯車の歯すじ精度(歯すじのうねり)、すなわち図10に示すように、歯車Gの歯gの周方向d1の両側面sr,slにおける軸線方向d2の表面粗さの平均値(歯すじ誤差)は、悪化するおそれがある。
【0025】
また、図7に示すように、加工用工具42Aの工具刃421Aの側面421aは、回転軸線mに対する傾斜角が小さい形状、すなわち切削加工時における被加工物Wとのクリアランスが小さい形状であるため、切削抵抗により工具刃421Aが変形したときは被加工物Wと干渉し易い。よって、歯車の歯すじ精度は、さらに悪化するおそれがある。
【0026】
そこで、本実施形態の歯車加工装置1における切削加工時においては、図2に示すように、歯車Gの歯gの異なる部位をそれぞれ加工する複数種類(本例では、3種類)の工具刃422S,422R,422Lの組を周方向に複数組備えた加工用工具42Tを用いる。これにより、各工具刃422S,422R,422Lは、歯車Gの歯gの一部を切削することになるので、切削抵抗を低減でき、切削加工時の自励振動の発生を抑え、歯車Gの歯すじ精度(歯すじのうねり)を向上できる。また、加工用工具42Tには、各工具刃422S,422R,422Lの刃数が同一数となるように形成されるので、各工具刃422S,422R,422Lは、被加工物をそれぞれ均等に切削加工することが可能となる。
【0027】
具体的には、工具刃422Sは、図10に示す歯車Gの歯gの歯底ge、周方向d1の右側面srおよび左側面slを荒加工する荒加工用工具刃であり、工具刃422Rは、歯車Gの歯gの周方向d1の右側面srを仕上げ加工する右仕上げ加工用工具刃であり、工具刃422Lは、歯車Gの歯gの周方向d1の左側面slを仕上げ加工する左仕上げ加工用工具刃である。なお、上記左右の方向は、加工用工具42T及び歯車Gの各回転中心から見た左右の方向とする。
【0028】
詳しくは、図3に示すように、荒加工用工具刃422Sの刃先SSから刃底SEまでの刃高さhsは、図10に示す歯車Gの歯gの歯先gsから歯底geまでの刃高さ距離hgと同一高さとなるように形成される。さらに、荒加工用工具刃422Sの軸方向から見た刃先SSから刃底SEまでの外縁形状は、以下のように形成される。すなわち、荒加工用工具刃422Sの刃先SSから刃の途中の位置、すなわち歯車Gの頂隙e(歯車Gの歯底円から当該歯車Gと噛み合う歯車の歯先円までの共通中心線上の距離)と同一の距離es分隔てた位置SPまでの部分の外縁形状は、歯車Gの歯gの歯底geから頂隙e分隔てた位置gpまでの部分の外縁形状と同一形状となるように形成される。
【0029】
そして、荒加工用工具刃422Sの上記刃の途中の位置SPから刃底SEまでの部分の外縁形状は、歯車Gの歯gの頂隙e分隔てた位置gpから歯先gsまでの部分の外縁形状に対し、所定のクリアランスCSを有する形状となるように形成される。このクリアランスCSとしては、例えば、刃底SEに近づくにしたがって徐徐に広がるが、最大で仕上げ加工の取り代となるようにする。
【0030】
右仕上げ加工用工具刃422Rの刃先RSから刃底REまでの刃高さhrは、荒加工用工具刃422Sの刃先SSから刃底SEまでの刃高さhsよりも低くなるように、詳細には歯車Gの頂隙eより若干小さい分erだけ低くなるように形成される。さらに、右仕上げ加工用工具刃422Rの軸方向から見た刃先RSから刃底REまでの外縁形状は、以下のように形成される。すなわち、右仕上げ加工用工具刃422Rは、右仕上げ加工用工具刃422Rの基準位相Kから左側面rlまでの距離が、基準位相Kから右側面rrまでの距離より小さくなるように形成される。ここで、工具刃の基準位相Kとは、図10に示す加工中の歯車Gの歯g,g間に位置する工具刃において、当該歯車Gの歯底geの周方向の中心ccを通る径方向の直線xが示す位相をいう。
【0031】
詳細には、右仕上げ加工用工具刃422Rの右側面rrの形状は、歯車Gの歯gの右側面srの形状と同一に形成される。右仕上げ加工用工具刃422Rの左側面rlの形状は、歯車Gの歯gの左側面slから所定のクリアランスCR隔てた形状に形成される。つまり、右仕上げ加工用工具刃422Rの刃厚は、荒加工用工具刃422Sの刃厚より薄くなる。
【0032】
左仕上げ加工用工具刃422Lの刃先LSから刃底LEまでの刃高さhlは、右仕上げ加工用工具刃422Rの刃先RSから刃底REまでの刃高さhrと同一となるように形成される。さらに、左仕上げ加工用工具刃422Lの軸方向から見た刃先LSから刃底LEまでの外縁形状は、以下のように形成される。すなわち、左仕上げ加工用工具刃422Lは、左仕上げ加工用工具刃422Lの基準位相Kから右側面lrまでの距離が、基準位相Kから左側面llまでの距離より小さくなるように形成される。
【0033】
詳細には、左仕上げ加工用工具刃422Lの左側面llの形状は、図10に示す歯車Gの歯gの左側面slの形状と同一に形成される。左仕上げ加工用工具刃422Lの右側面lrの形状は、歯車Gの歯gの右側面srから所定のクリアランスCL隔てた形状に形成される。すなわち、左仕上げ加工用工具刃422Lの刃先LSから刃底LEまでの外縁形状は、右仕上げ加工用工具刃422Rの刃先RSから刃底REまでの外縁形状と同一となるように形成される。
【0034】
この加工用工具42Tによれば、切削加工当初は刃高さが高く且つ刃厚の薄い荒加工用工具刃422Sの刃先SSが主に被加工物Wに当たり、その後は荒加工用工具刃422Sが切削加工した箇所に、刃高さが低く且つ刃厚の厚い右仕上げ加工用工具刃422Rの右側面rr及び左仕上げ加工用工具刃422Lの左側面llが被加工物Wに当たることになる。
【0035】
これにより、本実施形態の加工用工具42Tによる被加工物Wの切削加工時の切削抵抗は、歯車Gの歯gの一部を切削する各工具刃422S,422R,422Lにより通常使用される加工用工具42Aによる被加工物Wの切削加工時の切削抵抗より大幅に小さくなるので、切削加工時の自励振動の発生は抑制され、工具刃422S,422R,422Lの変形は抑制されて被加工物Wとの干渉が防止されるので、歯車の歯すじ精度は大幅に向上する。
【0036】
次に、加工用工具42Tの荒加工用工具刃422S、右仕上げ加工用工具刃422R、左仕上げ加工用工具刃422Lのピッチ(間隔)について説明する。図4に示すように、加工用工具42Tにおいては、同種類の工具刃、すなわち荒加工用工具刃422S、右仕上げ加工用工具刃422R又は左仕上げ加工用工具刃422Lの各ピッチ(間隔)Ps,Pr,Plは、図10に示す歯車Gの歯gのピッチ(間隔)Pの2以上の整数倍となるように作製されている。ここで、ピッチPs,Pr,Pl,Pとは、基準線(基準円)Bt、Bg上での隣合う各工具刃421S,421R,421L間又は歯g間の距離のことである。
【0037】
すなわち、加工用工具42Tは、荒加工用工具刃422S、右仕上げ加工用工具刃422R及び左仕上げ加工用工具刃422Lの組を周方向に複数組備えているので、荒加工用工具刃422S同士間のピッチPr、右仕上げ加工用工具刃422R同士間のピッチPs及び左仕上げ加工用工具刃422L同士間のピッチPlは、歯車Gの歯gのピッチ(間隔)Pの3倍の同一値となっている。そして、加工用工具42Tは、荒加工用工具刃422Sと、右仕上げ加工用工具刃422Rと、左仕上げ加工用工具刃422Lとの間のピッチを全周にわたって等間隔Pとなるように作製されている。これにより、切削加工するときの工具刃421Tの負荷を安定化させることができる。
【0038】
次に、加工用工具42Tの荒加工用工具刃422S、右仕上げ加工用工具刃422R、左仕上げ加工用工具刃422Lの刃数について説明する。ここで、歯車Gの全周の歯gの数Ngは既に設定されているとする。加工用工具42Tにおいては、荒加工用工具刃422S、右仕上げ加工用工具刃422R、及び左仕上げ加工用工具刃422Lの総刃数Nt及び歯車Gの全周の歯gの数Ngの最大公約数が、1より大きい整数となるように総刃数Ntを設定する。例えば、同一の荒加工用工具刃422Sが同一の歯みぞを切削加工することができれば、荒加工用工具刃422Sの精度ばらつきが、歯車Gの歯すじ精度(歯すじのうねり)に影響を及ぼさない。このことは、右仕上げ加工用工具刃422R、及び左仕上げ加工用工具刃422Lも同様である。
【0039】
仮に、最大公約数が1であると、一の歯gを切削加工した一の荒加工用工具刃422Sが再び一の歯gを切削加工するまでの加工用工具42Tの回転数は、加工用工具42Tの総刃数Nt及び歯車Gの全周の歯gの数Ngの積算値(Nt・Ng)となり、非常に大きな値になって歯車Gの歯すじ精度(歯すじのうねり)の向上が困難になる。最大公約数が1より大きい整数にすることで、歯車Gの歯すじのうねりを低減することができる。このことは、右仕上げ加工用工具刃422R、及び左仕上げ加工用工具刃422Lも同様である。
【0040】
さらに、総刃数Nt及び歯gの数Ngの最小公倍数を総刃数Ntで除算した値が、1より大きい整数であって10以下の整数となるように総刃数Ntを設定する。この除算値は、一の歯gを切削加工した一の荒加工用工具刃422Sが再び一の歯gを切削加工するまでの加工用工具42Tの回転数を表している。このことは、右仕上げ加工用工具刃422R、及び左仕上げ加工用工具刃422Lも同様である。
【0041】
よって、除算値が1であると総刃数Ntと歯gの数Ngとが同一となり、内歯加工の場合に成立しなくなるので、除算値を1より大きい整数とすることにより、内歯加工を成立させることが可能となる。また、除算値を10以下の整数とすることにより、歯車Gの歯すじ精度(歯すじのうねり)を向上させることができる。この場合、荒加工用工具刃422S、右仕上げ加工用工具刃422R、及び左仕上げ加工用工具刃422Lの各刃数は、Nt・P/Ps,Nt・P/Pr,Nt・P/Plとなる。
【0042】
具体的には、荒加工用工具刃422S同士間のピッチPr、右仕上げ加工用工具刃422R同士間のピッチPs及び左仕上げ加工用工具刃422L同士間のピッチPlを歯gのピッチPの「3倍」とする場合、切削加工がされない歯gの発生を防止するため歯gの数Ngは「3」で割り切れない値とし、総刃数Ntは「3」で割り切れる値とする必要がある。
【0043】
例えば、歯gの数Ngを「100」に設定し、総刃数Ntを「60」に設定した場合、総刃数「60」及び歯gの数「100」の最小公倍数は「300」となり、この最小公倍数「300」を総刃数「60」で除算した値は「5」となり、1より大きい整数であって10以下の整数となる。この場合、荒加工用工具刃422S、右仕上げ加工用工具刃422R、及び左仕上げ加工用工具刃422Lの各刃数は、「20」となる。
【0044】
また、歯gの数Ngを「100」に設定し、総刃数Ntを「90」に設定した場合、総刃数「90」及び歯gの数「100」の最小公倍数は「900」となり、この最小公倍数「900」を総刃数「90」で除算した値は「10」となり、1より大きい整数であって10以下の整数となる。この場合、荒加工用工具刃422S、右仕上げ加工用工具刃422R、及び左仕上げ加工用工具刃422Lの各刃数は、「30」となる。
【0045】
また、歯gの数Ngを「100」に設定し、総刃数Ntを「120」に設定した場合、総刃数「120」及び歯gの数「100」の最小公倍数は「600」となり、この最小公倍数「600」を総刃数「120」で除算した値は「5」となり、1より大きい整数であって10以下の整数となる。この場合、荒加工用工具刃422S、右仕上げ加工用工具刃422R、及び左仕上げ加工用工具刃422Lの各刃数は、「40」となり、歯車Gの径よりも大きくなるため外歯の歯車Gのみの加工用工具42Tとなる。
【0046】
一方、歯gの数Ngを「100」に設定し、総刃数Ntを「45」に設定した場合、総刃数「45」及び歯gの数「100」の最小公倍数は「900」となり、この最小公倍数「900」を工具刃421Aの数「45」で除算した値は「20」となり、10を超えた整数となるので、総刃数「45」では歯車Gの歯すじ精度(歯すじのうねり)の向上は小さくなる。
【0047】
以上より、総刃数Ntは「60」、「75」、「150」と設定されることになる。総刃数Ntが「60」のときは、加工用工具42Tは、5回転する毎に、一の歯gを切削加工した一の荒加工用工具刃422Sが再び一の歯gを切削加工する。また、総刃数Ntが「75」のときは、加工用工具42Tは、4回転する毎に、一の歯gを切削加工した一の荒加工用工具刃422Sが再び一の歯gを切削加工する。また、総刃数Ntが「150」のときは、加工用工具42Bは、2回転する毎に、一の歯gを切削加工した一の荒加工用工具刃422Sが再び一の歯gを切削加工する。以上のことは、右仕上げ加工用工具刃422R、及び左仕上げ加工用工具刃422Lも同様である。
以上の結果から、次式(1)が成立する。
【0048】
【数1】
ここで、Nt:工具刃421Aの数、Ng:歯gの数、
s:工具刃421BのピッチPb/歯gのピッチP、
t:総刃数Nt及び歯gの数Ngの最小公倍数を総刃数Ntで除算した値
【0049】
そして、加工用工具42Tの剛性を確保するため、工具長L(回転主軸40の先端面から加工用工具42Tの先端面までの距離)を工具径dで除した値(L/d)が「1」程度となるように設定する。なお、工具径dは、一般的なモジュール及び荒加工用工具刃422S、右仕上げ加工用工具刃422R、及び左仕上げ加工用工具刃422Lの総刃数の関係から求めることができる。そして、式(1)に所定の数を代入することで、総刃数Ntを求め、さらに荒加工用工具刃422S、右仕上げ加工用工具刃422R、及び左仕上げ加工用工具刃422Lの各刃数Nt・P/Ps,Nt・P/Pr,Nt・P/Plを求めて最終的な加工用工具42Tを作製する。
【0050】
(加工用工具の工具刃の別形態)
上述の実施形態では、加工用工具42Tは、荒加工用工具刃422S、右仕上げ加工用工具刃422R及び左仕上げ加工用工具刃422Lの組を周方向に複数組備えた構成としたが、右仕上げ加工用工具刃422R及び左仕上げ加工用工具刃422Lの組を周方向に複数組備えた構成、又は荒加工用工具刃422Sおよび左右兼用の仕上げ加工用工具刃の組を周方向に複数組備えた構成としてもよい。さらに、これらの工具刃とともに他の種類の工具刃を備えた構成としてもよい。
【0051】
また、加工用工具42Tは、荒加工用工具刃422Sと、右仕上げ加工用工具刃422Rと、左仕上げ加工用工具刃422Lとを一定のピッチPで形成する構成としたが、例えば、図5に示すように、荒加工用工具刃422Sと、右仕上げ加工用工具刃422Rと、左仕上げ加工用工具刃422Lとを一定のピッチ3Pで形成する構成、すなわち刃飛ばしで形成(工具刃の無い部分を形成)する構成としてもよい。
【0052】
これにより、切削加工時に被加工物Wに同時に接触する荒加工用工具刃422S、右仕上げ加工用工具刃422R又は左仕上げ加工用工具刃422Lの数を削減できるので、切削抵抗をさらに低減して切削加工時の自励振動の発生を抑え、歯車Gの歯すじ精度(歯すじのうねり)をさらに向上させることができる。
また、加工用工具42Tは、荒加工用工具刃422Sと、右仕上げ加工用工具刃422Rと、左仕上げ加工用工具刃422Lとを各1個ずつ並べて配列する構成としたが、各工具刃421S,421R,421Lをそれぞれ複数個ずつ並べて配列する構成としてもよい。
【0053】
(その他)
なお、上述した実施形態では、5軸マシニングセンタである歯車加工装置1は、被加工物WをA軸旋回可能とするものとした。これに対して、5軸マシニングセンタは、縦形マシニングセンタとして、工具42をA軸旋回可能とする構成としてもよい。また、本発明をマシニングセンタに適用する場合を説明したが、歯車加工の専用機に対しても同様に適用可能である。また、外歯歯車の加工について説明したが、内歯歯車の加工に対しても同様に適用可能である。
【符号の説明】
【0054】
1:歯車加工装置、 42,42A,42T:加工用工具、 421A,422S,422R、422L:工具刃、 G:歯車、 g:歯、 P,Pa,Ps,Pr,Pl:ピッチ、 Nt:総刃数、 Ng:歯数 W:被加工物
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