JP2017177262A - シェービングカッタ研削盤 - Google Patents

Abstract

【課題】シェービングカッタの歯の撓みを考慮して、好適なシェービング加工を行う。【解決手段】シェービングカッタ研削盤４は、シェービングカッタ２に刃付けを施す砥石２４と、シェービング盤３におけるシェービングカッタ２の回転数及び送りの加工条件に基づいて、シェービングカッタ２に加えられる負荷を算出する演算装置５とを備える。演算装置５は、この負荷に基づいて、シェービングカッタ２の歯の撓みを算出するとともに、この撓みに基づいて、シェービングカッタ２に対する砥石２４の刃付け条件を補正する。【選択図】図１

Description

本発明は、シェービングカッタの刃付けを行うシェービングカッタ研削盤に関する。

近年、自動車には高出力でありながらも静粛性及び耐久性といった性能が要求されており、動力伝達（例えば変速機）に用いられる歯車には、動力を確実に伝達すると共に騒音を発生しないように一層高精度な歯面が求められる。

通常、歯車の製造工程としては、ホブ盤による粗切削加工、面取り加工、シェービング盤による歯面の成形、熱処理による浸炭及び焼入れを経て、場合によっては精度を向上させるための歯車研削やギアホーニング加工が行われる。

ここで、シェービング盤は、粗切削加工において被加工歯車の各歯の歯面に生成された切削目（ツールマーク）を除去すると共に、この歯面に仕上げ加工を施すために使用される。シェービング盤におけるシェービングカッタは、被加工歯車と噛み合うことで、その歯面を微細に切削する。このため、シェービングカッタは、シェービング加工を施す被加工歯車の狙い形状に対応した形状に構成される。

シェービングカッタは、多数の被加工歯車の歯面を加工することで、その歯（刃）が摩耗することから、シェービングカッタ研削盤によって、この歯を再生するための刃付けが施される。シェービングカッタ研削盤としては、砥石でシェービングカッタを研削することによりシェービングカッタに刃付けをする一方、ドレス装置により砥石の砥石面をドレッシングすることで、砥石の砥石面形状を形成するものがある。

砥石でシェービングカッタを研削することで、このシェービングカッタに刃付けをすると、この刃付けの度にシェービングカッタの外径及び歯厚が減少する。したがって、シェービングカッタの外径及び歯厚の減少に応じて、シェービングカッタ研削盤のドレッサによるドレッシングを調整する必要がある。

そのための技術として、例えば特許文献１には、シェービングカッタ研削盤の歯形管理システムが開示されている。この歯形管理システムでは、パソコンに入力された被加工歯車の目標歯形形状データと、シェービング加工後の被加工歯車を歯車測定機により測定して得た測定歯形形状データとの偏差（歯形形状誤差データ）を求める。

この歯形管理システムは、目標歯形形状データと、この歯形形状誤差データと、所定の補正係数とを基に、被加工歯車の狙い歯形形状データを求める。さらに、歯形管理システムは、被加工歯車の狙い歯形形状データをシェービングカッタ歯形形状データに変換演算し、このシェービングカッタ歯形形状データに基づいて、ドレス装置によるドレッシングをシェービングカッタに施す。

このようにしてシェービングカッタを構成することにより、歯形管理システムは、刃付けによってシェービングカッタの外径及び歯厚が減少したとしても、被加工歯車に対してシェービング加工を行った場合に、その歯形形状を目標の形状に構成できる。

特開２０１１−１４８０２２号公報

上記のように、シェービングカッタは、刃付けが行われる度にその歯厚が減少することから、刃付けの回数が増加する程、被削歯車との噛み合い時にその歯が撓み易くなる。シェービングカッタにおける歯の撓みは、その歯面精度に影響を与え、被削歯車を精度良く目標の形状に仕上げることの妨げとなる。しかしながら、従来の歯形管理システムでは、シェービングカッタの歯を剛体として捉え、その撓みによる影響への対策がなされていない。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、シェービングカッタの歯の撓みを考慮して、好適なシェービング加工を行うことが可能なシェービングカッタ研削盤を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するためのものであり、シェービング盤のシェービングカッタに対して刃付けを行うシェービングカッタ研削盤であって、前記シェービングカッタに刃付けを行う砥石と、前記砥石にドレッシングを施すドレス装置と、前記シェービング盤における前記シェービングカッタの回転数及び送りの条件に基づいて、前記シェービングカッタに加えられる負荷を算出する演算装置を備え、前記演算装置は、前記負荷に基づいて、前記シェービングカッタの歯の撓みを算出するとともに、前記撓みに基づいて、前記シェービングカッタに対する前記砥石の刃付け条件を補正するように構成されることを特徴とする。

かかる構成によれば、シェービング盤における加工条件のうち、シェービングカッタの回転数及び送りに基づいてシェービングカッタの歯に加えられる負荷を演算装置により算出し、さらに、この負荷からシェービングカッタの歯の撓みを演算装置により求める。この歯の撓みは、例えば有限要素法による構造解析によって算出され得る。本発明では、演算装置が、この撓みに基づいてシェービングカッタに対する砥石の刃付け条件を補正することにより、シェービングカッタに対して高精度な刃付けを行うことが可能になる。

本発明によれば、シェービングカッタの歯の撓みを考慮して、好適なシェービング加工を行うことが可能になる。

歯車加工システムに係る概略構成図である。 シェービング盤の概略斜視図である。 シェービングカッタ研削盤の概略側面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。図１乃至図３は、本発明に係るシェービングカッタ研削盤を含む歯車加工システムの一実施形態を示す。

図１に示すように、歯車加工システム１は、シェービングカッタ２を有するシェービング盤３と、シェービングカッタ２に刃付けを施すシェービングカッタ研削盤４と、所定の演算処理を実行する演算装置５と、被加工歯車Ｗにおける歯形形状を測定する歯車測定機６とを主に備える。

シェービング盤３は、ホブ盤等による歯切り加工（粗切削加工）において被加工歯車Ｗの各歯の歯面に生成された切削目（ツールマーク）を除去するとともに、この歯面に仕上げ加工を施すためのものである。図２に示すように、シェービング盤３は、基台７と、基台７に取り付けられたテーブル８と、基台７に立設されたコラム９を介して取り付けられたヘッド部１０とを具備する。

テーブル８は、基台７に対し水平方向に移動可能に取り付けられている。このテーブル８上には、被加工歯車Ｗを回転可能に支持する支持装置１１が配設されている。ヘッド部１０は、コラム９に対して昇降可能に取り付けられたヘッド昇降部１２と、ヘッド昇降部１２の下方に一体に設けられたヘッド本体１３とで主に構成されている。ヘッド本体１３の一側方にはシェービングカッタ２を装着可能とする装着部１４が設けられ、ヘッド本体１３の他側方には装着部１４に装着したシェービングカッタ２を回転駆動させるモータ１５が設けられている。

また、ヘッド本体１３はヘッド昇降部１２に対して鉛直軸回りに回動可能に構成されており、装着部１４にシェービングカッタ２を装着した状態では、シェービングカッタ２の回転軸１６と、支持装置１１に回転可能に支持される被加工歯車Ｗの支持軸１７との交差角を任意に設定できるようになっている。

シェービング盤３は、シェービングカッタ２の回転軸１６と、被加工歯車Ｗの支持軸１７とを所定の交差角で交差させ、シェービングカッタ２を被加工歯車Ｗに押し込んで連れ回りを生じさせることで、シェービングカッタ２の歯と被加工歯車Ｗの歯面との間に相対滑りを生じさせる。そして、この相対滑りによりシェービングカッタ２の歯先に設けた複数のセレーション（図示せず）が被加工歯車Ｗの歯面に存在する微小な凹凸を削り取ることで、被加工歯車Ｗに対する仕上げ加工が行われる。

なお、シェービング盤３は、演算装置５に接続されており、シェービングカッタ２の回転数や送りといった加工条件に係るデータを演算装置５に送信できる。

図１及び図３に示すように、シェービングカッタ研削盤４は、下部に基台１８を備え、基台１８の前上部にテーブル１９、そして基台１８の後上部にコラム２０を設け、このコラム２０の前部に砥石ユニット２１を備えてなる。基台１８は、テーブル１９を水平方向に移動可能に支持する。テーブル１９上には、被加工歯車Ｗを回転可能に支持する支持装置２２が設けられている。コラム２０の背面には、砥石ユニット２１等の制御を実行する制御装置２３が設けられている。

砥石ユニット２１は、昇降自在となるようにコラム２０に支持されている。この砥石ユニット２１は、シェービングカッタ２に刃付けを施すための砥石２４と、この砥石２４にドレッシングを施すドレス装置２５とを含む。

砥石２４は、円盤状に構成されるとともに、駆動軸及びモータ（図示せず）により回転可能に構成される。砥石２４は、回転しながらシェービングカッタ２のセレーションに接触することにより、その刃付けを行う。ドレス装置２５は、例えばダイヤモンドツールからなるドレッサ（図示せず）を有し、制御装置２３による駆動制御によって、ドレッサを砥石２４に接触させて所定の形状になるようにドレッシングを行う。

制御装置２３は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、モニタ、入力インタフェース等の各種ハードウェアを実装するＮＣ装置により構成されるが、これに限定されるものではない。図１に示すように、制御装置２３は、所定の制御を実行する制御部２６と、各種プログラム及びデータを保存する記憶部２７と、データを入力することが可能な入力部
２８と、各種のデータを表示する表示部２９とを備える。これらの各要素はバスにより相互に接続され得る。

制御部２６は、例えばＣＰＵにより構成されており、砥石２４の駆動制御を実行する砥石制御部３０と、ドレス装置２５の駆動制御を実行するドレス装置制御部３１とを備える。砥石制御部３０は、記憶部２７に格納されている制御プログラムに基づいて、砥石２４の位置及び回転に係る制御を実行する。ドレス装置制御部３１は、記憶部２７に格納されている制御プログラムに基づいて、ドレス装置２５におけるドレッサの位置に係る制御を実行する。

記憶部２７は、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ等により構成されており、砥石２４の位置及び回転を制御するためのプログラム、ドレス装置２５におけるドレッサの位置を制御するためのプログラム、演算装置５から送信されるデータ、入力部２８から入力されるデータ等を保存する。

入力部２８は、キーボード、テンキーその他の各種入力インタフェースを有し、シェービングカッタ２の刃付けに必要な歯形形状データを入力することが可能である。この入力部２８には、被加工歯車Ｗの目標とする歯形形状を示す目標歯形形状データが入力される。この目標歯形形状データは、被加工歯車Ｗの歯車諸元（モジュール、歯数、圧力角、ねじれ角、歯幅など）によって異なるものとなる。

表示部２９は、液晶モニタ等の表示機器により構成される。表示部２９は、入力部２８から入力されたデータ、演算装置５から送信されたデータ等を表示する。

演算装置５は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、モニタ、入力インタフェース（キーボード、マウス）、プリンタ等の各種ハードウェアを実装するコンピュータ（例えばＰＣ）を含むが、これに限定されるものではない。演算装置５は、所定の演算処理を実行する演算部３２と、各種の演算プログラム及びデータを格納する記憶部３３と、ユーザによって操作される入力部３４と、各種の情報を表示する表示部３５とを備える。なお、各構成要素はバスにより相互に接続され得る。

なお、演算装置５は、シェービングカッタ研削盤４に接続されている。演算装置５は、シェービングカッタ研削盤４の制御装置２３に制御信号を送信し得る。

演算部３２は、例えばＣＰＵにより構成されるとともに、記憶部３３に格納されている演算プログラムやデータに基づいて、被加工歯車Ｗの加工及びシェービングカッタ２の刃付けに必要な各種の演算処理を実行する。図１に示すように、演算部３２は、シェービングカッタ２の歯の構造解析を実行する構造解析手段３６と、シェービングカッタ２に対する砥石２４の刃付け条件を補正する補正手段３７とを備える。

構造解析手段３６は、シェービングカッタ２のＣＡＤデータから構造解析用のモデル（例えばＦＥＭモデル）を作成する。構造解析手段３６は、被加工歯車Ｗの歯又はシェービングカッタ２の歯に関して、例えば多数の三角形メッシュ又は四角形メッシュの微小要素に分割して二次元的にモデル化し、あるいは三次元的な形状（ソリッド）を有する微小要素に分割して三次元的にモデル化し、有限要素法等の数値解析手法を用いて被加工歯車Ｗ及びシェービングカッタ２における歯の撓み等に係る解析を実行する。

補正手段３７は、構造解析手段３６によって求められたシェービングカッタ２における歯の撓みに基づいて、シェービングカッタ２に対する砥石２４の刃付け条件を補正する。刃付けによってシェービングカッタ２の歯厚が小さくなると、シェービングカッタ２と被
加工歯車Ｗの中心間距離も小さくなる。そうすると、シェービングカッタ２と被加工歯車Ｗの双方の噛合ピッチ円が小さくなり、これによって歯面上の荷重ポイントが変化する。この荷重ポイントの変化が、歯面修正量入力値に対する補正関数ｆ（ｘ）のｘに相当する。補正手段３７はこの補正関数ｆ（ｘ）に基づいて、砥石２４に係る刃付け条件の補正を実行する。

記憶部３３は、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ、及びＵＳＢメモリ等により構成される。記憶部３３は、演算部３２によって演算される各種のプログラム（ソフトウェア）、有限要素法を使用可能な構造解析プログラム、補正手段３７による刃付け条件の補正を実行するためのプログラム等を格納している。また、記憶部３３は、例えば、及び歯車測定機６より測定された歯形形状データ、データベース、演算部３２による演算結果に係るデータや入力部３４から入力されるデータ、及びシェービング盤３から送信されるデータ等を保存する。

入力部３４は、例えばマウス、キーボード、トラックパッド等の各種入力インタフェースにより構成される。入力部３４は、オペレータの操作により、表示部３５に表示される各種情報を編集できる。この入力部３４には、被加工歯車Ｗの目標とする歯形形状を示す目標歯形形状データが入力され得る。

表示部３５は、液晶モニタその他の各種の表示機器により構成される。表示部３５は、歯車測定機６により取得された各種データや入力部３４から入力されたデータを表示できる。また表示部３５は、演算部３２により作成されたＦＥＭモデルに係るデータを表示する。

歯車測定機６は、所定の測定子（図示せず）を被加工歯車Ｗ又はシェービングカッタ２の歯面に接触させ、所定の方向に移動させることで、その歯形形状データを取得する。歯車測定機６は、演算装置５に接続されており、測定データ(歯形形状データ)を演算装置５に送信し得る。

以下、本実施形態に係るシェービングカッタ研削盤４による刃付けの方法について説明する。

被加工歯車Ｗは、ホブ盤によって所定の歯車形状に加工（歯切り加工）させることで形成されるものとする。被加工歯車Ｗには、シェービング盤３により歯面の仕上げ加工が実施される。シェービング盤３では、多数の被加工歯車Ｗを加工するうちに、シェービングカッタ２の歯（セレーション）が徐々に摩耗していく。所定数の被加工歯車Ｗの加工を行った後、シェービングカッタ２はシェービング盤３から取り外され、シェービングカッタ研削盤４の支持装置２２へと装着される。

シェービングカッタ研削盤４に取り付けられたシェービングカッタ２は、砥石２４によって研磨される。これにより、シェービングカッタ２の歯に形成されるセレーションは、被加工歯車Ｗに加工を施すことが可能な状態に刃付けされる。しかしながら、シェービングカッタ２の歯は、砥石２４による研磨によって摩耗するため、その歯厚が減少し、剛性が低下することとなる。

演算装置５は、シェービング盤３から被加工歯車Ｗの加工条件、すなわち、シェービングカッタ２の回転数及び送りに関する加工条件に係るデータを取得する。この加工条件は、シェービング盤３から演算装置５に送信されてもよく、また、演算装置５の入力部３４を介してオペレータが入力してもよい。これに限らず、例えばシェービングカッタ２に加工条件に係るデータを格納可能なデータキャリアを備え付け、このデータキャリアから必
要な加工条件を取得してもよい。

演算装置５の演算部３２では、取得した加工条件(回転数及び送り)に係るデータ及びＦＥＭモデルに基づいて、その構造解析手段３６により、被加工歯車Ｗとの噛み合いにおいて、シェービングカッタ２の歯に加えられる負荷を算出する。例えば、この負荷は、歯面静荷重補正と動荷重補正の組み合わせにより算出される。歯面静荷重補正では、歯形法線方向切削荷重成分を求め、動荷重補正では、噛合ピッチ円上加工周速度を求める。加えて、シェービング盤３からモータ負荷値データも併せて演算装置５に送信され、その値を算出したＦＥＭ結果に補正する学習ルーチンを付加してもよい。

オペレータは、演算装置５の入力部３４を操作して、演算部３２の構造解析手段３６を作動させ、シェービングカッタ２における歯のＦＥＭモデルを作成する。さらに、オペレータは、このＦＥＭモデルに基づいて、構造解析手段３６に、負荷が加えられた場合におけるシェービングカッタ２の歯の撓みを算出させる。具体的には、演算部３２は、シェービングカッタ２の歯におけるピッチ円の近傍位置における撓みを算出する。なお、撓みは、有限要素法の他、一般的な梁要素での計算により算出されてもよい。また、撓みの算出は、動荷重係数の影響も考慮して行われることが望ましい。

なお、シェービングカッタ２における歯のＦＥＭモデルは、シェービングカッタ２の歯の摩耗量を推定（算定）し、或いは摩耗したシェービングカッタ２の歯を推定（算定）して作成されてもよく、実際に摩耗したシェービングカッタ２の画像データを取得し、この画像データに基づいて作成されてもよい。

シェービングカッタ２における歯の撓み量が算出されると、演算部３２の補正手段３７は、この歯の撓み量に応じて、シェービングカッタ研削盤４における砥石２４のシェービングカッタ２に対する刃付け条件を補正する（補正値を算出する）。

演算部３２は、補正手段３７が刃付け条件の補正値を算出すると、この補正値をシェービングカッタ研削盤４の制御装置２３へと送信する。シェービングカッタ研削盤４は、補正値を受信すると、この補正値及び入力された他の加工条件に基づいて、砥石２４によりシェービングカッタ２の刃付けを行う。

刃付けが終了すると、シェービングカッタ２は、シェービングカッタ研削盤４から取り外され、シェービング盤３に装着される。その後、シェービング盤３は、刃付け後のシェービングカッタ２により被加工歯車Ｗの試削(トライアル)を行う。通常、シェービングカッタ研削盤４の近傍には、試削を行うためのシェービング盤３（トライアルマシン）が生産ラインのものとは別に設置されている。

試削は、このトライアルマシンにシェービングカッタ２を装着し、入力されている目標歯形形状データに基づいて実行される。試削が終了すると、シェービングカッタ２は、歯車測定機６によってその歯形形状データが測定される。測定された歯形形状データは、演算装置５に送信され、目標値（目標歯形データ）と比較されてその良否が判定される。その結果、良と判定されると、シェービングカッタ２は、生産ライン上に配置されるシェービング盤３に装着され、被加工歯車Ｗの加工を再開する。

以上説明した本実施形態に係るシェービングカッタ研削盤４によれば、シェービング盤３における加工条件のうち、シェービングカッタ２の回転数及び送りに基づいてシェービングカッタ２の歯に加えられる負荷を演算装置５により算出し、この負荷に基づいて、有限要素法による構造解析により、シェービングカッタ２の歯の撓みを算出する。演算装置５は、この撓みに基づいてシェービングカッタ２に対する砥石２４の刃付け条件を補正す
る。このように、シェービングカッタ２における歯の撓みを考慮してその刃付けを行うことにより、シェービングカッタ２に対して高精度な刃付けを行うことが可能になる。したがって、シェービングカッタ２による試削の回収を低減し、被加工歯車Ｗに対して精度の高いシェービング加工を行うことができる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記の実施形態では、演算装置５の演算部３２により、シェービングカッタ２における歯の撓み量を演算し、シェービング盤３の加工条件を補正する例を示したが、これに限定されない。これに加え、演算装置５の演算部３２によって、シェービングカッタ２のすべり率を演算し、シェービングカッタ研削盤４の刃付け条件を補正するようにしてもよい。

上記の実施形態では、演算装置５によってシェービングカッタ２における歯の撓みの算出及び砥石２４の刃付け条件の補正を行う例を示したが、これに限定されず、これらの演算をシェービングカッタ研削盤４の制御装置２３により行ってもよい。すなわち、制御装置２３を演算装置として使用でき、この場合、演算装置５を省略してもよい。

２ シェービングカッタ
３ シェービング盤
４ シェービングカッタ研削盤
５ 演算装置
２４ 砥石

Claims (1)

1. シェービング盤のシェービングカッタに対して刃付けを行うシェービングカッタ研削盤であって、
   前記シェービングカッタに刃付けを施す砥石と、前記シェービング盤における前記シェービングカッタの回転数及び送りの加工条件に基づいて、前記シェービングカッタに加えられる負荷を算出する演算装置とを備え、
   前記演算装置は、前記負荷に基づいて、前記シェービングカッタの歯の撓みを算出するとともに、前記撓みに基づいて、前記シェービングカッタに対する前記砥石の刃付け条件を補正するように構成されることを特徴とするシェービングカッタ研削盤。
   

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