JPH02218533A - Ｎｃ化された歯車研削盤によるはすば歯車のバイアス研削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ＮＣ化された歯車研削盤により２軸のサーボ
モータを同期運転し、はすば歯車をバイアス研削する方
法に関する。

（従来の技術） 歯車は、通常、モジュールＭ１圧力角ＰＡ。

ねじれ角ＨＡ、歯数Ｚ等で表現することができる。

そして、ピッチ円半径ｒＰ　（＝　０．５部ＭＸＺ／Ｃ
ｏ５（ＨＡ））の近傍にコロガリ円（半径ｒＰ’）を設
定し、第１０図及び第１１図のように被研削歯車１の歯
みぞの部分に高速に回転する砥石２を画いて、Ｓｔ−θ
ｘｒＰ’の関係をもたせて運動させることにより、イン
ボリュート南面を研削することができる。ただし、砥石
のセツティング角度は平歯車の場合には Ｊ二巳− ＰＡ’　−ｃｏｓ−１（ｘ　ｃｏｓ（ＰＡ　）　）の関
係ｒＰ′ でＰＡ−）ＰＡ’　に変更する必要がある。はすば歯車
の場合には前記平歯車のＰＡの代りに正面圧力角ＰＳを
導入 ｐ ＰＳ’　−ｃｏｓＪ　（７′Ｖ５′７ｘ　ｃｏｓ（ＰＳ
　）　）の関係でｐｓ−＋ｐｓ’　に変更する必要があ
る。

タタシｐ３．　ｊａｎ−１（ｔａｎ（ＰＡ）　／ｃｏｓ
（ＨＡ））である。ここで、 Ｓｔ：ストローク（ａｍ） θ　：揺動角度（ＲＡＤＩＡＮ） ｒｐ’：３０３９円半径 である。第１０図は研削の開始位置、第１１図は研削の
終了位置を示しており、第１３図はストロークＳｔと揺
動角度（回転角）θとの関係を表わすグラフである。前
記の関係式のとおりに運動を行なって被研削歯車１と砥
石２の干渉のない位置で割出しを行なえば、連続して歯
面の研削を行なうことができる。マークの歯車研削盤、
カールフルトの歯車研削盤も基本的にはこの原理にもと
づいている。

従来の研削盤の概略を第２３図によって説明する。

１は被研削歯車、１１は滑台、１２は滑台１１に支持さ
れる回転軸、１３は回転軸１２に固定された被研削歯車
１のコロガリ円に相当するコロガリ円板、１４はコロガ
リ円板１３に巻付けられ両端固定のスチールベルト、１
５は滑台１１を往復運動させるリンク機構である。この
構造は被研削歯車１の直線往復運動と揺動回転運動の正
比例関係をコＯガリ円板１３とスチールベルト１４等を
利用することによって実現したものである。

このような研削盤によって平歯車を研削する場合には、
砥石の回転によって作り出される平面と被研削歯Ｉ１１
との接触線２０は第２４図のように歯車軸と平行であり
、その長さは歯面全体においてほぼ一定であるので余り
問題はないが、ねじれ角のあるはすば歯車を研削する場
合には次のような問題がある。

すなわち、第２５図から分るように、ベース円筒２１上
の接平面２２と歯面との交線としての接触１１１２３（
同時かみ合い線）が一つの歯面全体についてみると良さ
がそれぞれ異なっているため、前記従来技術の研削方法
では理論値通りの研削結果を得ることが困難である。そ
の理由は、接触線２３の長さの差によって砥石による研
削抵抗に僅かな差が発生することによる、砥石や機械本
体の微小変位に起因するものである。すなわち、研削抵
抗が小さい歯面部分は砥石により少し余分に肉が削り落
されてしまう傾向を有する。

したがって研削盤が正しくセットされ被研削歯車の歯幅
２４の中央部〔第２５図（ハ）の１３−Ｂ部〕における
歯形誤差線図で第２６図のＢ−８部のようになってこの
部分における歯形が正確なものとして得られたとしても
、歯幅２４の両端部付近である第２５図０のＡ−Ａ部、
Ｃ−０部の歯形誤差線図はそれぞれ第２６図のようにな
ってしまう。これはＡ−Ａ部においては歯元部の接触線
が短かいため歯元部の肉が余分に削り落されてしまい、
逆にＣ−０部においては歯先部の接触線が短かいため歯
先部の肉が余分に削り落されてしまったことを示してい
る。このような砥石の削り落し傾向は、研削の困難な材
料について特に顕著に現れる。

前記のような問題点を有するため、従来技術では、第２
７図に示すようにコロガリ円板１３と回転軸１２との隙
間ｔ、、ｔ２．ｔ３に適当なシムを挿入することによっ
てコロガリ円板１３を回転軸１２〔被研削歯車１の中心
２５〕に対して故意に偏心させて取付けることによって
解決しようと計っている。これは一定ストロークに対し
て旋回角度を変更することに相当する。

これは従来のバイアス研削法と言われている方法である
が、寸法を異にする多数のシムの用意とそれらの適宜の
組合せによる交換という煩雑な手数を要する方法である
から歯形の正確な修正が仲々むずかしい。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、前記従来技術の問題点を解決するバイアス研
削方法を得ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明のバイアス研削方法は、前記の目的を達成するた
め次の構成からなる。

滑台に支持される回転軸に被研削歯車を固定し、前記回
転軸を歯車機構を介して第１のサーボモータで揺動回転
運動させると共に前記滑台を送りネジを介して第２のサ
ーボモータにより直線往復運動させ、前記の両サーボモ
ータの同期運転により前記被研削歯車の回転角とストロ
ークとの間に比例関係を形成して砥石により被研削歯車
を研削する方法において、前記の第１のサーボモータと
第２のサーボモータにそれぞれ与えられるパルス信号を
適宜調節することによって、曲線補間運転を行なうか、
曲線補間と直線補間との組合せ運転を行ない、前記被研
削歯車の歯幅方向の歯形誤差線図を不同になるように研
削する。

また前記の砥石による研削方法において、曲線補間運転
を行なうか、曲線補間と直線補間の組合せ運転を行ない
、直線補間運転によって被研削歯車の歯幅方向に生ずる
歯形誤差をなくするようにする。

更に第１のサーボモータによる被研削歯車の揺動回転運
動と第２のサーボモータによる被研削歯車の直線往復運
動との運動関係を、Ｓｔ−θの理想直線で表わされる直
線補間運転とすることなく、円弧で表わされる曲線補間
運転とするとともに、該円弧を上方に凸又は下方に凸の
形状としまた該円弧の半径を大小に調節することによっ
て、歯幅方向の歯形誤差線図の不同の程度を種々異にす
るように、被研削歯車を研削する。

（作用） 滑台に支持される回転軸に被研削歯車を固定し、前記回
転軸を歯車機構を介して第１のサーボモータで揺動回転
運動させると共に、前記滑台を送りネジを介して第２の
サーボモータにより直線運動させるに際し、両サーボモ
ータにそれぞれ適宜のパルス信号を与えて同期運転させ
、被研削歯車の回転角とストロークとの間に通常の正比
例関係とは異なる特殊な関係を形成するように曲線補間
運転又は曲線補間と直線補間との組合せ運転を行なう。

前記の補間運転の曲線の形又は曲線と直線との組合せの
形を変えることにより、被研削歯車の歯幅方向の歯形誤
差線図が不同となり、または歯幅方向の歯形誤差をない
ものとすることができる。

また、第１のサーボモータによる被研削歯車の揺動回転
運動と第２のサーボモータによる被研削歯車の直線往復
運動との運動関係を円弧補間運転とし、該円弧を上方に
凸又は下方に凸の形状としまた該円弧の半径を人又は小
に調節すると、歯幅方向に歯形誤差線図の不同の程度が
色々に変る。

したがって円弧の形状や半径を適切に色々と組合せると
歯幅方向に種々歯形曲線の異なった歯車が形成される。

（実施例） 第１図は本発明のバイアス研削方法を行なうＮＣ加工機
の研削盤の一実施例である。

１ははすば歯車からなる被研削歯車、２は研削用の砥石
、３は滑台、４は滑台３に支持される回転軸（ｒＡ軸」
という〕、７は減速機１５．６を介して被研削歯車を正
逆回転駆動する第１のサーボモータ、８は滑台３を往復
運動させる送りネジ（ｒＺ軸Ｊという）、９は送りネジ
８を駆動する第２のサーボモータである。

このような研削盤において、第１のサーボモータ７と第
２のサーボモータ９とにそれぞれバルス信号を与えて、
Ｚ軸のストロークＳｔとＡ軸の回転角θとの間に第１３
図のような正比例関係を形成するように運動させると、
被研削歯車１の接触線２３の長さが第２５図のようにそ
れぞれ異なるので、砥石２に働く研削抵抗がそれぞれ異
なり、被研削歯車１の南面の各部において肉の削り落さ
れる傾向が異なり、その結果、第２６図のような歯形誤
差曲線八−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃが描かれるような研削結
果となってしまい、理論どおりの正確な歯形とはならな
い。

ところで、第２５図から分るとおり、歯幅２４の方向で
端部Ａ−Ａ部、中央部Ｂ部Ｂ部及び他方の端部Ｃ−Ｃ部
の研削開始位相は少しずつズレることになるが、前記の
位相のズレは第２図から分るように歯幅方向の位置を与
えるとばずば歯車の諸元から容易に８１算することがで
きる。なお、図においてＡ−Ａ、Ｂ−８，Ｃ−Ｃの長さ
はそれぞれ各部が研削されている位相を示しており、Ａ
−Ａ部からＢ−Ｂ部次いでＣ−０部と直線往復運動と揺
動回転運動が行なわれるに従って南面は歯元から歯先へ
と研削されていく。

そこで本発明においては、Ｚ軸のストロークＳｔ、！：
Ａ軸の回転角θとを正比例の関係におく運転すなわち直
線補間運転を行なわず、第３図に示すような円弧の曲線
補間運転を行なうようにする。

今、この第３図の曲線補間運転をＡ−Ａ部、Ｂ−Ｂ部及
びＣ−０部にそれぞれ分解して第４図ａ、ｂ及びＣのグ
ラフを描く。通常は、Ｓｔ−θ関係グラフの正比例の関
係を示す理論直線からの相対的な偏差を歯形誤差曲線の
誤差としているので、同図のａ、ｂ及びＣのようにそれ
ぞれ誤差をδ＾、δＢ及びδＣと表わすことができる。

なおり−Ｂ部の誤差は該部の曲線の形状から相対的に小
さいδＢとして表わすことができる。

ａ、ｂ及びＣの各図においてハツチングをほどこしたエ
リヤは前記のような曲線補間運転により理想歯面に対し
て歯面の削り取られることを示している。これらの誤差
を第２６図に準じた方法で書き直すと、第５図のａ、ｂ
及びＣのような歯形誤差線図が得られる。同図において
ａはΔ−Ａ部の歯先下り、ＣはＣ−０部の歯先上り状態
を示している。

この第５図のａ、ｂ、ｃを第２６図のａ、ｂ。

Ｃとそれぞれ対比してみると、直線補間運転において研
削抵抗の差によって歯幅方向に生じる歯形誤差は本発明
による前記の曲線補間運転によって修正され、理論歯面
からの偏差の少ない又は偏差のない歯面が研削され得る
ことが分る。

なお、第５図すにおいては、歯形誤差線図が少し中凹み
になってしまうことが示されているが、これは第６図の
ように砥石２の研削有効面の形状を幾分中凹み形状１０
に形成することによって容易に解決することができる。

前記の実施例の説明においては、直線補間を円弧補間に
Ｉ！換える運転を行なったが、これを円弧以外の曲線補
間、又は直線補間と曲線補間との組合せに置換えること
によって、Ａ−Ａ部、Ｂ−８ＷＪ及びＣ−０部の歯形を
故意に不同のものとなるように歯形を製作し、この歯形
をシェービング用カッタの歯形として用いて、プランジ
切削法により被研削歯車の歯面にこれを転写したり、そ
の他色々な荷重がかかった状態でかみ合う歯車に使用さ
れる歯車の歯面をそれぞれその荷壬状態に適合して高性
能を発揮する歯面（歯幅方向等に）になるように歯幅方
向に歯形誤差線図を不同となるように研削することもで
きる。

また、前記の実施例では円弧補間の円弧の中心をＳｔ−
θの理想直線の上方に取ったが、これを第７図のように
下方に取ることもできる。

更に、第７図においては原点を０１、直線補間の終了点
をＰｌとし、画点を円弧で結んだが、前記の両点の位置
選定は、これに限られるものではなく、第８図のように
原点０１を取り（これはストロークＳｔの開始点を回転
角θに対してマイナスの位置に取ったことを意味する）
、曲線補間運転をさせることもできる。このようにすれ
ば、第９図ａ、ｂ、ｃのようにＡ−Ａ部、Ｂ−Ｂ部及び
Ｃ−０部のそれぞれの誤差の形状を変えることができる
ので、これによって得られる歯車の歯面には前記の実施
例とは異なる形状を与えることができる。

次に、本発明のバイアス研削方法をブロック図、研削加
工データ等に基いて説明する。なお、加工されるはすば
歯車の諸元は次のとおりである。

モジュール　Ｍ５ 圧　　　力　　　角　　　　ＰＡ　　　　２０゜ね　じ
　れ　角　　ＨＡ　　　１５°右ねじれ歯　　　　　　
　数　　　　２　　　　　３６歯　　　　　　　幅　　
　　Ｂ　　　　　　　３０歯先円半径　　ｒ、　　　９
８．５ ビッヂ円半径　　ｒｐ９３．１７５ ｍｔａｉ円半径　　ｒ　、　　　８７．１９０第１４図
は、本発明の方法により第１のサーボモータ（Ａ軸を駆
動する）と第２のサーボモータ（Ｚ軸を駆動する）にそ
れぞれ所定のパルスを入力するためのブロック図であっ
て、第１５図は、コンピュータによって行なう計算フロ
ーを示すものである。

当社で製作したＮＣ歯車研削盤のＡ軸駆動のサーボモー
タに取付けられているロータリエンコーダは１回転あた
り１２０００パルスを発生させるようになっており、１
パルスは最終段で１秒の回転角度に相当するように減速
機構が設計されている。また２軸駆動ののサーボモータ
に取付けられているロータリエンコーダは１回転あたり
１００００パルスを発生し、その１パルスはＺ＠滑台の
動きの０．２μに相当するように途中の駆動系が設計さ
れている。

まず、被加工物についての基本諸元の入力・ＩＦｌ算を
行なわせる。続いてＤＫ（外径）、ＤＰ’（コロガリ円
）、Ｃｒｔ（必要研削最小径）の入力でＺ軸の必要スト
ロークｌｆｉ３ｔｍａｘ、Ａ軸の必要回転角度θ■ａＸ
のｇＩ算を行なう。Ｓ　ｔ　ｌａｘとθｌａＸとはシメ
ンジョンが異なるため翳１算を簡単にするため、前記の
設計固定値をもとにパルス数に変換後にバイアス４算を
すべてパルス！ｌｌ！準で行なわせる。これに研削条件
に関係する諸量（研削回数、切込量、送り速度などを追
加すれば自動的にＮＣプログラムを作成し、ＮＣ装はに
転送するようになっている。

砥石、被加工物などのセツティングの完了を確認してス
タート押釦を押すと、ＮＣ装置はＮＣプログラムを解釈
し、へ軸／Ｚ軸のサーボドライバにそれぞれの動きをパ
ルスに分配して送出するので、計粋にもとずく両軸の同
期運転を行なわ「ることがｒぎる。

次に、本発明によるバイアス研削方法を比較的柔かい材
料である５ＫＤ１１に適用した場合の研削加工データに
ついて説明する。

第１６図に示すような、右ねじれの歯車を研削した実験
例であり、この場合は研削は■−■部（Ａ−Ａ部）から
■−■部（Ｂ−Ｂ部）、次いで■−■部（Ｃ−Ｃ部）へ
と研削が進行していくことになる。タイプ１は円弧補間
の円弧の中心がＳｔ−θの理想直線の上方にある場合、
タイプ２はぞの中心がＳｔ−θの理想直線の下方にある
場合である。

第１７図は３を一〇の理想直線に沿って研削を行なった
場合である。歯形誤差の小さいのは、柔かい材料５ＫＤ
１１を用いたからであり、硬い材料を用いると砥石に対
する被研削歯車の抵抗の増大により歯形誤差も大きくな
る。

第１８図ないし第２１図は、タイプ１またはタイプ２に
より研削加工を行なった実験例であって、往復直線運動
のストロークＳｔは１パルス当り０．２ミクロン、揺動
回転運動の回転角θは１パルス当り１秒であり、パルス
数は１歯の片面の研削開始から完了まぐの総パルス数を
表わしている。

バイアス加工半径Ｒもパルス数で表わされる。図は横＠
（歯幅）は５倍、Ｋ１慴（誤差）は１０００倍の倍率で
描かれている。

タイプ１の第１９図と第２１図とを比較すると、バイア
ス加工半径Ｒの寸法を調整することにより歯形２４差線
図が変ることが明らかであり、このＲの寸法を適度の大
きさに選定して研削加工を行なうことにより、Ｓｔ−θ
の理想直線により研削加工を行なうことにより生ずるで
あろう歯形誤差を修正して理想歯形になるように研削す
ることができる。

また、タイプ２の第１８図と第２０図も、前記タイプ１
と同様にバイアス加工半秤Ｒの寸法により歯形誤差が変
っている。このＲの寸法を適度の大きさに選定して研削
加工を行なうことにより、被研削歯車の歯幅方向の歯形
誤差線図の不同のωを種々に変更することができ、所要
の誤差−を有する研削歯車をその使用目的に応じて得る
ことができる。

第２２図はタイプ１の具体加工例の詳細を示すものであ
る。

第１７図から第２１図までは適当な１マを与えて「バイ
アス研削」の定性的な実験を行なったデータであるが、
第２２図は具体的なバイアス化を与えて加工した例であ
る。Ｒの中心をＳｔ−〇の理想直線の上部（タイプ１相
当）にとり、端部で１４μの歯先下りを狙い値として加
工したものである。まだ削り残しも少しはあるが第１６
図の１−１相当部が第２２図Ｌ１−１歯形誤差線図で歯
先下り約１０μであり、第１６図の３−−３相当部は第
２２図し１−９の歯形誤差線図である。これは約１０μ
の歯先上りに相当する。

〔発明の効果〕

滑台に支持される回転軸に被研削歯車を固定し、前記回
転軸を歯車機構を介して第１のサーボモータで揺動回転
運動させると共に前記滑台を送りネジを介して第２のサ
ーボモータにより直線往復運動させ、前記の両す−ボ王
−夕の同期運転により前記被研削歯車の回転角とストロ
ークとの間に比例関係を形成して砥石により被研削歯車
を研削する場合に、前記の第１のサーボモータと第２の
サーボモータにそれぞれ適宜のパルス信号を与えて曲ね
補間運転を行なうことにより又は曲線補間と直線補間と
の組合ゼ運転を行なうことにより被研削歯車の歯幅方向
の歯形誤差線図が不同になるような歯形を形成すること
ができる。

また、前記の補間運転の曲線の形又は曲線と直線の組合
せの形を適宜に選定することにより直線補間運転により
生ずる被研削歯車の歯幅方向の歯形誤差をなくし、理想
歯形の歯１ｔ！を得ることができる。

更に、第１のサーボエータによる被研削歯車の揺動回転
運動と第２のサーボモータによる被研削歯車の直線往復
運動との運Ｗｔ関係を円弧補間運転とし、該円弧を上方
に凸又は下方に凸の形状としまた該円弧の半径を大又は
小に調節すれば、歯幅方向に歯形誤差線図の不同の程度
が色々に変るので、これらの形状や半径を適切に色々と
組合せることによって歯幅方向に種々歯形曲線の梯々巽
なった歯車をその使用目的に応じて得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の研削方法に用いられるはすば＠＠胡削
盤の概要を示す斜視図、第２図（２）０は本発明の方法
に関する説明図、第３図は本発明の方法の一実施例であ
る円弧補間運転についての説明図、第４図＠（ハ）す）
は第３図を分解して示した説明図、第５図（２）０（ロ
）は本発明の方法により形成されるはすば歯巾の歯形誤
差線図、第６図は本発明の方法に使用される砥石の一実
施例、第７図は本発明の方法の別の実施例である円弧補
間運転についての説明図、第８図は本発明の方法の更に
別の実施例である円弧補間運転についての説明図、第９
図（２）Ｕ　（Ｃ）は第８図を分解して示した説明図、
第１０図ないし第１２図はインボリュート歯車の研削方
法の説明図であって第１０図は研削開始位置、第１１図
は研削終了位置、第１２図は次の歯への割出しが可能な
位置、第１３図ははすば歯車の従来の研削方法に用いら
れる直線補間運転の説明図、第１４図は本発明の方法に
用いられる歯車研削盤作動のブロック図、第１５図はコ
ンピュータによる目算についてのフロー図、第１６図は
研削データによる実験例の理解のための歯車諸元及び説
明図、第１７図ははすば歯車を直線補間運転により研削
した場合の歯形誤差線図の実験例、第１８図ないし第２
２図ははすば歯車を本発明の方法により曲線補間運転し
て研削した場合の歯形誤差ｔａ図の実験例、第２３図は
はすば歯車の研削に使用される従来の歯車研削盤の概要
の斜視図、第２４図は平歯車の研削方法の説明図、第２
５図＠（ハ）ははずば歯車の研削方法の説明図、第２６
図は従来技術によって研削されるはすば歯車の歯形誤差
線図、第２７図は従来技術の研削方法の説明図である。 １・被研削歯車、２・・砥石、３・・滑台、４・・回転
軸、５．６・・ウオーム形式の減速機構、７・・第１の
サーボモータ、８・・送りネジ、９・・第２のサーボモ
ータ。 →θ Ｏ！ 一〇 →０ Ｒ＝０（正比例ゼ゛９加二） Ｒ＝　６４４９９５３６ｚｆル入−タイプ２Ｒ＝６４４
９’？！ｘ３６／ｉＬスー’；Ｚ　イア°１Ｒ＝＝、９
クク２６４６．３ハ”）Ｌ７Ｘ−タイプ２Ｘｆαη ゼ Ｒ＝９クク２６４６（３／ずルスータイプ！１すＬ４ 旨≧） Ｃ−Ｃ 序δｍ 序２′）犯

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）滑台に支持される回転軸に被研削歯車を固定し、
   前記回転軸を歯車機構を介して第１のサーボモータで揺
   動回転運動させると共に前記滑台を送りネジを介して第
   ２のサーボモータにより直線往復運動させ、前記の両サ
   ーボモータの同期運転により前記被研削歯車の回転角と
   ストロークとの間に比例関係を形成して砥石により被研
   削歯車を研削する方法において、前記の第１のサーボモ
   ータと第２のサーボモータにそれぞれ与えられるパルス
   信号を適宜調節することによつて、曲線補間運転又は曲
   線補間と直線補間との組合せ運転を行ない、前記被研削
   歯車の歯幅方向の歯形誤差線図を不同になるように研削
   することを特徴とするＮＣ化された歯車研削盤によるは
   すば歯車のバイアス研削方法。
2. （２）曲線補間運転又は曲線補間と直線補間との組合せ
   運転を行ない、直線補間運転によつて被研削歯車の歯幅
   方向に生ずる歯形誤差をなくすることを特徴とする請求
   項１記載のバイアス研削方法。
3. （３）第１のサーボモータによる被研削歯車の揺動回転
   運動と第２のサーボモータによる被研削歯車の直線往復
   運動との運動関係を、Ｓｔ−θの理想直線で表わされる
   直線補間運転とすることなく、円弧で表わされる曲線補
   間運転とするとともに、該円弧を上方に凸又は下方に凸
   の形状としまた該円弧の半径を大小に調節することによ
   つて、歯幅方向の歯形誤差線図の不同の程度を種々異に
   するように、使用目的に応じて被研削歯車を研削するこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載のバイアス研削方法
   。