齒輪加工裝置和齒輪加工方法與流程

文檔序號:18232439發布日期:2019-07-20 01:36
齒輪加工裝置和齒輪加工方法與流程

本發明涉及齒輪加工裝置和齒輪加工方法。



背景技術:

公知有一種技術,通過使切齒刀具的旋轉軸線和工件的旋轉軸線為扭轉的狀態,并且一邊使切齒刀具和工件同步旋轉,一邊相對于工件在工件的旋轉軸線方向進給切齒刀具,由此在工件展成齒輪。

作為使用上述技術的齒輪加工裝置,在日本特開2015-6713號公報中,公開了一種齒輪加工裝置,使用突條刀具刀刃的徑向外表面遍及突條刀具刀刃的延伸方向形成為相同外徑的加工用工具,一邊確保加工時的后角一邊進行齒輪加工。

在日本特開2015-6713號公報記載的技術中,加工時的前角隨著后角增大向負的方向增大。若后角未被充分確保,則在工件的加工面容易產生由與后面的干涉帶來的傷,加工面的表面特性惡化。另一方面,若前角向負的方向增大,則加工時的切削阻力增大,工具壽命降低。



技術實現要素:

本發明的目的之一在于提供齒輪加工裝置和齒輪加工方法,能夠確保加工面的表面特性,并且能夠實現工具壽命的提高。

本發明的一個方式的齒輪加工裝置,在切齒刀具的旋轉軸線相對于工件的旋轉軸線的平行線傾斜的狀態下,一邊使上述切齒刀具和上述工件同步旋轉,一邊沿上述工件的旋轉軸線方向使上述切齒刀具相對于上述工件相對移動,由此在上述工件展成齒輪,上述切齒刀具具有多個切削刃,與上述多個切削刃的外周面外接的面成為圓筒狀。

將通過上述工件的旋轉軸線與上述工件的外周面上的規定的基準點的面定義為基準面。上述齒輪加工裝置具備加工點設定部,上述加工點設定部將從上述工件的旋轉軸線方向觀察到的上述切齒刀具的加工點設定在從上述工件的旋轉軸線方向觀察從上述基準點偏置得到的位置。上述切齒刀具配置為,在從與上述基準面正交的方向觀察時,上述切齒刀具的旋轉軸線的投影線相對于上述工件的旋轉軸線的投影線平行,并且,在從與包含上述工件的旋轉軸線和上述切齒刀具的旋轉軸線在內的平面正交的方向觀察時,上述切齒刀具的旋轉軸線的投影線相對于上述工件的旋轉軸線的投影線交叉,上述加工點設定部在粗加工時和精加工時使從上述工件的旋轉軸線方向觀察到的上述加工點從上述基準點的偏置角變化。

根據上述方式的齒輪加工裝置,加工點設定部在粗加工時和精加工時使從工件的旋轉軸線方向觀察到的加工點從基準點的偏置角變化。由此,加工點設定部能夠將加工點設定在:在精加工時,在工件展成形成為所希望形狀的齒輪,并且在粗加工時,與精加工時比較容易避免切齒刀具和工件干涉的位置或者切削阻力減少的位置。因此,齒輪加工裝置能夠確保加工面的表面特性,并且能夠實現切齒刀具的工具壽命的提高。

另外,本發明的其他方式的齒輪加工方法如下,在切齒刀具的旋轉軸線相對于工件的旋轉軸線的平行線傾斜的狀態下,一邊使上述切齒刀具與上述工件同步旋轉,一邊沿上述工件的旋轉軸線方向使上述切齒刀具相對于上述工件相對移動,由此在上述工件展成齒輪,上述切齒刀具具有多個切削刃,與上述多個切削刃的外周面外接的面成為圓筒狀。

將通過上述工件的旋轉軸線與上述工件的外周面上的規定的基準點的面定義為基準面。上述齒輪加工方法包括:粗加工工序,在該工序中,將從上述工件的旋轉軸線方向觀察到的上述切齒刀具的加工點設定在從上述工件的旋轉軸線方向觀察從上述基準點偏置得到的位置,通過上述切齒刀具進行上述工件的粗加工;和精加工工序,在該工序中,將上述加工點設定在從上述工件的旋轉軸線方向觀察從上述基準點偏置得到的位置中的、與上述粗加工工序中的上述加工點不同的位置,通過上述切齒刀具進行上述工件的精加工。

在上述方式的齒輪加工方法中,在粗加工工序和精加工工序中,在不同位置設定加工點。由此,在齒輪加工方法中,能夠將加工點設定在:在精加工工序中,在工件展成形成為所希望形狀的齒輪,并且在粗加工工序中,比精加工工序容易避免切齒刀具和工件干涉的位置或者切削阻力減少的位置。因此,齒輪加工裝置能夠確保加工面的表面特性,并且能夠實現切齒刀具的工具壽命的提高。

附圖說明

通過以下參照附圖對本發明的優選實施方式進行的詳細描述,本發明的上述和其它特征及優點會變得更加清楚,其中,相同的附圖標記表示相同的要素,其中,

圖1是本發明的一個實施方式中的齒輪加工裝置的立體圖。

圖2是切齒刀具的局部放大剖視圖。

圖3是說明在通過切削刃加工工件時形成的前角和后角的圖。

圖4是控制裝置的框圖。

圖5A是示意表示在精加工時切齒刀具和工件的位置關系的圖,表示從工件的旋轉軸線方向觀察到的狀態。

圖5B是示意表示在精加工時切齒刀具和工件的位置關系的圖,表示從圖5A所示的VB方向觀察到的狀態。

圖5C是示意表示在精加工時切齒刀具和工件的位置關系的圖,表示從圖5A所示的VC方向觀察到的狀態。

圖6是表示偏置角與前角和后角的關系的圖。

圖7是示意表示在粗加工時切齒刀具和工件的位置關系的圖,表示從工件的旋轉軸線方向觀察到的狀態。

圖8是示意表示在粗加工處理和精加工處理中切齒刀具切去的切削量的圖。

圖9是通過控制裝置執行的齒輪加工處理的流程圖。

圖10是示意表示在變形例中在第一粗加工時和第二粗加工時切齒刀具和工件的位置關系的圖,表示從工件的旋轉軸線方向觀察到的狀態。

圖11是示意表示在第一粗加工處理、第二粗加工處理和精加工處理中切齒刀具切去的切削量的圖。

圖12是通過控制裝置執行的齒輪加工處理2的流程圖。

具體實施方式

以下,參照附圖說明應用了本發明的齒輪加工裝置和齒輪加工方法的實施方式。首先,參照圖1簡要說明本發明的一個實施方式的齒輪加工裝置1。

如圖1所示,齒輪加工裝置1是具有相互正交的3個前進軸(X軸、Y軸和Z軸)和2個旋轉軸(A軸和C軸)作為驅動軸的加工中心。齒輪加工裝置1主要具備機座10、工具保持裝置20、工件保持裝置30和控制裝置100。

機座10配置在地板上。在機座10的上表面設置有向X軸方向延伸的一對X軸導軌11和向Z軸方向延伸的一對Z軸導軌12。工具保持裝置20具備柱21、X軸驅動裝置22(參照圖4)、滑鞍23、Y軸驅動裝置24(參照圖4)、工具主軸25和工具主軸馬達26(參照圖4)。此外,在圖1中,省略了X軸驅動裝置22、Y軸驅動裝置24和工具主軸馬達26的圖示。

柱21設置為被一對X軸導軌11引導并且能夠向X軸方向移動。X軸驅動裝置22是相對于機座10向X軸方向進給柱21的進給螺桿裝置。另外,在柱21的側面設置有沿Y軸方向延伸的一對Y軸導軌27,滑鞍23相對于柱21設置為被一對Y軸導軌27引導并且能夠向Y軸方向移動。Y軸驅動裝置24是向Y軸方向進給滑鞍23的進給螺桿裝置。

工具主軸25相對于滑鞍23支承為能夠繞與Z軸方向平行的軸線旋轉。在工具主軸25的前端,用于加工工件W的切齒刀具40被安裝為能夠裝卸。切齒刀具40隨著柱21的移動向X軸方向移動,隨著滑鞍23的移動向Y軸方向移動。工具主軸馬達26是施加用于使工具主軸25旋轉的驅動力的馬達,收容在滑鞍23的內部。

工件保持裝置30具備進給臺31、Z軸驅動裝置32(參照圖4)、傾斜裝置33和工件旋轉裝置34。此外,在圖1中,省略了Z軸驅動裝置32的圖示。進給臺31相對于機座10設置為被一對Z軸導軌12引導并且能夠向Z軸方向移動。Z軸驅動裝置32是向Z軸方向進給進給臺31的進給螺桿裝置。

傾斜裝置33具備一對工作臺支承部35、傾斜工作臺36和A軸馬達37(參照圖4)。一對工作臺支承部35設置在進給臺31的上表面,傾斜工作臺36相對于一對工作臺支承部35支承為能夠繞與X軸平行的A軸擺動。A軸馬達37是施加用于使傾斜工作臺36繞A軸擺動的驅動力的馬達,收容在工作臺支承部35的內部。

工件旋轉裝置34具備旋轉工作臺38和C軸馬達39(參照圖4)。旋轉工作臺38相對于傾斜工作臺36的底面設置為能夠繞與A軸正交的C軸旋轉。而且,在旋轉工作臺38設置有固定工件W的保持部38a。C軸馬達39是施加用于使旋轉工作臺38旋轉的驅動力的馬達,設置在傾斜工作臺36的下表面。

在進行齒輪加工時,齒輪加工裝置1使傾斜工作臺36擺動,由此使切齒刀具40的旋轉軸線相對于工件W的旋轉軸線的平行線傾斜。在該狀態下,齒輪加工裝置1使切齒刀具40和工件W同步旋轉,并且一邊向工件W的旋轉軸線方向進給切齒刀具40一邊進行切削加工。

接下來,參照圖2說明切齒刀具40。如圖2所示,切齒刀具40具備多個切削刃41。在各個切削刃41的朝向切齒刀具40的前端側(圖2左側)的端面形成有具有工具前角δt的前面42。另外,各個切削刃41的外周面43在切齒刀具40的旋轉軸線方向設定為相同外徑,與多個切削刃41的外周面43外接的面成為圓筒狀。此時,對于切齒刀具40而言,與外周面形成為圓錐狀的情況相比,更能抑制切削刃41的形狀在再研磨的前后變形。即,對于切齒刀具40而言,與在外周面43設置工具后角的情況相比,即便增加再研磨的次數,仍能將切削刃41的形狀高精度地成型為所希望的形狀。其結果是,切齒刀具40能夠實現工具壽命的提高。

此外,如圖3所示,齒輪加工裝置1將在齒輪加工時切削刃41和工件W接觸的加工點P,設定在切削刃41的外周面43和工件W所夾的后角α成為規定角度以上的位置。由此,對于齒輪加工裝置1而言,即便在使用切齒刀具40進行齒輪加工時,在齒輪加工時仍能形成后角。其結果是,由于齒輪加工裝置1能夠抑制加工時的工件W的加工面與切削刃41干涉,所以能夠實現加工面的表面特性的提高。此外,針對齒輪加工時的切齒刀具40和工件W的位置關系,參照圖5A~圖5C之后敘述。

接下來,參照圖4說明控制裝置100。如圖4所示,控制裝置100具備工具旋轉控制部110、工件旋轉控制部120、傾斜控制部130、位置控制部140和加工點設定部150。工具旋轉控制部110進行工具主軸馬達26的驅動控制,使在工具主軸25安裝的切齒刀具40旋轉。工件旋轉控制部120進行C軸馬達39的驅動控制,使在旋轉工作臺38固定的工件W繞旋轉軸線(繞C軸)旋轉。傾斜控制部130進行A軸馬達37的驅動控制,使傾斜工作臺36擺動,由此使在旋轉工作臺38固定的工件W繞A軸擺動。

位置控制部140進行X軸驅動裝置22的驅動控制,使柱21向X軸方向移動,并且進行Y軸驅動裝置24的驅動控制,使滑鞍23向Y軸方向移動。由此,工具保持裝置20所保持的切齒刀具40相對于工件保持裝置30所保持的工件W向X軸方向和Y軸方向相對移動。另外,位置控制部140進行Z軸驅動裝置32的驅動控制,使進給臺31向Z軸方向移動。由此,工件保持裝置30所保持的工件W相對于工具保持裝置20所保持的切齒刀具40向Z軸方向相對移動。

加工點設定部150設定對工件W進行切齒加工的加工點P。具體而言,齒輪加工裝置1執行粗加工處理和精加工處理(參照圖9)作為對工件W進行齒輪加工的齒輪加工處理。針對該點,加工點設定部150將在粗加工處理中作為加工點的粗加工點Pr設定在與在精加工處理中作為加工點的精加工點Pf不同的位置。

接下來,針對切齒刀具40相對于工件W的位置關系,參照圖5A~圖5C舉例說明精加工處理的情況。此外,在本實施方式中,說明在工件W形成外齒輪的情況。另外,以下將通過工件W的旋轉軸線L1和位于工件W的外周面上的規定的基準點P0的假想平面(YZ平面),定義為基準面I。該基準點P0是后角為0度的加工點。

如圖5A所示,從工件W的旋轉軸線L1方向(Z軸方向)觀察到,切齒刀具40相對于工件W的精加工點Pf設定在從基準點P0偏置得到的位置。換言之,精加工點Pf設定在將基準點P0繞工件W的旋轉軸線L1以規定角度(偏置角θf)偏移相位得到的位置。

另外,如圖5B所示,從與基準面I正交的方向(X軸方向)觀察到,工件W和切齒刀具40配置為,工件W的旋轉軸線L1的投影線和切齒刀具40的旋轉軸線L2的投影線平行。

而且,如圖5C所示,從與包含工件W的旋轉軸線L1和切齒刀具40的旋轉軸線L2在內的平面(ZX平面)正交的方向(Y軸方向)觀察到,工件W和切齒刀具40配置為,工件W的旋轉軸線L1的投影線和切齒刀具40的旋轉軸線L2的投影線在切齒刀具40的前面42朝向一側交叉。

在工件W和切齒刀具40配置為圖5A至圖5C所圖示的位置關系的狀態下,控制裝置100一邊使工件W和切齒刀具40同步旋轉,一邊使切齒刀具40相對于工件W在工件W的旋轉軸線L1方向進給。

齒輪加工裝置1通過將工件W和切齒刀具40配置為圖5A~圖5C所示的位置關系,能夠在精加工點Pf的切齒刀具40的外周面與工件W的外周面之間形成后角αf。這樣,對于齒輪加工裝置1而言,由于不用另外設置用于形成后角αf的驅動軸而能夠形成后角αf,所以能夠將齒輪加工裝置1的構造簡化。

這里,如圖6的圖所示,在齒輪加工裝置1中,后角α能夠設定為隨著偏置角θ增大而增大的角度,由于能夠使工件W和切齒刀具40的回避變容易,所以齒輪加工裝置1能夠確保工件W的加工面的表面特性。另一方面,前角δ隨著偏置角θ增大而向負方向增大。由于加工時的切削阻力隨著前角向負方向增大而增大,所以切齒刀具40容易在早期摩耗。另外,由于加工效率因切削阻力增大而降低,所以齒輪加工所需的時間延長。

針對該點,如圖7所示,加工點設定部150將粗加工處理中的偏置角θr設定為角度比精加工處理中的偏置角θf小。此時,如圖6所示,齒輪加工裝置1能夠使在粗加工點Pr加工時的前角δr,與在精加工點Pf加工時的前角δf相比,向正方向增大。特別是,在精加工點Pf加工時的前角δf是負的角度時,加工點設定部150在前角δr成為正的角度的位置設定粗加工點Pr。

由此,由于齒輪加工裝置1能夠減少粗加工時的切削阻力,所以能夠順利地進行粗加工時的切削加工,從而能夠相應地實現粗加工處理所需的時間的縮短。另外,加工點設定部150通過將粗加工點Pr設定在能夠充分確保后角αr的位置,能夠容易避免切削刃41的外周面43和工件W的加工面干涉。

此外,切齒刀具40的切削刃41(參照圖2)形成為將在精加工點Pf進行加工作為前提而得到的形狀。即,齒輪加工裝置1通過將加工點P設定在精加工點Pf,能夠展成在工件W形成為了所希望形狀的齒輪。因此,在將加工點P設定在粗加工點Pr的情況下,齒輪加工裝置1無法在工件W形成所希望形狀的齒輪。

因此,如圖8所示,在齒輪加工處理中切去的切削量S中,在粗加工處理中,齒輪加工裝置1切去切削量S1的部分。即,在粗加工處理中,在剩余切削量S2的狀態下,通過切齒刀具40進行齒輪加工。然后,在精加工處理中,切去在粗加工處理后殘存的切削量S2,由此齒輪加工裝置1能夠展成在工件W形成為了所希望形狀的齒輪。

此外,對于齒輪加工裝置1而言,在工件W形成外齒輪的情況下,與形成內齒輪的情況相比,除加工點P以外,容易避免工件W和切齒刀具40干涉,能夠相應地提高粗加工點Pr和精加工點Pf的設定自由度。

如以上說明那樣,加工點設定部150在粗加工時和精加工時,使從工件W的旋轉軸線L1方向觀察到的加工點P從基準點P0的偏置角θ變化。而且,加工點設定部150使粗加工時的偏置角θr比精加工時的偏置角θf小。由此,加工點設定部150能夠在精加工時,展成在工件W形成為了所希望形狀的齒輪,并且在粗加工時,將粗加工點Pr設定在與精加工時比較容易避免切齒刀具40和工件W干涉的位置。因此,齒輪加工裝置1能夠確保工件W的加工面的表面特性,并且實現切齒刀具40的工具壽命的提高。

接下來,參照圖9所示的流程圖說明通過控制裝置100執行的齒輪加工處理。如圖9所示,在齒輪加工處理中,最初使切齒刀具40移動,以使切削刃41配置在粗加工點Pr(S1)。在S1的處理后,在齒輪加工處理中,執行粗加工處理(S2)。此外,齒輪加工裝置1也可以在粗加工處理中切去圖8所示的切削量S1時進行多次切削加工,從而減小在一次切削加工中切去的切削量。

在S2的處理后,在齒輪加工處理中,使切齒刀具40移動,以使切削刃41配置在精加工點Pf(S3)。在S3的處理后,在齒輪加工處理中,執行精加工處理(S4),結束本處理。此外,齒輪加工裝置1也可以在精加工處理中切去圖8所示的切削量S2時也相同地進行多次切削加工,從而減小在一次切削加工中切去的切削量。

這樣,齒輪加工處理具備:粗加工工序,在該工序中,將從工件W的旋轉軸線L1方向觀察到的粗加工點Pr設定在從基準點P0偏置得到的位置,通過切齒刀具進行工件W的粗加工;和精加工工序,在該工序中,將精加工點Pf設定在從基準點P0偏置得到的、與粗加工點Pr不同的位置。由此,齒輪加工裝置1能夠在精加工工序中,展成在工件W形成為了所希望形狀的齒輪,并且在粗加工工序中,將粗加工點Pr設定在切削阻力減少的位置。因此,齒輪加工裝置1能夠確保工件W的加工面的表面特性,并且能夠實現切齒刀具40的工具壽命的提高。

接下來,參照圖10~圖12說明上述齒輪加工處理的變形例。在上述實施方式中,舉例說明了加工點設定部150設定粗加工點Pr和精加工點Pf兩個加工點P的情況,但不一定限定于此,也可以將加工點P設定為三個以上。例如,在齒輪加工處理中,也可以在粗加工處理中進行多次粗加工,加工點設定部150使粗加工時的偏置角θr邊階段性地變化邊接近精加工時的偏置角。作為該齒輪加工處理的例子,以下說明齒輪加工處理2,在該齒輪加工處理2中,作為粗加工處理,進行第一粗加工處理和第二粗加工處理,在上述第一粗加工處理中在第一粗加工點Pr1進行粗加工,在上述第二粗加工處理中在第二粗加工點Pr2進行粗加工。

如圖10所示,從工件W的旋轉軸線L1方向(Z軸方向)觀察到,齒輪加工裝置1在齒輪加工處理2中,使第二粗加工處理中的偏置角θr2比第一粗加工處理中的偏置角θr1大,使偏置角θr2接近精加工處理中的偏置角θf。由此,第二粗加工點Pr2位于比第一粗加工點Pr1接近精加工點Pf的位置。

此時,如圖11所示,與在第一粗加工處理后進行精加工處理的情況相比,齒輪加工裝置1能夠將在第二粗加工處理后殘存的切削量S20、即在精加工處理中切去的切削量S20減小在第二粗加工處理中切去的切削量S12的量。由此,齒輪加工裝置1能夠實現通過精加工處理施加于切齒刀具40的切削負荷的減少。

另外,第一粗加工處理能夠比第二粗加工處理向正的方向增大前角δ,能夠相應地減少粗加工時的切削阻力。因此,與不進行第一粗加工處理而從最初開始就進行第二粗加工處理的情況相比,齒輪加工裝置1能夠實現減少通過包含第一粗加工處理和第二粗加工處理在內的粗加工處理整體施加于切齒刀具40的切削負荷。其結果是,齒輪加工裝置1能夠提高切齒刀具40的工具壽命。并且,齒輪加工裝置1通過減少在第一粗加工處理中切去的切削量S11,能夠避免在第一粗加工處理中錯誤地切去除切削量S以外的部分。

接下來,參照圖12所示的流程圖說明通過控制裝置100執行的齒輪加工處理2。如圖12所示,齒輪加工處理2最初使切齒刀具40移動,以使切削刃41配置在第一粗加工點Pr1(S11)。在S11的處理后,齒輪加工處理執行第一粗加工處理(S12)。

在S12的處理后,在齒輪加工處理中,使切齒刀具40移動,以使切削刃41配置在第二粗加工點Pr2(S13)。在S13的處理后,在齒輪加工處理中,執行第二粗加工處理(S14)。

在S14的處理后,在齒輪加工處理中,使切齒刀具40移動,以使切削刃41配置在精加工點Pf(S3)。在S3的處理后,在齒輪加工處理中,執行精加工處理(S4),結束本處理。此外,齒輪加工裝置1也可以在第一粗加工處理、第二粗加工處理和精加工處理中分別進行多次切削加工來減小在一次切削加工中切去的切削量。

這里,在車齒加工中,從與包含作為切齒刀具的車齒刀接觸的加工點和工件W的旋轉軸線在內的平面正交的方向觀察到的、切齒刀具的旋轉軸線和工件W的旋轉軸線既不相互垂直,也不相互平行。即,在車齒加工中,將車齒刀的旋轉軸線和工件W的旋轉軸線在扭轉的狀態下配置,并且使車齒刀和工件W一邊同步一邊進行高速旋轉,由此能夠進行高效的齒輪加工。除此之外,由于車齒刀具有前后角和側后角,所以形狀容易通過再研磨改變,可再研磨的研磨量有限。

另一方面,由于切齒刀具40為圓筒狀,所以即便再研磨,也容易維持形狀,與車齒刀相比,能夠較大地獲取可再研磨的研磨量。并且,切齒刀具40比車齒刀剛性高,因此能夠抑制早期的破損。

此外,由于切齒刀具50為圓筒狀,由此前角因偏置角而成為負,切削阻力增大,所以成為加工效率惡化、工具壽命降低的重要因素。針對該點,基于齒輪加工裝置1的齒輪加工方法能夠通過設定偏置角而實現切削阻力的減少,因此能夠實現齒輪加工的最優化,從而能夠實現加工效率和工具壽命的提高。

在上述實施方式中,說明了加工點設定部150使粗加工處理中的偏置角θr為比精加工處理中的偏置角θf小的角度的情況,但不一定限定于此。即,加工點設定部150也可以在粗加工時和精加工時,使偏置角θ變化時,將粗加工處理中的偏置角θr設定為角度比精加工處理中的偏置角θf大。此時,齒輪加工裝置1能夠將粗加工點Pr設定在粗加工時的后角α比精加工時的后角大的位置,即,能夠將粗加工點Pr設定在在粗加工時比精加工時容易避免切齒刀具40和工件W干涉的位置。

在上述實施方式中,說明了將本發明應用于在工件W展成外齒輪時的情況,但本發明也能應用于在工件W展成內齒輪的情況。

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