JP3782545B2 - Gear cutting method - Google Patents

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JP3782545B2
JP3782545B2 JP09951997A JP9951997A JP3782545B2 JP 3782545 B2 JP3782545 B2 JP 3782545B2 JP 09951997 A JP09951997 A JP 09951997A JP 9951997 A JP9951997 A JP 9951997A JP 3782545 B2 JP3782545 B2 JP 3782545B2
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重夫 加藤
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、まがりばかさ歯車もしくはハイポイドギヤの歯切り加工方法に関し、特にグリーソン式歯切り盤を用いながら、連続回転割り出しによる創成歯切りを可能とした歯切り加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
まがりばかさ歯車もしくはハイポイドギヤの歯切り加工は、図6に示すように、支持体である図示外のクレイドルに偏心させて支持させた環状の正面フライスカッタ58をそのカッタ軸心周りに回転させて該正面フライスカッタ58の切刃の軌跡により仮想創成歯車Gの一歯を現わさしめるとともに、前記正面フライスカッタ58をクレイドルごと仮想創成歯車Gの軸心と一致するクレイドル軸心周りに回転させることにより正面フライスカッタ58を連続的に公転運動させ、前記仮想創成歯車Gと噛み合う位置に配置した歯車素材(以下、ワークという)61に理想的な噛み合い運動を与えるべくその軸心周りに同期回転させることによって一歯面を創成することを基本としている。そして、一歯面が創成されたならば順次割出して、次の歯面を創成することになる。
【0003】
このような創成歯切り法の代表的なものとして、グリーソン式の歯切り盤やCNCタイプの歯切り盤(同等機能を有する専用機を含む)が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
グリーソン式の歯切り盤は、図7に示すように、単一のモータ51からの回転出力をギヤトレーン52〜57を介して正面フライスカッタ58やクレイドル59、さらにはワークスピンドル60に装着されたワーク61に伝達して、それぞれの要素を回転駆動させるものであるが、クレイドル59の回転とワーク61の回転とは同期がとられてはいても、ワーク61の割り出し回転の際には同一駆動源からの回転出力をゼネバ機構62により間欠回転に変換してワーク61を割り出し回転させることになるため、そのワーク61の割り出し回転と正面フライスカッタ58の回転運動との間では同期をとることができず、結果的にワーク61の連続回転割り出しによる歯切り加工を困難なものとしている。
【0005】
また、近年では、図7に示すところのギヤトレーン52〜57の一部を取り外し、代わってワーク軸とクレイドル軸にそれぞれモータを個別に設け、上記のような純機械的な歯切り盤の動きをNC制御化することも試られている。しかし、この場合にも、一歯ずつ割り出しながら歯切りを行うことには変わりはなく、生産性の高い連続回転割り出しによる歯切り法を実現することはできない。
【0006】
一方、CNCタイプの歯切り盤は唯一連続割り出しによる歯切り法を実現することができるものの、その機能よりして機械自体が高価であり、設備費の高騰を招く結果となって好ましくない。
【0007】
本発明は以上のような課題に着目してなされたもので、既存の設備に改良を加えるだけで比較的安価に連続割り出しによる歯切り加工を可能とした歯切り加工方法を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、まがりばかさ歯車もしくはハイポイドギヤの歯切り加工を行うにあたり、クレイドルに偏心させて支持させた環状の正面フライスカッタをそのカッタ軸心周りに回転させて該正面フライスカッタの切刃の軌跡により仮想創成歯車の一歯を現わさしめるとともに、前記正面フライスカッタをクレイドルごと仮想創成歯車の軸心と一致するクレイドル軸心周りに回転させることにより正面フライスカッタを連続的に公転させ、前記仮想創成歯車と噛み合う位置に配置した歯車素材をその軸心周りに同期回転させることによって歯切り加工を行うようにした方法を前提としている。その上で、前記クレイドル、正面フライスカッタおよび歯車素材のそれぞれを個別のモータによって回転駆動させながらそれぞれの回転角を個別に制御し、前記正面フライスカッタと歯車素材の回転角が所定の回転比となるように同期制御しつつ、クレイドルの回転角に歯車素材と当該クレイドルとの回転速度比を乗じた分だけ歯車素材の回転角に補正を加えるとともに、前記歯車素材とクレイドルとの回転速度比を歯切り加工中に変化させる一方、前記正面フライスカッタの回転角制御のための回転検出を、その正面フライスカッタが装着されるカッタスピンドル内にこれと同一軸心上に位置するように収容配置されていて且つ当該カッタスピンドルに直結した回転センサによって行うことを特徴としている。
【0011】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、正面フライスカッタが装着されるカッタスピンドルに常時制動トルクを加えながら加工を行うことを特徴としている。
【0013】
したがって、請求項1に記載の発明では、クレイドル、正面フライスカッタおよび歯車素材の回転位相をそれぞれを個別に制御することにより、実質的にそれぞれの回転駆動系のNC制御化が可能となる。これにより、クレイドルの回転と歯車素材の回転との間で同期をとることができることはもちろんのこと、歯車素材の割り出し回転についても正面フライスカッタの回転との間で同期をとることが可能となり、歯車素材の連続回転割り出しによる創成歯切りが可能となる。
その上、正面フライスカッタと歯車素材との同期制御の際に、クレイドルの回転角に対して所定の割合で歯車素材の回転角に補正を加えるものとし、特に正面フライスカッタと歯車素材の回転角が所定の回転比となるように同期制御しつつ、クレイドルの回転角に歯車素材と当該クレイドルとの回転速度比を乗じた分だけ歯車素材の回転角に補正を加えることにより、完全な3軸制御によらずに補正制御だけで連続割り出しによる歯すじ創成と歯形創成とが同時に行われる。
【0015】
そして、上記歯車素材とクレイドルとの回転速度比を歯切り加工中に変化させることにより、創成すべき歯形に修正が加えられて、歯形創成と同時に例えば歯当たりあるいは噛み合い伝達誤差等の適正化を図ることができる。
【0016】
ここで、正面フライスカッタとその正面フライスカッタを駆動するためのモータとの間にギヤトレーンが介在せざるを得ない場合には、そもそも正面フライスカッタによる歯切り自体が断続切削であるがために、上記の歯車列のがたつきすなわちバックラッシュによるピッチ誤差の発生が不可避である。
【0017】
そこで、請求項2に記載の発明のように、例えばディスブレーキ等の手段によりカッタスピンドルに常時制動トルクを加えながら加工を行うと、上記のバックラッシュによるピッチ誤差への影響をなくすことができる。
【0018】
また、上記のように、独立したモータを駆動源とする正面フライスカッタの回転位相を個別に制御するためには、必然的にその正面フライスカッタの回転を検出する必要があるが、モータに近い位置でその回転検出を行うと、モータと正面フライスカッタとの間に介在しているギヤトレーンのバックラッシュの影響で検出誤差が生ずることになる。
【0019】
このようなことから、上記のように、正面フライスカッタが装着されるカッタスピンドル内にこれと同一軸心上に位置するように収容配置されていて且つ当該カッタスピンドルに直結した回転センサによって回転検出を行うことで、その正面フライスカッタの回転検出精度が向上し、これに他の軸を追従させることにより同期精度が高められる。
【0020】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、クレイドル、正面フライスカッタおよび歯車素材の回転角をそれぞれ個別に制御可能として、実質的にそれぞれの回転駆動系のNC制御化を図ったものであるから、従来では高精度なCNCタイプの歯切り盤や専用機を用いなければできなかった連続割り出しによる創成歯切りが可能となり、安価な設備で生産性の高い連続割り出しによる歯切りを実現できるほか、正面フライスカッタと歯車素材の回転角を同期制御しつつ、クレイドルの回転角に歯車素材と当該クレイドルとの回転速度比を乗じた分だけ歯車素材の回転角に補正を加えることにより、完全な3軸制御によらずに補正制御だけで連続割り出しによる歯すじ創成と歯形創成とが同時に行われるようになるために、制御の簡素化を図ることができる効果がある。
【0022】
その上、歯車素材とクレイドルとの回転速度比を歯切り加工中に積極的に変化させるようにしたことから、創成歯切りと同時にその創成すべき歯形に修正が加えられて、例えば歯当たりあるいは噛み合い伝達誤差等の適正化を図ることができる効果がある。
【0023】
また、正面フライスカッタの回転角制御のための回転検出を、その正面フライスカッタが装着されるカッタスピンドル内にこれと同一軸心上に位置するように収容配置されていて且つ当該カッタスピンドルに直結した回転センサによって行うようにしたことから、カッタ駆動用モータと正面フライスカッタとの間にギヤトレーンが介在していても、そのギヤトレーンのバックラッシュの影響でカッタの回転検出に検出誤差が生ずることがなく、他の軸との同期精度が向上する効果がある。
【0024】
請求項2に記載の発明によれば、ディスブレーキ等の手段によりカッタスピンドルに常時制動トルクを加えながら歯切り加工を行うようにしたことから、請求項1に記載の発明と同様の効果のほかに、カッタスピンドルに装着される正面フライスカッタとその正面フライスカッタを駆動するためのモータとの間にギヤトレーンが介在せざるを得ない場合でも、そのギヤトレーンのバックラッシュによる被加工歯車のピッチ誤差への影響をなくすことができる効果がある。
【0025】
【発明の実施の形態】
図1〜図5は本発明の好ましい実施の形態を示す図であって、特に図1は本発明が適用される歯切り盤の全体構成を、図2はそのブロック回路図を、図3,4はカッタスピンドルの要部断面図をそれぞれ示している。
【0026】
図1および図3,4において、1は歯切り加工用の正面フライスカッタ(以下、単にカッタという)、2はクレイドルで、このクレイドル2にはその軸心aから偏心した位置に図3,4に示すようにカッタスピンドルスリーブ3を介してカッタスピンドル4が回転可能に支持されているとともに、このカッタスピンドル4の先端にカッタ1が装着されている。そして、カッタ1はスピンドルモータ(ACサーボモータ)5によりギヤトレーン6,7を介して回転駆動される一方、クレイドル2は同じくACタイプのサーボモータ8によって回転駆動されるようになっている。
【0027】
上記カッタスピンドル4の後端には、図4に示すようにロータリーエンコーダ9が設けられている。このロータリーエンコーダ9はカッタスピンドルスリーブ3に付設された取付台10に固定支持されている一方、その入力軸11はカップリング12とサポートシャフト13およびボルト14とを介してカッタスピンドル4に連結されていて、前記スピンドルモータ5によって回転駆動されるカッタ1の回転角度(回転数)がそのカッタ1に可及的に近い位置でロータリーエンコーダ9によって検出されるようになっている。
【0028】
また、図3に示すように、前記カッタスピンドル4のうちカッタ1の直近位置にはブレーキディスク15が固定されている一方、カッタスピンドル4を支持しているカッタスピンドルスリーブ3側にはブレーキディスク15をはさむようにしてキャリパ16が設けられていて、これらブレーキディスク15とキャリパ16とによりディスブレーキ17が形成されている。
【0029】
そして、キャリパ16に支持されたブレーキシュー18を油圧にてブレーキディスク15に押し付けることにより、カッタ1は常時所定の制動力が加わった状態で回転駆動されるようになっている。
【0030】
上記のカッタ1は、図3および図5に示すように、円板状のカッタボディ19の外周縁部に多数のカッタブレード20a,20bを並列したもので、各カッタブレード20a,20bの配置としては、二つ一組のカッタブレード20a,20b(一方が噛み合い方向側歯面切削用であれば他方が反噛み合い方向側歯面切削用となる)からなるブレードグループ20を円周方向に沿って螺旋状に並べ、このブレードグループ20をカッタボディ19の円周方向に沿って等ピッチで多数配置してある。
【0031】
そして、後述するように、カッタ1の自転および公転運動とワークWの回転運動とを同期させることにより、ワークWの連続割り出しによる歯すじ創成と歯形創成とが同時に行われることになる。なお、図5中のC1はカッタ1の回転中心、C2はクレイドル2の回転中心をそれぞれ示しており、また、カッタ1、クレイドル2およびワークW相互の配置関係は基本的には図6に示したものと同一である。
【0032】
また、図1の21は先端に歯車素材(以下、ワークという)Wが装着されるワークスピンドル、22はワークスピンドル21を含むスピンドルユニットが搭載されたスライドベースで、ワークスピンドル21はサーボモータ(ACサーボモータ)23によってギヤ24,25を介して回転駆動される一方、スライドベース22は同じくACタイプのサーボモータ26を駆動源としてギヤ27,28およびボールねじ29を介してスライド駆動されるようになっている。
【0033】
そして、図2に示すように、ワークスピンドル21(C軸)駆動用のサーボモータ23とクレイドル2駆動用のサーボモータ8はともに速度フィードバック要素としての速度検出器30または31を備えているとともに、ワークスピンドル駆動用のサーボモータ23については位置フィードバック要素としてのロータリーエンコーダ32を有している。
【0034】
すなわち、図1の歯切り盤の構造では、クレイドル駆動系、ワーク駆動系およびスライドベース駆動系のそれぞれが独立したサーボモータを有していて、各駆動系ごとに個別にNC制御可能な構造となっている。
【0035】
ここで、まがりばかさ歯車のピニオンギヤの歯切り加工を行うにあたっては、図2に示すように、NCコントローラのEGB(Electronic Gear Box)機能を使って、カッタ1の回転角とワークWの回転角とを所定の回転速度比となるようにクローズドループにて同期制御し、クレイドル2の回転角に対して所定の割合でワークWの回転角に補正を加えることにより、ワークWの連続回転割り出しによる歯すじ創成と歯形創成とを同時に行う。
【0036】
なお、加工時におけるワークWとカッタ1およびクレイドル2の相対位置関係としては、先に述べたように図6に示したものと基本的に同様であるものの、図5に示すようにカッタ1のブレードグループ20が螺旋状となっている点でのみ異なっている。また、図5中の34は凸状の歯すじを示しており(ハッチングを施した部分)、それらの歯すじ34,34同士の間に凹状の歯溝35が切削形成される。
【0037】
より詳しくは、図1,5に示すように、ワークWに歯切りすべき歯数をZ1とするとともにカッタ1のブレードグループ20の数をZWとすると、カッタ1とワークWの回転速度比はZ1:ZW、言い換えれば、カッタ1がθXだけ回転したときのワークWの回転角をθ1とすると、歯すじ創成を行うためにはθ1=(ZW/Z1)×θXとなる。そこで、図2に示すように、カッタスピンドル4に付設されたロータリーエンコーダ9の出力をNCコントローラのEGB機能部36に取り込み、これにカッタ1とワークWの歯数比ZW/Z1を乗じたものをワーク駆動系の指令信号に補正指令として加える。これにより、カッタ1とワークWとはZ1:ZWの回転速度比で同期回転して、カッタ1のブレードグループ20が延長エピサイクロイド曲線を描くことによりワークWの連続回転割り出しによる歯すじ創成が可能となる。
【0038】
一方、ピニオンギヤの歯切りには上記の歯すじ創成に加えて歯形創成を同時に行う必要があり、この歯形創成に必要なワークWの回転角とクレイドル2の回転との関係は、ワークWの回転角をθ2、クレイドル2の回転角をθQとした場合に、θ2=f(θQ)となる。
【0039】
なお、上記のf(θQ)はワーク回転角とクレイドル回転角との関係を示す関数にほかならず、通常は、θ2=f(θQ)=Ra×θQ(ただし、Raはワークとクレイドルとの回転速度比で、通常はRa=一定)である。
【0040】
そこで、上記のようにカッタ1とワークWの回転角を同期制御しつつ、クレイドル2を回転させたときにそのクレイドル2の回転角θQに対してワークWの回転角θ2がθ2=f(θQ)となるようにワークWの回転角に差を与える。つまり、θ2なるワーク回転角を、先のθ1なるワーク回転角に対してNCの直線補間機能を用いてインクルメンタル指令にて補正を加えることにより、ワークW全体の補正回転角θ=θ1+θ2となって、カッタ1が自転しつつ1回公転運動すれば総ての歯が同量ずつ切削され、この動作を連続的に繰り返すことにより歯すじ創成と歯形創成とが同時に行われる。
【0041】
この場合、f(θQ)なる関数すなわちワークWとクレイドル2との回転速度比Raを歯切り加工中に積極的に変化させることにより、歯面(歯形)形状に修正を加えることが可能となり、例えば歯当たり状態や噛合伝達誤差等の適正化が同時に図れる。
【0042】
つまり、本実施の形態によれば、カッタ駆動系、ワーク駆動系およびクレイドル駆動系の3軸がそれぞれ独立制御可能ではあるものの、単に3軸それぞれを独立して制御するのではなく、カッタ1およびクレイドル2の動きに応じてワークWの回転に補正を加える方式としたことから、より安価な設備構成で連続回転割り出しによる創成歯切り加工が可能となる。
【0043】
しかも、図1に示すように、カッタ1とそのカッタ1を回転駆動するためのスピンドルモータ5との間にはギヤトレーン6,7が介在している上に、図5から明らかなようにカッタ1による歯切り切削は断続切削のかたちとなるため、通常であればギヤトレーン6,7のバックラッシュによるピッチ誤差の発生は不可避である。しかしながら、上記の実施の形態では、図3に示したディスクブレーキ17によりカッタスピンドル4に常時所定の制動力を加えながら加工するようにしているため、上記のギヤトレーンのバックラッシュによる被加工歯車のピッチ誤差への影響はなくなる。
【0044】
同様の理由から、図4に示したように、実質的にカッタスピンドル4内に埋設したロータリーエンコーダ9によりカッタ1の回転を検出しているため、スピンドルモータ5に近い位置で回転検出した場合と比べて上記ギヤトレーンのバックラッシュの影響がなく、カッタ1の回転検出精度ひいてはワークWとカッタ1との同期精度が向上することになる。
【0045】
ここで、上記の歯切り盤の構造では、必要に応じて従来のような一歯ごとに割り出すいわゆる単一割り出し方式の歯切り加工も可能である。この場合には、ワークWの回転とクレイドル2の回転とをオープンループ方式で2軸同時に制御すればよい。もちろん、クレイドル2の往復運動により切削を行う一方で、その往動から復動に切り換わる時にワークWに切り込み回転を与えるようにすれば、噛み合い側の歯面と反噛み合い側の歯面とで先に述べた関数f(θQ)を異ならしめて加工することも可能である。
【0046】
また、まがりばかさ歯車のリングギヤの成形歯切り加工の場合には、クレイドル2を回転させることなく固定して、図1のスライドベース22の自由度を使って切り込み送りのみを与えることで歯切り加工が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す図で、本発明の歯切り加工法に用いられる歯切り盤の構成説明図。
【図2】図1に示す各モータの制御系のブロック回路図。
【図3】図1のカッタ近傍の要部拡大図。
【図4】図3の要部断面図。
【図5】本発明の歯切り加工法による原理説明図。
【図6】従来の創成歯切り加工法を示す説明図。
【図7】従来のグリーソン式歯切り盤の構成説明図。
【符号の説明】
1…正面フライスカッタ
2…クレイドル
4…カッタスピンドル
5…スピンドルモータ
8…サーボモータ
9…ロータリーエンコーダ
17…ディスクブレーキ
20…ブレードグループ
20a,20b…カッタブレード
21…ワークスピンドル
23…サーボモータ
26…サーボモータ
32…ロータリーエンコーダ
36…EGB機能部
W…歯車素材(ワーク)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gear cutting method for a spiral bevel gear or a hypoid gear, and more particularly to a gear cutting method that enables generation gear cutting by continuous rotation indexing while using a Gleason gear cutting machine.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 6, gear cutting of a spiral bevel gear or a hypoid gear is performed by rotating an annular front milling cutter 58 eccentrically supported by a cradle (not shown) as a support body around its cutter axis. One tooth of the virtual generating gear G is revealed by the locus of the cutting edge of the front milling cutter 58, and the front milling cutter 58 is rotated around the cradle axis that coincides with the axis of the virtual generating gear G together with the cradle. Thus, the front milling cutter 58 is continuously revolved and rotated synchronously around its axis to give an ideal meshing motion to a gear material (hereinafter referred to as a workpiece) 61 arranged at a position meshing with the virtual generating gear G. It is based on creating one tooth surface by making it. And if one tooth surface is created, it will index sequentially and the next tooth surface will be created.
[0003]
As a typical example of such a generating gear cutting method, a Gleason type gear cutting machine and a CNC type gear cutting machine (including a dedicated machine having an equivalent function) are known.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As shown in FIG. 7, the Gleason type gear cutter is configured such that a rotary output from a single motor 51 is transmitted to a front milling cutter 58, a cradle 59, and further a work spindle 60 via gear trains 52 to 57. The rotation of the cradle 59 and the rotation of the work 61 are synchronized, but the same drive source is used for the indexing rotation of the work 61 even though the rotation of the cradle 59 and the rotation of the work 61 are synchronized. Therefore, the rotation of the workpiece 61 is converted into intermittent rotation by the Geneva mechanism 62 and the workpiece 61 is indexed and rotated. Therefore, synchronization between the indexing rotation of the workpiece 61 and the rotational motion of the front milling cutter 58 can be achieved. As a result, gear cutting by continuous rotation indexing of the work 61 is made difficult.
[0005]
Further, in recent years, a part of the gear trains 52 to 57 shown in FIG. 7 has been removed, and instead, motors are individually provided on the work shaft and the cradle shaft, respectively, so that the movement of the pure mechanical gear cutter as described above can be achieved. Trying NC control is also being tried. However, in this case as well, there is no change in performing gear cutting while indexing one tooth at a time, and it is not possible to realize a gear cutting method by continuous rotation indexing with high productivity.
[0006]
On the other hand, although the CNC type gear cutting machine can only realize the gear cutting method by continuous indexing, the machine itself is expensive due to its function, which is not preferable because the equipment cost increases.
[0007]
The present invention has been made paying attention to the problems as described above, and intends to provide a gear cutting method capable of gear cutting by continuous indexing at a relatively low cost only by improving existing equipment. It is.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, when the spiral bevel gear or the hypoid gear is cut, an annular front milling cutter that is eccentrically supported by the cradle is rotated around the cutter axis, and the front milling cutter is rotated. One tooth of the virtual generating gear is revealed by the trajectory of the cutting blade, and the front milling cutter is continuously rotated by rotating the front milling cutter around the cradle axis that coincides with the axis of the virtual generating gear together with the cradle. It is premised on a method in which gear cutting is performed by synchronously rotating a gear material arranged at a position meshing with the virtual generating gear around its axis . Then, each of the cradle, the front milling cutter, and the gear material is individually driven by an individual motor to individually control the rotation angle, and the rotation angle of the front milling cutter and the gear material has a predetermined rotation ratio. The rotation angle ratio of the gear material and the cradle is corrected while the synchronous control is performed so that the rotation angle of the gear material and the cradle is multiplied by the rotation angle ratio of the gear material and the cradle. While being changed during gear cutting, the rotation detection for controlling the rotation angle of the front milling cutter is housed and arranged so as to be positioned on the same axis as the inside of the cutter spindle to which the front milling cutter is mounted. And a rotation sensor directly connected to the cutter spindle .
[0011]
The invention described in claim 2 is characterized in that, in the invention described in claim 1, processing is performed while constantly applying a braking torque to the cutter spindle on which the front milling cutter is mounted.
[0013]
Therefore, according to the first aspect of the present invention, the rotational phases of the cradle, the face mill cutter, and the gear material are individually controlled, so that the respective rotational drive systems can be substantially NC-controlled. This makes it possible to synchronize between the rotation of the cradle and the rotation of the gear material, as well as the indexing rotation of the gear material, and the rotation of the front milling cutter, Generating gear cutting by continuous rotation indexing of gear material becomes possible.
Moreover, during synchronization control between a face milling cutter and the gear material, for the rotation angle of the cradle shall obtain pressure compensation to the rotation angle of the gear material in a predetermined ratio, especially in the face milling cutter and the gear Material By synchronously controlling the rotation angle so that it becomes a predetermined rotation ratio , the rotation angle of the gear material is corrected by the amount obtained by multiplying the rotation angle ratio of the cradle by the rotation speed ratio between the gear material and the cradle. Tooth line creation and tooth profile creation by continuous indexing are performed at the same time only by correction control, not by three-axis control.
[0015]
By changing the rotational speed ratio between the gear material and the cradle during gear cutting, the tooth profile to be created is corrected, and at the same time as the tooth profile creation, for example, tooth contact or mesh transmission error is optimized. Can be planned.
[0016]
Here, when the gear train must be interposed between the front milling cutter and the motor for driving the front milling cutter, the gear cutting by the front milling cutter is an intermittent cutting in the first place. Pitch error due to backlash of the gear train, i.e., backlash, is unavoidable.
[0017]
Therefore, as in the invention described in claim 2 , if the machining is performed while constantly applying a braking torque to the cutter spindle by means such as a brake, for example, the influence on the pitch error due to the backlash can be eliminated.
[0018]
Further, as described above, in order to individually control the rotation phase of the front milling cutter using an independent motor as a drive source, it is necessary to detect the rotation of the front milling cutter, but it is close to the motor. If the rotation is detected at the position, a detection error is generated due to the backlash of the gear train interposed between the motor and the front milling cutter.
[0019]
For this reason, as described above , the rotation is detected by the rotation sensor that is housed in the cutter spindle on which the front milling cutter is mounted so as to be positioned on the same axis as the front milling cutter and is directly connected to the cutter spindle. As a result, the rotation detection accuracy of the front milling cutter is improved, and the synchronization accuracy is increased by following the other axes.
[0020]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the rotational angles of the cradle, the front milling cutter, and the gear material can be individually controlled, and the NC control of each rotational drive system is substantially achieved. In the past, it was possible to create gears by continuous indexing, which had been impossible without using a high-precision CNC gear cutting machine or a dedicated machine. By synchronously controlling the rotation angle of the milling cutter and the gear material, the rotation angle of the gear material is corrected by the amount of multiplication of the rotation angle ratio of the cradle and the rotation speed ratio of the gear material and the cradle. Tooth straight line creation and tooth profile creation by continuous indexing are performed at the same time by correction control alone, regardless of control, so control can be simplified. There is an effect.
[0022]
In addition, since the rotational speed ratio between the gear material and the cradle is actively changed during the gear cutting, the tooth profile to be created is modified simultaneously with the generation gear cutting, for example, tooth contact or There is an effect that it is possible to optimize the meshing transmission error and the like.
[0023]
Also, rotation detection for controlling the rotation angle of the front milling cutter is accommodated in the cutter spindle to which the front milling cutter is mounted so as to be positioned on the same axis as that and directly connected to the cutter spindle. Therefore, even if a gear train is interposed between the cutter driving motor and the front milling cutter, a detection error may occur in the rotation detection of the cutter due to the backlash of the gear train. There is also an effect of improving the accuracy of synchronization with other axes.
[0024]
According to the second aspect of the present invention, since gear cutting is performed while constantly applying a braking torque to the cutter spindle by means of a brake or the like, in addition to the same effect as the first aspect of the invention, Even if a gear train must be interposed between the front milling cutter mounted on the cutter spindle and the motor for driving the front milling cutter, the pitch error of the gear to be machined due to backlash of the gear train can be reduced. There is an effect that can eliminate the influence of.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 to 5 are views showing a preferred embodiment of the present invention. In particular, FIG. 1 shows the overall configuration of a gear cutter to which the present invention is applied, FIG. 2 shows its block circuit diagram, and FIG. 4 shows cross-sectional views of the main part of the cutter spindle.
[0026]
1 and 3, 4 is a front milling cutter (hereinafter simply referred to as a cutter) for gear cutting, 2 is a cradle, and the cradle 2 is located at a position eccentric from its axis a. As shown, the cutter spindle 4 is rotatably supported via the cutter spindle sleeve 3, and the cutter 1 is attached to the tip of the cutter spindle 4. The cutter 1 is rotationally driven by a spindle motor (AC servomotor) 5 via gear trains 6 and 7, while the cradle 2 is also rotationally driven by an AC type servomotor 8.
[0027]
A rotary encoder 9 is provided at the rear end of the cutter spindle 4 as shown in FIG. The rotary encoder 9 is fixedly supported on a mounting base 10 attached to the cutter spindle sleeve 3, while its input shaft 11 is connected to the cutter spindle 4 via a coupling 12, a support shaft 13 and a bolt 14. The rotation angle (number of rotations) of the cutter 1 that is rotationally driven by the spindle motor 5 is detected by the rotary encoder 9 at a position as close as possible to the cutter 1.
[0028]
As shown in FIG. 3, a brake disc 15 is fixed to the cutter spindle 4 at a position closest to the cutter 1, while a brake disc 15 is supported on the side of the cutter spindle sleeve 3 that supports the cutter spindle 4. The caliper 16 is provided so as to sandwich the brake disc 15, and the brake disc 15 and the caliper 16 form a brake 17.
[0029]
Then, the brake shoe 18 supported by the caliper 16 is pressed against the brake disk 15 by hydraulic pressure, so that the cutter 1 is always driven to rotate with a predetermined braking force applied.
[0030]
As shown in FIGS. 3 and 5, the cutter 1 includes a large number of cutter blades 20 a and 20 b arranged in parallel on the outer peripheral edge of a disc-shaped cutter body 19. The cutter blades 20 a and 20 b are arranged as follows. Is a blade group 20 consisting of a pair of cutter blades 20a, 20b (if one is for cutting in the meshing direction side tooth surface, the other is for cutting in the counter meshing direction side tooth surface) along the circumferential direction. A large number of blade groups 20 are arranged along the circumferential direction of the cutter body 19 at an equal pitch.
[0031]
As will be described later, by synchronizing the rotation and revolution movements of the cutter 1 and the rotational movement of the workpiece W, the tooth trace creation and the tooth profile creation by continuous indexing of the workpiece W are performed simultaneously. 5, C 1 indicates the rotation center of the cutter 1, C 2 indicates the rotation center of the cradle 2, and the positional relationship among the cutter 1, the cradle 2 and the workpiece W is basically shown in FIG. It is the same as shown in.
[0032]
Further, 21 in FIG. 1 is a work spindle on which a gear material (hereinafter referred to as a work) W is mounted, and 22 is a slide base on which a spindle unit including the work spindle 21 is mounted. The work spindle 21 is a servo motor (AC). Servo motor) 23 is driven to rotate through gears 24 and 25, while slide base 22 is also driven to slide through gears 27 and 28 and ball screw 29 using AC type servo motor 26 as a drive source. It has become.
[0033]
As shown in FIG. 2, both the servo motor 23 for driving the work spindle 21 (C axis) and the servo motor 8 for driving the cradle 2 are provided with a speed detector 30 or 31 as a speed feedback element, The servo motor 23 for driving the work spindle has a rotary encoder 32 as a position feedback element.
[0034]
That is, in the structure of the gear cutting machine of FIG. 1, each of the cradle drive system, the work drive system, and the slide base drive system has an independent servo motor, and each drive system can be controlled individually by NC. It has become.
[0035]
Here, lodgings In conducting a gear cutting of the pinion gear of the bevel gears, as shown in FIG. 2, with the NC controller EGB (Electronic Gear Box) function, the rotation angle of the rotation angle and the workpiece W of the cutter 1 preparative controlled synchronously by a closed loop to a predetermined rotational speed ratio, by for the rotation angle of the cradle 2 adding the correction to the rotational angle of the workpiece W at a predetermined ratio, by continuous rotation indexing of the workpiece W Tooth line creation and tooth profile creation are performed simultaneously.
[0036]
The relative positional relationship between the workpiece W and the cutter 1 and the cradle 2 at the time of machining is basically the same as that shown in FIG. 6 as described above, but as shown in FIG. The only difference is that the blade group 20 is spiral. Further, 34 in FIG. 5 indicates a convex tooth streak (hatched portion), and a concave tooth groove 35 is formed by cutting between the tooth streaks 34 and 34.
[0037]
More specifically, as shown in FIGS. 1 and 5, if the number of teeth to be cut on the workpiece W is Z 1 and the number of blade groups 20 of the cutter 1 is Z W , the rotational speed of the cutter 1 and the workpiece W is as follows. ratio Z 1: Z W, in other words, when the rotation angle of the workpiece W when the cutter 1 is rotated by theta X and theta 1, in order to perform a tooth trace creation is θ 1 = (Z W / Z 1) × the θ X. Therefore, as shown in FIG. 2, the output of the rotary encoder 9 attached to the cutter spindle 4 is taken into the EGB function part 36 of the NC controller, and this is multiplied by the tooth number ratio Z W / Z 1 of the cutter 1 and the workpiece W. Is added as a correction command to the command signal of the workpiece drive system. As a result, the cutter 1 and the workpiece W rotate synchronously at a rotation speed ratio of Z 1 : Z W , and the blade group 20 of the cutter 1 draws an extended epicycloid curve, thereby generating a tooth trace by indexing the continuous rotation of the workpiece W. Is possible.
[0038]
On the other hand, the gear cutting of the pinion gear must make tooth created simultaneously in addition to the tooth trace the creation of the relationship between the rotation of the rotation angle and the cradle 2 of the workpiece W required for this tooth creation, the rotation of the workpiece W When the angle is θ 2 and the rotation angle of the cradle 2 is θ Q , θ 2 = f (θ Q ).
[0039]
Note that the above f (θ Q ) is nothing but a function indicating the relationship between the workpiece rotation angle and the cradle rotation angle. Usually, θ 2 = f (θ Q ) = R a × θ Q (where R a is The rotation speed ratio between the workpiece and the cradle, usually R a = constant).
[0040]
Therefore, when the cradle 2 is rotated while synchronously controlling the rotation angles of the cutter 1 and the workpiece W as described above, the rotation angle θ 2 of the workpiece W is θ 2 = with respect to the rotation angle θ Q of the cradle 2. A difference is given to the rotation angle of the workpiece W so that f (θ Q ) is obtained. In other words, by correcting the work rotation angle θ 2 with respect to the previous work rotation angle θ 1 using an NC linear interpolation function, the correction rotation angle θ of the entire work W θ = θ If 1 + θ 2 and the cutter 1 rotates and revolves once, all teeth are cut by the same amount. By repeating this operation continuously, tooth creation and tooth profile creation are performed simultaneously. .
[0041]
In this case, the tooth surface (tooth profile) shape can be corrected by actively changing the function f (θ Q ), that is, the rotational speed ratio Ra between the workpiece W and the cradle 2 during gear cutting. For example, it is possible to optimize the tooth contact state and the meshing transmission error at the same time.
[0042]
That is, according to the present embodiment, although the three axes of the cutter driving system, the workpiece driving system, and the cradle driving system can be controlled independently, the cutter 1 and the three axes are not controlled independently. Since the method of correcting the rotation of the workpiece W in accordance with the movement of the cradle 2, it is possible to perform generation gear cutting by continuous rotation indexing with a cheaper equipment configuration.
[0043]
Moreover, as shown in FIG. 1, gear trains 6 and 7 are interposed between the cutter 1 and the spindle motor 5 for rotationally driving the cutter 1, and the cutter 1 is clearly shown in FIG. Since the gear cutting by means of intermittent cutting is a form of intermittent cutting, it is inevitable that a pitch error will occur due to backlash of the gear trains 6 and 7. However, in the above embodiment, the disk brake 17 shown in FIG. 3 is always machined while applying a predetermined braking force to the cutter spindle 4, so that the pitch of the gear to be machined due to the backlash of the gear train described above. The effect on error is eliminated.
[0044]
For the same reason, as shown in FIG. 4, since the rotation of the cutter 1 is detected by the rotary encoder 9 embedded in the cutter spindle 4, the rotation is detected at a position close to the spindle motor 5. In comparison, there is no influence of the backlash of the gear train, and the rotation detection accuracy of the cutter 1 and thus the synchronization accuracy between the workpiece W and the cutter 1 are improved.
[0045]
Here, in the structure of the above-described gear cutting machine, a so-called single indexing type gear cutting process for indexing for each tooth as in the prior art can be performed as necessary. In this case, the rotation of the workpiece W and the rotation of the cradle 2 may be controlled simultaneously by two axes in an open loop manner. Of course, if cutting is performed by the reciprocating movement of the cradle 2 and the workpiece W is cut and rotated when switching from the forward movement to the backward movement, the tooth surface on the meshing side and the tooth surface on the counter meshing side It is also possible to perform processing by making the function f (θ Q ) described above different.
[0046]
Further, in the case of forming gear cutting of a ring bevel gear ring gear, the cradle 2 is fixed without being rotated, and only the cutting feed is provided by using the degree of freedom of the slide base 22 in FIG. Processing is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention, and is a configuration explanatory diagram of a gear cutting machine used in the gear cutting processing method of the present invention.
FIG. 2 is a block circuit diagram of a control system of each motor shown in FIG.
FIG. 3 is an enlarged view of a main part in the vicinity of the cutter in FIG. 1;
4 is a cross-sectional view of the main part of FIG. 3;
FIG. 5 is an explanatory diagram of the principle by the gear cutting method of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory view showing a conventional generating gear cutting method.
FIG. 7 is a configuration explanatory view of a conventional Gleason type gear cutter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Front milling cutter 2 ... Cradle 4 ... Cutter spindle 5 ... Spindle motor 8 ... Servo motor 9 ... Rotary encoder 17 ... Disc brake 20 ... Blade group 20a, 20b ... Cutter blade 21 ... Work spindle 23 ... Servo motor 26 ... Servo motor 32 ... Rotary encoder 36 ... EGB function part W ... Gear material (workpiece)

Claims (2)

まがりばかさ歯車もしくはハイポイドギヤの歯切り加工を行うにあたり、クレイドルに偏心させて支持させた環状の正面フライスカッタをそのカッタ軸心周りに回転させて該正面フライスカッタの切刃の軌跡により仮想創成歯車の一歯を現わさしめるとともに、前記正面フライスカッタをクレイドルごと仮想創成歯車の軸心と一致するクレイドル軸心周りに回転させることにより正面フライスカッタを連続的に公転させ、前記仮想創成歯車と噛み合う位置に配置した歯車素材をその軸心周りに同期回転させることによって歯切り加工を行うようにした方法であって、
前記クレイドル、正面フライスカッタおよび歯車素材のそれぞれを個別のモータによって回転駆動させながらそれぞれの回転角を個別に制御し、
前記正面フライスカッタと歯車素材の回転角が所定の回転比となるように同期制御しつつ、クレイドルの回転角に歯車素材と当該クレイドルとの回転速度比を乗じた分だけ歯車素材の回転角に補正を加えるとともに、
前記歯車素材とクレイドルとの回転速度比を歯切り加工中に変化させる一方、
前記正面フライスカッタの回転角制御のための回転検出を、その正面フライスカッタが装着されるカッタスピンドル内にこれと同一軸心上に位置するように収容配置されていて且つ当該カッタスピンドルに直結した回転センサによって行うことを特徴とする歯切り加工方法。
When cutting a spiral bevel gear or a hypoid gear, a virtual generating gear is generated by rotating an annular front milling cutter that is eccentrically supported by a cradle around the cutter axis and by the locus of the cutting blade of the front milling cutter. The front milling cutter is continuously revolved by rotating the front milling cutter around the cradle axis that coincides with the axis of the virtual generating gear together with the cradle, and the virtual generating gear It is a method of performing gear cutting by synchronously rotating the gear material arranged at the meshing position around its axis,
While individually driving each of the cradle, the front milling cutter and the gear material by an individual motor, the respective rotation angles are individually controlled,
While controlling synchronously so that the rotation angle between the front milling cutter and the gear material becomes a predetermined rotation ratio, the rotation angle of the gear material is set by the amount obtained by multiplying the rotation angle ratio of the gear material and the cradle by the rotation angle of the cradle. While adding corrections ,
While changing the rotation speed ratio between the gear material and the cradle during gear cutting ,
The rotation detection for controlling the rotation angle of the front milling cutter is housed and disposed in the cutter spindle on which the front milling cutter is mounted so as to be positioned on the same axis as the front milling cutter and is directly connected to the cutter spindle. A gear cutting method characterized by being performed by a rotation sensor .
前記正面フライスカッタが装着されるカッタスピンドルに常時制動トルクを加えながら加工を行うことを特徴とする請求項1に記載の歯切り加工方法。  2. The gear cutting method according to claim 1, wherein the cutting is performed while constantly applying a braking torque to a cutter spindle on which the front milling cutter is mounted.
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