齿轮加工装置的制作方法

技术领域

本发明涉及一种齿轮加工装置。

背景技术：

作为一种使用加工中心(machining center)等机床通过切削加工在工件制造出内齿或者外齿的有效方法，例如存在日本特开2012-45687号公报所记载的加工方法。该加工方法是使能够绕中心轴线(工具轴线)旋转的加工用工具与能够绕相对于加工用工具的工具轴线以规定的角度倾斜的中心轴线(工件轴线)旋转的工件同步旋转，向工件的工件轴线方向多次进给加工用工具而进行切削加工，由此制造出齿的加工方法。

该加工方法所使用的加工用工具设置有多个突条工具刃，上述多个突条工具刃通过一次工件轴线方向的进给，能够将工件以规定量切削。各突条工具刃形成为：径向外表面(刃口面)呈平坦(1阶)，且刃口宽度相同。因此，在该加工用工具中，因为突条工具刃的相同的位置从粗加工起与工件接触直至精加工，所以该位置的磨损变得剧烈，工具寿命变短。磨损的突条工具刃虽然进行再研磨即可，但是因为包络多个突条工具刃的刃口面的形状形成为圆锥面状，所以存在由于再研磨而导致突条工具刃的精度降低的趋势。

日本特开2005-66815号公报记载有以规定的方法谋求一种即使在对磨损的工具刃进行再研磨后也能够维持工具刃的精度的工具刃的轴正交截面刃形轮廓，并以该轴正交截面刃形轮廓形成上述齿轮的加工用工具。

在上述的日本特开2012-45687号公报、日本特开2005-66815号公报所记载的加工用工具中，因为依次进行从粗加工直至精加工，所以加工时间的缩短有极限。另外，日本特开2005-66815号公报所记载的加工用工具为刨床加工用的工具，不能够用于日本特开2012-45687号公报所记载的通过使加工用工具与工件同步旋转而进行切削加工来制造出齿的方法。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种齿轮加工装置，谋求使加工用工具与工件同步旋转并且通过切削加工来制造出齿轮时的加工时间的缩短化以及工具寿命的提高。

本发明的一种实施方式的齿轮加工装置具备：加工用工具，其在外周具有多个突条工具刃；以及驱动装置，其使上述加工用工具绕其中心轴线旋转，并且使工件绕其中心轴线旋转，通过使上述加工用工具相对于上述工件相对地移动，从而在上述工件形成齿轮。

上述驱动装置使上述加工用工具的中心轴线与上述工件的中心轴线成为扭转的状态，一边使上述工件的旋转与上述加工用工具的旋转同步，一边使上述加工用工具相对于上述工件沿上述加工用工具的中心轴线方向前进，利用上述多个突条工具刃在上述工件加工出齿轮，上述多个突条工具刃的各自的径向外表面与上述加工用工具的中心轴线平行，并且随着从上述加工用工具的工具前端朝向工具后端形成为阶段性扩径的多阶梯。

在该加工用工具中，通过使该加工用工具相对于工件沿该加工用工具的中心轴线方向前进，从而利用多阶梯的突条工具刃依次进行切削。因此，即使不像现有的加工用工具那样进行多次沿该加工用工具的中心轴线方向的进给，也能够得到较大的切削量，所以可谋求加工时间的缩短化，并且抑制工具磨损，谋求工具寿命的提高。

附图说明

根据以下参照附图对实施方式进行的详细说明，本发明的上述以及更多的特点和优点会变得更加清楚，其中对相同的元素标注相同的附图标记，其中，

图1是表示本发明的实施方式所涉及的齿轮加工装置的整体构成的立体图。

图2A是从工具轴线方向观察图1的齿轮加工装置所使用的加工用工具的概略的图。

图2B是从与工具轴线成直角的方向观察图2A的加工用工具的A-A线剖视图。

图3是图2A的加工用工具的第一、第二、第三突条工具刃的放大立体图。

图4A是表示图2A的加工用工具的第一突条工具刃对工件的切削量的从工具轴线方向观察的局部剖视图。

图4B是表示图2A的加工用工具的第二突条工具刃对工件的切削量的从工具轴线方向观察的局部剖视图。

图4C是表示图2A的加工用工具的第三突条工具刃对工件的切削量的从工具轴线方向观察的局部剖视图。

图5是从与工具轴线成直角的方向观察图2的加工用工具的第一、第二、第三突条工具刃对工件的切削状态的剖视图。

图6是表示利用图2的加工用工具在工件上加工齿轮时的配置状态的立体图。

图7A是从工具轴线方向观察图6的图。

图7B是从与工具轴线成直角的水平方向观察图6的图。

具体实施方式

作为齿轮加工装置的一个例子，以5轴加工中心为例进行列举，参照图1进行说明。换句话说，该齿轮加工装置1是作为驱动轴而具有相互正交的三个平移轴(X、Y、Z轴)以及两个旋转轴(A轴、C轴)的装置。

如图1所示，齿轮加工装置1具备基座10、柱体20、鞍座30、旋转主轴40、工作台50、倾斜工作台60、转台70以及控制装置100等。此外，虽然省略图示，但是与基座10并列设置有已知的自动工具更换装置。

基座10大致构成为矩形状，配置于地面上。该基座10的上表面设置有柱体20，上述柱体20相对于基座10能够沿X轴方向移动。柱体20的与X轴平行的侧面(滑动面)20a设置有鞍座30，上述鞍座30相对于柱体20能够沿Y轴方向移动。

旋转主轴40设置为能够相对于鞍座30旋转，并支承加工用工具90。加工用工具90保持于工具支架80，固定于旋转主轴40的前端，伴随着旋转主轴40的旋转而旋转。另外，加工用工具90伴随着柱体20以及鞍座30的移动而相对于基座10沿X轴方向以及Y轴方向移动。

在基座10的上表面设置有工作台50，上述工作台50相对于基座10能够沿Z轴方向移动。在工作台50的上表面设置有支承倾斜工作台60的倾斜工作台支承部61。而且，在倾斜工作台支承部61设置有倾斜工作台60，上述倾斜工作台60能够绕水平方向的A轴旋转(摆动)。在倾斜工作台60设置有转台70，上述转台70能够绕与A轴成直角的C轴旋转。在转台70安装有工件W。

控制装置100作为驱动装置而控制柱体20、鞍座30、旋转主轴40、工作台50、倾斜工作台60以及转台70的移动，通过使工件W与加工用工具90沿X轴方向、Z轴方向、Y轴方向、以及绕A轴和C轴相对移动，从而进行工件W的切削加工。

上述的齿轮加工装置1通过将加工用工具90沿工件W的中心轴线(工件轴线Rw)方向进给而进行切削加工，从而制造出齿。如图2A、2B所示，该齿轮加工装置1所使用的加工用工具90形成为圆筒形状，外周具有多个突条工具刃91。而且，各突条工具刃91具有第一突条工具刃91A、第二突条工具刃91B以及第三突条工具刃91C。

第一、第二、第三突条工具刃91A、91B、91C的径向外表面(刃口面)91a、91b、91c与加工用工具90的中心轴线(工具轴线Rt)平行，并且随着从加工用工具90的工具前端朝向工具后端，形成为阶段性扩径的多阶梯(在本例中为3阶)。此外，所谓加工用工具90的工具前端是指在加工时加工用工具90与工件W开始接触的一侧。

即，工具前端侧的第一刃口面91a遍及突条工具刃91的延伸方向以同一最小的外径d1形成，工具根部侧的第三刃口面91c遍及突条工具刃91的延伸方向以同一最大的外径d3形成。而且，位于第一刃口面91a与第三刃口面91c的之间的第二刃口面91b遍及突条工具刃91的延伸方向以外径d1与第三刃口面91c的外径d3的中间大小的同一外径d2形成。另外，周向相邻的突条工具刃91、91间的沟部92形成相同的外径di。

另外，如图3所示，第一、第二、第三突条工具刃91A、91B、91C的第一、第二、第三刃口面91a、91b、91c在工具轴线Rt方向上的长度形成为在加工时不干扰工件W的相同长度k。而且，第一、第二、第三刃口面91a、91b、91c的周向宽度在各刃口面91a、91b、91c遍及突条工具刃91的延伸方向(从工具前端朝向工具后端的方向)为相同宽度(长度k之间的各刃口面91a、91b、91c的周向宽度w1、w2、w3为相同宽度)，以随着从加工用工具90的工具前端朝向工具后端阶段性变窄(w1＞w2＞w3)的方式而形成。

即，第一刃口面91a遍及突条工具刃91的延伸方向以相同的最宽的周向宽度w1形成，第三刃口面91c遍及突条工具刃91的延伸方向以相同的最窄的周向宽度w3形成，第二刃口面91b遍及突条工具刃91的延伸方向以周向宽度w1与周向宽度w3的中间大小的相同的周向宽度w2形成。另外，周向相邻的突条工具刃91、91的沟部92的宽度形成为相同的宽度w。

另外，第一、第二、第三突条工具刃91A、91B、91C形成为一体，即由一个金属块切削而形成。由此，第一、第二、第三突条工具刃91A、91B、91C成为高精度的相同相位。而且，加工用工具90形成为：第一、第二、第三突条工具刃91A、91B、91C的节圆P上的刃厚d、压力角θ、模数以及刃数相同。

由此，第一突条工具刃91A的刃端面的轮廓形状包含于第二突条工具刃91B的刃端面的轮廓形状，第二突条工具刃91B的刃端面的轮廓形状包含于第三突条工具刃91C的刃端面的轮廓形状(参照图2A)。因此，被第一突条工具刃91A切削加工的工件W的切削位置不会被第二突条工具刃91B切削加工，第二突条工具刃91B通过与第一突条工具刃91A相比更向径向突出的部分对工件W进行切削加工。而且，被第二突条工具刃91B切削加工的工件W的切削位置不会被第三突条工具刃91C切削加工，第三突条工具刃91C通过与第二突条工具刃91B相比更向径向突出的部分对工件W进行切削加工。

该加工用工具90的第一突条工具刃91A形成为粗加工用，第二突条工具刃91B形成为中度精加工用，第三突条工具刃91C形成为精加工用。即，加工用工具90能够仅通过沿着工件W的工件轴线方向Rw的一次进给而在工件W制造出规定形状的齿。而且，加工用工具90如图4A、图4B、图4C所示，粗加工用的第一突条工具刃91A以及中度精加工用的第二突条工具刃91B以每一个刃的切入截面积Ea成为相同的方式而形成，精加工用的第三突条工具刃91C以每一个刃的切入截面积Eb小于上述切入截面积Ea的方式形成。

另外，如图4A、图4B、图4C以及图5所示，第一突条工具刃91A以规定的进刀量t1切削在工件W加工的齿轮的相邻齿的齿顶面间的部分，第二突条工具刃91B进一步以规定的进刀量t2(＝(d2－d1)/2＞t1)切削已被第一刃口面91a切削的位置，第三突条工具刃91C进一步以规定的进刀量t3(＝(d3－d2)/2＜t1＜t2)切削已被第二刃口面91b切削的位置。此外，第三突条工具刃91C的进刀量t3可以为精加工所需的最低限度的进刀量。由此，加工工件W，形成齿轮的齿底面。另外，通过第一、第二、第三突条工具刃91A、91B、91C的分别切削，工件W被加工而同时形成齿轮的相邻齿的对置的各齿面。

根据以上，通过该加工用工具90相对于工件W沿工件轴线Rw方向仅前进一次，从而利用第一、第二、第三突条工具刃91A、91B、91C依次进行切削而制造出齿。因此，即使不像现有的加工用工具那样进行多次工件轴线方向的进给，也能够得到较大的切削量，所以可谋求加工时间的缩短化，并且抑制工具磨损，谋求工具寿命的提高。

另外，第一突条工具刃91A的第一刃口面91a以宽度最宽的周向宽度w1形成，所以能够提高刚性，能够抑制粗加工时的极端的磨损。另外，利用第三突条工具刃91C进行切削时的切削阻力小于利用第一、第二突条工具刃91A、91B进行切削时的切削阻力，所以能够提高切削面的加工精度，并且即使以最窄的周向宽度w3形成，也能够抑制精加工时的极端的磨损。另外，因为加工用工具90为圆筒形状，所以与现有的圆锥状的加工用工具相比较，制作容易，能够减少成本。

接下来，参照图6以及图7A、图7B，对使用上述的加工用工具90，在工件W的内周面对齿轮进行加工时的基本动作进行说明。在本实施方式中，虽然以在工件W的内周面对齿轮进行加工的情况为例进行说明，但是在外周面加工齿轮的情况实际上也相同。这里，在图7A、图7B中，在加工用工具90的外周具有图6所示的第一、第二、第三突条工具刃91A、91B、91C，为了简单化，不对第一、第二、第三突条工具刃91A、91B、91C进行图示。

如图6以及图7A、图7B所示，在该齿轮加工中，将工件W与加工用工具90形成为扭歪的状态。即，如图7A所示，加工用工具90的工具轴线Rt处于绕工件W的工件轴线Rw旋转了规定角度的状态，如图7B所示，工件W的工件轴线Rw处于相对于加工用工具90的工具轴线Rt倾斜了规定角度的状态，工件W的工件轴线Rw与加工用工具90的工具轴线Rt处于平行的状态。此外，将加工用工具90的工具轴线Rt的方向作为Z轴方向，将与加工用工具90的工具轴线Rt成直角的水平方向作为X轴方向，将与加工用工具90的工具轴线Rt成直角的垂直方向作为Y轴方向。换句话说，图7A是从Z轴方向观察图6的图，图7B是从X轴方向观察图6的图。

此处，如图7A、图7B的双点划线所示，将工件W的工件轴线Rw配置为与Z轴方向平行来作为工件轴线Rw′，将工件W的工件轴线Rw′与加工用工具90的工具轴线Rt配置为与X轴方向平行而进行加工时的加工点定义为工件W的假设加工点Ps。而且，将通过工件W的工件轴线Rw′(加工用工具90的工具轴线Rt)与工件W的假设加工点Ps的平面定义为平面A。换句话说，平面A是与X－Z平面平行的平面。另外，将与平面A正交并且通过工件W的工件轴线Rw′的平面定义为平面B。换句话说，平面B是与Y－Z平面平行的平面。另外，将与平面A以及平面B正交并且通过工件W的假设加工点Ps的平面定义为平面C。换句话说，平面C是与X－Y平面平行的平面。

此时，如图7A所示，在从平面C的法线方向(Z轴方向)向平面C(与X-Y平面平行的平面)对工件W以及加工用工具90进行投影的情况下，将位于假设加工点Ps的加工用工具90的工具轴线Rt形成为绕工件W的工件轴线Rw旋转第一角度β的状态。第一角度β是用于形成加工用工具90的第一、第二、第三突条工具刃91A、91B、91C加工时的前角以及后角的偏置角。通过确保加工时的后角，能够避免第一、第二、第三突条工具刃91A、91B、91C的加工点Pt以外的部分与工件W接触。换句话说，即使如上述那样将加工用工具90形成为简易的形状，也能够可靠地确保加工时的后角。

另外，如图7B所示，在从平面B的法线方向(X轴方向)向平面B(与Y－Z平面平行的平面)对工件W以及加工用工具90进行投影的情况下，将工件W的工件轴线Rw与加工用工具90的工具轴线Rt形成为具有第二角度α而倾斜的状态。第二角度α是第一、第二、第三突条工具刃91A、91B、91C相对于加工用工具90的工具轴线Rt的扭转角与形成于工件W的齿轮的扭转角的相加而得的交叉角。在本例中，因为加工用工具90的扭转角为0度，所以第二角度α成为与形成于工件W的齿轮的扭转角相同的角度。而且，在从平面A的法线方向向平面A对工件W以及加工用工具90进行投影的情况下，将工件W的中心轴线Rw与加工用工具90的中心轴线Rw形成为平行的状态。

接着，使工件W绕工件轴线Rw旋转，并且使加工用工具90绕工具轴线Rt旋转。此时，工件W的旋转与加工用工具90的旋转以加工点Pt中各自的周速相同的方式同步。但是，如上所述，工件W的工件轴线Rw与加工用工具90的工具轴线Rt是扭转的，所以即使各自的周速相同，加工点Pt中各自的切线向量方向不同，所以两者具有相对速度。由此，能够利用加工用工具90对工件W进行加工。进而，一边使两者同步旋转，一边使加工用工具90相对于工件W沿加工用工具的工具轴线Rt方向前进(用图7B的粗箭头进行图示)。在本实施方式中，将加工用工具90固定于Z轴方向，使工件W沿Z轴方向移动。其结果，工件W形成有齿轮。

此外，在上述的实施方式中，加工用工具90构成为3阶的第一、第二、第三突条工具刃91A、91B、91C形成为一体，也可以构成为分别形成3阶的第一、第二、第三突条工具刃91A、91B、91C并利用螺栓等进行紧固。另外，第一、第二、第三突条工具刃91A、91B、91C的节圆P上的刃厚d虽然形成为相同，但也可以按照第一、第二、第三突条工具刃91A、91B、91C的顺序，以增大节圆P上的刃厚d的方式而形成。另外，加工用工具90虽然构成为具备3阶的第一、第二、第三突条工具刃91A、91B、91C，但是也可以构成为具备2阶或4阶以上的突条工具刃。

另外，可以形成为：各刃口面91a、91b、91c的周向宽度w1、w2、w3不遍及突条工具刃91的延伸方向而相同，仅工具前端侧的端部形成为周向宽度w1、w2、w3，而在长度k之间周向宽度w1、w2、w3缓缓地或阶段性变窄。另外，第一、第二、第三突条工具刃91A、91B、91C的径向外表面(刃口面)91a、91b、91c可以为平面，也可以为曲面。

另外，作为5轴加工中心的齿轮加工装置1能够使工件W绕A轴旋转。与此相对，5轴加工中心也可以作为立式加工中心而构成为能够使加工用工具90绕A轴旋转。另外，虽然对将本发明用于加工中心的情况进行说明，但是对于齿轮加工的专用设备也同样适用。

本实施方式的齿轮加工装置1具备：加工用工具90，其在外周具有多个突条工具刃91A、91B、91C；和驱动装置20、30、40、50、60、70，它们使加工用工具90绕其中心轴线Rt旋转，并且使工件W绕其中心轴线Rw旋转，通过使加工用工具90相对于工件W相对地移动，从而在工件W形成齿轮。而且，多个突条工具刃91A、91B、91C的各自的径向外表面形成为，与加工用工具90的中心轴线Rt平行并且随着从加工用工具90的工具前端朝向工具后端而阶段性扩径的多阶梯。而且，驱动装置20、30、40、50、60、70使加工用工具90的工具轴线Rt与工件W的工件轴线Rw成为扭转的状态，一边使工件W的旋转与加工用工具90的旋转同步，一边使加工用工具90相对于工件W沿加工用工具的工具轴线Rt方向前进，利用多个突条工具刃91A、91B、91C在工件W上加工齿轮。

通过使该加工用工具90相对于工件W沿加工用工具的工具轴线Rt方向前进，从而利用多阶梯突条工具刃91A、91B、91C依次进行切削，因此仅通过加工用工具90的沿工具轴线Rt方向的一次进给便能够得到较大的切削量。因此，即使不像现有的加工用工具那样进行多次工具轴线Rt方向的进给，也能够得到较大的切削量，可谋求加工时间的缩短化，并且抑制工具磨损，谋求工具寿命的提高。

另外，加工用工具90形成为，使突条工具刃91A、91B、91C的径向外表面的周向宽度在各层遍及突条工具刃91A、91B、91C的延伸方向形成为相同宽度，随着从加工用工具90的工具前端朝向工具后端，阶段性成为狭窄宽度。工具前端的突条工具刃91A形成为宽度最宽的周向宽度，所以能够提高刚性，能够抑制极端的磨损。

另外，因为突条工具刃91A、91B、91C形成为一体，所以加工用工具90能够使突条工具刃91A、91B、91C成为高精度的同相位。

另外，加工用工具90以各层的突条工具刃91A、91B、91C的节圆上的刃厚、模数以及刃数成为相同的方式而形成。由此，工具前端的突条工具刃91A的刃端面的轮廓形状包含于下一个并列的突条工具刃91B的刃端面的轮廓形状，该突条工具刃91B的刃端面的轮廓形状进一步包含于下一个并列的突条工具刃91C的刃端面的轮廓形状。因此，由于事先加工的切削位置接下来不会被加工，所以可减少施加于突条工具刃91B、91C的负担，谋求工具寿命的提高。

另外，加工用工具90的工具前端侧的突条工具刃91A形成为粗加工用，工具后端侧的突条工具刃91C形成为精加工用。工具前端侧的突条工具刃91A形成为宽度最宽的周向宽度，所以能够提高刚性，能够抑制粗加工时的极端的磨损。

另外，加工用工具90形成为，除了形成为精加工用的突条工具刃91C之外的突条工具刃91A、91B的每一个刃的切入截面积成为相同。突条工具刃91C的切削阻力小于其他的突条工具刃91A、1B的切削阻力，所以能够提高切削面的加工精度，另外即使形成为最狭窄的周向宽度，也能够抑制精加工时的极端的磨损。

另外，驱动装置20、30、40、50、60、70在使加工用工具90的工具轴线Rt与工件W的工件轴线Rw成为扭转的状态时，将平行配置工件W的中心轴线Rw与加工用工具90的中心轴线Rt而进行加工时的加工点定义为工件W的假设加工点Ps，将通过工件W的中心轴线Rw与工件W的假设加工点Ps的平面定义为平面A，将与平面A正交并且通过工件W的中心轴线Rw的平面定义为平面B，将与平面A以及平面B正交并且通过工件W的假设加工点Ps的平面定义为平面C。

另外，在从第一平面的法线方向朝向与平面C平行的第一平面对工件W以及加工用工具90进行投影的情况下，使位于假设加工点Ps的加工用工具90的中心轴线Rt成为绕工件W的中心轴线Rw旋转规定角度的状态，在从第二平面的法线方向朝向与平面B平行的第二平面对工件W以及加工用工具90进行投影的情况下，使工件W的中心轴线Rw与加工用工具90的中心轴线Rt成为具有规定角度而倾斜的状态，在从第三平面的法线方向朝向与平面A平行的第三平面对工件W以及加工用工具90进行投影的情况下，使工件W的中心轴线Rw与加工用工具90的中心轴线Rt成为平行的状态。由此，能够进行本实施方式的加工用工具90的高精度的齿轮加工。