Gear processing machine

本発明は、外歯車及び内歯車を単一のカッタヘッドを用いて切削することができる歯車加工機械に関する。

歯車には、外歯車と内歯車とがあり、従来から、外歯車を加工する場合と内歯車を加工する場合とでは、別々の歯車加工機械を用いるか、または、１台の歯車加工機械を共用するようにしていた。 １台の歯車加工機械で外歯車及び内歯車の両方を加工するためには、外歯車の加工を行う場合には、外歯車専用の加工ヘッドを使用する一方、内歯車の加工を行う場合には、内歯車専用の加工ヘッドを使用する必要がある。 これにより、従来の歯車加工機械において、外歯車または内歯車のいずれか一方の加工を行った後、いずれか他方の加工を行う場合には、加工ヘッドの交換作業が必要となっていた。

一方、近年、外歯車及び内歯車を単一の研削ヘッドを用いて研削することができる歯車研削装置が提供されている。 このような、従来の歯車研削装置は、例えば、特許文献１に開示されている。

上記従来の歯車研削装置では、外歯車と内歯車との間の研削切換時におけるヘッド交換作業を不要とすることを目的として、研削ヘッドを、水平方向に伸延する水平伸延部と、この水平伸延部の先端から下方に向けて伸延する垂下部とからなる側面視でＬ字状に形成し、その垂下部の下端に砥石を回転可能に支持するようにしている。

しかしながら、このような研削ヘッドの構成では、垂下部の剛性が確保し難くため、研削時の加工負荷（切削反力）によって、砥石が振れてしまい、加工精度を低下させるおそれがある。

しかも、従来の研削方法においては、外歯車を研削するときには、砥石の前部を外歯車に当接させる一方、内歯車を研削するときには、砥石の後部を内歯車に当接させるようにしている。 これにより、外歯車研削時における加工負荷の作用方向と内歯車研削時における加工負荷の作用方向とが逆方向になると共に、研削ヘッドがＬ字状をなすことから、外歯車研削時における加工負荷の大きさと、内歯車研削時における加工負荷の大きさとが異なるため、外歯車と内歯車との間に加工精度のばらつきが生じるおそれがある。

更に、内径寸法と外径寸法との間に大きな径寸法差を有する内歯車を研削する場合には、研削ヘッドにおける水平伸延部の長さを長く設定しなくてはならず、更なる研削ヘッドの剛性の低下を招いてしまう。

また、外歯車及び内歯車の製作においては、歯面研削を行う前に、歯切り（切削）を行うことによって、それらの歯形が形成されることになるが、歯切り加工時の加工負荷（切削反力）は、研削加工時の加工負荷よりも遥かに大きくなる。 これにより、上記従来の切削ヘッドの構成を、歯切り加工を行うための歯車加工機械のカッタヘッドに採用した場合には、上述した問題が顕著となる。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、カッタヘッドの剛性を向上させ、外歯車または内歯車のいずれかを加工したときにおいても、加工精度の向上及び品質の均一化を図ることができる歯車加工機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る歯車加工機械は、
被加工外歯車または被加工内歯車が取り付けられる回転テーブルを、当該被加工外歯車または被加工内歯車の中心軸周りに回転可能に支持し、その中心軸方向と直交する方向に移動可能に支持される移動ベースと、
前記移動ベースの上方に設けられる支持体と、
前記支持体に昇降可能に支持されるサドルと、
前記サドルの前面に設けられ、回転工具を下端に回転可能に支持するカッタヘッドとを備え、
前記カッタヘッドの前側に、前方に向けて突出する突出部を設け、
前記回転工具を、その前部が前記突出部における最も前方に突出した頂部から更に前方に突出するように配置する ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る歯車加工機械は、
前記支持体を、前記移動ベースの移動方向を跨ぐように配置される門形コラムのブリッジ部とした ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る歯車加工機械は、
前記カッタヘッドを、前記サドルに旋回可能に支持する ことを特徴とする。

従って、本発明に係る歯車加工機械によれば、サドルの前面に設けられるカッタヘッドの前側に、前方に向けて突出する突出部を設け、回転工具を、その前部が突出部における最も前方に突出した頂部から更に前方に突出するように配置することにより、カッタヘッドの剛性を向上させることができるので、外歯車または内歯車のいずれかを加工したときにおいても、加工精度の向上及び品質の均一化を図ることができる。

本発明の一実施例に係る歯車加工機械の斜視図である。

カッタヘッドの拡大図である。

カッタヘッドの旋回状態を示した図である。

外歯車を歯切り加工したときの様子を示した図である。

（ａ）は図４の側断面図、（ｂ）は図４の平面図である。

内歯車を歯切り加工したときの様子を示した図である。

（ａ）は図６の側断面図、（ｂ）は図６の平面図である。

以下、本発明に係る歯車加工機械について、図面を用いて詳細に説明する。

図１に示すように、門形の歯車加工機械１には、ベッド１１が設けられており、このベッド１１には、移動ベース１２が水平なＸ軸方向に移動可能に支持されている。 移動ベース１２の上部には、円形の回転テーブル１３が鉛直なワーク回転軸Ｃ周りに回転可能に支持されており、この回転テーブル１３の上面には、外歯車（被加工外歯車）Ｗ１または内歯車（被加工内歯車）Ｗ２が選択的に取り付けられるようになっている。

また、ベッド１１の後端側には、門形コラム１４が設けられている。 この門形コラム１４は、ベッド１１の左右両側に立設する左右一対のコラム部１４ａ，１４ｂと、これらコラム部１４ａ，１４ｂの上端同士を繋ぐように配置されるブリッジ部（支持体）１４ｃとから構成されている。 そして、ブリッジ部１４ｃは、回転テーブル１３に取り付けられた外歯車Ｗ１及び内歯車Ｗ２よりも上方に配置され、Ｘ軸方向に延設するベッド１１を跨ぐように、即ち、移動ベース１２（回転テーブル１３）の移動方向を跨ぐように設けられている。

ブリッジ部１４ｃの前側における幅方向中心部には、サドル１５が鉛直なＺ軸方向に移動可能に支持されており、このサドル１５の前面には、カッタヘッド１６が、図示しない旋回機構を介して、水平な工具旋回軸Ａ周りに旋回可能に支持されている。 なお、カッタヘッド１６の後面全体（全域）は、前記旋回機構を介していても、サドル１５の前面に隙間無く密着するように取り付けられている。 また、工具旋回軸Ａは、後述する工具（回転工具）Ｔの工具回転軸Ｂと、工具Ｔの中心において直交するように配置されている（図２及び図３参照）。

ここで、図１及び図２に示すように、カッタヘッド１６は、筒状をなしており、その前側には、前方に向けて突出する凸状の突出部１６ａが形成されている。 この突出部１６ａの前面は、多角形状をなしており、その前面の幅方向中央部には、最も前方に突出した頂面（頂部）１６ｂが形成されている。 また、カッタヘッド１６の下端内部には、例えば、インボリュートフライスカッタ等の工具Ｔが、Ｘ軸方向及びＺ軸方向と直交する方向に延在する工具回転軸Ｂ周りに回転可能に内蔵されており、この工具Ｔは、その前部が頂面１６ｂから更に前方に突出するように配置されている。

なお、上述した実施形態では、突出部１６ａの前面を多角形状に突出させ、工具Ｔの前部をその頂面１６ｂから更に前方に突出するようにしたが、突出部１６ａの前面を円形状に突出させ、工具Ｔの前部をその頂部から更に前方に突出するようにしても構わない。 そして、突出部１６ａにおける前面の突出量、曲率度合い、径寸法等は、歯切りを行う外歯車Ｗ１の外径及び内歯車Ｗ２の内径に応じて設定されており、歯切り加工時において、突出部１６ａの前面と外歯車Ｗ１の外周面（外歯）または内歯車Ｗ２の内周面（内歯）とが接触しないようになっている。

次に、歯車加工機械１による歯切り加工について、図３乃至図７を用いて説明する。

先ず、外歯車Ｗ１を平歯車に歯切り加工する場合には、図４及び図５に示すように、外歯車Ｗ１を回転テーブル１３に固定した後、移動ベース１２をカッタヘッド１６の前方における外歯車加工位置まで移動させる。 次いで、サドル１５によってカッタヘッド１６を下降させ、工具Ｔの前部を、外歯車Ｗ１の外周面に当接させる。 そして、工具Ｔを回転させながら、サドル１５によってカッタヘッド１６を昇降させることにより、外歯車Ｗ１の外周面が歯切りされる。 これにより、回転テーブル１３を１つの歯溝分で割出回転させながら、上述した工具Ｔによる歯切り動作を所定回数行うことにより、外歯車Ｗ１の外周面に、平歯車の歯形が形成されることになる。

また、外歯車Ｗ１をはすば歯車に歯切り加工する場合には、図３に示すように、そのねじれ角に応じてカッタヘッド１６を所定角度で旋回させた後、サドル１５によってカッタヘッド１６を下降させ、工具Ｔの前部を、外歯車加工位置に配置された外歯車Ｗ１の外周面に当接させる。 次いで、工具Ｔを回転させながら、サドル１５によってカッタヘッド１６を昇降させると共に、外歯車Ｗ１のねじれ角に応じて回転テーブル１３を回転させることにより、外歯車Ｗ１の外周面が歯切りされる。 これにより、回転テーブル１３を１つの歯溝分で割出回転させながら、上述した工具Ｔによる歯切り動作を所定回数行うことにより、外歯車Ｗ１の外周面に、はすば歯車の歯形が形成されることになる。

その後、内歯車Ｗ２を平歯車に歯切り加工する場合には、図６及び図７に示すように、カッタヘッド１６を交換することなく、内歯車Ｗ２を回転テーブル１３に固定した後、移動ベース１２をブリッジ部１４ｃの下方における内歯車加工位置まで移動させる。 次いで、サドル１５によってカッタヘッド１６を下降させ、工具Ｔの前部を、内歯車Ｗ２の内周面に当接させる。 そして、工具Ｔを回転させながら、サドル１５によってカッタヘッド１６を昇降させることにより、内歯車Ｗ２の内周面が歯切りされる。 これにより、回転テーブル１３を１つの歯溝分で割出回転させながら、上述した工具Ｔによる歯切り動作を所定回数行うことにより、内歯車Ｗ２の内周面に、平歯車の歯形が形成されることになる。

また、内歯車Ｗ２をはすば歯車に歯切り加工する場合には、図３に示すように、そのねじれ角に応じてカッタヘッド１６を所定角度で旋回させた後、サドル１５によってカッタヘッド１６を下降させ、工具Ｔの前部を、内歯車加工位置に配置された内歯車Ｗ２の内周面に当接させる。 次いで、工具Ｔを回転させながら、サドル１５によってカッタヘッド１６を昇降させると共に、内歯車Ｗ２のねじれ角に応じて回転テーブル１３を回転させることにより、内歯車Ｗ２の内周面が歯切りされる。 これにより、回転テーブル１３を１つの歯溝分で割出回転させながら、上述した工具Ｔによる歯切り動作を所定回数行うことにより、内歯車Ｗ２の内周面に、はすば歯車の歯形が形成されることになる。

なお、上述した歯車加工機械１においては、外歯車Ｗ１の歯切りを行った後、カッタヘッド１６の交換作業を行うことなく、内歯車Ｗ２の歯切りを行うようにしたが、勿論、内歯車Ｗ２の歯切りを行った後、カッタヘッド１６の交換作業を行うことなく、外歯車Ｗ１の歯切りを行うことも可能となっている。

従って、本発明に係る歯車加工機械１によれば、カッタヘッド１６を、その後面全体がサドル１５の前面に面するように、当該サドル１５に支持し、そのカッタヘッド１６の前側に、前方に向けて突出する突出部１６ａを設け、工具Ｔを、その前部が突出部１６ａにおける最も前方に突出した頂面１６ｂから更に前方に突出するように配置することにより、カッタヘッド１６の剛性を向上させることができる。 これにより、工具Ｔに大きな加工負荷が作用しても、当該工具Ｔの振れを抑えることができるので、外歯車Ｗ１または内歯車Ｗ２のいずれかを歯切り加工したときにおいても、加工精度の向上を図ることができる。

更に、外歯車Ｗ１または内歯車Ｗ２のいずれかを歯切り加工する場合にも、工具Ｔの前部を用いて歯切りを行うため、外歯車歯切り時における加工負荷（切削反力）の作用方向と、内歯車歯切り時における加工負荷（切削反力）の作用方向とが、同じ方向となる。 これにより、外歯車Ｗ１または内歯車Ｗ２のいずれかを歯切り加工したときにおいても、同じ加工精度で加工することができ、品質の均一化を図ることができる。

そして、カッタヘッド１６を、サドル１５を介して、門形コラム１４のブリッジ部１４ｃに支持したことにより、門形コラム１４の懐、即ち、ブリッジ部１４ｃの下方に、内歯車Ｗ２を移動させることができるので、内径寸法と外径寸法との間に大きな径寸法差を有する内歯車Ｗ２にも、容易に歯切り加工を行うことができる。 これにより、内歯車Ｗ２の径寸法の大きさに制約を受けることなく、加工精度の向上を図ることができる。

また、カッタヘッド１６を旋回可能に支持することにより、外歯車Ｗ１または内歯車Ｗ２がはすば歯車であっても、加工精度の向上及び品質の均一化を図ることができる。

本発明は、単一のカッタヘッドを用いて加工する際に、外歯車と内歯車との間の交換作業を自動で行うことができる歯車加工機械に適用可能である。

１ 歯車加工機械１１ ベッド１２ 移動ベース１３ 回転テーブル１４ 門形コラム１４ｃ ブリッジ部１５ サドル１６ カッタヘッド１６ａ 突出部１６ｂ 頂面 Ｔ 工具 Ｗ１ 外歯車 Ｗ２ 内歯車