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公開番号2023178946
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-12-18
出願番号2023070507
出願日2023-04-21
発明の名称歯車切削工具及びその設計方法
出願人國立中央大學
代理人SK弁理士法人,個人,個人
主分類B23F 21/10 20060101AFI20231211BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】歯車切削工具及びその設計方法を提供する。
【解決手段】
前記方法は、次を含む。刃物成形工具と歯車切削工具の基材を構築し、そのうち刃物成形工具は、複数構造の非対称の歯状構造を含むこと。相対運動座標システムに基づき、刃物成形工具と基材を模擬し多軸方向の相対運動を実行し、それにより刃物成形工具が基材に対して表面加工を行うこと。及び、刃物成形工具の複数の歯状構造により、基材に複数の刃物歯部を形成すること。そのうち、事前に切削工具の各刃物歯部の外輪郭を設計することにより、後続の切削工具で歯車工具を加工する際に必要なプリセット留磨量を有する歯車歯部を形成することができ、かつ歯車歯部のいずれかの側の留磨量は均一性を保持でき、かつ歯車歯部の両側の留磨量をほぼ同じにできる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
歯車切削工具の設計方法であって、前記歯車切削工具は、歯車工具に対して歯切り加工を実行するものであり、前記方法は、
刃物成形工具と歯車切削工具の基材を構築し、そのうち、刃物成形工具は、複数の歯状構造を含み、各前記歯状構造の中心は、基準面に対応し、かつ相対する第一側部と第二側部を含み、前記第一側部は、前記基準面に向かって隆起する第一留磨量構造を形成し、かつ前記第二側部は、前記基準面に向かって隆起する第二留磨量構造を形成し、そのうち、前記第一留磨量構造は、前記第二留磨量構造とは相違しており、それにより各前記歯状構造が、前記基準面に基づき、非対称構造を形成することと、及び、
相対運動座標システムに基づき、前記刃物成形工具と前記基材を模擬して相対運動を実行し、それにより前記刃物成形工具の前記複数の歯状構造が、前記基材に接触し、ならびに表面加工を行い、それにより前記基材において複数の刃物歯部を形成し、そのうち、各前記刃物歯部は、外輪郭を含み、かつ前記外輪郭の一端において前刃面を形成し、かつ前記前刃面は、前刃角と辺刃角を含むことと、を含むこと特徴とする歯車切削工具の設計方法。
続きを表示（約 2,200 文字）【請求項２】
前記設計方法のうち、前記第一留磨量構造は、第一作用面を含み、前記第二留磨量構造は、第二作用面を含み、かつ前記第一作用面及び前記第二作用面のうち、少なくとも一つは、平面或いは曲面であること、を特徴とする請求項１に記載の歯車切削工具の設計方法。
【請求項３】
前記設計方法のうち、前記第一作用面は、前記基準面に接近する方向に向かって湾曲する曲面であり、かつ前記第二作用面は、前記基準面に離反する方向に向かって湾曲する曲面であること、を特徴とする請求項２に記載の歯車切削工具の設計方法。
【請求項４】
前記設計方法のうち、各前記歯状構造の前記基準面と垂直である断面は、それぞれ、前記第一留磨量構造の前記第一作用面および前記第二留磨量構造の前記第二作用面と、第一線分および前記第二線分を形成し、かつ前記第一線分および第二線分は、方程式数１によって求められ、
そのうち、ｕは線分変数、ｕ
ｅ
は対応する線分が根部に最も接近する線分変数、ｕ
ｆ
は対応する線分が開口端に最も接近する線分変数、ａ
ｉ
は線分のｙ分量の可変係数、ｑは方程式の所定係数であり、ｄ＝１の時、前記第一線分に対応し、ｄ＝２の時、前記第二線分に対応すること、を特徴とする請求項２に記載の歯車切削工具の設計方法。
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【請求項５】
前記設計方法のうち、各前記歯状構造の前記基準面と垂直である断面は、それぞれ、前記第一留磨量構造の前記第一作用面および前記第二留磨量構造の前記第二作用面と、第一線分および前記第二線分を形成し、かつ前記第一線分および第二線分は、方程式数１によって求められ、
そのうち、ｕは線分変数、ｕ
ｅ
は対応する線分が根部に最も接近する線分変数、ｕ
ｆ
は対応する線分が開口端に最も接近する線分変数、ａ
ｉ
は線分のｙ分量の可変係数、ｑは方程式の所定係数であり、ｄ＝１の時、前記第一線分に対応し、ｄ＝２の時、前記第二線分に対応すること、を特徴とする請求項２に記載の歯車切削工具の設計方法。
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【請求項６】
前記設計方法のうち、前記刃物成形工具と前記歯車切削工具の前記基材を構築する前に、前記歯車工具の各歯部のプリセット留磨量を予め決定し、前記プリセット留磨量によって前記歯車切削工具の各前記刃物歯部の前記前刃面の前記刃口線輪郭を逆推し、並びに前記刃口線輪郭によって前記刃物成形工具の各前記歯状構造の前記第一留磨量構造および前記第二留磨量構造を修正すること、を特徴とする請求項１に記載の歯車切削工具の設計方法。
【請求項７】
前記設計方法のうち、前記歯車工具と共役する仮想斜歯車を構築することによって、前記仮想斜歯車と前記刃口線輪郭との複数の交点を探し出し、前記複数の第一交点を、前記仮想斜歯車の複数のらせん曲線に沿わせて、前記仮想斜歯車の法向平面に対応する複数の第二交点を探し出し、さらに各前記第二交点に対応する留磨量を求め、それにより、前記第一線分および前記第二線分に対応する前記等の可変係数ａ
ｉ
を決定して前記第一留磨量構造および前記第二留磨量構造を修正すること、を特徴とする請求項６に記載の歯車切削工具の設計方法。
【請求項８】
前記設計方法のうち、前記相対運動座標システムは、第一座標系と第二座標系とを含み、前記刃物成形工具は、前記第一座標系に基づいて運動し、前記歯車切削工具の前記基材は、前記第二座標系に基づいて運動し、かつ前記刃物成形工具の運動を、座標変換行列を利用して前記基材の運動に対応させ、前記刃物成形工具が前記基材運動に対して運動する軌跡および噛合状態を模擬することで、さらに前記基材が形成する前記複数の刃物歯部の前記外輪郭を得ること、を特徴とする請求項４に記載の歯車切削工具の設計方法。
【請求項９】
前記設計方法のうち、前記刃物成形工具は、前記第一座標系に基づいて第一軸方向に沿って直線運動を行い、前記歯車切削工具の前記基材は、前記第二座標系に基づいて第二軸方向に沿って回転運動を行い、かつ前記第一軸方向は、前記第二軸方向と非平行であること、を特徴とする請求項７に記載の歯車切削工具の設計方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の方法で設計、形成される、歯車切削工具であって、前記歯車切削工具は、中心軸に対応し、
前記歯車切削工具は、第一端と、第二端と、複数の刃物歯部を含み、
前記第二端は、前記第一端と相対する端であり、
各前記刃物歯部は、前記第一端の前刃面および前記第一端と前記第二端との間の位置に隣接する外輪郭を含み、そのうち、前記中心軸は、前記前刃面に非垂直であり、それにより、前記前刃面に前記中心軸に垂直する断面に対して、前刃角および辺刃角を形成し、かつ前記外輪郭は、前記中心軸と非平行であり、それにより、前記外輪郭は、前記中心軸に対して、頂げき角及び辺げき角を形成すること、を特徴とする歯車切削工具。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車切削工具の設計方法に関し、特に、留磨量を有する歯車切削工具を設計できる設計方法に関する。本発明は、さらに、前記方法を応用して設計された歯車切削工具を含む。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
歯車（ギア）は、一般的な伝達部品であり、異なる使用需要に応じて、歯車を異なる材料を用いて製造することができる。円柱状の歯車を例とすると、このような歯車が交通機関の部品又は高精度測定装置に適用される場合、運転の安定性及び耐久性を保持するために、このような歯車は硬質金属又はその合金で製造されることが多い。このような歯車に対して、歯車切削（歯切り、ｇｅａｒｓｋｉｖｉｎｇ）は、歯車の歯面を形成する加工工程の一つである。
【０００３】
従来の歯車切削加工工程は、交差軸らせん歯車の相対運動と見なすことができ、主に歯車状の切削工具で高速回転を行い、且つ多軸同期運動の方式によって高速回転する歯車工具に接触し、それにより、切削工具が歯車工具に対して噛合に類似する方式で、前刃面の刃口を利用して切削し、更に歯車工具に必要な歯面輪郭を形成する。しかしながら、従来の切削工具の前刃面の設計は、前刃角及び辺刃角を含むため、刃口の両側の輪郭が対称でなく、切削後の歯車工具の各歯部両側の留磨量（ｇｒｉｎｄｉｎｇｓｔｏｃｋ／ａｌｌｏｗａｎｃｅ）が不均一になり、更に歯面輪郭の誤差が発生する。このように、成形後の歯車工具の精度は大幅に低下し、研磨せずに前記歯車工具を高精度の機械又は装置に適用する場合、機械の故障等の問題を引き起こしやすい。その他、歯車工具の両側の留磨量が不均一であると、その後の研削時間およびコストが増大する可能性がある。
【０００４】
したがって、どのようにして歯車切削工具の設計方法を提供し、歯車切削工具の両側の刃口形状の事前設計及び制御を行い、さらに後続の歯車工具を加工する時の留磨量が不均一であるという問題を改善するかは、研究すべき課題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、留磨量を有する歯車切削工具を設計できる設計方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の歯車切削工具の設計方法は、次を含む。本発明は、歯車切削工具の設計方法を提供し、前記方法は、次を含む。刃物成形工具と歯車切削工具の基材を構築し、そのうち刃物成形工具は、複数構造の歯状構造を含み、そのうち、刃物成形工具は、複数の歯状構造を含み、各歯状構造の中心は、基準面に対応し、かつ相対する第一側部と第二側部を含み、第一側部は、基準面に向かって隆起する第一留磨量構造を形成し、かつ第二側部は、基準面に向かって隆起する第二留磨量構造を形成し、そのうち、第一留磨量構造は、第二留磨量構造とは相違しており、それにより各歯状構造が、基準面に基づき、非対称構造を形成すること。及び、相対運動座標システムに基づき、刃物成形工具と基材を模擬して相対運動を実行し、それにより刃物成形工具の複数の歯状構造が、基材に接触し、ならびに表面加工を行い、それにより基材において複数の刃物歯部を形成すること。
【０００７】
本発明の一実施例において、第一留磨量構造は、第一作用面を含み、第二留磨量構造は、第二作用面を含み、かつ第一作用面および第二作用面のうち、少なくとも一つは、平面或いは曲面である。
【０００８】
本発明の一実施例において、第一作用面は、基準面に接近する方向に向かって湾曲する曲面であり、かつ第二作用面は、基準面に離反する方向に向かって湾曲する曲面である。
【０００９】
本発明の一実施例において、各歯状構造の基準面と垂直である断面は、それぞれ、前記第一留磨量構造の第一作用面および第二留磨量構造の第二作用面と、第一線分および第二線分を形成し、かつ第一線分および第二線分は、以下の方程式数１によって求められる。
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【００１０】
そのうち、ｕは線分変数、ｕ
ｅ
は対応する線分が根部に最も接近する線分変数、ｕ
ｆ
は対応する線分が開口端に最も接近する線分変数、ａ
ｉ
は線分のｙ分量の可変係数、ｑは方程式の所定係数であり、ｄ＝１の時、前記第一線分に対応し、ｄ＝２の時、前記第二線分に対応する。
（【００１１】以降は省略されています）

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