内歯車のスカイビング加工用カッタに関する研究

Pinion Cutters for Internal Gear Skiving

2018-09-25

2018-09-25

本論文は，内歯車の量産加工現場において実用化されたスカイビング加工を対象とし，カッタの再生プロセス（すくい面の再研削と再コーティング）によって生じる内歯車の歯形の変化（使用に伴う切れ刃の磨耗による変化はわずかであり，含まない）と，カッタ歯先の摩耗（内歯車の歯形には影響しない）が支配的である工具寿命の向上という2つの重要な課題に取り組んでいる．内歯車の歯形の変化に関して，まず，カッタの製作に用いられる研削法を忠実にシミュレーションできるプログラムを開発し，その要因を幾何学的に解析している．次に，再コーティングによるカッタ自身の歯形の変化を調査している．また，試加工の結果として内歯車の歯形や歯厚が目標値と異なった場合に，その結果と目標値の差から工具配置を逆算できる汎用的な計算手法を開発している．再生プロセスを経ても内歯車の歯形の変化を生じないカッタの設計についても考察し，カッタ歯面の研削法の改良が必要であることを明らかにしている．工具寿命については，軸角による切削パラメータと切削仕事への影響を比較することで，現状を把握して改善への手掛かりを得ている．これらから，従来とは異なる軸配置を採用することによって，内歯車の歯形の変化の抑制と工具寿命の延長を同時に可能にするカッタの設計指針を見出し，課題を解決している．第1章は緒論である．研究の背景，内歯車用の各加工法の概要と特徴，過去の研究などについて論じ，解決すべき課題を明らかにしている．また，本研究の目的について述べている．第2章では，軸角のあるスカイビング加工において，カッタ設計の基本となる，切れ刃形状の求め方について述べている．幾何学的必須条件であるかみ合い方程式を解くことで，内歯車と共役なピニオン形状を求め，そのピニオンとすくい面を形成する面との交線としてカッタの切れ刃形状を求める方法について明らかにしている．また，歯形誤差や，歯形誤差がある場合の内歯車の歯厚の計算方法についても述べている．第3章から第5章は，カッタの再生プロセスによる内歯車の歯形の変化とその解決方法に関して述べている．第3章では，カッタの再生プロセスによる内歯車の歯形変化の発生原因について述べている．まず，スカイビング加工で一般的に使用されている，外径が円すい状であるテーパ型カッタの現状の設計法とその製作法について幾何学的に解析している．また，諸元の違いと内歯車の歯形変化の関係について考察している．次に，再コーティングによるカッタ自身の歯形変化に関して述べている．そして，カッタの再生プロセスによる内歯車の歯形の変化は，カッタの製作法に起因する幾何学的なものと再コーティングによるカッタ自身の歯形の変化によるものの合成であることを明らかにしている．第4章では，第3章で述べている内歯車の歯形の変化への対処方法について提案している．その解決には，カッタ配置を変更して歯形を調整する方法と，再生プロセスを経ても内歯車の歯形が変化しないようなカッタを開発し使用する方法が考えられる．スカイビング加工では，カッタ配置によって内歯車の歯形の調整が可能なことは知られており，カッタ配置から内歯車の歯形を求める方法は提案されている．しかし，逆に，目的の歯形と歯厚からカッタ配置を逆計算する汎用的な方法は開発されていない．ここでは，目的の歯形と歯厚を得るためのカッタ配置を計算する汎用的な方法を提案している．また，カッタ配置での歯形の調整には限界が存在する場合があることに言及している．第5章では，再研削しても内歯車の歯形が幾何学的には変化しないようなカッタの形状とその実現方法について論じている．カッタを試作して，製作の可能性を確認している．第6章では，工具寿命改善のための現状把握として，切削パラメータと切削仕事への軸角の影響を調べ，現状の軸角が採用されている理由を明らかにしている．また，円筒型カッタについても検討し，円筒型カッタによる工具寿命改善の可能性について述べている．第7章では，第3章から第6章で得た知見を総合し，再生プロセスを経ても内歯車の歯形の変化が少なく，工具寿命の延長も可能にするカッタの設計指針を提案している．それに基づいてカッタを製作し，加工実験を行い，提案した設計指針が歯形の変化の抑制と工具寿命改善に対し効果的であるかを確認している．第8章では，スカイビング加工の利点の一つである歯すじクラウニング加工について考察している．歯すじクラウニング加工時に生じる歯形バイアスについて，その量や再研削の影響や調整法などについて述べている．第9章は結論であり，本研究で得られた成果を総括している．従来は採用されていなかった設計指針をあえて採用し，再生プロセスを経ても内歯車の歯形の変化が少なく，工具寿命も延びるスカイビング用テーパ型カッタの設計が可能であることを示している．また，開発したカッタ配置パラメータの汎用的計算アルゴリズムを併用することにより，カッタの再生プロセスによって生じる内歯車の歯形の変化が解決できることを示している．

博士（工学）

京都工芸繊維大学

14303甲第891号

http://hdl.handle.net/10212/2492

jpn

ETD

5

Thesis or Dissertation

Thesis