[48] Skiving Cutter Design Software 図 48.1 Skiving cutter Design Software 48.1 概要円筒歯車（外歯車，内歯車）の歯切り工法の一種であるパワースカイビングは1910年に特許が成立して100年が経過しましたが，近年，この工法が見直され国内外で専用機が上市されるようになりました．また，歯車加工も歯切り盤ではなく近年，マシニングセンタでスパイラルベベルギヤなどや特殊な歯車も加工されるようになっています（カタログ(vol.16)，41 頁写真）．パワースカイビングは，工具の取り付け角（交差角，テーパ角）と工具の歯形さえ決まれば高機能のマシニングセンタで加工することができます．Skiving cutter Design Software は，歯車諸元と工具の取り付け角から工具（ピニオンカッタ）の歯形を生成することができるソフトウェアです．また，生成した刃形を近似インボリュート刃形として生成することができます．図 48.1 に全体画面を示します． 48.2 ソフトウェアの構成 Skiving cutter Design Software の構成を表 48.1 に示します．表中の○は基本ソフトウェアに含まれ，◎はオプションです．適応歯車：インボリュート平，はすば歯車（外歯車，内歯車）表 48.1 ソフトウェアの構成 No. 項目掲載項 1 歯車寸法 48.3 2 工具寸法 48.4 3 歯形（歯車，工具） 48.5 4 組図（2D） 48.6 5 歯形レンダリング 48.7 6 歯形創成 48.8 7 歯形出力 48.9 8 近似インボリュート刃形 48.10 9 設計データ管理 --10 切り屑形状 48.12 11 Other Gear 48.13 12 面取り（R，C） 48.14 ○：標準ソフトウェア ◎：オプション構成 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ◎ ◎ ◎ 図 48.2 歯車諸元（内歯車の例） 48.4 工具寸法加工工具（ピニオンカッタ）の諸元を図 48.3 に示します．ここでは，歯車のねじれ角 26.5°に対し，加工時の公差角をφc=20° としたときの例を示します．また，カッタの形状，位置，逃げ角の参考図を図 48.4～48.6 に示します．本ソフトウェアでは，交差角φc，テーパ角φt で工具を取り付け，図 48.2 の歯車を加工するときの工具刃形をすくい角や側面逃げ角を考慮して生成します．なお，はすば歯車加工時のピニオンカッタには，刃付け研磨が容易となるよう横すくい角（刃付け角）は与えないものとします．図 48.3 工具諸元 48.3 歯車寸法被削歯車を内歯車としたとき歯車諸元は図48.2のように設定します．転位係数は，直接入力する方法と転位量，またぎ歯厚，オーバーボール（ビトゥイーンボール）寸法があります．なお，外歯車の例は 48.11 に示します．図 48.5 位置 1 図 48.4 形状図 48.6 逃げ角 48.5 歯形（歯車，工具）歯車歯形を図 48.7 に，ピニオンカッタの刃形を図 48.8 に示します．図 48.8 の青線刃形は，図 48.9 に示すピニオンカッタの加工端面の刃形であり水色線はピニオンカッタの上面の刃形を示します．歯形図には拡大，縮小，距離計測機能があります．図 48.12 歯形レンダリング図 48.7 歯車歯形図 48.8 ピニオンカッタ図 48.8 の水色線歯形図 48.8 の青線歯形図 48.9 ピニオンカッタ（歯形レンダリング機能） 48.6 組図（2D）組図を図 48.10 に示します．加工座標値の工具ポイント(A, B, C) は図 48.11 に示すように歯車の中心を(0,0,0)原点としています． (a) X-Y (b) Z-Y 図 48.10 組図図 48.13 工具加工端面（切り刃）と歯車図 48.14 すくい角断面と歯車 (c) X-Z 図 48.15 ピニオンカッタ 48.8 歯形創成図歯形創成図の設定画面を図 48.16 に示します．ここでは，粗加工時の工具切り込み量を 5mm，仕上げの切り込み量を 6.75mm としたときの歯形創成図を図 48.17 に示します．図 48.11 加工座標値 48.7 歯形レンダリング歯形レンダリング（図 48.12～48.15）では歯車とピニオンカッタのかみ合いを確認することができます．補助機能として工具の X,Y,Z 方向の移動や回転機能がありますので図 48.13 のように工具と歯車のかみ合い（切削）の関係を工具刃を回転させながら確認することができます．また，図 48.15 のようにピニオンカッタのみを表示することもできます．図 48.16 歯形創成図設定図 48.17 歯形創成 48.9 歯形出力歯車歯形と工具刃形を DXF ファイルおよび IGES ファイルで出力することができます．図 48.18 に歯形出力設定画面を，図 48.19 に工具の CAD 作図例を示します． 2 図 48.18 歯形出力設定 (a) 刃側面図 48.22 諸元図 48.23 寸法 (a) 刃（前） (b) 刃（後）図 48.19 CAD 作図例 48.10 近似インボリュート刃形図 48.19 で生成した刃形をインボリュートとして近似することができますので，工具を発注（製造）する際，容易に扱えることができます．本例の図 48.19 の刃形は，図 48.20 のように左刃面の場合，圧力角は αn=20.6265°，ねじれ角はβ=8°30'で近似することができます．近似した刃形と理論刃形との違いは，図 48.21 に示すようにカッタ刃先付近で 0.0007mm と僅かです．図 48.24 工具諸元図 48.20 インボリュート近似刃形 (a)歯車歯形 (b)ピニオンカッタ図 48.25 歯形図 48.21 インボリュート近似刃形の違い（計測） 48.11 外歯車の例外歯車の計算例を図 48.22～48.32 に示します． (a) X-Y 3 (b) Z-Y 図 48.26 組図 (c) X-Z 図 48.27 歯形レンダリング図 48.28 切り刃と歯車図 48.36 歯車と切り屑形状とすくい角面図 48.37 切削厚さ（100 倍）図 48.33 加工条件ので切り屑形状を図 48.38 のように csv ファイルに出力することができます．図 48.29 すくい角断面と歯車図 48.30 歯形創成図設定図 48.38 切削厚さ（csv）図 48.31 歯形創成 48.13 Other Gear（オプション）図 48.24 の工具（外歯車）で図 48.22 と異なる歯車（図 48.40）を加工するとき，この工具でどこまで兼用できるかを計算します．図 48.40 の歯車は，図 48.22 の歯車とモジュール，圧力角は同じですが，歯数とねじれ角が異なります．工具の取り付け角を図 48.24 工具諸元と同じとすると，図 48.40 の歯形は生成できませんので，図 48.42 のように交差角を φc=-30°，テーパ角をφt=2.1° として計算を進めます．図 48.32 involute 近似刃形 48.12 切り屑形状（オプション）図 48.2 の内歯車を図 48.3 の工具を用い，図 48.34 の加工条件ででスカイビング加工したときの切り屑形状を図48.35～48..37 に示します．図 48.33 の加工条件では工具の送り量，交差角および切り込み量を任意に設定することができます．図 48.34 の切り屑形状は，工具の 1 刃が，切削を初めてから終わるまでの形状を示しています．図 48.35 には歯車と切り屑形状をワイヤフレームで示し，図 48.36 に歯車と切り屑形状とすくい角面の状態を示します．更に，図 48.37 には 2D 切削厚さを 100 倍で示しています．図 48.39 工具の兼用確認設定画面図 48.33 加工条件図 48.40 兼用検討歯車諸元図 48.34 切り屑形状図 48.35 歯車と切り屑形状（ワイヤフレーム） 4 理論インボリュート創成歯形図 48.41 兼用検討歯車の寸法図 48.42 交差角とテーパ角の設定図 48.45 歯形計測図 48.43 のように終了切り込み深さを基準の h2=6.75 を h2=6.76 として基準より 0.01mm 深く加工するとき，図 48.40 の歯車歯形と極めて良く一致した歯形を得ることができます．図 48.44 の創成図の左歯面の□部分を拡大し，理論歯形と創成歯形を計測すると図 48.45 のように，その差は 2.9μm しかありません．同様に右歯面を計測すると 3.2μm です．以上に示したように対象歯車と異なる工具であっても交差角とテーパ角を調整することにより，歯形誤差を微小に抑えることができますので工具の兼用が可能です．ただし，本例の場合，極めて良く一致していますが，諸元や条件によっては良く一致しない場合もあります．そして，図 48.42 で設定したときの歯形レンダリング表示（図 48.46）や，加工条件（図 48.47）に基づく切り屑形状（図 48.48）も解析することができます．ここでは外歯車の例題を示しましたが，内歯車も同様に計算することができます．図 48.46 歯形レンダリング図 48.47 加工条件図 48.43 歯形創成図の設定図 48.48 切り屑形状 48.14 面取り C,R（オプション）歯車の歯先面取りが必要な場合は，工具に面取り形状を与えることができます．図 48.2 の歯車諸元の面取り設定は，図 48.49 のように C 面，R 面を選択することができます．図 48.49 面取り設定図 48.44 歯形創成図 5