4軸CNC(FANUC)によるヘリカルギア加工：ステップバイステップガイド

例として、典型的なヘリカル円筒ギアを考えてみよう。4軸マシニングセンタとCAXAソフトウェアを使用し、VERICUTによる切削シミュレーション検証と工作機械上での実加工を通して、ヘリカルギヤの4軸NC加工方法を探っていきます。

1.前文

スパーギヤやヘリカルギヤの加工は、一般的にホブ切り、ギヤシェーパ、ギヤ研削によって行われる。4軸マシニングセンタの進歩により、これまで3軸マシニングセンタでは困難であった加工が4軸装置で行えるようになりました。本稿では、典型的なヘリカルギアの4軸NC加工方法を検討する。

2.ケース分析

従来、ヘリカルギヤの加工はホブ盤を使って行われていた。NC技術の進歩、特にマシニングセンタの4軸リンク技術の開発により、ヘリカルギヤの加工を NC工作機械.

今回は、ヘリカルギヤの加工方法を探ります。中国で開発されたソフトウェア「CAXA Manufacturing Engineer」を使用し、VERICUTの支援を受けてシミュレーション検証を行う。標準ヘリカルギアとカスタムヘリカルギアの加工は、4軸マシニングセンターのプラットフォームで行われる。

図1に示すように、加工されるヘリカルギヤは、20°の歯傾斜と20個の歯を持ち、その材質は LY12 素材は表1の通り。このケースの課題は、競技会場に専用の歯車加工設備がないことである。各ステーションには4軸加工センターが設置されており、シミュレーションと実加工を行い、ヘリカルギヤとマッチングしたローラーダイス機構一式をその場で製作することが求められる。この機構は、電源を入れると自動的に作動し、高いギヤマッチング要求を満たさなければならない。

図1 ヘリカルギア

3.方法1：一般工具、ストレッチ加工

CAXA Manufacturing Engineer ソフトウェアは、4軸および5軸加工用の幅広い機能を備えています。ヘリカルギアを加工するには、まずギアの形状を描き、ツールパスを生成します。

パスの生成には次のような手順がある：

• 加工方法を選択する：機械加工 → 5軸加工 → 5軸極限面加工」、「機械加工 → 5軸加工 → 5軸平行線」、「機械加工 → パス編集 → 5軸加工」を選択する。 4軸 軌道。
• 荒加工用工具と仕上げ加工用工具をセットし、一般的なフラットボトムカッターとコニカルボールカッターを選択して、荒加工用工具経路と仕上げ加工用工具経路を生成する。
• 図2に示すように、切断検証をシミュレートする。

a) 粗加工パス

b) 仕上げツールパス

c) 切断効果のシミュレーション

図2 従来のヘリカルギア加工ツールパスと切削シミュレーション

この加工は、5軸工具経路加工機能を利用し、それを4軸工具経路に変換して、より一般的な4軸工作機械で実行します。この加工は1つの歯に使用され、ツールパスを回転させるだけで、他の歯にも簡単に適用できる。この方法は、従来の 切削工具 曲面に沿って倣い切削するため、他のサイズのヘリカルギアの加工にも応用できる。

しかし、この方法は加工効率や精度が低い。工具の分割によって曲面を作るため、単品の試作加工や少量生産に向いている。バッチ加工では、加工効率の低さ、精度の低さという弱点が顕在化する。そのため、製品のバッチ加工に適した加工方法の模索が急務となっている。

4.方法2：カスタマイズされた切削工具とプロファイル加工

4.1 ツールのカスタマイズ

CAXA電子図面ボードのような設計ソフトウェアを使用することで，ヘリカルギヤの関連パラメータを表1に入力し，歯形を素早く得ることができ，そのデータを抽出することができる．この歯形をもとに歯形CAD図面データを作成し、工具メーカーに提供することで、カスタムギヤナイフを製作することができる。

図3に示すように、工具の柄の直径は12mm、長さは70mmで、刃先部分は歯形データに応じてカスタマイズされる。カスタム工具は一般工具に比べコストは高いが、加工効率が高く、品質も良く、バッチ加工において総合的にメリットがある。

a) パターン

b) 物理的対象

図3 カスタマイズ・ギヤ・カッター

4.2 フィクスチャー製作

このワークピースの分析によると、短い。 締め付け サイズが大きく、アライメントが難しく、加工時間が長くなる。さらに、歯形を加工する場合、工具とスピンドルが4軸チャックに接近するため、干渉のリスクが高まり、クランプとアライメントが難しくなり、バッチ加工が不便になる。

加工効率を向上させるためには、図4に示すような特注の治具が必要である。図4aは可動部であり，ねじを通してギヤブランクをクランプし，クランプ位置を毎回確実に固定することで，工具セット時間を短縮している。図 4b は固定部で，チャックに取り付けられている。実際の治具を図 4c に示す。

a) 可動部

b) 固定具

c) 物理的対象

図4 カスタムフィクスチャー

4.3 加工図形要素とツールパスの生成

(1) 工具経路を作成するために，歯底円とヘリカルギヤの間に 20°の傾きで線を引きます．次に，「加工→」を選択します． 4軸 加工 → 4軸円筒曲線加工。工具と切削パラメータを設定し、工具経路を生成します。パス回転配列により、さらに工具パスを得ることができる。パスの生成手順を図5に示す。

図5 工具パスの生成

(2) 加工プロセスを完成させるために、G コードを生成し、VERICUT を使用して検証する。ツールパスを選択し、G コードを生成した後、VERICUT ソフトウェアにインポートして試切削プロセスをシミュレートする（図 6a 参照）。検証後、コードを工作機械にインポートする。切削加工によって得られた実際の物体を図6bに示す。

a) シミュレーテッド・カッティング

b) 物理的対象

図6 切削と加工のシミュレーション

5.結論

一般的に、ヘリカルギアは専用のホブ盤で加工され、広く使用されているCNCマシニングセンタで加工されることはあまりありません。この投稿では、4軸マシニングセンタでのヘリカルギアの加工方法を探り、ヘリカルギアの4軸NC加工方法の予備知識を提供します。

単品または少量生産の場合は、プロファイリング加工を使用できます。バッチ加工の場合は、カスタムツールの使用を推奨します。この方法は、特殊な装置でのヘリカルギア加工の制限を克服し、現在より広く使用されているNC装置に適用することができます。