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歯車加工の新しい選択肢「長寿命化を実現するスカイビングカッタと加工技術」"Skiving Cutter for Realizing a Longer Life and Skiving Technology"
New Option for Machining of Gears
キーワード

歯車・複合加工機・スカイビングカッタ・長寿命・高能率
形状・材料・コーティング

工具事業部／工具技術部

笠井 康 Yasushi Kasai

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Machining
歯車加工の新しい選択 肢「長寿命化を実現するスカイビングカッタと加工技術」

要 旨

1. ギヤスカイビング加工とは？

近年、歯車加工においては、生産ラインの小規模化やスカイビング加工では、工作物に対して、スカイビング少量多種生産のニーズが高まっており、旋削や穴あけカッタを傾けて配置し、工作物と工具は、歯数比に加工ができる複合加工機を用いたスカイビング加工対応した速度で同期回転する。その状態のまま工具をへの注目が高まっている。

工作物軸方向に送りを与えることで、切削することがスカイビングカッタ（図1）を用いて、能率よく加工をできる（図2）。

行なうためには、加工の特性を、よく理解する必要がある。

工作物の回転方向と工具の回転方向が異なること

本稿では、スカイビング加工の基本特性を解説し、から、工作物と工具の間にすべりが発生し、そのすべりを次に、長寿命、高能率を実現するNACHIのスカイビング利用するのがスカイビング加工の原理である。

カッタの3つの基本要素、
“形状”
“、材料”
“、コーティング”

交 差角と“加工条件選定の考え方”について紹介し、最適なスカイビングカッタ

工具を提案する。

工作物
工具送り

工作物回転方向工作物と工具間ですべりを発生させて創成加工を行なう加工法

すべりが発生図1

工具回転方向スカイビングカッタ
図2

Abstract
Recently the needs for scaling down productionlines and production of multiple models with smaller
volumes have been increasing in the machining ofgears. Skiving with use of equipment for multiple
machining such as lathing and drilling has been
increasingly drawing attention.
In order to machine efficiently with a skiving
cutter（see Illustration 1）, it is necessary tounderstand the characteristics of skiving.
In this article, the basic characteristics ofskiving is explained. Then next introduced arethree basic elements, form, material and coating on
NACHI’s skiving cutter that realizes a longer lifeand high efficiency. An approach to selection of
the skiving conditions is discussed and followed bya proposal of optimum tools.

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スカイビング加工模式図

スカイビング適用事例は図3に示すように外歯車、内歯車、外スプライン、内スプラインである。複合加工機を使用することで、工作物をワンチャックで加工でき、シャフト部品への外歯車と外スプラインの連続加工、外歯車と内歯車のある部品を加工することが可能となる。また、2つの歯車の歯の位相あわせが可能になる。
内歯車

外歯車

内スプライン

外歯車＋外スプライン

外スプライン

外歯車＋内歯車
外歯車
内歯車

外スプライン
外歯車

図3

スカイビング加工適用工作物

これらのことから近年、量産工程においてスカイビング加工を採用するユーザーが増加している。

2. スカイビング加工の特徴と課題
スカイビング加工は、切削始めから、切削終わりにかけて、切削方向が変化するという特徴がある（図4）。
切削始めでは、工具が工作物に対して、正（ポジ）のすくい角がある状態から始まり、切削中に有効すくい角は変化して負のすくい角（ネガ）になる。すくい角が有効すくい角（ネガ）
切りくず厚み被削材

有効すくい角（ポジ）工具

工具

切りくず厚み切削終わり

大きい場合は、とても削りやすいが、切削終わりの切削始めような負のすくい角になると削りにくく、切削温度が図4上昇する（図5）。

スカイビング加工でのすくい角の変化

同様に、切削負荷については、切削始めに対し、切削終わりには、大きな値を示すことが分かる。

切削終わり

スカイビング加工は、切削終わりで、切削温度の上昇、切削負荷が大きくなるため、適正な使い方を切削始め

すくい角－30℃

すくい角5℃しなければ短寿命になることが課題である（図6）。

Temperature
（℃）

すくい角

すくい角

800
750700650600550500450400350300
250200
150
10050

工具

710℃

580℃

負荷大で高温となる

削りにくい
図5

削りやすい

切削始めと切削終わりの工具温度

主分力
背分力

切削負荷（N）

6,000
4,000
2,0000

切削終わり

切削始め

工具
主分力
背分力
図6

切削始めと切削終わりの切削負荷

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歯車加工の新しい選択 肢「長寿命化を実現するスカイビングカッタと加工技術」

3. 工具の損傷を抑制するために
スカイビングカッタは、工具の外周面が一番仕事を大切削負荷（N）するため、図7で示すように、切れ刃の先端（外周）が背分力

4,0002,000切削負荷損傷する。この損傷を抑えることが非常に重要である。

損傷

主分力
背分力

主分力

6,000

0

切削終わり

切削始め

工具

回転方向

主分力

工作物

小小

図7

刃先ホーニング量

スカイビングカッタの損傷形態
図9

この損傷に対する対策は、

背分力

大ホーニング量と切削負荷

刃先ホーニングを大きくしていくと主分力よりも①最適な工具形状、材料、コーティング②適正な加工条件

背分力が大きくなり工作物を削る力よりも押し出す力がの選定が重要であり、本稿ではこれについて解説する。

強くなるため、適正なホーニング量を施すことが重要である。
図10、図11は、内歯車のスカイビング加工事例である。

1）最適な切れ刃形状

従来品の工具切れ刃エッジ形状に対し、ホーニング

スカイビング加工では、切れ刃に大きな負荷がかかる処理を施すことで、工具寿命が2倍に向上し、また、工具寿命も安定する。

ため刃先の強度を上げることが重要である。
一般的に、工具切れ刃に微小なホーニング処理を施すことにより、工具の損傷を抑制することが知られているが、スカイビングカッタにおいても、同様に有効ホーニング無し

エッジ部に応力が集中応力集中が緩和

Mises Stress（MPa）

小（b）刃先ホーニング有り（刃先ホーニング無し）

図8

工具刃先の応力分布比較

切刃エッジ断面ホーニング処理有無違い工具拡大写真

工作物諸元（内歯車）：m1.4×PA20°
×HA23°×NT70
被削材：SCM420H（HB180 ～ 200）
工具材料
：FAXG1
コーティング：Hyper DuAl GP
切削速度：150m/min
送り：0.4/0.1mm/rev（2パス）

ホーニング無し（加工数300個） ホーニング有り（加工数600個）

ホーニングを付けることにより、刃先エッジ部の1点へ応力が集中することを抑制することができる。
次に刃先ホーニング量を変えた場合の切削負荷のシミュレーション結果を示す
（図9）
。

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逃げ面

ホーニング有り

図10

工作物

（a）
シャープエッジ

すくい面

大工具

逃げ面

切刃エッジ断面である。図8に切削中の工具刃先にかかる応力分布シミュレーションの結果を示す。

すくい面

図11

ホーニング処理有無の工具摩耗

2）用途に応じた工具材料の選定
表1は、NACHIのスカイビングカッタの工具材料のラインナップとその特性の表である。スカイビング加工は、耐摩耗性の高い粉末ハイスが適しており、とくに次世代ハイスであるFAXG1という材料が耐摩耗性に優れる。
表1

工具材料 FAP

スカイビング加工に最適な材料

工具材料 耐摩耗性 耐熱性

靭性コストFAP◎◯△△

工作物諸元（内歯車）：m1.5×PA20°
×HA20°（RH）
×NT49
被削材：SCM420H（HB180 ～ 200）
工具材料：下図
コーティング：Hyper DuAl GP
切削速度：100m/min
送り：0.3/0.1mm/rev（2パス）

工具材料 FAXG1

0.22

摩耗0.08

安価

FAP2

◯

◯◎

△

難削材向き

FAXG1

◎

◎

△

△

一般材向き

◎：優れる ◯：ふつう △：劣る

回転方向
被削材や機械仕様によって摩耗形態が異なるため、その摩耗形態に応じて、工具材料を選定する必要が

図12

工具材料違いの摩耗比較（耐摩耗性）ある。
NACH Iは 耐 摩 耗 性を重 視 する際 はFA XG1、
耐チッピング性を重視する際はFAP2を推奨している。
次に工具材料を最適化した事例を紹介する。
（1）耐摩耗性重視材料

FAXG1

図12にSCM420H（HB180 ～ 200）でのスカイビング加工事例を示す。工具材料をFAPから、FAXG1に工作物諸元（内歯車）：m2.5×PA20°
×NT75 スパー
被削材
：SCM440（HB250 ～ 300）
工具材料
：下図
コーティング：Hyper DuAl GP
切削速度：80m/min
送り：0.5×4/0.1mm/rev（5パス）

工具材料 FAXG1

工具材料 FAP2

加工数80個加工数160個

変 更することで、耐 摩耗 性が向上し、工具寿 命を欠け2.5倍にすることができる。
（2）耐チッピング性重視材料

0.680.13

FAP2

図13にSCM440（HB250 ～ 300）でのスカイビング加工事例を示す。被削材が比較的に高硬度の場合や剛性の無い機械での加工においては、振動が発生しやすく工具の切れ刃に欠けが発生しやすい状態になる。このような場合には、工具材料を耐チッピング

図13

工具材料違いの摩耗比較（耐チッピング性）性の高いFAP2に変えることで、損 傷がチッピング形態から摩耗形態に変化し、工具寿命を2倍にすることができる。

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3）スカイビングカッタ用コーティング
NACHIは、スカイビング加工の切削メカニズムの解析と摩耗進行プロセスの解明により独自のコーティ

工具 寿 命は他 社コーティングの2倍を達 成した（図15）。

ングを採用しており、耐熱性、耐摩耗性、耐凝着性に700

優れたコーティングとなっている。
NACHIでは、2種類のコーティングをラインナップ

500

GPコーティング、高速・高硬度材向けにHyper DuAl

400

分けることが可能である（表2）。

加工数しており、汎用的なコーティングであるHyper DuAl
SPコーティングの2種類があり、用途に応じて使い（摩耗量0.2mmに達した加工数）

600

寿命2倍以上300200100

表2

コーティングラインナップ

コーティング目的

Hyper DuAl GP汎用的

Hyper DuAl SP

高速・高硬度材向け

切削温度が非常に高い環境となる、高速200m/minでのスカイビング加工において、NACHI Hyper
DuAl SPコーティングと他 社コーティングA、他 社コーティングBを比較した事例を紹介する。
図14は 加 工 数300 個 で の 摩 耗 比 較 で あり、NACHIのHyper DuAl SPコーティングは耐熱、耐摩耗性に大変優れていることが分かる。

工作物諸元（内歯車）：m2.4×PA20°
×HA32°
（RH）
×NT59
被削材
：SCM420H（HB180 ～ 200）
工具材料
：FAXG1
コーティング：下図
切削速度：200m/min
送り：0.5×9/0.1mm/rev（10パス）

Hyper DuAl SP
摩耗量0.10mm

他社コーティングA 他社コーティングB
摩耗量0.50mm

摩耗量0.20mm

図14 コーティング違い工具摩耗形態（加工数300個）

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38 B20Hyper DuAl SP

図15

他社コーティングA

他社コーティングB

工具寿命比較
（コーティング違い）

4）適正な加工条件とは？

（2）送り量スカイビング加工の主な加工条件には、すべり速度、図17に、送り量違いによる工具損傷の比較を示す。

切り込み量、送り量の3つがあり、工具寿命とサイクルタイムに密接に関係している
（表3）。
表3

スカイビング加工の主な加工条件
加工条件①

すべり速度m/min
mm/rev

工作物／工具のピッチ
円上でのすべり速度
工作物1回転あたりの送り量

切削に影響する要素

工作物諸元（外歯車）：m2.0×PA17.5°
×NT75 スパー
被削材
：SCM420H（HB180 ～ 200）
工具材料
：FAXG1
コーティング：Hyper DuAl GP
切削速度：150m/min
送り：下図

切削温度

②

送り量

③

有効すくい角切り込みmm/半径 歯丈方向の切り込み量
切りくず厚み量

送り量0.3mm/rev

切りくず厚み0.7mm/rev

1.5mm/rev

摩耗形態

スカイビング加工では、まず目標とする工具寿命とサイクルタイムを決め、何を優先するかをよく検討し、加工条件を選定することが重要となる。

切りくずの干渉

切りくず形態それぞれの加工条件について、解説する。
（1）すべり速度
すべり速度が低すぎる場合は切削抵抗が大きくなり、すべり速度が高すぎる場合は切削温度が上昇

有効すくい角−26−26°−26°

切りくず厚み0.22mm0.44mm

0.80mm

CT56s

33s

23s

図17 送り量違いによる損傷形態（切り込み量0.6mm）

して、工具寿命が短くなる（図16）。適切なすべり速度は送り量を大きくすることで切削負荷、切削温度が被削材によって異なる。

上がり工具寿命が短くなる。とくに送りを大きくしすぎ
スカイビングカッタ すべり速度、切削負荷と工具寿命の関係

ると切りくずが厚くなり、工具の左右歯面から生成

最高切削温度

工具寿命

切削負荷

された切りくずが干渉をひきおこすため、注意をする必要がある。

切削速度（m/min）

図16切削速度と工具寿命

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4. まとめ（3）切り込み量

本稿では、近年注目をあびているスカイビング加工

図18に、切り込み量違いによる工具損傷の比較を示す。

について、長寿 命化を実現するための工具とその加工技術を解説した。
スカイビング加工では、工具の摩耗形態を十分に把 握し適正な工具形状、材料、コーティングを選定

切り込み量
0.6mm/パス0.9mm/パス1.2mm/パスしていくこと、目標となるサイクルタイムを鑑みて加工条件を設定することが重要となる。
NACHIは、これまで培ってきた、歯車の切削加工

摩耗形態技術、設計技術、製造技術、表面処理、材料技術を集結し、ものづくりを革新する工具の提案を行なって有効すくい角−26°

−30°

−36°

切りくず厚み0.22mm

0.30mm

0.50mmCT

56s

43s

36s

図18 切り込み量違いによる損傷形態（送り量0.3mm/rev）

切り込み量を大きくすると、切りくずが厚くなるだけでなく、切削終わりの有効すくい角が大きくマイナスとなるため、切削負荷が大きくなり、刃先の摩耗が大きくなる。
これらのように、切り込み、送りのいずれも、小さくすることで工具寿 命の改善を図ることができるが、サイクルタイムが大幅に増加することが分かる。
上記のことから、生産量から目標とするサイクルタイム、工具寿 命を決め、加工条件を選定することが重要である。

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