NACHITECHNICALREPORT

Machining

31B1

Vol.

October/2016■ 新商品・適用事例紹介

工程集約型歯車スカイビング加工機

マシニング事業「スカイビング ギヤシェープセンタＧＭＳ４５０」
Skiving machining center for Gears"GMS450"〈キーワード〉ギヤスカイビング・複合加工機
ワンチャック加工・省スペース・ハード加工
同期精度・位相合わせ・IoT

工作機製造所／技術部 開発

古田 知康

Tomoyasu Furuta

工作機製造所／技術部 開発

廣瀬 智博

Tomohiro Hirose

工程集約型歯車スカイビング加工機「スカイビング ギヤシェープセンタ ＧＭＳ４５０」

要旨

近年、歯車の製造工程においてシェーパ加工よりも効率的に歯切りを実現するギヤスカイビング加工が注目されている。NACHIでは、ブローチ加工では実現が難しい大径の工作物の高能率な歯切りを実現する複合加工機を開発した。この複合加工機
では、ギヤスカイビング加工による歯切りのほか、旋削、穴あけおよびタップ加工など歯車の製造工程を1台の機械に集約することができる。

1. 工程集約型歯車スカイビング加工機の誕生

この複合加工機を用いた工作物の歯車精度は

建 設 機 械 向けの油 圧 走 行モーターや各 種 減

JIS5級（JIS B1702 1998）を実現し、さらに工作物速 機に組み込まれる内 歯 車部品の歯 切りには、の焼入れ後の仕上げ加工も可能である。本稿では、シェーパ加工やブローチ加工が用いられる。シェー開発した「スカイビング ギヤシェープセンタ GMS450」

パ加工は、工作機械に工具の回転と上下運動のの特長と加工性能について紹介する。

同期を実現するための複 雑な機構を要求する上、加工効率も良好であるとはいえない。ブローチ加工は高能率での歯切りが可能であるが、工具や工作機械が大型であることに加え、大径の工作物ではAbstract
Recently in the gear manufacturing, Gear
Skiving has been drawing attention since it cuts
gears more efficiently than gear shaping. NACHI
has developed a multi-fanctional machine tool thatrealizes high-efficient cutting of gears with large
diameters, which is difficult to achieve withbroaching. In addition to gear skiving, theprocesses such as turning, drilling, and tapping
required for gear manufacturing are integrated
in this multi-fanctional machine tool.
The precision of a gear processed with thismulti-fanctional machine tool achieves JIS Class
5 (B1702 1998) and the machine tool is capable offinishing after a gear is hardened. In this article,
the features and performance of NACHI ’sSkiving machining center for gears GMS450 areintroduced.

実現性が低い。
また、多品種 少量 生 産の製 造 現 場において、段 取り替え時 間がたびたび 問 題になる。さらにシェーパ加工では専門的な知識を要する加工条件の設定が必要であり、作業の煩雑さや加工ミスを生じさせやすい。
NACHIでは、φ450までの産業機械向けの歯車部品製作をターゲットに複合加工機を開発した。
図 1に外観を示すスカイビング ギヤシェープセンタ
では、歯 切り工 程をギヤスカイビング 加 工とし高能率な歯車部品製作を提供する。

図1 「スカイビング ギヤシェープセンタ GMS450」

12. ギヤスカイビング加工の原理
ギヤスカイビング加工の原理を図2に示す。ギヤ切削加工であることから加工効率を高めることがスカイビング加工では、対向する工具と工作物ができる。また、この加工法では内歯車だけでなく同期した回転を行なう。工作物に対して一定の角度外歯車の歯切りが可能であり、歯すじにクラウニングを与えられた工具の回転は、工作 物の軸方向にを付加することもできる。

速度が生じる。この速度を切削速度として用い、歯これら歯車加工を行なう工作 機 械には、高剛車の形をしたスカイビングカッタが工作物との干渉性と高減 衰 性の確 保が求められる。さらにギヤ部分をそぎ落とすことで歯切りを実現している。

スカイビング加工では、工具主軸と工作物主軸のシェーパ加工は、工具の往 復 運 動であるのに対し、ギヤスカイビング加工では回転 工具による工作物回転方向回転誤差が歯車精度に影響することから高い同期精度が求められる。

交差角

切削速度
工作物

工具回転方向スカイビングカッタ
図2

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ギヤスカイビング加工の原理

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工程集約型歯車スカイビング加工機「スカイビング ギヤシェープセンタ ＧＭＳ４５０」

3. スカイビング ギヤシェープセンタの特長
スカイビング ギヤシェープセンタの構造を図3に

この複合加工機は、施削、穴あけ、タップなど示し、諸元を表1に示す。この複合加工機は直交歯車製作の工程集約を実現するためにATCを用3軸の門型の機械構造を採用し、対向して設置されいた工具交換が可能である。マガジンは標準で6本た工具主軸と工作物主軸の2つの主軸を持つ。ギヤとしているが、さらなる工具交換の要求に対し変更

スカイビング加工では、工具を工作物に対して角度可能な配置にしている。工具ホルダは、剛性を確保を与える必要があることから、工具主軸は旋回軸上するために２面拘束のBBT50を採用している。に設置している。

バランスシリンダー

この 複 合加 工 機は高 能 率 高 精 度なギヤスカイビング加工を主眼に機 械 構造を決定しており、工具主軸

汎 用マシニングセンタ型のギヤスカイビング 加工

B軸機と比較して圧倒的な剛性の高さを有している。

工作物主軸

門型コラム

X軸

Z軸
ATC装置

複合加工機の直動軸にはすべりと転がりの複合案内を用い、高剛性と高減衰性を確保している。工具
主軸および工作物主軸は、同期精度を確保するために高出力のダイレクトドライブモーターと高分解能のエンコーダーを採用し、ギヤスカイビング加工における加工負荷変動の影響を極小化する制御をZ
X用いることで、工具主軸－工作物主軸間の同期誤差を抑えている。
表1

加工能力

工具主軸

工作物主軸

各軸移動量

A.T.C.（標準）

NC装置
ユーティリティー
機械の大きさ

3

Y

ベース

Y軸

図3

スカイビング ギヤシェープセンタの構造

スカイビング ギヤシェープセンタの主要諸元工作物最大径mm

φ450

加工モジュール−m4.5

最大加工歯幅mm

120

工作物最大高さmm

250

歯切り工具

−

スカイビングカッタ

主軸テーパ穴（ツールシャンク型式）−

7/24テーパNo.50（BBT50）

主軸最高回転速度

min−1

3,000

電動機（30分/連続）

kW

26/22

主軸最高回転速度

min−1

1,400

電動機（30分/連続）

kW

26/22

左右移動量（X軸）mm

700

前後移動量（Y軸）mm

350

上下移動量（Z軸）mm

300

工具旋回角（B軸）

degree±25

工具収納本数本

6

工具最大径mmφ150

工具最大長さmm

250工具選択方式−番地固定ランダム

型式

−

FANUC

31ｉ−Ｂ

表示器

−

FANUC

PANEL ｉ

総使用電力ｋVA

88

機械の高さmm2,700

所要床面積（幅×奥行き）mm

2,500×3,860

正味機械質量（本体）kg

22,000

オプション：工作物チャック、外部スケール

他

4. 良好な作業性
複合加工機の最大の特長は、複数の工程を1台方向などの誤入力を検知するヒューマンエラー防止の工作機械に集約できることである。さらに、この機能や初品加工時の追込み量の修正を容易にした複合加工機では機械構造をコンパクトに収めるこ初品モード機能を搭載し、NCプログラム作成からとで図4に示すように寄付き性を確保し、カバーは量産までの時間を大幅に短縮できる。

クレーン作業を考慮した形状にすることで多品種少量生産時に必要な段取り替えなどの作業性を良好にしている。
この複合加工機の操作盤には、工作物、工具などの諸元を入力するだけでギヤスカイビング加工プログラムを作成できるソフトウェアを搭載している。

Z

図5の対話画面では、外歯および内歯の平歯、はす550mm

X

ば歯車に限らず、多段歯車、クラウニングなど多彩なY歯切りプログラムが簡単に作成できる。また、ねじれ
図4

図5

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良好な寄付き性と作業性

対話画面

4

工程集約型歯車スカイビング加工機「スカイビング ギヤシェープセンタ ＧＭＳ４５０」

5. 高能率高精度加工事例
この 複 合加 工 機を用いて、φ450の工作 物に1 /4（7.6分）であったが、工作物の諸元によっては

m3.5 歯数110 歯幅55mmの内歯車部品の歯切り加工時間を1/5 以下に短 縮できる。この結果は、を行なった。表２に加工条件を示す。この歯切りにこの複合加工機は大径かつ大モジュールに対してもは、NACHI製のスカイビングカッタを使用している。

高精度かつ高能率加工ができることを示しており、工作物の外観を図6に、歯車精度を図7に示す。

NACHIが培ってきた歯 車 加 工 技 術および 工作歯 車 精 度 は JIS5級（JIS B1702 1998）が 得ら機械設計技 術を融合することで高能率高精度なれた。歯切りに要する時間はシェーパ 加工に対し歯車部品加工を実現した。

表2工作物諸元

工具諸元

加工条件（粗/仕上げ）

加工条件

外径mm

φ450

材質

−

SCM420

モジュール

−m3.5

圧力角

degree20

歯数−110ねじれ角

degree（0 平歯車）ピッチ円直径mm

φ385

歯幅mm

55

歯数−35ねじれ角

degree

20

ねじれ方向

−

RH

材質

−

FAX55

コーティング−Hyper DuAl GP

工具軸回転数min−1860 / 860

切削速度m/min

120 / 120

送り量mm/rev

0.4 / 0.1

切削液−

水溶性 20倍希釈

軸交差角

degree2055

φ450

図65加工事例（φ450 m3.5）

a）JIS5級の歯形精度b）JIS1級の歯すじ精度

図7

歯車精度
（B1702 1998）

6. トータルソリューションの提案
NACHIでは、ロボットを核にした総合機械メー

さらに、歯車部品加工に必要なギヤスカイビングカーとして工具、工作機械およびロボットのトータルカッタ、タップやドリルの提供だけでなく、これら工具ソリューションを提案している。例えば、図8に示すと複合加工機の能力を最大限に活かす加工条件を垂直多間接ロボット「MC70」を活用した工作物の提案できる。

自動搬入出や軽量コンパクトロボット「MZ07」によるバリ取りで工程集約だけでなく無人化工場を実現できる。

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7. 今後の展開
歯車のさらなる高精度化の要求に対応するため、研削が困難な焼入れ後の内歯車へのハードギヤスカイビング加工や、これを実現するために必要な位相合わせ機能を追加し、より高付加価値な複合加工機に進化させていく。また、設備診断機能など生産性向上に寄与するIoT時代に対応した複合加工機を提供していく。

MZ07
バリ取り作業

MC70
工作物の自動搬入出図8

ロボットを用いた自動搬入出とバリ取り作業

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October / 2016〈発行〉2016 年 10 月 12 日
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