NACHITECHNICALREPORT

Machining

31A1

Vol.

October/2016■ 論文・解説「ギヤスカイビング加工の特徴」
マシニング事業

Introduction of Gear Skiving〈キーワード〉スカイビング加工・有効すくい角オフセット角・切りくず厚み・交差角
歯形修正

精密工具製造所／技術部

津 野 正行

Masayuki Tsuno

「ギヤスカイビング加工の特徴」

要旨

遊星歯車装置を構成する主要要素である内歯車の加工は、ブローチ盤やギヤシェーパなどの専用機で行なわれているが、近年、旋盤や穴明けも行なう
複 合 加 工 機 で 加 工 可 能なスカイビング 加 工 が注目されている。
NACHIは、これまで培ってきた工具の設計技術や歯車製造技術、表面処理技術を活かし、スカイビングカッタを商品化している。

1. スカイビング
加工方法の説明

今回、内歯車だけでなく外歯車の加工も含め、

図１で、工作 物 軸と工具 軸が交 差するようにスカイビング加工の他の加工法に対するメリット・セットし軸交差角を持たせる。赤の矢印は工具がデメリットについて述べる。合わせて、外歯のスカイ回転することによる工具切刃の移動方向を表わす。

ビング加工が内歯の加工に比べ著しく工具摩耗が青の矢印は工作 物が回転することによる工作 物進行する理由や、スカイビング加工の大きなメリットの移動方向を表わす。軸交差角を持たせることにの一つである工作物の歯形修正方法について解説

より、工具切刃の移動方向と工作物の移動方向にする。

差異が生じ緑の矢印のようなすべり（相対速度）が生じる。このすべり（相対速度）によって歯溝が削られる。工作物の回転に応じて工具を工作物の歯幅方向に送る（紫の矢印）ことにより工作物が歯切りされる。

Abstract
Exclusive machines such as a broachingmachine and a gear shaver have been used for themachining of internal gears which are the main
components of a planetary gear drive. However,recently use of the skiving in a multi-functional
machine that contains lathing and drilling
processes has been drawing attention.
NACHI has manufactured and introduced
Skiving Cutter into the market by utilizing thedeveloped technologies in cutting tool designing,gear manufacturing and surface treatment.
In this article, comparisons in the internalgear as well as external gear processing among
skiving and other machining methods are shownand the advantages and disadvantages of skiving
are explained.

スカイビング加工は１００年以上前にドイツで考,え出された加工法で、７０年代前半に日本でもトライされたが、加工機の剛性や工具寿命の問題で実用に至らなかった。近年、下記の技術的な進歩・向上によって、スカイビング加工が再評価されている。
・ 材料、コーティング技術の進歩
・ 工具製造技術の進歩
・ 高出力ダイレクトドライブモーターによる工作機械剛性向上
・ NC技術の進歩（高精度な同期が可能）
・ シミュレーション活用による解析技術の向上

スカイビングカッタ〈特長〉◦加工能率はピニオンカッタの２倍以上◦今まで培ってきた歯車加工
技術、工具設計技術を活用
し切削メカニズムの解析を実施、加工工作物の高精度化や工具の長寿命化を実現◦膜の成分設計と成膜プロセスの最適化に表面改質をプ
ラス、スカイビング加工に必要な表面処理技術を確立

1

工具送り

工具
工作物回転方向

工作物

軸交差角

工具送り

工具

工作物
工具回転方向
すべりが発生工具の切刃

工作物の歯溝図1

スカイビング加工の状態

2. スカイビング加工の適用工程
スカイビング加工の適用工程は、歯車の生の歯切り工程と熱処理後の歯面仕上げ工程である。
外歯車の加工工程
素材
鍛造

旋削外歯歯切り熱処理・ホブ加工・シェーパ加工［スカイビング加工］

歯面仕上げ

完成

・ホブ加工
・歯研・ギヤホーニング［スカイビング加工］

内歯車の加工工程

素材
鍛造

旋削

内歯歯切り・シェーパ加工
・ブローチ加工［スカイビング加工］

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熱処理

仕上げ加工

完成・歯研
［スカイビング加工］

2

「ギヤスカイビング加工の特徴」

3. スカイビング加工のメリット・デメリット
他の歯車加工法との比較表を表1に示す。
＜スカイビング加工のメリット＞＜スカイビング加工のデメリット＞

・イニシャル工具費がブローチに比べ安い
・止まり形状の加工可能
・内歯はギヤシェーパに比べ２倍以上の高能率で加工可能
・歯形歯すじ修正が可能
・内歯も外歯も加工可能
・複合加工機でも加工可能
・熱処理後の加工が可能（工作物歯面にホブ切りのようなウロコ目が出ない）

・ブローチに比べランニング工具費が高い
・外歯の場 合、ホブ、ギヤシェーパに比べ工具寿命が短い（後で理由を説明する）［ホブ加工］大量生産向き○加工時間が短い○イニシャル工具費が安い●外歯のみ加工可能［ブローチ加工］大量生産向き○ランニング工具費が安い○複合加工機でも加工可能○ランニング工具費が安い●内歯のみ加工可能［シェーパ加工］少量多種生産向き［スカイビング加工］少量多種生産に適する○イニシャル工具費が安い○内歯も外歯も加工可能○イニシャル工具費が安い○止まり形状の加工可能○歯形歯すじ修正が可能○内歯も外歯も加工可能○複合加工機でも加工可能 ●ランニング工具費が高い○止まり形状の加工可能●加工時間が長い

表1

加工性
設備
工具費

工作物

3

○加工時間が短い●イニシャル工具費が高い

項目
生産性
加工精度
段取り性
熱処理後加工
初期投資
イニシャル
ランニング
止まり形状
歯形歯すじ修正内歯外歯歯車加工法の特徴比較

ホブ加工
◎○
○
△○
○
○×△×
◎

ブローチ加工
◎◎
△×
△×
○××
◎
×

シェーパ加工△○○×○○△◎×◎◎スカイビング加工
○○○
○
○○△△○
◎△

4. スカイビング加工の加工事例
1）内歯用スカイビングカッタの加工精度①
図2にスカイビング加工された内歯の歯形歯すじ測定結果の事例を示す。新JIS 6級を満足している。

図2

スカイビング加工された内歯の歯形歯すじ事例

x HA20°RH x 70T 歯幅25 小径φ110 歯丈3.375 材質SCM420
工作物諸元：内歯 m1.5 x PA20°
x SPUR x 30T 刃幅12 外径48.35 材質FAX55 + Hyper DuAl GP（すくい面コーティング有り）
工 具 諸 元：m1.5 x PA20°
加 工 条 件：２回切り ウェット加工 加工数200個：工具回転数1,600rpm（148m/min）、送り0.05mm/rev、切込量3.075
粗仕上：工具回転数1,600rpm（148m/min）、送り0.10mm/rev、切込量0.32）内歯用スカイビングカッタの加工精度②
図3にスカイビング 加工によって内 歯の歯すじニングを付けることはできない。歯 すじにクラウにクラウニングを付けた事例を示す。ギヤシェーパ

ニングを付けることで歯当たりを修正することが加工やブローチ加工では、内歯の歯すじにクラウ可能となる。

図3

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m1.5 工作物歯すじ クラウニング加工

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4「ギヤスカイビング加工の特徴」

3）内歯用スカイビング工具の摩耗事例
図4に内歯用スカイビングカッタの摩耗事例示す。

示す。すくい面コーティング無しでは加工数２０個でスカイビングカッタの摩耗は主に外周刃先エッジが外周刃先エッジの後退量が約0.5mmと大きくなって後退する摩耗形態である。仕事量の少ないフランクいるが、すくい面コーティング有りではほとんど摩耗部の摩耗は小さい。

が進行していない。スカイビング加工は工具すくい

図5に 内 歯 用スカイビングカッタの すくい 面面コーティング有りが前提の加工法といえる。

コーティング有り無しで摩耗比較を行なった結果を
約0.5mm0.14

回転方向〈内歯の推奨加工条件〉
交 差 角：約20°
切削速度：100～120（m/min）
送 り 量：0.1～0.3（mm/w rev）
パス回数：2パス以上

回転方向

回転方向

すくい面コーティング有り（加工数20個）

すくい面コーティング無し（加工数20個）

図4 スカイビングカッタ摩耗写真

図5

すくい面コーティング有り無しでの摩耗比較

xHA17°RHx78T 歯幅30
工作物諸元：内歯 m1.2 xPA18°
小径φ95.5 歯丈2.8 材質SCM415
xHA 5°LHx50T 刃幅12 外径63.45
工 具 諸 元：m1.2 xPA18°
材質FAX55 + Hyper DuAl GP（すくい面コーティング有り）
加 工 条 件：２回切り ウェット加工 加工数200個：工具回転数1,410rpm（100m/min）、送り0.10mm/rev、切込量2.5粗仕上：工具回転数1,410rpm（100m/min）、送り0.10mm/rev、切込量0.3

工作物諸元：内歯m1.5xPA20°
xHA25°LHx68T 歯幅25小径φ110 歯丈3.5材質SCM420
工 具 諸 元：m1.5xPA20°
xHA 0°x30T 刃幅12 外径48.35
材質FAX38 + Hyper DuAl GP（すくい面コーティング有り）
材質FAX38 + DuAl EX（すくい面コーティング無し）
加 工 条 件：２回切り ウェット加工：工具回転数1,450rpm（89m/min）、送り0.08mm/rev、切込量3.0
粗仕上：工具回転数1,450rpm（89m/min）、送り0.10mm/rev、切込量0.54）外歯用スカイビングカッタの摩耗事例
図6に外歯用スカイビングカッタの摩耗事例を示す。

ため切りくず厚みも内歯の２倍程度になっている。

外歯の加工条件を内歯と同程度の数値で設定す

外 歯 加 工の方が 切 刃の 負 担 が 著しく大きいとると、加工数わずか3個で異常摩耗してしまった。

いえる。外歯を加工する場合は、交差角を大きくし短寿命の原因として、工具の有効すくい角（図7）とたり、パス回数を増やすことによって、有効すくい角切りくず厚みの違いが考えられる。のネガ角度の絶対値を小さくし切りくず厚みを小さく外歯と内歯の工具の有効すくい角と切りくず厚みする必要がある。交差角を大きくすると相対速度がを表2 ～表5、図8に示す。外歯の加工では、有効大きくなる。パス回数を増やすと切刃の接触回数がすくい角のネガ角度の絶対値が大きくなっている。

増える。いずれにしても外歯の加工では、工具寿命また、外歯加工の方が工具の作用刃数が少なくなるの低下や加工時間が長くなることは避けられない。

約2mm

工具回転方向

図6xHA15°RHx 90T 歯幅25
工作物諸元：内歯 m1.5xPA20°
外径φ142.76 歯丈3.375 材質SCM420
xHA 5°RHx56T 刃幅18 外径87.56
工 具 諸 元：m1.5xPA20°
材質FAX55 + Hyper DuAl GP（すくい面コーティング有り）（水溶性）加工 加工数3個
加 工 条 件：２回切り ウェット
：工具回転数1,100rpm（103m/min）、送り0.20mm/rev、切込量3.075
粗仕上：工具回転数1,100rpm（103m/min）、送り0.10mm/rev、切込量0.3

5

有効すくい角

外歯用スカイビングカッタの摩耗状態

切削方向
送り方向

図7

スカイビングカッタの有効すくい角表2切りくず形状

外歯用工具の切りくず厚み
工作物歯底

工具回転角

外歯工作物の場合の切りくず厚みMAX 0.281mm
表3切りくず形状

総切込量3.075（切込量3.075）
送り0.200mm/rev 90T m1.500
工具歯数56T 交差角20° すくい角10°

内歯用工具の切りくず厚み
工作物歯底

工具回転角

P の方向に見たときの切りくず厚み
有効すくい角の配列

工具の切刃

内歯工作物の場合の切りくず厚みMAX 0.137mm

図8 工作物歯溝 工作物の歯溝

表4
有効すくい角

総切込量3.075（切込量3.075）
送り0.200mm/rev 80T m1.500
工具歯数56T 交差角20° すくい角10°

外歯用工具の有効すくい角
工作物歯底

工具回転角

外歯工作物の場合の有効すくい角MIN −36.8°
表5
有効すくい角

総切込量3.075（切込量3.075）
送り0.200mm/rev 90T m1.500
工具歯数56T 交差角20° すくい角10°

内歯用工具の有効すくい角
工作物歯底

工具回転角

内歯工作物の場合の有効すくい角MIN −17.0°

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総切込量3.075（切込量3.075）
送り0.200mm/rev 80T m1.500
工具歯数56T 交差角20° すくい角10°6

「ギヤスカイビング加工の特徴」

5）ハード加工用スカイビングカッタの加工事例
図9、図10で超硬スカイビングカッタによる熱処理示す。工作物歯形・歯すじ精度は、新JIS 5級以上後の内歯の歯形歯すじと工具の摩耗写真の事例をハード加工用
スカイビングカッタを確保できている。

〈特長〉◦今まで培ってきた歯車加工技術、工具設計技術を活用し切削メカニズムの解析を行ない、焼き後工作物の高精度化を実現◦歯車歯形精度向上による減速機の低騒音対策◦NACHIが独自に開発した多元素配合のハード加工用DuAl Hardコーティングを採用◦超硬材の最適選定により、すくい面コーティング無しでも安定した加工を実現

歯形誤差（R）3μm

図9

歯形誤差（L）2μm

歯すじ誤差（R）3μm

歯すじ誤差（L）2μm

超硬スカイビングカッタの焼き後内歯の歯形歯すじ（すくい面コーティング無し）

摩耗量0.07mm

摩耗量0.09mm

x HA17°RH x 96T 歯幅30
工作物諸元：内歯 m1.05x PA20°
外径φ103.3 歯丈2.47 材質SCM420H
工 具 諸 元：m1.05x PA20°
x SPUR x71T 刃幅12 外径77.2
材質NF20S + DuAl Hard（すくい面コーティング無し）
加 工 条 件：1回切り ウェット加工 加工数100個
仕上：工具回転数1,589rpm（110m/min）、送り0.10mm/rev、取代 En 0.12mm

図107

超硬スカイビングカッタの摩耗写真

5. 交差角やオフセット角の補正による工作物歯形修正
図11にスカイビングカッタと工作物の位置関係を示す。
交差角を変えたり、オフセット角を与えることにより、工作物の歯形修正が可能となる。
工作物

δ
：チルト角
接触点
θ：オフセット角

接触点θ：オフセット角∑：交差角

スカイビングカッタ
図11

工作物とスカイビングカッタの位置関係（内歯工作物の場合）

1）交差角の変更による内歯工作物歯形の変化（切削シミュレーション）
図12 ～図14に意識的に交差角を変えた場合の交 差角を変えることで左 右の工作 物 歯形が変化

工作物歯形（シミュレーションによる計算値）を示す。

する。 内歯m1.3 xPA20°x75TxHA20°LH 工具 58T 交差角20°1.5μm

12.4μm

LRL

歯先工作物歯形 送り0.1mm/rev

交差角20°

図12

シミュレーション歯形

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1.9μm

歯元
12.3

12.3

歯元

1.8μm

R12.0μm

歯元12.31.5μm

LR

歯先

歯先

工作物歯形 送り0.1mm/rev

工作物歯形 送り0.1mm/rev

交差角18°（誤差−2°）

交差角22°（誤差＋2°）

図13

シミュレーション歯形

図14

シミュレーション歯形

8

「ギヤスカイビング加工の特徴」

2）交差角の変更による内歯工作物歯形の変化（実加工による検証）
図15 ～図18に意 識 的に交 差 角を変えた場 合工作物の歯形を示す。シミュレーション工作物歯形のシミュレーション工作 物 歯形と実際に加工したと実加工工作物歯形の倒れの傾向は合っている。

1.1μm

1.0μm

2.4μm6.5μm

L

歯元
内歯m1.5x PA20°
x HA15°LH x 80T

14.70014.700

歯元
RLR

交差角20°（+0.3057°）

シミュレーション 工作物歯形

図16

シミュレーション 工作物歯形

歯元

歯元

歯元

歯元
−15.0−7.1−8.0−4.0

交差角19.6943°

図17送り0.1mm/rev

歯先

歯先交差角19.6943°

図15工具56T

交差角20°

図18

実測歯形

実測歯形3）オフセット角の設定による内歯工作物歯形の変化（切削シミュレーション）
図19 ～図24でオフセット角を与えたときの工作物の歯形を示す。
オフセット角を与えることによっても工作物の歯形が変化する。
1.5μm

1.2μm

1.8μm

LRLR

歯先

歯元
L

R

歯先

歯先

内歯工作物歯形 送り0.1mm/rev
オフセット角0°内歯工作物歯形 送り0.1mm/rev
オフセット角（誤差）10°

内歯工作物歯形 送り0.1mm/rev
オフセット角（誤差）−10°

図19

図20

図21

シミュレーション歯形

工作物

図22

工具と工作物の位置関係

シミュレーション歯形10°

工具96.2μm

歯元
12.3

12.3

歯元

10.0μm

12.3

1.5μm

内歯m1.3 xPA20°
x75TxHA20°LH 工具 58T 交差角20°

工具

−10°

工作物

図23

工具と工作物の位置関係

シミュレーション歯形
工具
工作物

図24

工具と工作物の位置関係

4）交差角変更、オフセット角設定による外歯工作物歯形の変化（切削シミュレーション）
外歯も、内歯と同様に交差角変更とオフセット角設定によって工作物歯形を補正することができる。

を用い、図28の設定値で加工すると、図26に示す通り片フランクの歯形のみを補正できる。

図25、図27の設定値で設計したスカイビングカッタ
歯先上がり 0.1μm

歯先上がり 0.1μm0.1μm3.2μm
歯先10.21210.212

歯先

歯元

歯元

外歯m1.5x PA20°
x HA15°RH x 90T
工具56T 交差角19.9553°
送り0.1mm/rev

外歯m1.5x PA20°
x HA15°RH x 90T
工具56T 交差角19.0553°（−0.9°）
送り0.1mm/rev

図25

図26

シミュレーション歯形

工作物

シミュレーション歯形

工作物
−10°

工具

工具

交差角19.0553°

交差角19.9553°

図27

工具と工作物の位置関係

NACHI TECHNICAL REPORT

31A1Vol.

図28

工具と工作物の位置関係

106. スカイビング加工のまとめと課題
再度、スカイビング加工のメリットとデメリットをまとめると以下の通りである。

複合加工機によるスカイビング加工では、工具摩耗の進行が早い外歯を加工したいとの要望も多い。
外歯加工での工具短寿命の推定理由は先に述べ【メリット】

た通りである。NACHIが長年培ってきた歯車加工

・加工能率はシェーパ加工の２倍以上解析技術を活かし、工具仕様（交差角、すくい角、・イニシャル工具費がブローチ加工に比べ安い逃げ角、オフセット角など）を設定し、内歯加工、外・交差角、オフセット角を変更し、工作物の歯形歯加工それぞれに最適な加工条件を提案していき歯すじ修正が可能たいと考えている。

・熱処理後の仕上げ加工が可能
・複合加工機でも加工可能【デメリット】
・ブローチ加工に比べ、加工能率、加工精度、ランニング工具費が劣る
・外歯を生加工する場合に工具寿命が短くなる（内歯はシェーパ加工と工具寿命同等）

参考文献
Ichiro Moriwaki, Morimasa Nakamura , Tomohiro Hasegawa, Masami Funamoto,
Kouichiro Uriu, Takanori Murakami, Tomokazu Tachikawa, Eiri Nagata,Nobuaki Kurita, Yoshinori Kobayashi“Tooth Geometry Design of Cylindrical Skiving Cutter for Internal Gears”,VDI-Berichte 2199.1,pp329-340

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October / 2016〈発行〉2016 年 10 月 12 日
株式会社 不二越 技術開発本部
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Tel.076-423-5118 Fax.076-493-5213