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歯車の CAD および CNC ワイヤ放電加工による試作

06-B4-5. 歯車の CAD および CNC ワイヤ放電加工による試作. 根本慎也 (K030 56 ). 研究の背景および目的. 　　歯車は伝達部品として機械や電気製品に多く使用されている。従来、標準歯車は２次元の設計図面で表示され、ホブ盤などの専用歯切盤で加工される。最近、歯車の CAD と FEM （有限要素法）解析により設計・強度計算、３次元 CAD/CAM の一貫化（統合化）、いわゆる自動 NC （数値制御）プログラミングや NC 工作機械による自動加工が要求される。本研究では、歯車の基礎理論、その CAD/CAM 、 NC 加工の技法を目的とした。. 研究の内容.

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歯車の CAD および CNC ワイヤ放電加工による試作

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Presentation Transcript

  1. 06-B4-5 歯車のCADおよびCNCワイヤ放電加工による試作 根本慎也(K03056)

  2. 研究の背景および目的 　　歯車は伝達部品として機械や電気製品に多く使用されている。従来、標準歯車は２次元の設計図面で表示され、ホブ盤などの専用歯切盤で加工される。最近、歯車のCADとFEM（有限要素法）解析により設計・強度計算、３次元CAD/CAMの一貫化（統合化）、いわゆる自動NC（数値制御）プログラミングやNC工作機械による自動加工が要求される。本研究では、歯車の基礎理論、そのCAD/CAM、NC加工の技法を目的とした。

  3. 研究の内容 　　「KHK歯車計算システムGCSW」を用いて、インボリュート歯形のCADデータを作成し、CAMソフトMasterCAMに転送し、NCプログラムを作成して、ワイヤ放電加工機で試作を行った。

  4. KHK歯車計算ソフトによる歯形の作成 　　 「KHK歯車計算システムGCSW」のインターフェースを図1に示す。このソフトにモジュール、ねじれ角、基準ピッチ円上圧力などのパラメータを入力して歯形を作成し、DXF形式で歯形のデータを出力した。 図１　「KHK歯車計算システムGCSW」のインターフェース

  5. 入力および出力のパラメータ 　 入力および出力のパラメータを表1に示す。また、図2に作成した歯形を示す。 パラメータ　　駆動歯車　　伝動歯車 表１　入力および出力のパラメータ 入　　力 . 出　　力 図２　歯形曲線

  6. Master CAMによる歯形の作成(1) 　　軸穴とキー溝の設計・NC加工プログラムの作成のため、出力された歯形、ピッチ円および軸をMaster CAMに転送した。転送した結果を図3に示す。半分の歯形しか転送できないので、Master CAMソフトの「Xform-mirror」という機能で残りの半分を作成した(図4)。 図３　半分の歯形 図４　半分歯形の反転コピー

  7. Master CAMによる歯形の作成(2) 　　出力された一つの歯形を、「Xform-Rotate」という機能で 20°ごとに17個回転コピーした(図5)。 図5　歯形の回転コピー

  8. Master CAMによる軸穴とキー溝の作成 MasterCAMのCreate-Arc機能とCreate-Line機能、Trim機能を使用し、軸穴とキー溝を作成した(図6)。 図6　軸穴とキー溝の完成

  9. 歯車の強度計算 歯車の歯面強度と歯元曲げ強度計算式、KHK歯車計算システムソフトを使用して、歯車の安全率、許容ヘルツ応力、円周力、トルク、動力を計算した。 歯面接触：　　　　　　　　　　　　　 歯元曲げ： 　安全率＝1.7　　　　　　　　　　　　 安全率＝1.07 　許容ヘルツ応力=51.5 (MPa) 許容ヘルツ応力=13.3(MPa) 　許容円周力＝0.65(N) 許容円周力＝12.09(N) 　許容円トルク＝8.8(N・mm) 許容円トルク＝163.3(N・mm) 　許容動力＝0.0126(Kw) 許容動力＝0.23(Kw)

  10. MasterCAMによるNC加工プログラムの作成と　　　　　加工シミュレーション(1)MasterCAMによるNC加工プログラムの作成と　　　　　加工シミュレーション(1) MasterCAMの“Contour”(輪郭沿い)加工機能を利用し、工具のタイプを選択し、加工厚さ、加工方向、工具オフセット方向を指定した。ワークのサイズを32.4×32.4×3(小歯車)、48.6×48.6×3(大歯車)に設定した。ワークのプロファイルを図7に示す。 図7　ワークの設定

  11. MasterCAMによる加工プログラム作成と加工シミュレーション(2)MasterCAMによる加工プログラム作成と加工シミュレーション(2) 小歯車の場合は、加工方向(時計回り)、工具オフセット方向(左)と指定した。大歯車の場合は、加工方向(反時計回り)、工具オフセット方向(右)と指定し、加工シミュレーションを行った。出力したNCプログラムを編集してワイヤカット放電加工サブプログラム（形状プログラム）とした。

  12. MasterCAMによる加工シミュレーション 図8に加工シミュレーションの様子を示す。 図8NC加工シミュレーション

  13. 歯車のCNCワイヤカット放電加工(1) 出力したNCプログラムをWord、メモ帳ソフトを使い、サブプログラムを編集し、データ転送ソフト(図9)を通してCNCワイヤカット放電加工機に転送した。 図9　データ転送ソフト

  14. 歯車のCNCワイヤカット放電加工(2) ワークにあらかじめ直径3mmの穴を開け、ワイヤカット放電加工機のテーブルに取り付けた。そこにワイヤを結線して自動連続加工プログラミングでNC加工をスタートさせた。

  15. 歯車のCNCワイヤカット放電加工(3) 図10に示す（赤線）ように軸穴とキー溝を加工した。軸穴とキー溝を加工終了後、ワイヤが自動的に切断された。 図10　キー溝の加工画面

  16. 歯車のCNCワイヤカット放電加工(4) 図11のようにワイヤカット放電加工機のノズルをワークの右横に移動させ、自動的に再結線して歯形を加工した。 図11　歯形の加工画面

  17. 加工結果 加工結果を図12に、加工した2つの歯車の噛み合い状況を図1３に示す。 図13　歯車の噛み合い 図12　加工完了

  18. 結果と考察 • 歯車の基礎理論、そのCAD/CAM、NCワイヤ放電加工の技法を理解し、実践した。 • Master CAMのTool paths欄のOperationsで確認・実行ができるため、設定後データの修正や変換が容易であった。 • 歯車をワイヤ放電加工機で加工したが、加工時間に約2時間掛かった。加工精度は良いが、この機械は大量生産に向いてないことが分かった。

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