CNC工作機械用ウォームギア - 精密選定ガイド

不良ウォームギアがスピンドルに実際にどれだけのコストがかかるか

回転する第4軸で輪郭加工を行う立形マシニングセンタを考えてみましょう。ウォームホイールのピッチ円直径は120 mmです。ギアセットは、2年間のインデックス加工後に0.10 mmのバックラッシュが蓄積されています。軸が輪郭加工の途中で方向を反転すると、テーブルはそのバックラッシュと同じ距離だけ移動せず、その後、追いつくために前方に急に動きます。角度で表すと、60 mmのピッチ半径で0.10 mmは0.0017ラジアン、つまり約5.7分角のデッドゾーンに相当します。その結果、ワークピースには方向反転のたびに目に見えるドウェルマークが生じます。エンコーダはギアのかみ合いが再び噛み合うまで動きを検知しないため、サーボ補正ではこれを解消できません。

これはチューニングの問題ではありません。ギアの仕様の問題です。そして、注文前に以下の3つの数値を理解しておけば、この問題は完全に回避できます。 DINクラス, リードエラー、 そして ピッチサークルでの反発韓国エバーパワー社が製造 精密ウォームギア これらの3つの数値が推定値ではなく、確認され文書化されているCNCアプリケーションの場合。

CNC装置におけるウォームギアの登場箇所

90度のシャフト配置と、約15:1以上の減速比における自己ロック機能により、ウォームギア駆動は、モーター停止時に位置を保持する必要があるあらゆるCNC機能にとって実用的な選択肢となります。これらは、平行軸ヘリカルギアセットでは別途保持ブレーキなしでは果たせない役割を担うため、工作機械の世界全体で広く使用されています。

で 第4軸および第5軸回転テーブルウォームギアは、サーボモーターとA軸またはB軸出力シャフト間の最終減速段を構成します。CNCコントローラで使用可能な角度分解能は、ウォームホイールの歯数とエンコーダの分解能に直接依存しますが、実際にワークピースに到達する角度精度は、ウォームギア自体のリード誤差とプロファイル公差に依存します。0.001度の分解能で精度を報告するCNC制御システムは、機械駆動部に摩耗または製造不良のウォームによる0.1度の周期誤差がある場合、意味がありません。

索引見出しと分割見出し 歯車ホブ盤、研削盤、フライス盤では、最終割り出し工程でウォームギアが用いられます。これは、ウォームギアのピッチ誤差が、機械で加工されるすべてのワークピースの幾何学的精度を左右するためです。割り出しヘッドのウォームホイールに起因する歯間隔誤差は、その機械で行われるすべての歯車加工に直接影響を及ぼします。このような状況において、ウォームギアは駆動部品ではなく、幾何学的基準要素であり、調達の観点からもそのように扱う必要があります。

座標測定機の回転軸 半導体ウェハハンドリングステージは、精度要件の上限を表しています。これらのアプリケーションでは、ウォームギアはプローブチップまたはウェハステージを指令位置からミクロン以内の精度で位置決めし、方向反転時のデッドゾーンがゼロであることが求められます。 デュプレックスウォームギア バックラッシュをほぼゼロに調整し、ドライブの寿命全体にわたって維持できるようなセットは、これらの用途に適しています。

仕様範囲 — CNC精密ウォームギア

CNC軸におけるDIN規格の実際の意味とは

ウォームギアのDIN精度等級は、3つの独立した幾何公差を規定します。 シングルピッチエラー （隣接する歯間の角度間隔のばらつき） 合計ピッチエラー （歯が全周にわたって理論的に完璧な位置からずれていること） 歯の輪郭のずれ （実際の歯面形状が理論上のインボリュート曲線からどれだけずれているか）。それぞれが加工されたワークピースの品質に異なる影響を与えるため、「DIN7で十分だ」とひとまとめにするのではなく、個別に理解する必要があります。

単一ピッチ誤差は、出力軸の角速度に歯が噛み合うたびに1回、隆起または沈み込みを生じさせ、その頻度はウォームホイールの歯数と回転速度の積に等しくなります。4軸輪郭加工では、これは細かい繰り返し表面テクスチャパターンとして現れ、表面の周期性を捉える角度から斜光で照らした場合にのみ見えることがあります。0.5 RPMで回転する60歯のホイールの場合、このテクスチャはワークピース表面で1分間に30回繰り返されます。DIN7のM3では単一ピッチ誤差は約18マイクロメートルに抑えられ、DIN6では11マイクロメートルに抑えられます。この差は、ワークピース表面形状測定器で測定可能です。

総ピッチ誤差は、軸が1回転後に指令された角度位置にどれだけ正確に戻れるかを決定します。36個の等間隔の歯車を切削するために回転する割り出しヘッドの場合、割り出しウォームホイールの総ピッチ誤差は、その機械で製造されるすべての歯車の歯間隔の不均一性を直接引き起こします。これが、歯車研削盤やホブ盤でDIN6ウォームセットを最低限指定する理由です。切削される歯車は、機械の割り出し駆動部の総ピッチ誤差に歯車の機械的利点を乗じた値を引き継ぐからです。

歯形偏差は伝達のスムーズさに影響を与えます。歯形偏差が過度なウォーム歯は、歯が噛み合うたびに速度比が変化します。つまり、接触点が歯面を通過する際に、ホイールがわずかに加速と減速を繰り返します。この速度変動は噛み合い周波数で振動を誘発するため、一部の回転テーブル駆動装置では、新品のギアセットでも特定の回転数で可聴音が発生することがあります。

当社施設での製造

DIN6およびDIN7規格のウォームシャフトはすべて、浸炭処理後にねじ研削加工を行います。浸炭処理によってねじ山の形状が歪むため、熱処理前後のウォームのリード誤差は、処理前の値の3～5倍になります。研削加工はこの歪みを修正します。熱処理後研削加工を行わないウォームは、熱処理による歪みをそのまま残したまま使用されるため、低価格サプライヤーのカタログに記載されているDIN7規格のウォームの多くは、入荷検査時のCMM（三次元測定機）による検証で規格を満たさないことが判明します。

デュプレックスウォームギア ― バックラッシュ問題を永久に解決

標準的なウォームギアセットは、ウォームねじの両側面の歯厚が固定されています。バックラッシュは、ウォームとホイールシャフトの中心距離によって組み立て時に設定されます。ブロンズ製のホイール歯が摩耗すると、歯の隙間が広がり、バックラッシュが増加します。これを回復するには、ギアセットを交換するしかありません。生産用マシニングセンターの回転テーブルの場合、ギアセットの交換には、機械の稼働停止、回転テーブルの分解、H7ボア精度の交換用セットの調達、再組み立て、軸精度の再検証が必要です。この作業には通常2～4日かかり、生産損失コストはギアセット自体の費用よりも高額になります。

A デュプレックスワーム （デュアルリードウォームとも呼ばれる）は、ねじ山の左右の側面でわずかに異なるリード値で製造されます。これにより、ウォームの一端から他端まで歯の厚さが連続的に増加する状態が実現します。つまり、ねじ山は一方の端で厚く、もう一方の端で薄くなっています。対応するウォームホイールでは、側面の形状が異なるため、各ホイール歯の前面と背面で異なる歯間形状が生じますが、重要な寸法である円周方向のホイール歯の厚さは一定のままです。つまり、ウォームを軸方向に移動させることで、より厚い部分またはより薄い部分をホイールに噛み合わせることができ、接触パターンの形状や耐荷重能力を変えることなくバックラッシュギャップを閉じたり開いたりすることができます。

実際には、調整はウォームシャフトベアリングハウジングの軸方向セットスクリューまたはシムスタックを介して行われ、回転テーブルを機械から取り外すことなく、標準的な手工具で15分で完了する手順です。ウォームの基準歯に加工されたV溝は、バックラッシュゼロの軸方向位置を示します。この位置から、調整範囲は通常±0.8 mmの軸方向シフトに広がり、これは指定されたリード差に応じて、ピッチ円で約0～0.15 mmのバックラッシュ調整範囲に相当します。生産用回転テーブルに適切にメンテナンスされたデュプレックスセットは、ホイールの歯が設計限界を超えて摩耗する前に、耐用期間中に4～6回再調整することができ、実質的にギアセットの有効な精度寿命をその係数で増加させます。

一般的なCNC部品ブランドの交換部品リファレンス

下記のブランド名は、寸法識別のみを目的として使用されています。Korea Ever-Powerはこれらのメーカーとは一切の商業的関係がなく、いずれのメーカーの正規代理店でもありません。すべての商標はそれぞれの所有者に帰属します。

顧客プロジェクト事例

標準的な工業用加工とCNC精密加工の違い ― 両者を分ける8つの要素

ベアコンポーネントではなく、完全に密閉された駆動ユニットを必要とするCNCアプリケーション向けに、密閉ハウジングに収められた高精度マッチングペアが用意されています。コンパクト ウォームギア減速機 CNCグレードのマッチングセットは、回転軸やインデックス駆動用途向けに用意されており、カスタムマシンハウジングに組み込まれたベアギアセットよりも、すぐに取り付けられるギアボックスの方が実用的な選択肢となります。

よくある質問