JP2000202754A - グラインディングウォ―ムの加工方法および加工装置 - Google Patents
グラインディングウォ―ムの加工方法および加工装置Info
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Abstract
ンディングを可能とし、コスト的にも有効なグラインデ
ィングウォームの加工方法および加工装置を提供する。 【解決手段】 第1工程で、グラインディングウォーム
の外形を、作製されるワークーピースに応じて加工し、
第2工程で、加工する際の遠心力により変形したグライ
ンディングウォームの外形データを加工スピードにおい
て測定し、第3工程で、外形データをコントロールデー
タに変換して、グラインディングウォームのフランクを
修正および再加工し、第4工程で、ウォームの外形を形
成する際に、グラインディング中の様々な影響により引
き起こされる誤差を修正因子として用いることによっ
て、グラインディングウォームのフランクを仕上げす
る。
Description
ウォームの加工方法および加工装置に関する。
ドする製造方法は、大量生産する場合においては優れた
最終工程であることが明らかにされている。その理由
は、本製造方法が高い生産効率を有しており、また本製
造方法によりグラインドされたワークピースが極めて一
定の正確性をもって生産されるからである。過去におい
ては、大抵の場合、ギアーウォームの外周に、コランダ
ムホイール、いわゆるグラインディングウォームを形成
するグラインディングツールが用いられており、当該ツ
ールは、ギアーウォームの外周において約40m/s以
上のかなり速い速度で回転するものであった。
ラインディングツールの回転スピードをより一層速くす
ることにより、さらに向上させることが可能である。し
かしながら、ここで、問題となるのはグライディングウ
ォームが、高速による遠心力で変形してしまうという事
実である。この変形は、回転ディスクの場合であっても
生じる複雑な負荷条件によって引き起こされるだけでな
く、回転軸の周囲における各々の角度位置において異な
る軸方向に位置し、力が不均一にかかるグライディング
ウォームの外形に起因しても引き起こされる。さらに、
特定の重力やグラインディングホイールの弾性率が不均
一であることもまた、増大するスピードによりグライン
ディングウォームの形が変形する要因となっている。し
たがって、高速回転しているグラインディングウォーム
は、その直径が回転していないときの直径よりも大きく
なっているだけでなく、また一般的に円形状ではなくな
っている。そして、一度確定されたグラインディングウ
ォームの外形についても、予め予測することができない
ような形状を呈することになる。しかしながら、これは
基本的にすべてのグラインディング装置のツールにおい
て言えることであり、この変形現象が起こるというだけ
で、加工スピードにおけるグラインディングディスクの
有効な形状を形成する場合の妨げとは必ずしもならな
い。すなわち、これは遠心力によって起こる変形が、加
工工程においてある程度は除去可能であるということを
意味している。
は、明白な理由があり、グラインドディスクを形成する
よりもはるかに困難であるため、一般的にグラインディ
ングウォームの加工工程は、極低速で行う必要がある。
そのため、効果的で、正確性を有した多くの公知の製造
方法があるが、その中でも最も広く知られている一つの
方法は、2つのプロファイリングディスクを用いる製造
工程である。すなわちダイアモンド粒により層状になっ
た、2つのプロファイリングディスクが、旋盤上のねじ
筋のカッティング工程と同様の工程でグラインディング
ウォームにおけるフランクを加工する製造方法である。
また、別の一般的な製造方法としては、グラインディン
グウォームにおけるフランクのラインに沿って、特定の
ポイントで回転し、かつ外周にダイアモンド粒の層を有
した加工ツールを接触させることにより加工する製造方
法である。この製造方法は、繰り返し、ライン同士を極
めて密接に配置させることにより、フランク全体が形成
されるまで加工するという方法で行われる。また、この
製造方法によれば、上述した製造方法よりも一般に低速
で実施しなければならないが、グラインディングウォー
ムにおいて、フランクをある程度自在に形成することが
可能である。そして、この製造方法により形成されるグ
ラインディングウォームに対しては、フランク上の特定
のポイントでグラインドされるべき歯車のフランクの各
ポイントが前もって明確に割り当てられており、続いて
行われるグラインディングにおいては、各ポイントが実
際に接触するということ、または通常において、かみ合
うポイント若しくは製造ポイントであるということが、
ツールとワークピースとの間の相対運動によって保証さ
れるものでなければならない。そして、このような製造
方法を通して、連続式グラインディングプロセスによ
り、正確な幾何配列形状を有するギアー歯車を製造する
ことが可能となる。
高速でグラインディングウォームを幾何形状に加工でき
る製造方法が開示されている。しかしながら、この製造
方法には、特定の機械装置、必要なサーボドライブの品
質向上、および制御システム設計に関して多大な投資費
用が必要であるという問題があった。加えて、この製造
方法で用いられる仕上げツール(加工ツール)は、1つ
のグラインディングウォームについて、1つの特定のモ
ジュール(ピッチ係数)を有したものしか使用できない
という問題が見られた。
目的は、高速〜極高速のスピードで加工されるにもかか
わらず、すなわち、遠心力による負荷がかかる加工スピ
ードにおいて、グラインディングウォームの外形を、従
来公知の低速での加工工程および試験的な加工工程にお
いて得られる正確な幾何形状の状態に加工することが可
能なグラインディングウォームの加工方法、およびその
加工装置を提供することにある。
よれば、連続グラインディングするためのグラインディ
ングウォームの加工方法において、グラインディングウ
ォームの外形を、当該グラインディングウォームにより
形成されるワークーピースの必要性に応じて加工する第
1工程と、遠心力に応じて、例えばわずかに変形した状
態で、前記加工により得られたグラインディングウォー
ムの外形データを、加工スピードにおいて測定する第2
工程と、変形したグラインディングウォームにおけるフ
ランク(歯型の側面)を修正および再加工するために、
当該測定した外形データをコントロールデータに変換す
る第3工程と、グラインディング中の影響因子によって
引き起こされる成形誤差を、グラインディングウォーム
の外形を機械処理する際の修正因子として用いてグライ
ンディングウォームにおけるフランクを再加工する第4
工程と、を含むグラインディングウォームの加工方法が
提供される。
1工程において、グラインディングウォームの外形、特
に修正していない状態のグラインディングウォームの外
形であって、グラインドされるワークピースの形成の際
に必要とされるグラインディングウォームの外形とは異
なる外形を、グラインディングウォームにおけるフラン
クに対して適用することを特徴とするグラインディング
ウォームの加工方法が提供される。
2工程において、グラインディングウォームにおけるフ
ランクの測定を、加工スピードにおいて、距離センサー
を用いることにより、非接触下で実施することを特徴と
するグラインディングウォームの加工方法の加工方法が
提供される。
2工程において、グラインディングウォームにおけるフ
ランクの測定を、サンプル(見本)としてのワークピー
スを用いて間接的に行うものであり、当該サンプルとし
てのワークピースが、前記第1の工程で加工されたグラ
インディングウォームを用いて、連続シフトグラインデ
ィング法によりグラインドされたものであって、グライ
ンディングされるフランク全体の幾何形状が、変形され
た状態でのサンプルとしてのワークピースの歯車におけ
るフランクに含まれているものであり、かつ、当該サン
プルとしてのワークピースが、歯車におけるフランクを
測定するための機械により測定されることを特徴とする
請求項1に記載のグラインディングウォームの加工方法
が提供される。
求項1に記載の加工方法を実施するためのグラインディ
ングウォームの加工装置であって、下記(a)〜(d)
の構成部品を含むことを特徴とするグラインディングウ
ォームの加工装置が提供される。 (a)回転可能なグラインド軸であって、第1の軸の周
囲を回転することが可能であり、その上にグラインディ
ングウォームが固定されており、角度センサーを有する
第1のモーターと結合しているグラインド軸、(b)回
転可能な加工軸であって、第2の軸の周囲を回転するこ
とが可能であり、第1の軸を中心とするグラインド軸よ
りも相対的に前方に出ており、第1の軸に対して、平行
方向にスライド可能であり、その上に加工ディスクが固
定されており、第2のモーターにより始動することが可
能な加工軸、(c)グラインディングウォームの外形デ
ータを測定するための測定装置、(d)測定装置により
得られる外形データを、グラインド軸と加工ディスクと
の間の相対運動を制御するための修正因子へと変換する
ためのNC制御装置。
定装置が、スライド可能かつ非接触測定可能な距離セン
サーを含み、当該距離センサーは、グラインド軸と相対
関係にある第1の軸に対して平行方向に移動可能であっ
て、グラインディングウォームの加工全長にわたって両
側のフランクを測定することを特徴とするグラインディ
ングウォームの加工装置が提供される。
定装置における距離センサーが、光学レーザーセンサー
であることを特徴とするグラインディングウォームの加
工装置が提供される。
定装置における距離センサーが、加工ディスクに隣接し
て取り付けられていることを特徴とするグラインディン
グウォームの加工装置が提供される。
定装置が、グラインディングウォームによりグラインド
されたサンプルホイールを測定するための測定ユニット
を含んでいることを特徴とするグラインディングウォー
ムの加工装置が提供される。
におけるグラインディングウォームの加工方法は、順次
に実施される以下の4つの工程(第1〜第4工程)を含
んでいる。 (1)第1工程 グラインドされるギアー歯車についてのフランクの形成
に関する公知方法によって、グラインディングウォーム
を加工する工程である。
ォームの外形全体を測定する工程である。この工程での
外形データの測定は、例えば、光学レーザー距離スキャ
ニング法、もしくはそれに類似するような非接触の測定
系による直接的な測定によって行うことが好ましい(第
1の方法と称する場合がある。)。またサンプル(見
本)としてのワークピースをグラインドし、その外形に
ついて測定を行う間接的な方法によっても行うことも好
ましい(第2の方法と称する場合がある。)。なお、い
ずれの測定の場合でも、すべての測定結果について、表
あるいは一連のデータとなり、かかるデータは、グライ
ンディングウォームのフランクの表面ポイントにおい
て、十分な微小距離でお互いに分散しており、すなわ
ち、正確な座標データを含んでいることになる。
工装置のために、外形に関する測定データをコントロー
ルデータへと変換する工程である。ここで変換されたデ
ータは、データ変換の第1段階において、ワークピース
である歯車の特定の幾何形状に基づいて、グラインディ
ングウォームにおけるフランクの幾何形状を決定するも
のでなければならない。また、データ変換の第2段階に
おいて、グラインディングウォームにおけるフランクの
特定データと測定の実測値との間の差を決定するもので
なければならない。さらに、データ変換の第3段階にお
いて、加工装置が必要とする動作をするための修正され
たコントロールデータを、上記差を用いて決定しなけれ
ばならない。
算出したコントロールデータを用いて再加工(仕上げ)
する工程である。ここでは新たに算出したデータとし
て、以前に決定された形態の誤差を、グラインディング
ウォームを仕上げる際の修正因子として用いることによ
り、加工スピードにおける望ましい形状のグラインディ
ングウォームを得ることができる。
おけるグラインディングウォームの外形データを測定す
ることは、この加工方法を実施する上で、大変な重要性
を有している。そして、上述したように、グラインディ
ングウォームの外形データを直接的に測定する第1の方
法の場合には、例えば、レーザーのような光学的な手法
を用いて測定することが好ましい。かかる測定によれ
ば、比較的早く終了させることが可能であり、ここで得
られるデータは、その後の製造工程において容易に利用
することが可能である。なお、鋭敏に反応する測定装置
を用いて、グラインディングウォームにおけるフランク
が比較的粗く、測定値を注意深く選別する必要があるグ
ラインディングウォームを直接的に測定する場合には、
多少の困難性が生じる場合がある。
ンプルとしてのワークピースを用いる間接的な第2の方
法を採用し、ワークピースの測定データをフィードバッ
クしてグラインディングウォームのフランクを測定する
ことも好ましい。したがって、適切かつ十分に幅広のサ
ンプルとしての歯車ホイールを、当該歯車ホイールの歯
車の弾性率、歯車数、かみ合わせの角度およびピッチ角
度に対応したワークピ−スとして、連続シフトグライン
ディング法を用いてグラインドして形成することが好ま
しい。その結果、グラインディングウォームの外形全体
が、サンプルとしての歯車ホイール上に、完成したギア
ー歯車の幅に基づいて正確に複製されることになる。な
お、このような複製は、グラインディングしている間
に、グラインディングウォームにおける全可動経路が、
サンプルホイールとしての歯車ホイール上のギアー歯車
の歯巾に、グラインディングと同時に実施される場合に
達成される。したがって、このような複製を実施する場
合に、複製条件として、グラインディングツールにおけ
る加工スピードと同様である特定の加工スピードを維持
しなければならない。
て、グラインドされて得られたサンプルとしてのホイー
ルが有する歯車のフランク部分は、変形した形状中に、
グラインディングウォームの実際の幾何形状を含んでい
る。これは、遠心力によって起こるグラインディングツ
ールの予測不可能な形状が、サンプルとしてのギアー歯
車に複製されることを意味している。そして、これによ
り、グラインディングウォームにおいて、歯車のフラン
ク部分を測定する機械により測定が可能となる。
いて間接的に測定する第2の測定方法は、グラインディ
ングウォームの外形を直接的に測定する第1の測定方法
よりもコスト的に若干高くなったとしても、遠心力によ
るグラインディングウォームの幾何形状の歪み、非円形
状態のグラインディングウォーム、グラインディングウ
ォームの外形の歪み、ピッチ角度の変化等への対応を考
慮すれば、優れた利点を有していると言える。また、第
2の測定方法は、かみ合わせ時の衝撃、グラインディン
グする他の歯車のルート部分、冷却用の潤滑油、または
機械誤差のような技術的要因に基づく、グラインドされ
た歯車のフランク表面の本来の状態からのばらつきをも
考慮していることからすれば、さらに優れた利点を有し
ているとも言える。換言すると、第2の測定方法では、
考えられる全ての誤差がグラインディングの過程で起こ
るが、それに対応して望ましくないこれらの誤差やばら
つきを補填および除去することが可能であるということ
である。したがって、第2の測定方法によれば、上述し
た第3の工程を経て、第4の工程において、グラインデ
ィングウォームを低速で仕上げしなければならなかった
としても、次工程としてのギアー歯車の生産において
は、得られたグラインディングウォームを用いて高速で
処理することができ、結果として、高い生産効率と正確
性とを備えた状態でギアー歯車を仕上げることが可能で
ある。
ながら、上述した加工方法を実施するための新機軸のグ
ラインディングウォームの加工装置に関する第2の実施
形態を説明する。ここで、図1および図2は、それぞれ
グラインディングウォームの直接的および間接的な測定
に関する実施形態について示すものである。
11の加工装置10を示すものである。この加工装置1
0については、例えば、ドイツ特許197 06 867.7の記載
内容に準じて設計することが可能である。そして、この
加工装置10は、クロススライド(XY方向スライド)
を含んでおり、第1のスライド12が、グラインディン
グ軸16の軸(軸方向)15に対して垂直方向に設けて
あるガイド13であって、支持台(マシーンベース)1
4上に設けてあるガイド13に沿って移動可能としてあ
る。また、グラインディングウォーム11は、グライン
ディング軸16に対して固定されている一方、このグラ
インディング軸16は、モーター17により駆動可能と
してあり、さらに角度センサー18と結合してある。ま
た、クロススライドにおける第2のスライド20は、こ
の例では、第1のスライド12の上方に位置しており、
軸15に対して平行に設けてあるガイド19に沿って移
動可能としてある。これら第1のスライド12および第
2のスライド20は、それぞれモーター21および22
によって移動が可能であり、さらに、両モーター21お
よび22は、それぞれストロークセンサー23および2
4を具備している。また、加工用モーター25が、第2
のスライド20上に取りつけられており、加工ディスク
27が固定された加工軸26を駆動することができるよ
うに構成してある。そして、この加工軸26は、ガイド
13および19に対して垂直方向に位置している軸28
に対して回転可能としてある(ドイツ特許197 06 867.7
参照)。
おいて、グラインディングウォーム11の両方のフラン
ク(側面)36を、非接触下で測定することが可能な測
定装置35が、さらに第2のスライド20に取りつけら
れている。この測定装置35は、対応する光学系ととも
に、パルスレーザー37および光トランジスター38を
含んで構成することが好ましい。例えば、図1には、光
学的精度が極めて高い測定装置35に含まれるパルスレ
ーザー37および光トランジスター38の2つがお互い
に隣り合わせの位置関係になるように配置されている。
しかしながら、光学系については、例えば、半分が透明
の鏡(ハーフミラー)を介して、透過インパルスと、受
容インパルスとが同軸となるような様式で設計してある
ことも好ましい。
5と同様に、サーボモーター17、21、22、ストロ
ークセンサー23、24および角度センサー18のすべ
てが、コントロール装置39に対して電気的に連結され
ている。なお、加工装置10、およびこの加工装置10
に含まれる測定装置35の機能や内容については、第1
の実施形態であるグラインディングウォームの加工方法
における内容と同様とすることができる。
の、グラインディングウォーム11と加工ディスク27
とが相対的な運動を行えるように、グラインディング軸
16および加工軸26を、それぞれクロススライド上に
強固に取りつけておくことも好ましい。このように構成
すると、ワークピースのグラインディング中に、グライ
ンディングウォーム11を軸15に対して、平行方向お
よび垂直方向にそれぞれ移動することが可能であり、上
述したすべての利点を有することができる。したがっ
て、このように構成すると、ドイツ特許196 25 370.5に
おいて述べられているように、装置における同一のNC
軸を、グラインディングウォームの仕上げだけでなく、
グラインディング自体を目的として使用することが可能
である。
11を間接的に測定する装置(測定ユニット)48を示
している。この測定装置48において、サンプルとして
の歯車ホイール(以下、ホイールと称する。)45が、最
初にグラインディングウォーム11によって最大のグラ
インディングスピードでグラインドして形成される。な
お、このホイール45は、グラインディングウォーム1
1により最終的にグラインドされて形成されるワークピ
ースよりも幅広のものであることが好ましい。
スを形成するのと異なる状態でグラインドされることに
なる。例えば、ワークピースをグラインディングして形
成する場合には、そのグラインディングが行われている
間、グラインディングウォーム11における幅全体46
の部分について、粗いグラインディングが施される。ま
た、別の部分については、いくつかのワークピースにお
いて、より細やかなグラインディングを施すために使用
される。さらにそれ以外の部分(第3の部分と称する場
合がある。)については、さらに別のいくつかのワーク
ピースにおいて、細やかなグラインディングを施すため
に使用される。
ィングして形成する場合には、グラインディングする
間、ホイール45の連続移動がグラインド軸の軸方向1
5に対して平行方向およびグラインディングウォーム1
1の幅全体46と交差する方向にそれぞれ行われ、同時
に、ホイール45は、グラインディングウォーム11に
対して相対的位置にある軸に沿って移動し、さらにホイ
ール45の幅全体をグラインディング加工することにな
る。したがって、このようにして、グラインディングウ
ォームのフランク36の各ポイントにおいて、ホイール
45の歯車のフランク部分47に対して、正確にかみ合
うポイントを有することになる。
は、一般的に公知のものを使用することが可能である。
例えば、かかる測定装置としては、容易に入手が可能で
あって、歯車のフランク部分を測定する機械であるホフ
ラー社(Hofler Company)製のZP250が一例として
挙げられる。図2に例示した測定装置48において、ホ
イール45は、測定軸49上に固定されている。この測
定軸49は、角度センサー51を有するサーボモータ5
0により、測定軸52の周囲を回転することが可能とし
てある。
4を有する測定トレーサー53を含んでおり、この測定
トレーサー53は、歯車のフランク部分47のすべてを
ポイントごとにトレースすることが可能に構成してあ
る。また、測定トレーサー53は、スライド55の上部
に取りつけられており、このスライド55は、測定軸5
2に対してガイド56の範囲内での移動が可能としてあ
る。また、スライド55は、ストロークセンサー58を
有したサーボモーター57により駆動することが可能と
してある。なお、サーボモーター50、57、角度セン
サー51、ストロークセンサー58、および測定トレー
サー53についても、図1に示す構成と同様に、それぞ
れコントロール装置39に対して電気的に連結してあ
る。
極めて正確な歯車におけるフランクのグラインディング
を可能とし、コスト的にも有効なグラインディングウォ
ームの加工方法および加工装置を提供することが可能と
なった。
る実施形態を説明するための図である。
る実施形態を説明するための図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 連続グラインディングするためのグライ
ンディングウォームの加工方法において、 グラインディングウォームの外形を、当該グラインディ
ングウォームにより形成されるワークーピースに応じて
加工する第1工程と、 遠心力に応じて変形した状態で、前記加工により得られ
たグラインディングウォームの外形データを、加工スピ
ードにおいて測定する第2工程と、 変形したグラインディングウォームにおけるフランクを
修正および再加工するために、当該測定した外形データ
をコントロールデータに変換する第3工程と、 グラインディング中の影響因子によって引き起こされる
成形誤差を、グラインディングウォームの外形を機械処
理する際の修正因子として用いてグラインディングウォ
ームにおけるフランクを再加工する第4工程と、 を含むグラインディングウォームの加工方法。 - 【請求項2】 前記第1工程において、グラインディン
グウォームの外形、特に修正していない状態のグライン
ディングウォームの外形であって、グラインドされるワ
ークピースの形成において必要とされるグラインディン
グウォームの外形とは異なる外形を、グラインディング
ウォームにおけるフランクに対して適用することを特徴
とする請求項1に記載のグラインディングウォームの加
工方法。 - 【請求項3】 前記グラインディングウォームにおける
フランクの測定を、加工スピードにおいて、距離センサ
ーを用いることにより、非接触下で実施することを特徴
とする請求項1に記載のグラインディングウォームの加
工方法。 - 【請求項4】 グラインディングウォームにおけるフラ
ンクの測定を、サンプル(見本)としてのワークピース
を用いて間接的に行うものであり、 当該サンプルとしてのワークピースが、前記第1の工程
で加工されたグラインディングウォームを用いて、連続
シフトグラインディング法によりグラインドされたもの
であって、グラインディングされるフランク全体の幾何
形状が、変形された状態でのサンプルとしてのワークピ
ースの歯車におけるフランクに含まれているものであ
り、 かつ、当該サンプルとしてのワークピースが、歯車にお
けるフランクを測定するための機械により測定されるこ
とを特徴とする請求項1に記載のグラインディングウォ
ームの加工方法。 - 【請求項5】 請求項1に記載の加工方法を実施するた
めのグラインディングウォームの加工装置であって、下
記(a)〜(d)の構成部品を含むことを特徴とするグ
ラインディングウォームの加工装置。 (a)回転可能なグラインド軸(16)であって、 第1の軸(15)の周囲を回転することが可能であり、 その上にグラインディングウォーム(11)が固定され
ており、 角度センサー(18)を有する第1のモーター(17)
と結合しているグラインド軸(16)、 (b)回転可能な加工軸(26)であって、 第2の軸の周囲を回転することが可能であり、 第1の軸(15)を中心とするグラインド軸(16)より
も相対的に前方に出ており、 第1の軸(15)に対して、平行方向にスライド可能で
あり、 その上に加工ディスク(27)が固定されており、 第2のモーター(25)により始動することが可能な加
工軸(26)、 (c)グラインディングウォーム(11)の外形データ
を測定するための測定装置(35、48)、 (d)前記測定装置(35、48)により得られる外形
データを、グラインド軸(16)と加工ディスク(2
7)との間の相対運動を制御するための修正因子へと変
換するためのNC制御装置(39)。 - 【請求項6】 前記測定装置(35)が、スライド可能
かつ非接触測定可能な距離センサーを含み、当該距離セ
ンサーは、グラインド軸(16)と相対関係にある第1
の軸(15)に対して平行方向に移動可能であって、グ
ラインディングウォーム(11)の加工全長にわたって
両側のフランク(36)を測定することを特徴とする請
求項5に記載のグラインディングウォームの加工装置。 - 【請求項7】 前記測定装置(35)における距離セン
サーが、光学レーザーセンサーであることを特徴とする
請求項6に記載のグラインディングウォームの加工装
置。 - 【請求項8】 前記測定装置(35)における距離セン
サーが、加工ディスク(27)に隣接して取り付けられ
ていることを特徴とする請求項6に記載のグラインディ
ングウォームの加工装置。 - 【請求項9】 前記測定装置(35)が、グラインディ
ングウォーム(11)によりグラインドされたサンプル
ホイール(45)を測定するための測定ユニット(4
8)を含んでいることを特徴とする請求項5に記載のグ
ラインディングウォームの加工装置。
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