JP2000317733A

JP2000317733A - 歯車付き製作品の歯フランクを精密加工する方法と機械

Info

Publication number: JP2000317733A
Application number: JP2000110194A
Authority: JP
Inventors: Manfred Huber; ウベールマンフレット; Johannes Becker; ベッカーヨハネス
Original assignee: Gleason Corp
Current assignee: Gleason Corp
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2000-11-21
Also published as: EP1044749A2; EP1044749A3; US6394716B1; EP1044749B1; ATE297828T1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】歯車付き製作品を精密加工するための、生産
性と品質において優れた改良された加工方法を提供す
る。【解決手段】製作品２８，２９と噛み合い接触をする
歯車輪またはウォーム歯車の形態の被駆動工具１６を用
いて歯車付き製作品の歯フランクを精密加工する方法
と、そのための機械にして、工具と製作品との軸は交差
している。製作品の加工中、工具は同じ回転方向に駆動
され、調整可能なトルクが製作品に、一方の方向に、つ
ぎに、他方の方向に加えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、被駆動歯付き輪またはウォーム
ネジの形態の工具が製作品と噛み合い接触をなし、工具
と加工品との軸が交差している歯車付き製作品を精密加
工する方法と、そのための機械とに関する。

【０００２】

【背景技術】このタイプの機械はフーバーの米国特許
４，９５０，１１２に記載されている。この機械におい
ては、ベンチ上に２個の心押し台が搭載され、両者の間
に置かれた歯車付き製作品を水平軸回りに回転可能に支
持している。この機械はいわゆる自由走行工程（ｆｒｅ
ｅ−ｒｕｎｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ）、すなわち、工
具と製作品との間で歯の接触を保ちつつ、工具が製作品
を駆動するように運転されている。機械の設備により決
まる種々の従来型切削工程、例えば、プランジ（ｐｌｕ
ｎｇｅ）切削、平行切削、斜行切削、下方通行（ｕｎｄ
ｅｒｐａｓｓ）切削等が可能である。加工工程は製作品
交換のため中断される、すなわち、工具と製作品とが静
止し、チャック装置が解放され、加工された製作品が外
され、ついで、未加工製作品が搭載（歯係合）され、チ
ャックが締められ、製作品が工具による運動にセットさ
れる。

【０００３】加工は、製作品を静止工具に取り付けた
後、運転速度まで工具を加速して始まり、製作品を除去
する前に工具と製作品とを制動して終わる。歯に加わる
慣性力や摩擦力から生じる歯フランクの不均一な加工を
防止するため、回転方向が加工中に反転される必要があ
る。さらに、歯フランク面はこのように影響される。こ
の理由のため追加の休止が加工工程に組み込まれてい
る。現在まで、工程は、自由に選択された一定の工具送
り速度と、一定の運転速度において実行され（加速、制
動時を除いて）ており、加工工程において種々の違った
値を指定することも可能である。指定速度に達して後、
製作品が迅速送り運動により、明確に決められた軸方向
隔置位置に動かされる。加工中における工具と製作品と
の間の追加の送り運動が１個または１個以上の選択され
た送り段階において実施される。選択された軸方向隔置
位置において、第１に前進が停止されるが、規定速度に
おける加工が、第１切削期間（反転前の休止）の続行の
ため連続されよう。ついで、工具速度が低下され、回転
方向が変更され、ふたたび、所定の回転速度に加速され
る。この速度に到達した後、指定軸方向隔置位置に再び
位置される。この所謂ゼロ位置において、新切削期間
（ゼロ位置における休止）が導入される。つぎに、フラ
ンク面を滑らかにする効果をもつ簡単な逆行行程（所謂
Ｗｉｃｈ期間）が続く。個別の前進値、速度、回転方
向、切削期間を選択することが、本工程における切削の
結果に対する唯一の影響を構成している。Ｗｉｃｈ期間
の後、工具は静止され、製作品が係合解除される。加工
された製作品が除去され、新製作品が配置された後、上
記加工工程が再出発される。

【０００４】本発明の目的は、総体的な加工工程を生産
性、品質に関して改良することである。

【０００５】本発明の目的は、工具が製作品の加工中同
じ方向に駆動され、調整可能なトルクが製作品に、一方
の方向に、つぎに反対の方向に加えられることにより達
成される。製作品に加えられるトルクの値は、大きさ、
方向に関しては任意であり、被駆動工具の回転方向の反
転により事前に修正された慣性力、摩擦力をシミュレー
ト（ｓｉｍｕｌａｔｅ）し、この構成要素にとられる時
間を節約することを可能にしている。

【０００６】製作品を運転速度まで加速し、回転工具と
接触させることにより追加の時間が節約される。これに
より、接触を保ったまま、工具と製作品とを加速、減速
するのに必要な時間が除去される。従って、工具は中断
されることなく回転する。

【０００７】製作品に加えられるトルクの値は、特に製
作品の加工に影響を与え、加工の成果を改良するために
使用される。例えば、製作品のピッチ、ふれ（ｒｕｎｏ
ｕｔ）は製作品に特定のトルクを加えることにより影響
されよう。これは、自由走行製作品の場合の歯車輪切削
においては従来は可能でなかった。

【０００８】本発明はまた、本発明の方法を適用した機
械にも向けられている。本機械は、ベンチと、ベンチ上
に可動に搭載され、第１軸Ｘに沿って運動するように駆
動される第１スライドと、第１スライド上に可動に搭載
され、第１軸Ｘに直角な第２軸Ｚに沿って運動するよう
に駆動される第２スライドと、第２スライドに枢動可能
に連結され、工具と製作品との間の交差角を調整するた
め第１軸Ｘに平行な第３軸Ａの回りに枢動可能な工具ヘ
ッドと、工具スピンドルを駆動するため工具ヘッドに搭
載されたモータと、および、製作品をクランプするため
チャック装置をもつ工具スピンドルと、を有している。

【０００９】以下、本発明の好適実施例を付図を参照し
て説明する。

【００１０】

【発明の実施の形態】図示されている機械は歯車付き製
作品の歯フランクを外歯歯車付き工具を用いて精密加工
するために使用される。歯車輪製作品の精密加工とは、
切削、ホーニング、連続研磨、精密仕上げ等を意味する
と理解されたい。かかる加工は１個または２個の歯フラ
ンクを噛み合い接触させて実行することが出来る。

【００１１】図１に示す機械は、水平スライド４を第１
軸Ｘに沿って移動させるための水平案内２と駆動モータ
３とをもつベンチ１を有する。一方、水平スライド４
は、垂直スライド７をＺ方向に移動させるための垂直案
内５と駆動モータ６とを有する。

【００１２】工具のピッチ円直径上に中心を有する円形
案内８が垂直スライド７に組み込まれている。案内８は
クレイドル（ｃｒａｄｌｅ）スライド１１を水平軸Ｂの
回りに枢動可能に搭載するために使用されている。歯車
のテーパーを調節するために、クレイドルスライド１１
を軸Ｂ回りに枢動させる駆動モータ１０が垂直スライド
７に搭載されている。工具ヘッド１２がクレイドルスラ
イド１１に枢動連結されている。工具ヘッド１２はモー
タ１３によりＸ方向に平行な水平軸Ａの回りに枢動され
る。工具ヘッド１２のかかる枢動が、工具と製作品との
間の軸交差角を調整する目的に役立っている。工具スピ
ンドル１４が、軸Ｃ₁回りに回転するように工具ヘッド
１２に搭載されている。工具スピンドル１４は、歯車状
の工具１６を半自動的にクランプする回転チャック装置
１５を備えている。工具スピンドル１４を軸Ｃ₁回りに
駆動する駆動モータ１７が工具ヘッド１２に搭載されて
いる。工具１６は切削カッター、ローリング型（ｄｉ
ｅ）、ＣＢＮまたはダイアモンド粒子を被覆された硬化
仕上げカッター、ホーニング輪または精密仕上げ輪のよ
うな仕上げ工具等であってよいが、ウォーム歯車工具で
あってもよい。

【００１３】上記した機械の構造の一部は本質的には前
述した米国特許４，９５０，１１２に開示されている、
ただこの先行技術においては工具スピンドルの回転軸が
水平面内に配置されている。

【００１４】第２ベンチ１８が、例えばスクリュウを用
いてベンチ１に剛固に連結されている。第２ベンチ１８
に、垂直軸Ｅ回りに回転させるためのカラー２０を備え
たインデックステーブル１９が搭載されている。中間伝
動装置によりインデックステーブル１９に連結されたモ
ータ２１がベンチ１８に搭載されている。ベンチ１８に
対するインデックステーブルの正確な位置付けがインデ
ックス３１を用いて決められる。

【００１５】垂直軸Ｃ₂、Ｃ₃をもつ２個の製作品スピン
ドル２２、２３がインデックステーブル１９に搭載され
ている。駆動モータ２４、２５がそれぞれ製作品スピン
ドル２２、２３と関連している。製作品スピンドル２
２、２３はまた回転チャック装置２６、２７を備えてい
る。駆動モータ２４、２５とチャック装置２６、２７へ
のパワーは、インデックステーブル１９の軸Ｅに同軸に
搭載されたパワー供給柱３０により供給されている。

【００１６】図４から分かるように、加工前または加工
後の製作品２８、２９のためのマガジン３２がインデッ
クステーブル１９の側方に搭載されている。二重グリッ
パー装置３６が、製作品２８、２９をマガジン３２と製
作品スピンドル２２、２３との間を自動搬送するため設
けられている。二重グリッパー装置３６は、インデック
ステーブル１９の回転軸Ｅに平行な中心軸回りに回転可
能であり、両端にグリッパーを備えた旋回腕を有する。
駆動モータ（図示せず）が旋回腕と関連している。

【００１７】インデックステーブル１９上に搭載された
製作品２８、２９の歯の製作品の軸Ｃ₂またはＣ₃に対す
る角度位置を決めるためのセンサ３４、３５が、インデ
ックステーブル上に搭載された製作品スピンドル２２、
２３と関連して位置されている。製作品スピンドル２
２、２３と工具スピンドル１４との電子的に正確な結合
と同時に組み合わされて、インデックステーブル１９が
加工位置に回転されたとき、これらセンサ３４、３５が
製作品２８、２９と工具１６との自動的係合を可能にし
ている。

【００１８】加工の間、または、工具１６と製作品２
８、２９とを自動的に係合させるために、関連するモー
タ２４、２５が工具スピンドル１４の駆動モータ１７と
速度同期されており、その伝達比は製作品の歯数の工具
の歯数に対する比に対応している。違ったトルク値が、
加工される特定の製作品２８、２９に対し駆動モータ２
４、２５により指定されている。それに従って、製作品
は工具に相対的に加速または減速される。従って、工具
の回転方向の変化がシミュレートされよう。かくて、歯
車輪の精密加工のため従来型の機械に必要とされる工具
の方向の変化が不要になる。

【００１９】図３に示すように、さらに２個の心押し台
３３が、コルゲートされた製作品の位置を固定するた
め、インデックステーブル１９上に搭載されている。

【００２０】図示された上述の実施例においては、イン
デックステーブル１９は搬送位置から加工位置まで±１
８０°回転されているが、１個または１個以上の加工位
置をインデックステーブルに指定することも理論上は可
能である。製作品の前加工および／またはバリ取りのよ
うな後加工が、かかる追加の加工位置において実行され
よう。２個の加工位置において、違った精密加工を実施
することも可能である。例えば、違った精密加工位置が
組合わされよう。

【００２１】図示の実施例は、内歯歯車工具の使用が可
能なように簡単な手段で修正されよう。この目的のため
に必要なことは、工具ヘッドを適切に修正することだけ
である。

【００２２】実行可能な加工工程を拡大するために、軸
Ｘ、Ｚにより形成される平面に直角な追加の運動を設け
ることも可能である。

【００２３】図５、６は、例えば、歯車付き製作品を歯
車付き工具を用いて切削するための２個の加工オプショ
ンを示すダイアグラムである。図５ａ、６ａは工具の切
り込み送りを、図５ｂ、６ｂは工具速度を、図５ｃ、６
ｃは製作品に加わるトルクを示している。

【００２４】図５ｂに見るように、工具の速度は全加工
期間を通して一定である。最初一定の正確なトルクが製
作品に加えられる。図５ｃが示すように、従来型の休止
の後、現技術に必要な工具回転方向の逆転が、製作品に
加わるトルクの作用方向の逆転により置き換えられてい
る。駆動、被駆動歯フランクの接触状態から生じる品質
効果を補償するため、または、分割の精度を改良するた
め、加工中製作品に加えられるトルクの量を変化させる
ことも可能である。

【００２５】加工工程の他の改良は、切り込み戦略およ
び／または速度を修正することにより達成される。図６
に示すように、切り込み工程を制御するために、切り込
み量を、工程において決められた指令変数に基づいて制
御する方法がある。例えば加工中に起こる反作用力や振
動のような１個または１個以上の工程パラメータを登録
することは本目的に適している。このような適切な切り
込み戦術をとることにより、工程が一定の好適加工状態
の下に計算されたように実行され得るから、工程持続時
間がさらに減少され、加工結果が改良され、工具寿命が
延長される。

【００２６】本発明の進展した工程においては、製作品
加工中における製作品に加わるトルク、製作品の回転速
度、製作品の切り込み送り等の値が指令変数に基づいて
制御されている。このことは、特に歯車輪切削におい
て、不変の最適状態において加工工程を実行することを
可能にしている。このため、加工時間の減少、結果の改
良、および／または工具寿命の延長等の効果が得られて
いる。

【００２７】例えば、工具側または製作品側において計
測された反作用の力またはモーメントが指令変数として
採用されよう。この場合、加工力と加工状態が不変な加
工が実行されるように、前進、運転速度、トルク等が制
御されよう。

【００２８】しかし、工具側または製作品側で計測され
た振動を指令変数として採用することも可能である。こ
の方法により、動的に望ましくない加工工程領域が回避
されよう。さらに、急速切り込み送りの後の加工開始時
期が振動に基づいて決定されよう。振動はまた工具の磨
耗状態を認識させる。

【００２９】工具側または製作品側で計測される回転偏
差もまた指令変数として使用されよう。これは、事前の
加工に基づいて伝動装置における偏差を記録し、かかる
偏差に影響を与えることを可能にする。不都合な歯係合
関係（接触比）により生じる加工中の否定的影響もまた
緩和されよう。噛み合い接触する製作品と工具との間の
これら回転偏差は電子伝動装置により補償可能であろ
う。

【００３０】本発明の特許請求の範囲に記載された機械
の設計は、１個の製作品スピンドル上の製作品を加工し
ている間同時に、第２の製作品スピンドル上において積
み卸し、積み込み作業が実行可能であり、さらに同時
に、製作品と工具とを係合させるに必要な歯／歯隙間位
置を検知することを可能にしている。かくて、運転速度
において運動を行いながら、製作品と工具とを噛み合い
接触状態にすることが可能である。従って、加工位置と
交換位置との間にインデックステーブルを回転させ、第
１スライドを半径方向に送ることだけが、機械の加工以
外の補助の時間を占めている。製作品スピンドルに関連
するモータがまた、機械の成果に影響する手段を提供し
ている。この手段は、駆動歯フランクと被駆動製作品歯
フランクとの間の係合状態から生じる品質への影響を補
償するために適用される。同時に、ピッチの精度が改良
され、従来技術における時間のかかる回転方向変化が不
要になる。これは、製作品を工具に対して加速または減
速するように駆動することにより可能になる。本目的の
ために、工具スピンドルと製作品スピンドルとの駆動モ
ータの速度および／またはトルクが回転の両方向におい
て調整される。インデックステーブルは、加工されるコ
ルゲート状の製作品のために可動心押し台を装着されよ
う。

【００３１】機械の生産性をさらに改良するために、加
工前、加工後の製作品を引き渡し、取り外すためのマガ
ジンがインデックステーブルの領域に搭載されている。

【００３２】機械の自動化された変形は、加工前／加工
後の製作品をマガジンと製作品スピンドルとの間を搬送
するグリッパー装置を有することを特徴としている。こ
のグリッパー装置はインデックステーブルの回転軸Ｅに
平行な中心軸の回りに回転可能であり、両端にグリッパ
ーを備えている。

【００３３】製作品をさらに加工するための製作品スピ
ンドルが置かれる１個または１個以上の加工ステーショ
ンがインデックステーブルに設置されてもよい。かかる
追加の加工は製作品の前加工または後加工を含むが、２
個の違ったタイプの精密加工を組み合わせることも可能
である。

【００３４】モータと、製作品スピンドルに関連したチ
ャック装置とを駆動するためのパワーは、インデックス
テーブルの回転軸に同軸に搭載されたパワー供給柱を用
いて供給されることが便利である。

【００３５】以上、好適実施例を参照して本発明を説明
したが、本発明はそれら項目に限定されるものでないこ
とを理解されたい。本発明は、添付の特許請求の範囲の
趣旨と範囲から逸脱することなしに本発明の内容に沿っ
ていることが当業者に明らかな変形をも含むものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】外歯歯車付き工具を用いて歯車つき加工品を精
密加工する機械の側面図、

【図２】図１のインデックステーブルを示す図、

【図３】心押し台を備えたインデックステーブルを示す
図、

【図４】図１に示す機械の頂面図、

【図５ａ】本発明の機械の送りに関する操作を示す図、

【図５ｂ】本発明の機械の工具速度に関する操作を示す
図、

【図５ｃ】本発明の機械の送り加工品トルクに関する操
作を示す図、

【図６ａ】本発明の機械の送りに関する操作を示す図、

【図６ｂ】本発明の機械の工具速度に関する操作を示す
図、

【図６ｃ】本発明の機械の送り加工品トルクに関する操
作を示す図、

【符号の説明】

１ベンチ２水平案内３、６、１０、１３、１７駆動モータ４水平スライド５垂直案内７垂直スライド８円形案内１１クレイドルスライド１２工具ヘッド１４工具スピンドル１６工具１８第２ベンチ１９インデックステーブル２２、２３製作品スピンドル２４、２５駆動モータ２６、２７チャック装置３０パワー供給柱３２マガジン３４、３５センサ２８、２９製作品３３心押し台

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】製作品と噛み合い接触をする歯車輪また
はウォーム歯車の形態の被駆動工具にして、工具と製作
品との軸が交差している被駆動工具を用いて歯車付き製
作品の歯フランクを精密加工する方法にして、前記工具を、製作品を加工中同じ回転方向に駆動する段
階と、調整可能なトルク値を製作品に一方の方向に、ついで反
対方向に加える段階と、を有することを特徴とする方
法。
【請求項２】請求項１に記載の方法において、該方法
がさらに製作品を運転速度まで加速する段階と、製作品を回転工具に噛み合わせ接触させる段階と、を有
することを特徴とする方法。
【請求項３】請求項１に記載の方法において、該方法
がさらに製作品加工中製作品に加えられるトルクの大き
さ、工具速度、工具送りを、指令変数に基づいて制御す
る段階を有することを特徴とする方法。
【請求項４】請求項３に記載の方法において、該方法
がさらに工具または製作品への反作用の力またはモーメ
ントを計測する段階と、および計測された反作用の力ま
たはモーメントを指令変数として使用する段階と、を有
することをことを特徴とする方法。
【請求項５】請求項３に記載の方法において、該方法
がさらに工具または製作品の振動を計測する段階と、該計測された振動を指令変数として使用する段階と、を
有することを特徴とする方法。
【請求項６】請求項３に記載の方法において、該方法
がさらに工具または製作品の角度偏差を計測する段階
と、および該計測された角度偏向を指令変数として使用
する段階と、を有することを特徴とする方法。
【請求項７】歯車付き製作品の歯フランクを、製作品
と噛み合い接触する歯車輪またはウォーム歯車の形態の
工具を用いて精密加工する機械にして、ベンチと、ベンチ上に運動可能に搭載され、第１軸Ｘに沿って動く
ように駆動される第１スライドと、第１スライド上に運動可能に搭載され、第１軸Ｘに直角
な第２軸Ｚに沿って動くように駆動される第２スライド
と、第２スライドに回転可能に連結され、工具と製作品との
間の軸交差角を調整するために、第１軸Ｘに平行な第３
軸Ａの回りに枢動される工具ヘッドと、工具スピンドルを駆動するため工具ヘッドに搭載された
モータと、および製作品をクランプするためのチャック
装置をもつ製作品スピンドルと、を有する機械におい
て、インデックステーブルが、第２軸Ｚに平行な軸Ｅの回り
に回転可能にベンチに連結され、モータにより特定の回
転角（ｓｐｅｃｉｆｉｃａｎｇｌｅｓ）の回りに回転
運動をするように駆動されており、少なくとも２個の製作品スピンドルがインデックステー
ブルに搭載され、該スピンドルの回転軸Ｃ₂，Ｃ₃が軸Ｅ
に平行であり、軸Ｅから同じ距離だけ隔置されており、インデックスが、加工時にインデックステーブルが回転
することを防止しており、各製作品スピンドルが駆動モータに連結され、各製作品
スピンドルが、製作品の軸Ｃ₂，Ｃ₃に対する製作品の歯
の角度位置を確定するセンサを含んでおり、工具スピンドルと製作品スピンドルとの駆動モータが、
製作品の歯が工具に対する正しい噛み合い位置に位置す
るように、センサからの信号に基づいて、工具と製作品
とを互いに対して回転させる電子伝動装置を用いて連結
されている、ことを特徴とする機械。
【請求項８】請求項７に記載の機械において、工具ス
ピンドルと製作品スピンドルとの駆動モータの速度およ
び／またはトルクが両回転方向において制御可能である
ことを特徴とする機械。
【請求項９】請求項７に記載の機械において、インデ
ックステーブルが運動可能な心押し台を有することを特
徴とする機械。
【請求項１０】請求項７に記載の機械において、加工
後または加工前の製作品のためのマガジンがインデック
ステーブル領域に設けられていることを特徴とする機
械。
【請求項１１】請求項１０に記載の機械において、該
機械がさらに、加工前／加工後の製作品をマガジンと製
作品スピンドルとの間を搬送するためのグリッパー装置
を有することを特徴とする機械。
【請求項１２】請求項１１に記載の機械において、前
記グリッパー装置が、インデックステーブルの回転軸Ｅ
に平行な中心軸の回りに回転可能であり、反対側端にグ
リッパーを装着された旋回腕を有することを特徴とする
機械。
【請求項１３】請求項７に記載の機械において、該機
械がさらに、製作品の追加加工を行うために製作品スピ
ンドルが位置される１個または１個以上の加工ステーシ
ョンを有することを特徴とする機械。
【請求項１４】請求項７に記載の機械において、該機
械がさらに、インデックステーブルの回転軸Ｅに同軸に
搭載されたパワー供給柱を有することを特徴とする機
械。