JP2004516952A - バー・ブレードの二重研削方法及び、この方法を実行するための研削砥石 - Google Patents

Abstract

研削砥石と、ねじれ歯車製造用のバー・ブレードを研削する方法とを説明している。そのようなバー・ブレード（１）の経済的な研削のために、研削砥石（１２）は、小径部（ｄ１）から大径部（ｄ２）へと広がるような円錐状研削面（Ｐｐ）、該円錐状研削面（Ｐｐ）に隣接する円筒状研削面（Ｐｓ）、及び該円筒状研削面（Ｐｓ）に隣接する環状研削面（Ｇ）を有する。この方法で実施された研削砥石（１２）によって、歯を付け替える必要性なしにバー・ブレード（１）のプロフィール研削（粗研削）及びその後の生成研削（仕上げ研削）が可能となる。実用的な目的のために研削砥石（１２）は固定軸（Ｓ）の周りを回転し、研削すべきバー・ブレード（１）は適切な設定角度で研削砥石（１２）に沿って案内される。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は研削砥石及びバー・ブレードを研削する方法に関し、特に弓状歯を有するハイポイド歯車及びかさ歯車の製造用カーバイド・ブレードに関する。
【０００２】
（背景技術）
弓状歯を製造するための公知のブレードは、台形端部を有するシャフトを備えた直方体状のバーとして設計されている。この台形端部は主逃げ面、副逃げ面、主逃げ面と副逃げ面とを結合するヘッド面、及びすくい面を有する。
【０００３】
研削工具の歯に取付けられたカーバイド・インサートを研削するための方法及び研削砥石については欧州特許出願第ＥＰ ０ ３４３ ９８３ Ａ２号で知られている。研削砥石は、カーバイド・インサートの平面だけでなく、隣接する歯の曲面を研削できるようにその作業領域が設計されている。
【０００４】
（発明の開示）
本発明の目的は、バー・ブレードの迅速、効果的、及び正確な研削のための研削砥石及び方法を提供することである。
【０００５】
この目的は請求項１の特性及び請求項８のステップによって実行される。
【０００６】
本発明による研削砥石は、環状研削面と滑らかに隣接する円筒状研削面と滑らかに隣接するような円錐状研削面を有する。それゆえに、主逃げ面、副逃げ面、及びすくい面を、円錐状研削面と円筒状研削面に変化していくその領域とを用いるような本発明による方法のプロフィール研削によって粗研削することができる。引き続いて、主逃げ面及び副逃げ面を環状研削面での生成研削によって仕上げ研削をすることができる。この方法によって、１つの単一研削砥石を用いて本質的な３つの表面全て（即ち、主逃げ面、副逃げ面、及びすくい面）を粗研削することができるだけでなく、ブレードを付け直さずに主逃げ面及び副逃げ面の仕上げ研削をすることもできる。これによりブレードの迅速、完全、及び正確な研削を実行することが可能となる。
【０００７】
本発明の好適実施例は従属請求項に示されている。
【０００８】
本発明の好適実施例の１つでは、円錐状及び円筒状の研削面は環状研削面よりも粗い粒子を有している。このため、副逃げ面及び主逃げ面の粗研削及びすくい面の研削が全て高除去率でできる。
【０００９】
本発明の別の好適実施例では、円筒状研削面は環状研削面へ接線方向に結合している。このため、１つの並進運動で、まず第１に円筒状研削面を用いてブレードのヘッド面を研削し、さらに、隣接する環状研削面を用いて仕上げ研削することが可能となる。ヘッド面の粗研削及び仕上げ研削を１動作へと結合させることで、ブレード研削プロセス全体に対して必要な総時間が短縮される。
【００１０】
更に、本発明の別の好適実施例では円錐状研削面と円筒状研削面との間に第１半径を形成する。環状研削面はここで第２半径の円弧形の断面を有している。ここで第１半径は第２半径よりも大きい。粗研削（即ちブレードのプロフィール研削）では、ブレードの主逃げ面、副逃げ面、若しくはすくい面を円錐状研削面と接触させ、主逃げ面若しくはすくい面のブレード・シャフトへ変化する部分においてそれぞれのショルダー面を、円錐状研削面と円筒状研削面との間の変わり目及び第１半径部分を用いることによって、或いは更に円筒状研削面を用いることによって、研削する。プロフィール研削に続いて、主逃げ面若しくはすくい面を、環状研削面に対して相対的になされる、重なり合ったブレードと研削砥石との間の相対的並進運動を用いた生成研削によって仕上げる。環状研削面の半径は円錐状研削面と円筒状研削面との間の遷移領域にある第１半径よりも小さいので、仕上げの際にそれぞれの関連ショルダー半径を主逃げ面若しくは副逃げ面に沿って研削する必要がない。これは環状研削面が節約され、それゆえに長い実用寿命を有することを意味する。更に、主逃げ面若しくは副逃げ面とシャフトとの間のショルダー面を仕上げ研削する必要がないために研削プロセスの省略となる。
【００１１】
（発明を実施するための最良の形態）
図１乃至図３はバー・ブレードの例をしめしている。ブレードは多数の種類がある。しかしながら、全てが以下に説明されるものと類似の形状をしている（例えば、逃げ面４０は代わりに図１乃至図３の左側に配置されてもよい）。
【００１２】
図１乃至図３によれば、直方体若しくはバー形状のブレード１は長方形断面を備えたシャフト２、及び台形先端部３を有する。すくい面Ｃが台形先端部３に設けられており；すくい面Ｃから後へと延在する副逃げ面が図１の左側の先端部の逃げ面５に設けられておりＢ；すくい面Ｃから後ろへと延在する主逃げ面が図１の右側の先端部の逃げ面６に設けられており；更に、すくい面Ｃから後へと延在するヘッド面Ｋは先端部の頂面に形成されている。連続的な切刃４が副逃げ面Ｂ、ヘッド領域Ｋ、主逃げ面Ａ及びすくい面Ｃに沿って広がっている。ここで示されているように、ショルダー領域Ａｓ及びＢｓを、それぞれ主逃げ面Ａ及び副逃げ面Ｂからシャフト２への遷移領域に設けてもよい。更に、ここで示されているように湾曲ショルダー領域Ｃｓをすくい面Ｃからシャフト２への遷移領域に設けることも可能である。ヘッド、逃げ面、及びショルダーは図２の右側にそれぞれ３０、４０、及び５０として示されている。
【００１３】
台形先端部３の右側逃げ面及び左側逃げ面の形状は図３に基づいて以下で説明していく。しかしながら、３つの逃げ面は大部分が類似した形状であるので、右側逃げ面６の形状だけを詳細に説明する。右側逃げ面６のショルダー領域Ａｓは真っ直ぐなセグメント７と、半径Ｒｓで湾曲したセグメント８を有する。ショルダー領域Ａｓの真っ直ぐなセグメント７は湾曲したセグメント８に接線方向に結合しており、該湾曲セグメントは主逃げ面ＡとＦ点で接線方向に結合している。主逃げ面Ａは台形先端部３の頂面上の半径Ｒ２の湾曲セグメントと点Ｌで接線方向に結合する。この湾曲セグメントはヘッド面Ｋと接線方向に結合し、更にこのヘッド面Ｋは、副逃げ面Ｂと接線方向に結合するような半径Ｒ１の湾曲領域１０と接線方向に結合する。右側逃げ面６と左側逃げ面５は各々長さＬであり、ショルダー領域Ａｓ若しくはＢｓの真っ直ぐなセグメントはそれぞれ長さがＳＬとなっている。逃げ面６（長さＰＬ）及び逃げ面５プロフィール形状は歯の切削プロセスに依存する。いずれにしろそれらは真っ直ぐではない。
【００１４】
図４は図１乃至図３のブレードを研削し得る研削砥石１２を示している。研削砥石１２は回転軸Ｓを有しており、該研削砥石はこの回転軸Ｓに関して回転対象に取付けられる。研削砥石１２は、一方の端面上に回転軸Ｓと垂直な円形クランプ面１３を有する。小径部分ｄ１及び大径部分ｄ２を有する円錐状研削面Ｐｐはくランプ面１３の外周部分より延在する。ここで小径部分ｄ１はクランプ面１３に配置されている。半径Ｒｓの湾曲研削面１４は円錐状研削面Ｐｐの大径部分ｄ２の側面で接線方向に続いている。更に、この研削面１４は円筒状研削面Ｐｓと結合している。半径Ｒｇの円弧形断面を有する環状研削面Ｇは接線方向に円筒状研削面Ｐｓと隣接する。環状研削面Ｇは半径方向で内側に延在し、環状研削面Ｇをアンダーカットするような第２円錐面１５と接線方向に結合する。
【００１５】
研削砥石１２は、円錐状研削面Ｐｐ、円筒状研削面Ｐｓ、及び環状研削面Ｇが同一の粒径及び同一の接着剤を用い得るような一体型の研削砥石として設計可能である。
【００１６】
しかしながら、研削砥石１２に研摩の種々の粒径を設けてもよい。この場合、円錐状研削面Ｐｐ及び円筒状研削面Ｐｓは、環状研削面Ｇよりも粗い研磨粒子を有する。同一接着剤で異なる研磨粒子を適用することには有利な点がある。異なる粒径を区別するために環状研削面Ｇと円筒状研削面Ｐｓとの間に小さなくぼみ（図示せず）を設けてもよい。ガルヴァニック接着（ｇａｌｖａｎｉｃ ｂｏｎｄｉｎｇ）若しくは合成樹脂のいずれかを研磨剤の接着剤として設けてもよい。ＣＢＮ（ＨＳＳ用）若しくはダイアモンド（ＨＭ用）のいずれかを研磨剤として用いてもよい。
【００１７】
更に、フランジによって円筒状研削面Ｐｓに結合されるようなリング（図示せず）上に環状研削面Ｇを設けることで、砥石１２を２部分に設計することも可能である。この場合、それぞれの領域に、なされるべき作業に合った最適な研磨剤及び接着剤を設けることも可能である。更に、それぞれの磨耗の程度に応じて、互いに無関係に異なるときに２つの領域を交換することが可能である。
【００１８】
図５は、図４の研削砥石１２を備え且つブレード１を研削するのに用い得るような研削盤を示している。この研削盤はテーブル１７を有しており、その上をｘ軸方向に沿ってスライダ１８が往復運動することができる。コラム１９はｘ軸に対して直角のｚ軸に沿って往復運動をすることが可能である。第２スライダ２０はコラム１９上で、ｘ軸及びｚ軸に垂直なｙ軸に沿って動作可能である。ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸は直角座標系を形成する。研削砥石１２は、第２スライダ２０で回転するように取付けられている。ブレード１を保持するためのクランプ装置２１がスライダ１８上に取付けられている。クランプ装置２１は、旋回軸Ｃ−Ｃ及び旋回軸Ｃ−Ｃと垂直な回転軸Ａ−Ａによってスライダ１８に関して相対運動可能に軸受けを介して取付けられている。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸、Ａ−Ａ軸、及びＣ−Ｃ軸は位置調整のためだけでなく、ＣＮＣ制御経路の横行のためにも用いられ得る。
【００１９】
研削砥石１２を用いたブレード１の研削作業の経時的な説明を以下に示す。
【００２０】
すくい面 Ｃ の研削
すくい面Ｃを、該すくい面Ｃのショルダー面Ｃｓが半径Ｒｓの湾曲研削面１４に配置されるように円錐状研削面Ｐｐと平行に方向付ける。すくい面Ｃ及び関連するショルダー面Ｃｓを、研削砥石１２に関して相対的に連続的なブレード１の送り込みでの往復運動研削を用いて研削する。
【００２１】
副逃げ面 Ｂ の研削
ショルダー面Ｂｓを半径Ｒｓの湾曲面１４に配置すると共に、副逃げ面Ｂが円錐状研削面Ｐｐと平行となるように左側逃げ面５を方向付ける。次に、所望の量が除去されるまで連続的な送り込みでの往復運動研削によって、副逃げ面Ｂを関連するショルダー面Ｂｓと一緒に研削する。
【００２２】
主逃げ面 Ａ の研削
ショルダー面Ａｓを半径Ｒｓの湾曲面１４に配置すると共に主逃げ面Ａを円錐状研削面Ｐｐと平行に方向付ける。所望の量が除去されるまで連続的な送り込みでの往復運動研削によって、主逃げ面Ａを関連するショルダー面Ａｓと一緒に研削する。
【００２３】
主逃げ面Ａ及びＢの研削に引き続き、ブレードを図６ａの破線によって示された形状から図６ｂの細線として示された形状へと変形する。ここでは、大きな余剰部分２４、特にブレード１のヘッド端部の部分を残しておく。更なるコンマ型若しくは鎌型の（プロフィール形状に応じた）余剰部分６０も残しておく。
【００２４】
ヘッド面 Ｋ の研削
主逃げ面Ａを研削した後、円錐状研削面Ｐｐに関してシャフトの概ね長軸方向でブレード１を引っ込める。円錐状研削面Ｐｓ及び環状研削面Ｇに対して角度αで配置し、まず第１にブレード１のヘッド３０にある余剰部分２４を円筒状研削面Ｐｓの矢印２２方向への動きによって取除き、次に、矢印２２に沿った動きの終わりくらいでそれが環状研削面Ｇを通り過ぎるように動かし、ヘッド面Ｋを製造する。
【００２５】
副逃げ面 Ｂ の仕上げ研削
上述したようなヘッド面Ｋの研削に続いて、半径Ｒ１及び残っているコンマ型の余剰部分を共に研削するべくブレード１が環状研削面Ｇに沿っての重ね合わせの運動によって案内される。環状研削面Ｇの半径Ｒｇは湾曲面１４の半径Ｒｓよりも小さいので、ショルダー面Ｂｓが環状研削面Ｇによってそれ以上研削されないように副逃げ面Ｂの仕上げプロセスはＦｂ点に達することで完了する。
【００２６】
主逃げ面 Ａ の仕上げ
主逃げ面ＡのＦａ点が環状研削面Ｇの周辺上の点に配置されるように再びブレード１を方向付ける。ブレード１と研削砥石１２との重ね合わせの運動を介して、ブレード１の最終的な形態へと主逃げ面Ａのコンマ型の余剰部分を研削する。ブレード１を同じ方向に方向付けたまま、引き続きの重ね合わせの運動で半径Ｒ２及びヘッド面Ｋを仕上げ研削する。副逃げ面の研削でそうしたように、主逃げ面Ａを環状研削面Ｇによって研削するときに主逃げ面Ａのショルダー面Ａｓも研削しない。不必要にショルダーを仕上げ研削しないように往復運動研削から生成研削への変化は基点Ｆで正確に生じる。
【００２７】
上述の研削砥石を用いたブレード１の研削プロセスでは、必ずしも同様にすくい面Ｃを研削する必要があるわけではない。その代わりに、必要に応じてすくい面Ｃの研削だけを行う。
【００２８】
図３によると、ショルダー角Ｓｗは右側逃げ面６とショルダー面Ａｓとの間、更に左側逃げ面５とショルダー面Ｂｓとの間に形成される。更に、図４によればスイング角Ｐｗは研削砥石１２の円錐状研削面Ｐｐと円筒状研削面Ｐｓとの間に形成される。主逃げ面Ａ及び関連するショルダー面Ａｓの粗研削と、副逃げ面Ｂ及び関連するショルダー面Ｂｓの粗研削では、それぞれのショルダー角Ｓｗはスイング角Ｐｗ及び、ブレード１と研削砥石１２との間の間の空間的な配置によって決定される。ショルダー半径Ｒｓと生成半径Ｒｇとの間にはある相互関係Ｒｓ＞Ｒｇが存在する。ショルダー角若しくはスイング角は共に幾何学的及び技術的な限定を有している。
【００２９】
図６ｃは、設定角ＡＷの選択を示している。なお、設定角ＡＷは設定角ＡＷが０度の位置に対してどちらの側に選択することもできる。仕上げがなされる余剰部分は設定角ＡＷにより最適化され、設定角ＡＷはショルダー角（３０°若しくは４５°）とは異なる値とすることができる。このようにして、結果として生じるコンマ型の余剰部分が最適に設計される。一定の設定角ＡＷで一定数のブレードを研削したら、著しく磨耗する前に別の設定角に変更する。各設定角において、研削砥石１２の作業領域中に除去領域若しくは平坦化領域が生じる。次の設定角ＡＷは、次の平坦化領域が前の平坦化領域と隣接するように決定される。この結果として最終的に、作業領域の断面は境界が多角形となる。この多角形の辺は平坦化領域によって形成される。許される平坦化領域の最大幅は、例えば１μｍの大きさ内にある。
【００３０】
著しい磨耗量を生じる時点を決定できるように、研削によって生じる研削砥石作業領域の除去領域または平坦化領域を絶えず測定し、研削砥石１２の作業領域Ｇの著しい磨耗量に相当するような最大許容除去領域若しくは最大許容平坦化領域の値と比較する。著しい磨耗量を生じる前に別の設定角に変える。このプロセスは環状研削面Ｇの最適な活用を可能にし、それにより工具寿命を最大化する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
硬質な材料のバー・ブレードの平面図を示している。
【図２】
バー・ブレードの横からの斜視図を示している。
【図３】
バー・ブレードのすくい面の拡大平面図を示している。
【図４】
研削砥石の断面図を示している。
【図５】
研削盤の斜視図を示している。
【図６ａ】
図４の研削砥石を用いてのバー・ブレードの研削プロセスを示している。
【図６ｂ】
図４の研削砥石を用いてのバー・ブレードの研削プロセスを示している。
【図６ｃ】
図４の研削砥石を用いてのバー・ブレードの研削プロセスを示している。

Claims (16)

1. 弓状歯を有するハイポイド歯車及びかさ歯車を製造するためのバー形ブレード研削用の研削砥石であって、
   回転軸（Ｓ）と、
   小径部（ｄ１）から大径部（ｄ２）へと幅が広くなっている円錐状の研削面（Ｐｐ）と、
   前記円錐状研削面（Ｐｐ）の側部と前記大径部（ｄ２）で滑らかに隣接する円筒状研削面（Ｐｓ）と、
   前記円筒状研削面（Ｐｓ）と隣接する環状研削面（Ｇ）とを有することを特徴とする研削砥石。
2. 前記円錐状研削面（Ｐｐ）、前記円筒状研削面（Ｐｓ）、及び前記環状研削面（Ｇ）が同じ粒径を有することを特徴とする請求項１に記載の研削砥石。
3. 前記円錐状研削面（Ｐｐ）及び前記円筒状研削面（Ｐｓ）が同じ粒径を有し、前記環状研削面（Ｇ）が前記円錐状及び円筒状研削面（Ｐｐ， Ｐｓ）よりも細かい粒子を有することを特徴とする請求項１に記載の研削砥石。
4. 前記円筒状研削面（Ｐｓ）が前記環状研削面（Ｇ）に接線方向に結合していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の研削砥石。
5. 前記円錐状研削面（Ｐｐ）と前記円筒状研削面（Ｐｓ）との間の前記遷移領域に第１半径（Ｒｓ）が設けられ、前記環状研削面が第２半径（Ｒｇ）の円弧形断面を有しており、前記第１半径（Ｒｓ）が前記第２半径（Ｒｇ）よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の研削砥石。
6. 前記環状研削面（Ｇ）を、該環状研削面（Ｇ）のアンダーカットとして設計された第２円錐状研削面（１５）へ前記回転軸（Ｓ）方向に内向きに結合させたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の研削砥石。
7. 前記回転軸（Ｓ）と垂直に配置され、前記円錐状研削面（Ｐｐ）と前記小径部（ｄ１）で隣接するクランプ面（１３）を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の研削砥石。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の研削砥石を用いて弓状歯製造用のバー形ブレードを研削する方法であって、
   該方法は、
   前記ブレード（１）はシャフト（２）及び台形先端部（３）を備えた直方体状バーとして設けられ、
   前記台形先端部（３）が主逃げ面（Ａ）、副逃げ面（Ｂ）、前記２つの逃げ面（Ａ， Ｂ）の間に設けられたヘッド面（Ｋ）、及び前記逃げ面（Ａ， Ｂ）とヘッド面（Ｋ）とに共通なすくい面（Ｃ）とを有し、それによりカッティングエッジ（４）を前記逃げ面（Ａ， Ｂ）、前記ヘッド面（Ｋ）、及び前記すくい面との間に形成することを特徴とし、
   更に、
   ａ）前記主逃げ面（Ａ）及び／又は前記副逃げ面（Ｂ）及び／又は前記すくい面（Ｃ）を前記円錐状研削面（Ｐｐ）を用いてプロフィール研削し、前記円錐状研削面（Ｐｐ）と前記円筒状研削面（Ｐｓ）との間の遷移領域によって前記ブレード（１）の前記シャフト（２）への変わり目にショルダー面（Ａｓ， Ｂｓ， Ｃｓ）を形成するステップと、
   ｂ）前記主逃げ面（Ａ）及び／又は前記副逃げ面（Ｂ）及び／又は前記ヘッド面（Ｋ）を前記環状研削面（Ｇ）に沿っての重ね合わせの２つの並進運動によって生成研削するステップとを有することを特徴とする方法。
9. 更に、
   ｃ）前記ヘッド面（Ｋ）を前記円筒状研削面（Ｐｓ）に向かって動かして、前記ヘッド面（Ｋ）と前記円筒状研削面（Ｐｓ）の面のなす線とがある傾角（α）であるような相対的な並進運動で前記環状研削面（Ｇ）を通過させ、それにより前記ヘッド面（Ｋ）が前記円筒状研削面（Ｐｓ）によって粗研削され、続いて前記環状研削面（Ｇ）により仕上げ研削されるようにすることによって、前記ブレード（１）のヘッド面（Ｋ）を研削するステップを有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記ステップｃ）で前記ヘッド面（Ｋ）の余剰部分（２４）が研削されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 更に、
    ｄ）前記環状研削面（Ｇ）に沿った重ね合わせの２つの並進運動によって、前記ステップｃ）に引き続いて前記副逃げ面（Ｂ）、及び前記ヘッド面（Ｋ）と前記副逃げ面面（Ｂ）との間に形成された半径（Ｒ１）の部分を仕上げ研削するステップとを有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. 更に、
    ｅ）前記環状研削面（Ｇ）に沿った重ね合わせの２つの相対的な並進運動によって、前記ステップｄ）に引き続いて前記主逃げ面（Ａ）、前記ヘッド面（Ｋ）と前記リリーフ面（Ａ）との間に形成された半径（Ｒ２）の部分、及び前記ヘッド面（Ｋ）を仕上げ研削するステップを有することを特徴とする請求項１０及び１１に記載の方法。
13. 前記ステップｅ）で研削が、前記ショルダー面（Ａｓ）付近の、前記主逃げ面（Ａ）から前記ショルダー面（Ａｓ）への変り目（Ｆａ）で開始されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記ステップａ）で前記主逃げ面（Ａ）と前記シャフト（２）との間の前記ショルダー面（Ａｓ）、及び／又は前記副逃げ面（Ｂ）と前記シャフト（２）との間の前記ショルダー面（Ｂｓ）、及び／又は前記すくい面（Ｃ）と前記シャフト（２）との間の前記ショルダー面（Ｃｓ）が仕上げ研削されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
15. 前記ステップｂ）及び／又は前記ステップｃ）及び／又は前記ステップｄ）及び／又は前記ステップｅ）で前記カッティングエッジ（４）及び主逃げ面（Ａ）及び／又は前記副逃げ面（Ｂ）及び／又は前記ヘッド面（Ｋ）の間に小面を形成し、該小面は前記主逃げ面（Ａ）及び／又は前記副逃げ面（Ｂ）及び／又は前記ヘッド面（Ｋ）よりも小さな逃げ角を有していることを特徴とする請求項８乃至請求項１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記ステップａ）で研削が往復運動若しくはプランジ研削として実行されることを特徴とする請求項８に記載の方法。

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