JP2004518545A - かさ歯車の製造機械および製造方法 - Google Patents

Abstract

第一の側面（６）および第二の側面（８）を含む機械コラム（４）を含んで構成されたかさ歯車およびハイポイド歯車の製造機械（２）。第一のスピンドル（１０）が第一の側面（６）に移動可能に取付けられ、この第一のスピンドルは第一の軸線（Ｑ）のまわりに回転可能である。第二のスピンドル（４０）が第二の側面（８）に移動可能に取付けられ、この第二のスピンドルは第二の軸線（Ｎ）のまわりに回転可能である。第一および第二のスピンドル（１０，４０）は直線的な三方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）までの方向において互いに対して直線移動でき、第一および第二のスピンドルの少なくとも一方はその対応する側面に対して角度移動可能である。第一および第二のスピンドルの少なくとも一方の角度移動は、その対応する側面とほぼ平行に延在するその対応する枢動軸線（Ｆ）のまわりの移動である。

Description

【０００１】
本願は２００１年２月１６日付け出願の米国仮特許出願第６０／２６９３２８号の利益を請求する。
（発明の分野）
本発明は歯車製造機械に係わり、特にかさ歯車を切削および研削する機械に関する。
（発明の背景）
【０００２】
歯車、特にかさ歯車の製造では、創成工程（ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）および非創成工程（ｎｏｎ−ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）の二通りの工程方式が一般に使用されている。
【０００３】
創成工程は二つのカテゴリ、すなわち正面フライス加工（間歇割出し（ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ ｉｎｄｅｘｉｎｇ））およびホブ切り加工（連続割出し（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｉｎｄｅｘｉｎｇ））に分けられる。創成正面フライス加工では、回転するツールが被加工物に対して所定の深さに送り込まれる。この深さに達すると、ツールおよび被加工物は、あたかも被加工物が理論的な創成歯車と噛み合って回転するように、創成転造（ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｒｏｌｌ）として知られた所定の相対転造運動で共に回転される。この理論的な創成歯車の歯は、ツールの材料除去面によって表される。歯の輪郭形状は創成転造時のツールおよび被加工物の相対運動によって形成される。
【０００４】
創成正面ホブ切り工程では、ツールおよび被加工物は時間関係を有して回転されてツールが深さ位置へ送り込まれ、ツールの１回の押し込みによって全ての歯溝を形成するようになされる。全深さに達した後、創成転造が開始される。
【０００５】
間歇割出しまたは連続割出しされる非創成工程は、被加工物の歯の輪郭形状がツールの輪郭形状によって直接に形成される工程である。ツールが被加工物に送り込まれて、ツールの輪郭形状が被加工物に伝えられる。創成転造は使用されないが、理論的な「クラウン歯車」の形状の理論的な創成歯車の概念を非創成工程に適用できる。クラウン歯車は、歯面が非創成工程における被加工物の歯面と補完形の理論的な歯車である。従って、ツールの切削ブレードは非創成加工される被加工物の歯面を形成するときの理論的なクラウン歯車の歯を表す。
【０００６】
かさ歯車を製造するための従来の機械的な歯車創成機械は、ワーク支持機構とクレードル機構とを含む。創成工程時に、クレードルは円形ツールをクレードル軸線として知られた軸線のまわりの円形路に沿って移動させる。クレードルは理論的な創成歯車の本体部分を表し、クレードル軸線はその論理的な創成歯車の軸線に対応する。ツールは創成歯車上の一つ以上の歯を表す。ワーク支持部はクレードルに対して被加工物を配向し、またクレードル回転に対して特定の比率で被加工物を回転させる。伝統的に、従来の機械的なクレードル式かさ歯車創成機械は一連の直線方向および角度方向の目盛（すなわち、セッティング）を通常備えており、これらの目盛は各種の機械部材をそれぞれの所定位置に正確に配置するうえで作業員の助けとなる。
【０００７】
従来の機械的なクレードル方式のかさ歯車創成機械の多くの形式においては、カッター・スピンドル、従って切削ツール軸線をクレードル軸線に対して傾ける（すなわち、カッター軸線はクレードル軸線に平行でない）ことを可能にする調整可能な機構を含むことが一般的である。「カッター傾斜」として知られるこの調整は、切削ツールの圧力角を被加工物の圧力角に一致させるため、および（または）理論的な創成歯車の歯面を適正に表すようにツールの切削面を位置決めするために通常使用される。カッターの傾斜機構を備えていない幾つかの形式の従来の機械的なクレードル方式のかさ歯車創成機械では、カッター傾斜の作用はクレードルと被加工物との相対転造関係を変化させることで達成される。この変化も「修正転造」として知られている。
【０００８】
最近、被加工物に対してツールを配向するために必要な機械セッティングの数を減少させた歯車製造機械が開発された。これらの機械は、従来の機械的なクレードル方式の機械におけるセッティングおよび動きの幾つかまたは全てを直線、回転および（または）枢動軸線系で置き換えている。
【０００９】
（発明の概要）
本発明は第一の側面および第二の側面を含む機械コラムを含んで構成されたかさ歯車およびハイポイド歯車の製造機械に関する。第一のスピンドルが第一の側面に移動可能に取付けられ、この第一のスピンドルは第一の軸線のまわりに回転可能である。第二のスピンドルが第二の側面に移動可能に取付けられ、この第二のスピンドルは第二の軸線のまわりに回転可能である。第一および第二のスピンドルは直線的な三方向までの方向において互いに対して直線移動でき、第一および第二のスピンドルの少なくとも一方はその対応する側面に対して角度移動可能である。第一および第二のスピンドルの少なくとも一方の角度移動は、その対応する側面とほぼ平行に延在するその対応する枢動軸線のまわりの移動である。
【００１０】
（好ましい実施例の詳細な説明）
本発明の詳細は、単に例を挙げて本発明を示している添付図面を参照して説明される。図面において、似た構造または部材は同じ符号を付されている。
【００１１】
本発明の説明において、「かさ」歯車の用語は、かさ歯車、「ハイポイド」歯車として知られた形式の歯車、ならびに「クラウン」歯車または「フェース」歯車として知られた歯車を包含する十分な範囲を有すると理解される。
【００１２】
かさ歯車を製造する本発明の第一の実施例が図１〜図５に示されており、全体を符号２で示されている。各種の機械要素を容易に見られるようにするために、図１〜図５は扉や外部のシート金属の無い本発明の機械を示している。機械２は米国特許第６１２０３５５号に記載された形式の一つの静止コラム４を含み、その特許の開示内容は本明細書で援用される。コラム４は鋳鉄のようなモノリシック構造であることが好ましいが、例えば鋼プレートのような金属プレートで組み立てられることができ、またはコーナー支柱のような個別のフレーム部材、および機械のガイド面や他の部材を支持するために適当に配置されたフレーム部材を含み得る。コラム４は少なくとも二つの側面、好ましくは四つの側面を含み、側面の少なくとも二つ、すなわち第一の側面６および第二の側面８は互いに所望の角度、好ましくは直角に配向されるが、９０゜よりも大きいか小さい角度に配向される側面（例えば、図１９のコラム４を参照）も本発明で考えられる。これに代えて、モノリシック・コラム４は、例えば図１７に示されるようにほぼ円筒形コラムのような非平面的側面を有する形状に構成することができる。
【００１３】
第一の側面６は前面すなわち座面１５を有する第一のスピンドル１０を含む。スピンドル１０は軸線Ｑのまわりに回転可能であり、好ましくは液冷され、前部および後部のスピンドル軸受（図示せず）の後方に取付けられることが好ましい直接駆動モーター１２によって駆動されることが好ましい。スピンドル１０はスピンドル支持部１１に枢動可能に取付けられることが好ましく、スピンドル支持部１１はスピンドル１０と共にコラム４に取付けられた移動路１４上の第一の側面６に沿ってＺ方向に移動可能である。Ｚ方向のスピンドル１０の移動は、直接連結されるボールスクリュー（図示せず）を経てモーター１６により、または直接駆動装置により行われる。切削ツールまたは研削ツール１８（切削ツールが示されている）はこの分野で周知のような適当な取付け装置によりスピンドル１０に取外し可能に取付けられることが好ましい。
【００１４】
上述したように第一のスピンドル１０は、そのスピンドルの枢動、従ってツール１８の枢動が枢動軸線Ｆのまわりに行われるように、スピンドル支持部１１に取付けられる。スピンドル・ブラケット１３は少なくとも一つの、好ましくは二つの軸受連結部２０，２２、すなわち上側軸受連結部２０および下側軸受連結部２２、を経て支持部１１に枢動可能に取付けられる。スピンドル１０の枢動はモーター２４および直接連結ボールスクリュー２６により、またはヨーク３０のスリーブ部分２８を経て作用する直接駆動装置により行われる。ヨーク３０は上部連結部３２および下部連結部３４にてスピンドル１０に枢動可能に取付けられることが好ましく、従ってヨーク３０は軸線Ｖのまわりでスピンドル１０に対して角度移動できる。ボールスクリュー２６、従ってヨーク３０の前進は駆動モーター１２をコラム４から離れる方向へ角度移動させるように押圧して、ツール１８を機械コラム４へ向けて角度移動させるように軸線Ｆのまわりに枢動運動を行わせる。ピニオンの切削については図３を、またリング歯車の切削については図５を参照されたい。勿論、収縮するボールスクリュー２６は反対の作用を有する。これに代えて、スピンドル１０を枢動させるために、Ｚ方向に配向されてスピンドル支持部１１上に配置された少なくとも一つのガイド面上を移動可能なスライドがリンケージ機構を経てスピンドル１０またはモーター１２に連結されることができる。ガイド面上のスライドの移動はスピンドル１０を軸線Ｆのまわりに枢動させる。さらに他の代替例はスピンドル１０を枢動させるために軸受連結部２２，２３の一方または両方にモーターを含めることである。
【００１５】
第二の側面８は第二のスピンドル４０を含む。第二のスピンドル４０は軸線Ｎのまわりに回転可能であり、好ましくは液冷の、好ましくは前部または後部のスピンドル軸受（図示せず）の後方に取付けられた直接駆動モーター４２で駆動されることが好ましい。スピンドル４０はスライド４６に取付けられた移動路４４上の第二の側面８の幅に沿ってＸ方向へ移動できる。Ｘ方向のスピンドル４０の移動は、直接連結ボールスクリュー４９を経てモーター４８により、または直接駆動装置により行われる。被加工物（図１のピニオン５０および図４のリング歯車５１）はこの分野で知られているような適当な被加工物の保持装置４１によりスピンドル４０に対して取外し可能に取付けられる。スピンドル４０は第二の側面８の高さに沿ってＹ方向にも移動できる。何故なら、スライド４６が移動路５２を経てＹ方向へ移動できるからであり、この移動は直接連結ボールスクリュー５５を経てモーター５４によるか、直接駆動装置によって行われる。方向Ｘ，Ｙ，Ｚは相互に直角であることが好ましいが、一つ以上の方向をその直角な配向に対して傾斜させることができる。図解のために図中で方向Ｙは垂直とされている。
【００１６】
移動路４４，５２の配置は図１〜図５に示すような配置が好ましいが、図２０は代替例のそれほど好ましくない実施例を示しており、移動路４４は第二の側面８に取付けられ、スライド４６は移動路４４上をＸ方向に移動可能である。移動路５２がスライド４６上に配置され、スピンドル４０が移動路５２に取付けられてＹ方向に移動可能である。Ｙ方向の移動がスピンドル４０の代わりにスピンドル１０で行われることも考えられる（明瞭化のためにモーターが取除かれている図１８）。
【００１７】
本発明は、被加工物用スピンドルおよびツール用スピンドルの両方の共通支持部として垂直コラムを使用することで、図１〜図５に示されるようにツールが取付けられるスピンドルの枢動を可能にしている。被加工物用スピンドルの従来の枢動も図１６に示されるように技術的に可能である。しかしながら被加工物用スピンドルの枢動はリング歯車については大きな枢動角度を必要とし、静的および動的な剛性の低下を生む。ピニオンでは、最善であっても被加工物用スピンドルの枢動は、取付け距離、アーバー高さおよびピッチ角がピニオン内で広い範囲にわたって変化し、ピニオンおよびリング歯車の両方を考えるとさらに大きくなるとされる妥協である。
【００１８】
これに代えて、スピンドル１０，４０の両方は図１９に見られるように枢動できる。図１９は、軸線（Ｖ，Ｖ’）のまわりの角度移動のためにスピンドル１０，４０の各々に取付けられた枢動機構（例えば、ヨーク３０，３０’）を示している。歯車製造時に各スピンドル１０，４０はそれぞれの軸線（Ｆ，Ｆ’）のまわりに能動的に枢動できるが、本発明はまたスピンドル１０，４０の一方が歯車製造の前に所定の枢動角度に設定されること、またはスピンドル１０，４０の一方が歯車製造時に増分的な設定位置の間で枢動することを思考する。そのような増分的な設定位置の間の移動は、歯車製造時に他方のスピンドルが必要とする枢動の大きさまたは強さを減少させる。
【００１９】
Ｚ方向の第一のスピンドル１０の移動は、Ｘ方向の第二のスピンドル４０の移動、スライド４６を経てのＹ方向の第二のスピンドル４０の移動、軸線Ｆのまわりの第一のスピンドル１０の枢動、ならびに第一のスピンドル１０の回転および第二のスピンドル４０の回転は別々のそれぞれの駆動モーター１６，４８，５４，２４，１２，４２によって伝えられる。上述した部材は互いに独立して移動でき、または互いに同時に移動できる。それぞれのモーターの各々は、ファナック型式１６０ｉまたはシーメンス型式８４０Ｄ（図示せず）のようなコンピュータ制御装置（すなわちＣＮＣ）に対する命令入力に従って駆動モーターの作動を調整するＣＮＣシステムの一部として、直線式または回転式エンコーダのようなフィードバック装置、例えば枢動軸線エンコーダ２３を組込まれることが好ましい。
【００２０】
実施例で示したような本発明の機械は、各種駆動モーターに対して好ましくは連続的に位置決め指令および（または）ベクトル指令を発生する制御装置によって誘導される。多数の軸線位置決め指令を制御装置に入力するよりも、歯車製造工程を記述する少量のデータ組を入力することが一層効果的且つ有意義である。そのようなデータの論理的候補は一組の「基本的な機械セッティング」である。この手法を使用すれば、機械の操作員は一組の基本的な機械セッティング（以下に詳細に説明する）を制御装置に入力することになり、制御装置がクレードル位置の範囲に対応して軸線の位置を計算する。従って、かさ歯車創成動作を記述する基本的な「言語」は本発明においては保持される。
【００２１】
被加工物と噛み合う論理的な創成歯車の関係は、本発明では三つの直線的な軸線の一つ以上に沿うツール軸線と被加工物軸線との間の直線的な移動および軸線のまわりの被加工物の回転移動と組み合うツール軸線と被加工物軸線との間の角度移動によって保持される。連続割出しの場合は、ツール軸線の回転移動も制御される。
【００２２】
従来の機械的なクレードル形式のかさ歯車創成機械によって形成される歯面は複雑なので、そのような歯面はそれを製造するために使用される機械の動きによって幾何学的に正確に定められるだけである。歯車設計の一般的な幾つかのパラメータは特定されるので（例えば歯数、ピッチ角など）、かさ歯車の歯面を定めるために使用される数式は創成機械の運動方程式である。
【００２３】
上述にて与えられたように、従来の機械的なクレードル形式のかさ歯車創成機械と異なって構成された各機械によれば、周知の歯車における歯の幾何学形状を製造する適当な機械セッティングおよび作動パラメータ、および噛み合い特性を定めるために、新規な公式およびその他のノウハウが要求される。しかしながら、従来の機械的なクレードル形式のかさ歯車創成機械は長年に亘って存在してきたので、所望の歯の幾何学形状および従来のクレードル機械のセッティングに対する噛み合い特性に関する膨大なノウハウが既にある。
【００２４】
従って、新規に構成された機械のために新規な一組の公式が開発され得るが、従来の機械的なクレードル形式の歯車創成機械と同じ入力パラメータを、異なる数および（または）構成の軸線を有する他の機械に使用することが一般に実施されている。換言すれば、従来の機械的なクレードル形式のかさ歯車創成機械の座標系におけるツールおよび被加工物の軸線の位置が、この新規に構成された機械の異なる座標系に変換される。そのような変換の一例は米国特許第４９８１４０２号に見ることができ、本明細書はその開示内容を援用する。本発明と従来の機械的なクレードル形式のかさ歯車創成機械との関係は以下に説明する。
【００２５】
かさ歯車を製造するための従来の機械的なクレードル形式のかさ歯車創成機械６０（図６）は、機械フレーム６２と、ワーク支持機構６４と、クレードル機構６８を含むクレードル支持部６６とを一般に含んで構成されている。伝統的に、従来の機械的なクレードル形式のかさ歯車創成機械は通常は一連の直線方向の目盛および角度方向の目盛（すなわちセッティング）を備えており、それらの目盛は各種の機械要素を所定位置に正確に配置するうえで操作員の助けとなる。以下は、傾斜して備えられた図６に示される機械のような従来の機械的なクレードル形式のかさ歯車創成機械に見られるセッティングの説明である。
・ 偏心角度７０はクレードル軸線Ａｃ およびツール軸線Ｔの間隔距離を制御する。
・ ツール用スピンドル回転角度７２は一般に傾斜角度と呼ばれるクレードル軸線とツール軸線との間の角度を制御する。
・ 旋回角度７４はクレードル８８上の固定基準に対するツール軸線の配向を制御する。
・ クレードル角度７６はクレードル軸線のまわりの幾つかの角度位置にツール７８を位置決めする。
・ ルート角度８０はクレードル軸線に対してワーク支持部６４を配向する。
・ スライド基面８２は被加工物と係合するツールの深さを調整する直線的な寸法である。
・ ヘッド・セッティング８４は被加工物軸線Ｗに沿うワーク支持部６４の直線的な調整である。
・ ワーク・オフセット８６はクレードル軸線に対する被加工物の軸線の偏倚量を制御する。
【００２６】
最終セッティングである転造比はクレードル６８と被加工物８８との相対運動を調整する。上述した機械セッティングの幾つかは、以下の被加工物およびツールの設計仕様を考慮して計算すべきことに留意しなければならない。
・ 素材である被加工物の取付け距離（記号−Ｍ_ｄ）
・ ワーク保持装置の全長（記号−Ｍ_ｂ）
・ ツールの全高（記号−ｈ）
【００２７】
これらのセッティングの測定値は機械要素の正確な位置決めを可能にするが、測定値自体は互いに対する僅かな位置情報しか伝えない。例えば、１２．５ｃｍ（５ｉｎ）のヘッド・セッティングは、考慮する機械の型式に応じてクレードルに対する異なる物理的位置にワーク支持部を位置決めする。この状態は、異なる型式の機械で別々に定められる「ゼロ」ヘッド・セッティング位置から生じる。同様に、偏心角度で３０゜のセッティングはツールとクレードル軸線との間隔距離に関して僅かしか伝達しない。何故なら、それは実際的に直線方向の寸法を制御する角度測定値だからである。さらに有意義な直線距離が計算できるようになる前に、付加的な詳細が与えられねばならない。
【００２８】
技術者にとってより直接的に重要なものは、機械要素を位置決めする一組の絶対的な測定値、すなわち考慮するツールまたは機械の型式に関係しない測定値である。これらの一般的または基本的な機械セッティングは、創成歯車および創成される被加工物に関する一連の寸法および比を直ちに伝達する。これらは歯車設計の一般的な始点を与える。例えば、歯車セットは基本的なセッティングに関して設計され、従って多くの型式の機械間で設計手順を統合する。さらに、基本的なセッティングが使用されるならば全ての機械構造を包含するために、分析手順を一回は記載することが必要となる。勿論、従来の機械的なクレードル形式のかさ歯車創成機械をセットアツプするために真に機械に依存したセッティングへの転換が要求されるが、これは機械セットアップ概要のプレゼンテーションの直ぐ前が最善である。
【００２９】
基本的な機械セッティングの説明は以下に図７〜図９を参照して与えられる。図７および図８はそれぞれ傾斜した従来の機械的なクレードル形式のかさ歯車創成機械の頂面図および前面図を示す。図９は真の長さでツールの側面図を示す投影図である。本発明に関係しない詳細説明は省いて明瞭化されている。
【００３０】
最初に、二つの基準点が定められる。第一の点、すなわち点Ｃ_Ｔは、ツールに対する或る周知の位置でツール軸線上にある。この点はツール中心と呼ばれ、通常はツールの先端が定める平面内に位置するように選ばれる（図９）。第二の基準点、すなわちＣＰは交差位置、すなわち被加工物軸線および組合う部材の軸線の交差点にて被加工物軸線上に位置される。ハイポイド歯車の場合、ＣＰは両方の軸線と平行な平面内に見て、組み合う部材間の明白な交差点に位置される。他の交差点、すなわち点Ｏは機械の中心として知られている。この点はクレードル軸線およびクレードルの回転面の交差によって定められる（図７）。
【００３１】
上述の点を使用して、以下の基本的なセッティングが定義される。
・ 半径ｓ（図８）は、クレードルの回転面内で見て機械中心Ｏからツール中心Ｃ_ｒまでの距離である。
・ クレードル角度ｑ（図８）は、半径ＯＣ_Ｔと、被加工物軸線およびクレードル軸線の両方に平行な平面とで形成される角度である。
・ 傾斜角度ｉは（図９）は、ツール軸線とクレードル軸線とで形成される角度である。通常は０゜〜９０゜とされる。
・ 旋回角度ｊ（図８）は、ツール軸線の傾斜の方向を決定する。半径線ＯＣ_Ｔに剛的に連結され且つ直角な線Ｃ_ＴＡから測定される。この測定値は線Ｃ_ＴＡとクレードル回転面上のツール軸線の投影線とで形成される角度である。
・ ワーク・オフセットＥ_ｍ（図８）は、クレードル軸線と被加工物軸線との最小間隔距離である。
・ スライディング・ベースＸ_ｂ（図７）は、機械中心Ｏと点Ｈとの間隔距離で、点Ｈは被加工物軸線とクレードル軸線との明白な交差点であり、これはクレードル軸線および被加工物軸線の両方に平行な平面内で見て真の長さを表す。
・ ヘッド・セッティングＸ_ｐ（図７）は、明白な点Ｈ（上述と同じ）と交差点ＣＰとの間隔距離で、被加工物軸線に沿って測定される。
・ ルート角度γ（図７）は、被加工物軸線とクレードルの回転面とで形成される角度である。
注意点：全てのパラメータは留意した図面において真の長さを表しており、図示された向きに正である。
【００３２】
創成工程は主として転造比（クレードルの回転に対する被加工物の回転の比率）によって調整される。クレードルと被加工物との間の転造運動を増大させるために、付加的な運動パラメータ（例えば螺旋運動）も定義される。説明したセッティングに代えて基本的な機械セッティングの他の構成を選べたことが留意される。しかしながら、このセッティングの特別な選択は、従来の機械的なクレードル形式のかさ歯車創成機械の構成と類似点を保有しており、適当な箇所で本質的な幾何学的特性を明白に説明する。
【００３３】
上述した八つのセッティングの他に、或る基準からの被加工物のそれ自体の軸線のまわりの回転位置の測定が有用である。また、正面ホブ切りの場合、ツールのそれ自体の軸線のまわりの回転位置に関心が持たれる。共に組み合わされることでこれらの十のパラメータがいずれかの瞬時におけるツールと被加工物との相対位置を全体的に表す。それらのうちの三つ（クレードル角度、被加工物回転、ツール回転）が創成工程で変化される一方、他の七つは「真」のセッティングであり、すなわちそれらは通常は固定値として保持される。
【００３４】
上述で認識された基本的な機械セッティングを受入れ、六つの軸線に沿うまたはそのまわりの移動により本発明の実施例でかさ歯車の創成を正確に複製する数学モデルが開発された。図１０および図１１は、本発明の第一の実施例の座標系に配置された本発明のツールおよび被加工物の構成のそれぞれ部分的な前面図および頂面図を示している。従来の機械の座標系で従来の機械的なクレードル形式のかさ歯車創成機械のツールおよび被加工物の配置を示す図７〜図９を参照すれば、ベクトルが被加工物軸線およびツール軸線に沿って定義される。

【００３５】
次に、被加工物軸線およびツール軸線に直角に取付いた「キー溝」ベクトルは以下のように定義される。

【００３６】
最後に、ベクトルＲがツール座面Ｔ_Ｒ（ツールの背面）から、ワーク・アーバーの座面内に直接に位置する被加工物の軸線上の点Ｗ_Ｒへ向けて定義される。

【００３７】
ここで図１〜図５の機械の実施例の動きが決定される。原点が機械のスピンドル４０のノーズ４３の座面上の点Ｗ_Ｒである軸線の直角に配置された図１〜図５の機械に新たな座標系が組合わされる。直交軸線は以下のように与えられる。

【００３８】
図１〜図５に示されるように枢動軸線Ｆは通例のように被加工物の軸線上に位置されておらず、そのかわりに図１０にベクトルΔ_１で示されるようにツールの付近に好ましく配置されているので、その新しい座標軸での枢動軸線の位置が定義さねばならない。
【００３９】
図１２および図１３を参照すれば、枢動軸線Ｆはツール１８に付された座標系で定義される。ここで軸線Ｚ_Ｃは切削ツールの軸線

と一致し、軸線Ｘ_ＣはＺ_Ｃに対して直角にツール１８の背面に沿って延在する（図１２）。以下は図１２から見ることができる。

【００４０】
図１３に見られるように、図１２のツール座標系の図１〜図５に示される実施例の新しい座標系への

の変換は次式で与えられる。

【００４１】
図１〜図５に示された実施例の座標系を表す図１０および図１１の座標系から、次式が分かる。

ここで、
Ｒ_１＝ツール上の点Ｔ_Ｒから機械スピンドル４０の座面４３上の点Ｗ_Ｒへ至るベクトル。
Ｒ_２＝機械スピンドル４０の座面４３上の点Ｗ_Ｒから枢動軸線Ｆへ至るベクトル。
【００４２】
従って、創成転造の各増分位置のような特定の増分位置における図１〜図５の機械実施例の直線軸線Ｘ，Ｙ，Ｚに沿う移動は以下のように計算される。

【００４３】
三つの角度回転も見られなければならない。創成転造の各増分位置のような特定の増分位置における枢動角度Ｂは次式で与えられる。

【００４４】
ツール軸線および被加工物軸線はそれぞれ組合わされた回転位相角を有し、この角度はそれらの回転によって従来の機械的な創成機械で定義されるように重ね合わされる。これらは、創成転造の角増分位置のような特定の増分位置において従来および本発明の機械の水平面の変化する相対的な配向状態を補償する。これらは以下のように定義される。

【００４５】
位相角α，β、および創成に要求される仮想のクレードルおよび被加工物間の相対回転比を特定する転造比Ｒ_ａ、連続割出しのためにツールおよび被加工物間の相対回転比を特定する割出しまたはホブ切り定数Ｒ_ｃ、およびツールおよび被加工物間の既知の回転位置を特定する基準定数ω_ｏを含む他のセットアップ定数に従って、被加工物の所望される回転位置ωを決定するための作業も実施される。他の定数（図示せず）も「修正転造」のように従来の機械的なクレードル形式の機械の特定動作を複製するために被加工物軸線の回転位置をさらに調整するように使用することができる。この動作は次式で表される。

上述の数式は記載したように被加工物の回転がＲ_ａ，Ｒ_Ｃ，α，β，ｑおよびｔの関数である一般的な数学的関係の一実施例を表している。しかしながら、例えば基本的なセッティングｓ，ｉ，ｊ，Ｅ_ｍ，Ｘ_ｂ，Ｘ_ｐおよびγの形態の中間変数のような他の変数も入力パラメータから得られる被加工物の回転を記述するうえで使用することができる。ωに関する計算はこの実施例に関して上述した特定の表現に制限されることはない。
【００４６】
例えば、切削ツールに関して定義された枢動軸線Ｆは、図１４の切削ツールの基準面の座標系Ｘ_ＣＲ−Ｚ_ＣＲ内でＸ_ＣＲが正でＺ_ＣＲ値が負の座標系の四半部分に位置されることが好ましい。軸線Ｘ_ＣＲはブレード切削エッジの高さの中間位置で定められる切削基準面に位置し、軸線Ｚ_ＣＲは軸線

と一致される。この定義を例えば軸線Ｑが軸線Ｎに直角な図１の実施例に適用すると、枢動軸線Ｆは切削ツール１８の基準面上またはその「後方」に位置され、また軸線Ｑおよび機械コラム４の間に位置されねばならないことが見られる。枢動軸線の上述した位置決めが好ましいが、軸線Ｑに沿って、または機械コラム４から軸線Ｑの外方へ枢動軸線が移動することも本発明に含まれる。
【００４７】
枢動軸線Ｆの配置は、機械の動きを分析するために使用される動作図に示されているように、軸線に沿って滑らかで最小限の動きが示されるような位置にすべきことが好ましく、反転点または屈曲点はあったとしても少ない。枢動軸線Ｆは正のΔＸ_ＣＲ値が機械に使用される切削ツール（単数または複数）の平均半径に等しいことで定義される位置で上述した四半部分に位置されるべきことが好ましい。ΔＺ_ＣＲはゼロに等しい。例えば、７．６２ｃｍおよび２２．８６ｃｍ（３ｉｎおよび９ｉｎ）の直径を有する切削ツールが想定されるならば、切削ツールの平均半径は７．６２ｃｍ（３ｉｎ）となる従ってΔＸ_ＣＲは７．６２ｃｍ（３ｉｎ）となり、例えば切削ツール１８が１１．４３ｃｍ（４．５ｉｎ）の半径を有するならば図１４のほぼ点Ｇの位置に配置する。点Ｇは歯の中央に位置する歯車の歯計算点（平均的なピニオンまたはリング歯車で）の近くである。点Ｇを通過する枢動軸線はＸ_ＣＲ−Ｚ_ＣＲ平面に直角となる。
【００４８】
被加工物およびツールから枢動機構を隔離できるようにする、従って漂動チップからシールドすることのできる位置に枢動軸線を配置することも好ましい。枢動軸線の隔離は、軸線に沿う最小限および滑らかな動きを可能にするので好ましく、上述したように機械の動作図に示されているように、反転点または屈曲点はあったとしても少ない。このようにされるならば、枢動軸線Ｆの一つの好ましい位置は、機械に想定される最大ツールの切削ブレードと機械コラム４との間に位置する点ΔＸ_ＣＲの位置であり、また強さがΔＸ_ＣＲにほぼ等しいΔＺ_ＣＲの位置であることが見い出された。さらに詳しくは、ΔＸ_ＣＲは機械に想定されたツールの平均半径の付近であることが好ましく、ΔＺ_ＣＲは強さが一般にΔＸ_ＣＲにほぼ等しいことが好ましい。例えば、直径が７．６２ｃｍ（３ｉｎ）および２２．８６ｃｍ（９ｉｎ）の切削ツールが想定されるならば、平均直径は１５．２４ｃｍ（６ｉｎ）となる。従って、ΔＸ_ＣＲ＝１５．２４ｃｍ（６ｉｎ）となり、２２．８６ｃｍ（９ｉｎ）の直径のツールではΔＸ_ＣＲ＝１１．４３ｃｍ（４．５ｉｎ）となる最大ツールの切削ブレードを超えて配置する。ΔＺ_ＣＲはほぼ１５．２４ｃｍ（６ｉｎ）となるが、±５．０８ｃｍ（２ｉｎ）ほど変化する。説明したように枢動軸線を配置することで、移動は各直線軸線に沿って約１０〜３０ｍｍとなることが示され、これは望まれるように小さく、軸線に沿った動きが機械制御装置によって正確に制御できるような大きさである。
【００４９】
例として、２８．７３゜のピッチ円と５０．０゜の螺旋角を有する歯が１２枚のピニオンが図１〜図３に示されるような機械で創成表面ホブ切りによって製造された。機械の基本的なセッティングは以下の通りであった。
ｓ＝１３５．８２ 半径
ｑ＝６５．８３ ロール中心
ｉ＝３１．７９ 傾斜角
ｊ＝３２０．２６ 旋回角度
Ｅ_ｍ＝４８．２６３８ オフセット
Ｘ_ｐ＝−０．００９１ ヘッド・セッティング
Ｘ_ｂ＝３４．６５７８ スライド・ベース・オフセット
ガンマ（γ）＝−０．０１ ルート角
Ｍ_ｄ＝１１６．８４ 取付け距離
Ａ_ｂ＝１３９．７ アーバー高さ
ｈ＝１０１．６ ツール高さ
ＢＮ＝１７ 切削ツール上のブレード群の数
Ｒ_ａ＝３．５８３３５ 転造比
ホブ切りまたは割出し定数Ｒ_ｃは被加工物上の歯数で割った切削ツール上のブレード群の数の比で定義される。従って、

付加的な機械定数（図１２を参照）は、

【００５０】
図１５の機械軸線の動作図を見れば、上述の正面ホブ切りしたピニオンの創成時にＺおよびＹ軸線の各々に沿う約２０ｍｍの動き、およびＸ軸線に沿う約３０ｍｍの動きのあることが示されている。また、枢動軸線Ｆのまわりの回転は約０．５゜であったことも示されている。いずれの軸線に関して屈曲点または反転点がないことが図に示されている。
【００５１】
伝統的に被加工物は基部に対して枢動される。ツール用スピンドルおよび被加工物用スピンドルの両方を支持するために一つのコラムを使用することの導入は、ツール用スピンドルがコラムに対して枢動できるようにする。しかしながら或る適用例については、被加工物用スピンドルを単独で、またはツール用スピンドルの枢動と連合させて枢動させることも可能となる。
【００５２】
本発明は切削機械に関して説明され、図示されたが、本発明はかさ歯車の切削機械を等しく包含するように理解されることも理解されねばならない。
【００５３】
本発明は好ましい実施例を引用して説明したが、本発明はこの特定例に制限されないことが理解されねばならない。本発明は主題が関係する分野の当業者に明白となるであろう改良を含めることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ツールおよび被加工物が係合解除された本発明の歯車製造機械の第一の実施例の斜視図である。
【図２】
ピニオンに係合する切削ツールを示す本発明の歯車製造機械の第一の実施例の斜視図である。
【図３】
図２の歯車製造機械の頂面図である。
【図４】
リング歯車に係合する切削ツールを示す本発明の歯車製造機械の第一の実施例の斜視図である。
【図５】
図４の歯車製造機械の頂面図である。
【図６】
カッターが傾斜された従来の機械的なクレードル形式のかさ歯車創成機械を示す。
【図７】
従来の機械的なクレードル形式のかさ歯車創成機械の模式的頂面図である。
【図８】
従来の機械的なクレードル形式のかさ歯車創成機械の模式的な前面図である。
【図９】
図８のツールの側面図である。
【図１０】
本発明の第一の実施例の切削ツールおよび被加工物の模式的な頂面図である。
【図１１】
図１０の切削ツール軸線に沿う図面である。
【図１２】
本発明の第一の実施例の切削ツールの基準面上に基点を置く座標系で参照される枢動軸線Ｆを示す。
【図１３】
図１２の座標系および本発明の第一の実施例の座標系を示す。
【図１４】
本発明の第一の実施例における切削ツールの座標系Ｘ_Ｃ−Ｚ_Ｃおよび本発明の機械の座標系Ｘ−Ｚを示す。
【図１５】
図１〜図３に示された機械実施例におけるピニオン切削のための機械の軸線運動図である。
【図１６】
被加工物用スピンドルと組合わされた枢動軸線の配置を示す。
【図１７】
機械コラムの代替形態を例示する。
【図１８】
ツール用スピンドルと組合わされた垂直方向の機械運動を示す。
【図１９】
ツールおよび被加工物の両方を含む枢動機構を示す頂面図である。
【図２０】
被加工物用スピンドルの移動のための垂直ガイドの内部に配置された水平ガイドを示す。

Claims (14)

1. コラムと、
   前記コラムに移動可能に取付けられた被加工物用スピンドルと、
   前記コラムに移動可能に取付けられたツール用スピンドルとを含み、
   前記被加工物用スピンドルおよび前記ツール用スピンドルが異なる三方向までの方向において互いに対して並進移動可能であり、
   前記被加工物用スピンドルおよび前記ツール用スピンドルが少なくとも一方の垂直な枢動軸線のまわりで互いに対して角度移動可能であるかさ歯車およびハイポイド歯車の製造機械。
2. 前記三方向が相互に直角である請求項１に記載された機械。
3. 前記被加工物用スピンドルおよび前記ツール用スピンドルの一方のみが前記コラムに対して角度移動可能である請求項１に記載された機械。
4. 前記ツール用スピンドルが前記異なる三方向のうちの第一の方向へ直線的に移動し、前記被加工物用スピンドルが前記異なる三方向のうちの第二の方向および第三の方向へ直線的に移動する請求項１に記載された機械。
5. 前記ツール用スピンドルが前記少なくとも一つの垂直な枢動軸線のまわりで角度移動できるように少なくとも二つの軸受で支持されており、一方の軸受は前記ツール用スピンドルの上方に配置され、他方の軸受は前記ツール用スピンドルの下方に配置されている請求項１に記載された機械。
6. 前記ツール用スピンドルは一つのツール用スピンドル軸線を有し、前記少なくとも一つの垂直な枢動軸線は前記ツール用スピンドル軸線と前記コラムとの間に定められた領域内に位置されている請求項５に記載された機械。
7. 前記少なくとも一つの垂直な枢動軸線が前記ツール用スピンドルに取付けられたツールの基準面よりも後方の領域内に位置されている請求項６に記載された機械。
8. コラムと、前記コラムに移動可能に取付けられた被加工物用スピンドルと、前記コラムに移動可能に取付けられたツール用スピンドルとを含む機械上でかさ歯車およびハイポイド歯車を機械加工する方法であって、
   前記ツール用スピンドル上にツールを取付け、
   前記被加工物用スピンドル上に被加工物を取付け、
   ツール軸線のまわりに前記ツールを回転させ、
   被加工物軸線のまわりに前記被加工物を回転させ、
   前記被加工物用スピンドルおよび前記ツール用スピンドルの一方を前記コラムに対して垂直方向へ移動し、
   前記被加工物用スピンドルおよび前記ツール用スピンドルの一方を前記コラムに対して第一の水平方向へ移動し、
   前記被加工物用スピンドルおよび前記ツール用スピンドルの一方を前記コラムに対して第二の水平方向へ移動し、
   前記被加工物用スピンドルおよび前記ツール用スピンドルの少なくとも一方を少なくとも一つの垂直な枢動軸線のまわりに枢動させ、そして
   前記被加工物に歯溝を機械加工するために前記ツールを前記被加工物に係合させることを含む方法。
9. 前記少なくとも一つの垂直な枢動軸線のまわりに前記ツール用スピンドルが枢動し、前記少なくとも一つの垂直な枢動軸線は前記ツール軸線と前記コラムとの間に位置する請求項８に記載された方法。
10. 前記ツールと前記被加工物との係合は、前記被加工物から前記ツールを係合解除せずに前記被加工物に全ての歯溝を機械加工することを含む請求項８に記載された方法。
11. コラムと、
    輪ピースと、
    ツール用スピンドルと、
    直線的な第一、第二および第三の方向に沿って相対的に並進移動させることができるように前記被加工物および前記ツール用スピンドルを前記コラム上に移動可能に支持する手段と、
    相対的に角度移動させることができるように前記被加工物用スピンドルおよび前記ツール用スピンドルの少なくとも一方を枢動可能に支持する手段とを含むかさ歯車およびハイポイド歯車の製造機械。
12. 前記コラムが第一および第二の実質的に垂直な表面部分を有する静止モノリシック・コラムであるである請求項１１に記載された機械。
13. 前記被加工物用スピンドルおよび前記ツール用スピンドルを移動可能に支持する前記手段が、垂直方向および第一の水平方向に沿って移動させることができるように前記被加工物用スピンドルを前記第一の実質的に垂直な表面部分上に移動可能に支持する手段と、第二の水平方向へ移動させることができるように前記ツール用スピンドルを前記第二の実質的に垂直な表面部分上に移動可能に支持する手段とを含む請求項１２に記載された機械。
14. 前記被加工物用スピンドルおよび前記ツール用スピンドルの少なくとも一方を枢動可能に支持する前記手段が、垂直な枢動軸線のまわりに前記ツール用スピンドルを移動できるようにさせるために、前記ツール用スピンドルに連結されたピボットを含む請求項１３に記載された機械。

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