JP2008529810A - 傘歯車の硬化前機械加工を行うための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、輪状被加工材Ｋ２に歯切り加工を施すためのＣＮＣ機械加工ステーション６０を備えた、傘歯車の硬化前機械加工を行うための装置５０に関するものである。機械加工ステーション６０は、歯切り工具６２を受け入れるのに用いられる工具スピンドル６１と、輪状被加工材Ｋ２を受け入れるのに用いられる被加工材ピンドル３３、６３とを備えている。機械加工ステーション６０はまた、鉛直方向に動作する機械加工ステーションに関連している。装置５０は、工具支持具７３を備えた上下方向処理ステーション７０と、被加工材Ｋ１を受け入れるのに用いられる被加工材スピンドル７２とを備えている。機械加工ステーション６０は、前機械加工ステーション４０、７０と協働して機械的な機能ユニットを形成している。被加工材Ｋ１には、前機械加工ステーション７０において、硬化前機械加工が施される。

Description

本発明は、傘歯車（bevel gear）の硬化前機械加工（green machining）を行うための装置に関するものであり、とくには乾式の機械加工（dry machining）を行うように構成された装置に関するものである。本発明はまた、上記装置に対応する方法に関するものでもある。

傘歯車及びこれに類似する歯車を製造するのに用いられる工作機械（machine tool）は種々非常に多く存在する。そして、近年、これらの製造の自動化が求められている。このような自動化は、原時点では限られた方法で実現されているだけであるが、１つの解決策は、同一の工作機械において多数の製造工程が実施できるように構成された機械加工センターを設けるといった手法である。このような工作機械は、非常に複雑かつ高価であるだけでなく、装備の準備に比較的大きな労力（ないしは装備時間）を必要とする。他方、このような工作機械は融通性が高いという点では進歩しているものの、どちらかといえば、歯車の個別的な製造又は極めて少数の製造に適したものである。

特許文献１は、被加工材（ワークピース）を回転させてホブ加工（hobbing）を行うように構成されたコンパクトな工作機械を開示している。この工作機械では、被加工材を再チャックしたり（rechuck）移送したりする必要がない。換言すれば、被加工材はチャックの後にメインスピンドルに着座させられ、種々の工具を用いて機械加工が施される。しかしながら、この工作機械には、次のような問題がある。すなわち、種々の構成要素の形態ないしは事情により、乾式の機械加工を実施することを意図した構成とはなっていないといった問題がある。なぜなら、乾式の機械加工の実施時における高温の切りくず（chip）の除去にとくに重大な問題が生じるからである。さらに、被加工材に関連するツールを有する２つの搬送部の横方向の形態により、移動距離が制約される。特許文献１に開示された工作機械は、傘歯車、環状歯車（リングギヤ）等の機械加工を行うことはできず、どちらかといえば平歯車の機械加工を行うことが想定されているものである。

特許文献２は、さらにもう１つのこの種の工作機械を開示している。この工作機械においては、２つの工程が順次実施され、被加工材を再チャックする必要はない。この工作機械で実施される第１の工程では、ホブ加工用の切削具（カッター）を用いて平歯車の粗加工（荒削り）が行われ、被加工材に大まかな輪郭及び表面が形成される。この後続いて、精密加工が行われ、被加工材は第１の工程におけるチャックを維持したまま加工される。
欧州特許第０８３２７１６号明細書 独国特許公開第１９９１８２８９号明細書

この工作機械は、被加工材を再チャックすることなく複数の工程で被加工材に機械加工を施すことができるが、次のような問題がある。すなわち、工作機械の設計及び実装において、多数の異なるパラメータを考慮しなければならないといった問題がある。以下の具体例から明らかなとおり、大きく異なる複数の目的を達成するためには、各目的の間に常に妥協を必要とする。粗加工及び精密加工は、いずれも、最初に引用した特許文献に開示された工作機械で実施される。粗加工（荒削り）においては、高い金属除去性能でもって、被加工材料から材料の一部が除去される。これに対して、精密加工においては、非常に低速で高精度の加工が行われる。その結果、被加工材のチャックに関して、互いに排他的な異なる要求が生じることになる。しかしながら、個々の工具の形式及び形態並びにこれらの起動は、大きく変化する。上記工程の一部又は全部を乾式機械加工で実施しようとした場合、個々の軸及び工具の形態に関してさらなる制約が生じる結果となる。なぜなら、乾式機械加工では、高温の切りくずを除去しなければならないといった特別な要求があるからである。

本発明は、品質の低下を招くことなく、一方では傘歯車の製造を簡素化し、他方では製造を高速化するといったことを目的に基づいてなされたものである。

本発明のさらにもう１つの目的は、乾式の機械加工を行うように構成された、互いに対応する装置と方法とを提供することである。

上記の目的は、本発明によれば、請求項１に係る特徴と請求項１４に係る特徴とによって達成される。さらに有利な実施態様は、これらの請求項に従属する請求項によって生じる。

本発明に係る方法は、とくに、硬化処理（焼き入れ）を行う前に、すなわち硬化前の状態（green state）において、歯面（tooth flank）の形成加工を行うように構成されている。用いられる工具は、状況に応じて選択される。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の典型的な実施の形態をより詳細に説明する。

本明細書においては、本願に関連する刊行物及び特許文献でも用いられている用語が用いられている。しかしながら、これらの用語を使用しているのは、単に本発明の理解を容易にするためであるということに注目すべきである。本発明に係る独創的な技術思想及び本願の特許請求の範囲の保護範囲は、これらの用語をとくに用いていることにより、その範囲を限定するものと解釈すべきではない。本発明は、その他の用語を用いたシステム及び／又は専門分野に対しても特別な措置を講じることなく適用することができる。したがって、これらの用語は、他の専門分野にも適用されるものである。

本発明は、傘歯車の機械加工に関するものである。本明細書における定義によれば、この傘歯車との語は、環歯車（リングギヤ）及び傘小歯車（bevel pinion）を含むものである。また、この語は、軸のずれ（axial offset）がない傘歯車と、軸のずれがある傘歯車、すなわちいわゆるハイポイドホイール（hypoid wheel）も含むものである。

図１は、傘歯車の典型的な製造方法の手順１０を模式的に示す図である。本発明は、図１に示す態様で用いるのが有利である。図１は、環歯車又は傘小歯車の機械加工の一例を示している。この手順は、未加工の被加工材（workpiece blank）の準備で始まり（ステップ１０１）、この後、図示された例では、以下の硬化前機械加工（green machining）のステップ（工程）が実施される。例えば、旋削加工（turning）により、（中央の）穴が形成される（ステップ１０２）。この後、被加工材は、さらなる機械加工を行うために旋削加工が施される（ステップ１０３）。旋削加工（turning around）の後、続いて新たな旋盤機械加工が施される（ステップ１０４）。これらのステップは、任意であり、本発明においては、プレフォーム製作（preform production）又は前機械加工（pre-machining）と呼ばれている。プレフォーム製作の範囲内で、その他のステップ又は代替的なステップを実施してもよい。プレフォーム製作が終了すると、被加工材は輪状被加工材（wheel blank）と呼ばれるものになる。ステップ１０２又はステップ１０２〜１０４は、いわゆる前機械加工ステーション４０又は７０で実施することができる。

これに続いて、いわゆる歯切り加工（gear cutting）が実施される。本発明によれば、好ましくは、（乾式の）傘歯車用カッターを用いて輪状被加工材に歯が形成される（ステップ１０５）。これに続いて、任意のステップであるバリ取りないしは面取り（deburring）のためのステップが実施される（ステップ１０６）。ステップ１０５又はステップ１０５〜１０６は、本発明に係るいわゆる機械加工ステーション３０又は６０で実施される。さらなる機械加工ステーションも用いることができる。

典型的には、これに続いて、輪状被加工材を硬化させるための熱処理と（ステップ１０７）、後機械加工（post machining）又は精密機械加工（fine machining）とが実施される（ステップ１０８）。これにより、傘歯車が仕上がる。

以下、典型的な２つの実施の形態を用いて、上記手法の個々のステップをのより詳細な説明に基づいて、本発明をより詳しく説明する。個々の実施の形態の詳細は互いに交換することができ、また互いに組み合わせることができる。

傘歯車の硬化前機械加工（green machining）を行うための本発明に係る方法は、以下のステップを含んでいる。関連する参照番号は、図２及び図３に記載されたものである。まず、未加工の被加工材Ｋ１（workpiece blank）が、前機械加工ステーション４０、７０（pre-machining station）の第１の被加工材スピンドル４２、７２にチャック（把持）される。そして、１つ又は複数の工具４３、７３．１〜７３．５（tool）を用いて、未加工の被加工材Ｋ１に第１の硬化前機械加工が施される。工具４３又は工具７３．１〜７３．５は、前機械加工ステーション４０、７０の第１の工具スピンドル４１、７１にチャックされている。この第１の硬化前機械加工は、穴あけ加工（drilling）、旋削加工（turning）、フライス削り加工（milling）等のうちの１つ又は複数の加工を行う機械加工ステップ（工程）を含んでいる。この第１の硬化前機械加工の目標は、未加工の被加工材Ｋ１から輪状被加工材Ｋ２（wheel blank）を製作することである。

この後、前機械加工ステーション４０、７０から機械加工ステーション３０、６０への輪状被加工材Ｋ２の自動的な移送が行われる。輪状被加工材Ｋ２は、第１の被加工材スピンドル４２、７２（workpiece spindle）から、機械加工ステーション３０、６０の一部を構成する第２の被加工材スピンドル３３、６３（workpiece spindle）に移送される。この移送は、後で図３を参照しつつ説明するように、機械加工ステーション３０、６０及び／又は前機械加工ステーション４０、７０と一体形成された手段によって実施することができる。しかしながら、後で図２を参照しつつ説明するように、外部に設けられた手段を用いて上記移送を行ってもよい。

歯切り加工（gear cutting）は機械加工ステーション３０、６０で行われる。この歯切り加工は、以下のような手順で行われる。すなわち、機械加工ステーション３０、６０の第２の工具スピンドル３１、６１にチャックされた工具３２、６２を用いて、輪状被加工材Ｋ２に第２の硬化前機械加工が施される。この第２の硬化前機械加工の目標は、輪状被加工材Ｋ２に歯を形成することである。この第２の硬化前機械加工は、切削ヘッド３２、６２（cutting head）を用いて輪状被加工材Ｋ２に傘歯車の歯を形成する（乾式の）フライス削り加工工程を含んでいるのが好ましい。

前記の手法でこれらのステップを実施することを可能にするために、機械加工ステーション３０、６０及び前機械加工ステーション４０、７０は、鉛直方向（上下方向）に動作するステーションとして構成されている。機械加工ステーション３０、６０は、前機械加工ステーション４０、７０とともに機械的な機能的ユニット（mechanical functional unit）を形成している。

すべての機械加工ステップは、好ましく乾式で実施することができる。この場合、装置２０、５０は、諸般の状況に応じて構成され（designed）、装備され（implemented）なければならない。

図２に、本発明に係る第１の装置２０を示す。この装置２０は、とくに傘歯車の硬化前機械加工に用いるように構成されたものであり、ＣＮＣ制御により輪状被加工材Ｋ２に歯を形成するための機械加工ステーション３０を備えている。機械加工ステーション３０は、乾式のホブ切削工具（dry hobbing cutter）などの歯切り工具３２を受け入れるための工具スピンドル３１と、輪状被加工材Ｋ２を受け入れるための被加工材スピンドル３３とを有している。

本発明によれば、機械加工ステーション３０は、鉛直方向に動作する機械加工ステーション（vertically operating machining station）であり、歯切り加工を行っているときには、輪状被加工材Ｋ２を伴った被加工材スピンドル３３は歯切り工具３２を伴った工具スピンドル３１の下方に配置され、又は、輪状被加工材Ｋ２を伴った被加工材スピンドル３３は歯切り工具３２を伴った工具スピンドル３１の上方に配置される。本発明によれば、装置２０はさらに、被加工材Ｋ１を受け入れるための被加工材スピンドル４２を有するとともに工具ホルダ４１を有する、鉛直方向に動作する少なくとも１つの前機械加工ステーション４０を備えている。

本発明によれば、機械加工ステーション３０は、前機械加工ステーション４０とともに機械的な機能的ユニットを形成している。ここで、被加工材Ｋ１には、前機械加工ステーション４０で第１の硬化前機械加工が施され、この第１の硬化前機械加工の終了後、被加工材Ｋ１は輪状被加工材Ｋ２として機械加工ステーション３０に移送され、ここで輪状被加工材Ｋ２に対して歯切り加工が施される。図２に示すように、機械加工ステーション３０はＣＮＣ制御器３４を有している。機械加工ステーション３０と前機械加工ステーション４０とは、図２中に矢印３４．１で示すように、制御技術手段（control technology）により互いにリンクされている（linked）。このリンク（linkage）は、バス又はケーブルで接続することにより実施することができる。他のタイプのインターフェース、例えば無線接続などを用いて、ＣＮＣ制御器３４を前機械加工ステーション４０とリンクさせるといったことも考えられる。

以下、図２を参照しつつ、装置２０をさらに詳しく説明する。前機械加工ステーション４０は主回転軸Ａ１を有している。両矢印４５．１で示すように、被加工材スピンドル４２は、この主回転軸Ａ１のまわりで回転することができる。また、矢印４５．２、矢印４５．３及び矢印４５．４で示すように、被加工材スピンドル４２は搬送部４２．１（carriage）に搭載され、種々の方向に移動することができる。さらに、その長手方向の軸のまわりに工具４３を回転させることが必要であれば、工具スピンドル４１を回転軸のまわりに回転させるようにしてもよい。図２中に示す実施の形態では、工具スピンドル４１は搬送部４１．１に搭載され、工具４３とともに、軸４４．２と平行に移動することができるようになっている。軸４４．２に沿った移動性は絶対的に必要なものではない。なぜなら、工具４３は、軸４５．２と平行な被加工材スピンドル４２を工具４３の方向に移動させることにより、被加工材Ｋ１と係合させることができるからである。

機械加工ステーション３０は主回転軸Ａ２を有している。両矢印３５．１で示すように、工具スピンドル３１は、この主回転軸Ａ２のまわりで回転することができる。また、矢印３５．２、矢印３５．３及び矢印３５．４で示すように、工具スピンドル３１は搬送部３１．１（carriage）に搭載され、種々の方向に移動することができる。さらに、被加工材スピンドル３３は、回転軸Ｂ２（rotation axis）と旋回軸Ｂ３（pivot axis）とを有している。両矢印３６．１で示すように、被加工材スピンドル３３は、回転軸Ｂ２のまわりで回転することができる。さらに、被加工材スピンドル３３は、旋回軸Ｂ３のまわりで旋回（ピボット回転）することができる。図２に示す例では、被加工材スピンドル３３は、角度Ｗだけ、輪状被加工材Ｋ２とともに反時計方向に旋回している。

図２に示す複数の軸の配置形態は、これらの軸の可能な配置形態を示しているだけである。２つの機械加工ステーション３０、４０の各軸は、他の形態で装備ないしは配置してもよい。例えば、被加工材スピンドル３３を、軸３５．３と平行に移動することができるように装備ないしは配置してもよい。この場合、搬送部３１．１は、この方向に移動することができるようにする必要はない。前機械加工ステーション４０及び機械加工ステーション３０のいずれにおいても、全部で６つの軸を備えていれば十分である。

図２に示す実施の形態では、被加工材スピンドル３３は輪状被加工材Ｋ２と平行に移動することはない。軸３５．２と平行な移動性は、絶対的に必要なものではない。なぜなら、工具３２は、軸３５．２に平行な工具スピンドル３１を輪状被加工材Ｋ２の方向に移動させることにより進めることができるからである。しかしながら、被加工材スピンドル３３も搬送部に装備ないしは配置して、より多くの自由度をもたせるようにしてもよい。

種々の軸は数値制御される軸である。かくして、個々の移動は、ＣＮＣ制御器３４によって数値制御される。制御器３４は、好ましく、すべての軸を数値制御するように構成されている。一連の個々の移動は調整された態様で起こるということが重要である。この調整はＣＮＣ制御器３４によって行われる。

本発明に係る装置は、特別な仕様のものであり、個々の機械加工ステーション３０、４０を上下方向に配設するといった他の既知の仕様のものに対して卓越している。さらに、数値制御される種々の軸の位置は、被加工材Ｋ１、Ｋ２の機械加工を行うための移動距離（movement clearance）が可能な限り大きくなるように設定されている。個々の軸は、以下で説明するような形態にするのがとくに好ましい。

（前機械加工ステーション４０）
軸Ａ１が工具４３の長手方向の軸と平行に伸び、２つの軸は、方向４５．４に平行な相対移動を行うことにより互いにオフセットする（ずれる）ことができるようになっている。かくして、例えば、フライス削り加工切削具（milling cutter）又は旋削ノミ４３（turning chisel）を用いて被加工材Ｋ１に中央穴４６が形成される。搬送部４１．１を備えた工具スピンドル４１は、搬送部４２．１を備えた被加工材スピンドル４２の下方に配置されている。そして、両者の相互の相対的な距離は、軸４５．２と平行な相対移動を実施することにより変化させることができる。図２に示す例では、上記の相対的な距離の変化は、搬送部４２．１を軸４５．２と平行に移動させることにより、及び／又は、搬送部４１．１を軸４４．２と平行に移動させることにより行うことができる。好ましく、工具４３の長手方向の軸及び軸Ａ１は、深さ方向（図２の紙面と垂直な方向）に互いにオフセットしている（ずれている）。このため、搬送部４２．１は軸４５．３と平行に移動することができる。

（機械加工ステーション３０）
軸Ａ２は、軸Ｂ２と平行に伸びている（Ｗが０°の場合）。しかし、被加工材スピンドル３３を旋回させることにより、軸Ａ２と軸Ｂ２との間の角度を、好ましくは０°と±９０°との間の範囲で、所望の角度Ｗに設定してもよい。図２に示す実施の形態では、搬送部３１．１を含む工具スピンドル３１は、被加工材スピンドル３３の上方に配置されている。両スピンドルの相互の相対的な距離は、両者を軸３５．２と平行に相対的に移動させることにより変えることができる。図２に示す例では、このような相対的な距離の変化は、搬送部３１．１を軸３５．２と平行に移動させることにより実施することができる。好ましく、２つの軸Ａ２、Ｂ２は、互いに横方向に（図２の紙面上において）移動させることができる。このため、搬送部３１．１は、軸３５．４と平行に移動することができる。好ましく、２つの軸Ａ２、Ｂ２も、深さ方向（図２の紙面と垂直な方向）に互いに移動することができる。このため、搬送部３１．１は、軸３５．３と平行に移動することができる。

本発明の１つの実施の形態によれば、輪状被加工材Ｋ２を受け入れるための被加工材スピンドル３３は、輪状被加工材Ｋ２をチャックすることができる締め付け手段（clamping means）又は把持手段（gripping means）を有している。実施の形態においては、締め付け手段又は把持手段が輪状被加工材Ｋ２を自動的にチャックするように構成されているのがとくに好ましい。

この装置２０は、前機械加工ステーション４０から機械加工ステーション３０へ輪状被加工材Ｋ２を移送する材料供給装置を備えていてもよい。この材料供給装置は、例えば、輪状被加工材Ｋ２を前機械加工ステーション４０に受け入れて機械加工ステーション３０に移送する水平コンベアを備えている。好ましくは、このような材料供給装置は、完全な自動動作を行うように構成されている。これにより、被加工材スピンドル４２は、例えば、締め付け手段又は把持手段の顎部（jaws）を開くことにより輪状被加工材Ｋ２を解放し、輪状被加工材Ｋ２は水平コンベアの輸送経路（conveyer line）に沿って水平方向に移動させられる。被加工材スピンドル３３の締め付け手段又は把持手段は、機械加工ステーション３０の領域内で輪状被加工材Ｋ２を把持する（grip）。

前機械加工ステーション４０の工具保持具４１（tool retainer）は、好ましく、第２に実施の形態（図３参照）に関して説明するような、複数の工具を受け入れることができる回転ヘッド（revolver head）を備えていてもよい。この実施の形態においては、回転ヘッドに装着された少なくとも１つの工具を個別に駆動することができるようになっているのがとくに好ましい。

前機械加工ステーション４０は、旋削加工、スライス削り加工、穴開け加工（boring）等を行うのに用いられる。前機械加工ステーション４０はまた、被加工材Ｋ１を反転させる（turn over）ための手段を有していてもよい。

図３に、本発明の第２の実施の形態を示す。この装置５０は、とくに傘歯車の硬化前機械加工に用いるように構成されたものであり、輪状被加工材Ｋ２に歯切り加工を施すためのＣＮＣ制御が行われる機械加工ステーション６０を備えている。機械加工ステーション６０は、歯切り工具６２を受け入れるための工具スピンドル６１と、輪状被加工材Ｋ２を受け入れるための被加工材スピンドル６３とを有している。

本発明によれば、機械加工ステーション６０は、鉛直方向（上下方向）に動作する機械加工ステーションであり、歯切り加工を行っているときには、輪状被加工材Ｋ２を伴った被加工材スピンドル６３は歯切り工具６２を伴った工具スピンドル６１の下方に配置される。しかしながら、歯切り工具６２を伴った工具スピンドル６１は、輪状被加工材Ｋ２を伴った被加工材スピンドル６３の下方に配置されてもよい。本発明によれば、装置５０はさらに、さらに、被加工材Ｋ１を受け入れるための被加工材スピンドル７２を有するとともに工具保持具７１を有する、鉛直方向に動作する少なくとも１つの前機械加工ステーション７０を備えている。

本発明によれば、機械加工ステーション６０は、前機械加工ステーション７０とともに機械的な機能的ユニットを形成している。ここで、被加工材Ｋ１には、前機械加工ステーション７０で第１の硬化前機械加工が施され、この第１の硬化前機械加工の終了後、被加工材Ｋ１は輪状被加工材Ｋ２として機械加工ステーション６０に移送され、ここで輪状被加工材Ｋ２に歯切り加工が施される。図３に示すように、機械加工ステーション６０はＣＮＣ制御器６４を有している。機械加工ステーション６０と前機械加工ステーション７０とは、図３中に矢印６４．１で示すように、制御技術手段により互いにリンクされている。このリンクは、図２について説明したリンクと同一又は類似の手法により実施することができる。

以下、図３を参照しつつ、装置５０をさらに詳しく説明する。前機械加工ステーション７０は主回転軸Ａ１を有している。被加工材スピンドル７２は、この主回転軸Ａ１のまわりで回転することができる。さらに、工具支持具７３（tool carrier）は、図３の紙面に垂直な方向に伸びる旋回軸Ｃ２を有している。両矢印７４．１で示すように、工具支持具７３は、旋回軸Ｃ２のまわりで回転することができる。図３中に示す実施の形態では、工具支持具７３は搬送部７１に搭載され、工具７３．１〜７３．５とともに、軸７５．１及び軸７５．２と平行に移動することができるようになっている。軸７５．１及び軸７５．２と平行な被加工材スピンドル７２の個別の移動性は絶対的に必要なものではない。しかし、代替的な実施の形態では、移動性を備えていてもよい（例えば、図２参照）。

以下、装置５０の特別な特徴ないしは構成をさらに説明する。これらの構成は、図２に示す装置２０で用いてもよい。

装置５０は、一体化された材料供給装置を有している。この材料供給装置は、前機械加工ステーション７０から機械加工ステーション６０に輪状被加工材Ｋ２を移送する。工具支持具７３は、参照番号１で示す領域に、特別な締め付け顎部又は把持顎部を有している。前機械加工ステーション７０において被加工材Ｋ１の機械加工が終了した後、この被加工材Ｋ１は機械加工ステーション６０に移送される。ここで、上記の機械加工が終了した被加工材Ｋ１は、輪状被加工材Ｋ２と呼ばれるものとなり、被加工材Ｋ１とは区別することができる。第１のステップでは、工具支持具７３は、搬送部７１によって、輪状被加工材Ｋ２に向かって軸７５．２と平行に移動させられる（すなわち、相対的な距離が短くなる）。この時点では、輪状被加工材Ｋ２は被加工材スピンドル７２にチャックされたままである。除去及び移送のために、輪状被加工材Ｋ２は、参照番号１で示す締め付け顎部又は把持顎部に受け入れられる。ここで、これらの締め付け顎部又は把持顎部は、輪状被加工材Ｋ２の（中央の）穴７６．１と係合する。この係合の前に、締め付け顎部又は把持顎部は、「３時の位置」（図３参照）から「１２時の位置」に移動させられる。締め付け顎部又は把持顎部が輪状被加工材Ｋ２を把持すると直ちに、輪状被加工材Ｋ２は被加工材スピンドル７２によって解放される。ここで、工具支持具７３は、図３に示すように、「１２時の位置」から「３時の位置」に（好ましくは、時計回り方向に）回転させられる。そして、搬送部７１は、必要である限り、被加工材スピンドル６３の方向に移動する。工具支持具７３のこの位置は、図３中では参照番号２で示す位置に模式的に示されている。

これに続くステップで、被加工材スピンドル６３は「９時の位置」に回転させられる。図３に示す実施の形態においては、被加工材スピンドル６３は軸７５．１と平行な方向の移動性は有していないが、搬送部７１が軸７５．１と平行に左右に移動することにより移送される。

ここで、被加工材スピンドル６３の締め付け顎部又は把持顎部は、輪状被加工材Ｋ２の（中央の）穴７６．２に後側から係合する。この移送位置においては、輪状被加工材はＫ２’で示され、被加工材スピンドルは６３’で示されている。被加工材スピンドル６３’の締め付け顎部又は把持顎部が閉じると直ちに、輪状被加工材Ｋ２’は工具スピンドル７３の締め付け顎部又は把持顎部１によって解放される。ここで、被加工材スピンドル６３は、移送位置から機械加工位置に戻るように回転させられることができる（例えば、角度（９０°−Ｗ）だけ）。そして、歯切り工具６２を用いて機械加工が開始される。

任意的に、装置５０は、被加工材Ｋ１を反転させる（turn over）ための手段を有していてもよい。これらの手段は、図３中に模式的に示され、参照番号３で示されている。図３の全体的な図示と抵触しないように、チャックされた被加工材Ｋ１を伴った手段３は、より小さい縮尺で示されている。両矢印は、被加工材Ｋ１が手段３によって反転させられることを示している。手段３は、被加工材Ｋ１が被加工材スピンドル７２とともに（相互に作用しあって）反転させられることが可能であるように位置決めされ（situated）、装備されている（executed）ということが重要である。

機械加工ステーション６０は、例えば、全部で６つの軸を有する次のような軸構成を備えていてもよい。すなわち、旋回軸（Ａ２）６５．３（pivot axis）と、２つの直線移動軸６５．１、６５．２（linear axis）と、被加工材旋回軸（Ｂ２）６５．５（pivot axis）と、旋回軸（Ｂ３）６５．６（swivel axis）と、直線移動軸６５．４（図３の紙面と垂直に伸びる）とを有していてもよい。全部で６つの軸を有するその他の適切な軸構成も存在することは明らかである。

図３に示す実施の形態においては、工具支持具７３は複数の工具ホルダ（tool holder）を有している。図３に示す例では、５つの工具ホルダに、工具７３．１〜７３．５が装着されている。工具支持具７３は、好ましく、少なくとも１つの工具ホルダが１つのスピンドルヘッド（spindle head）を有し、対応する工具を個別に駆動することができるように装備されている。工具７３．１は、例えば、その長手方向の軸のまわりに回転することができるドリル又はミリングヘッド（milling head）であってもよい。工具７３．２、７３．３は、例えば、それぞれ工具支持具７３の工具ホルダに永久的にチャックされたカッターヘッド（cutter head）又は旋削ノミ（turning chisel）であってもよい。工具７３．３、７３．５は面取りヘッド（deburring head）等であってもよい。

前記の両実施の形態は、フレームワーク（framework）の状況に応じて適当に修正し、又は変形することができる。

かくして、例えば、装置２０又は装置５０はまた、面取りないしはバリ取りを行うために用いてもよい。これには、２つの異なる手法が存在する。１つの手法では、面取りは、前機械加工の後、例えば図１中のステップ１０４の後に実施される。この場合、面取りは、前機械加工ステーション７０で行われる。

もう１つの手法では、面取りは、傘歯車のフライス削り加工の後、例えば図１中のステップ１０６の後に実施される。この場合、被加工材スピンドル６３は、軸Ｂ３のまわりに反時計方向に回転させられ、これにより輪状被加工材Ｋ２の機械加工を、工具支持具７３で面取り工具を用いて行うことが可能となる。この場合、面取り加工は、前機械加工ステーション７０と機械加工ステーション６０の相互作用により行われる。

装置は、機械加工ステーションがＣＮＣ制御器を有し、このＣＮＣ制御器は機械加工ステーションが前機械加工ステーションとは独立して動作し、又は前機械加工ステーションと協働して機能的ユニットとして動作するように構成されているのが、とくに好ましい。これは、機械加工ステーションが単独で動作することを可能にし、必要があれば前機械加工ステーション及び／又はさらなるステーションを追加することにより拡張することを可能にする。機械加工ステーションに配置され、又は、機械加工ステーションとともに動作するように構成されたＣＮＣ制御器が１つだけ存在するといった事実の利点は、前機械加工ステーションをより低コストで装備することができることである。このコストの低減は、第１には前機械加工ステーションがそれ自体のＣＮＣ制御器を必要としないということに起因する。さらには、２つのステーションのリンクが非常に単純であり、かつ、装置における個々の移動手順の調整が単純であることに起因する。

本発明においては、機械加工ステーションと前機械加工ステーションとが連携して動作することを可能にするために、前機械加工ステーションは、機械加工ステーションと機械的に接続可能であり、かつ、制御技術手段（control technology）により、アドオン接続手段（add-on connections）を用いて機械加工ステーションに接続可能である。制御技術接続（control technology connection）により、機械加工ステーションのＣＮＣ制御器が前機械加工ステーションの軸を数値制御し、個々の移動手順を調整することが可能となる。図３に示す一体化された材料供給装置により、又は水平コンベアを用いて前機械加工ステーションから機械加工ステーションへ正確に移送することは、２つのステーションを機械的に接続することにより可能となる。切りくず（chips）の収集装置Ｆ１、Ｆ２もまた、２つのステーションの機械的な接続により互いに結合させることができる。これにより、切りくずは、後側への問題を生じさせることなく、迅速に除去される。

前機械加工ステーションは、好ましく、ＣＮＣ制御器によって全面的に制御することができるそれ自体の駆動部を備えている。かくして、前機械加工ステーションと機械加工ステーションとを同期させて用いることができる。これは、前機械加工ステーションにおける被加工材Ｋ１の硬化前機械加工と、機械加工ステーションにおける輪状被加工材Ｋ２の歯切り加工とを少なくとも部分的に同期させることを可能にする。

機械加工ステーションが傘歯車を乾式のフライス削り加工で製作するようになっている実施の形態はとくに好ましい。

本発明によれば、傘歯車の歯の機械加工に用いられる工具は、高性能鋼（high-performance steel）、超硬合金（hard metal）、セラミック又は陶性合金（金属とセラミックの組み合わせ）でつくられ、それぞれ適当な超硬合金の被膜（coating）を有するものである。

本発明の１つの利点は、複数の被加工材（ワークピース）に対して常に工作機械（machine tool）で機械加工を施すことができることである。かくして、多かれ少なかれ、製造ライン（manufacturing line）を非常にコンパクトにすることができ、極めて小さい空間に装備することができる。しかしながら、特別な方策（special measure）により低価格で普及させることができる。

このようなコンパクトな製造ラインは、例えば前記の特許文献１に開示された従来技術に係る工作機械に比べて、より高い処理能力（throughput）を有する。

傘歯車の歯切り加工における種々の機械加工のステップの定型的な形態を模式的に示す図である。 本発明に係る、傘歯車の硬化前機械加工を行うのに用いるための第１の装置の模式的な図である。 本発明に係る、傘歯車の硬化前機械加工を行うのに用いるための第２の装置の模式的な図である。

符号の説明

Ｋ１ 被加工材（ワークピース）、Ｋ２ 輪状被加工材、３０ 機械加工ステーション、３２ 工具、３３ 第２の被加工材スピンドル、４０ 前機械加工ステーション、４１ 第１の工具スピンドル、４２ 被加工材スピンドル、６０ 機械加工ステーション、６２ 工具、６３ 第２の被加工材スピンドル、７０ 前機械加工ステーション、７１ 第１の工具スピンドル、７２ 被加工材ピンドル。

Claims (19)

1. ＣＮＣ制御により制御され輪状被加工材（Ｋ２）に歯切り加工を行う機械加工ステーション（３０、６０）を有する、傘歯車の硬化前機械加工に用いるための装置（２０、５０）であって、
   上記機械加工ステーション（３０、６０）は、歯切り工具（３２、６２）を受け入れるための工具スピンドル（３１、６１）と、上記輪状被加工材（Ｋ２）を受け入れるための輪状被加工材スピンドル（３３、６３）とを有し、
   上記機械加工ステーション（３０、６０）は、鉛直方向に動作する機械加工ステーションであって、歯切り加工を行うときに、輪状被加工材（Ｋ２）を伴った輪状被加工材スピンドル（３３、６３）を、歯切り工具（３２、６２）を伴った工具スピンドル（３１、６１）の下方又は上方に配置し、
   該装置（２０、５０）は、さらに、未加工の被加工材（Ｋ１）を受け入れるための被加工材スピンドル（４２、７２）と工具ホルダ（４１、７１）とを有し鉛直方向に動作する少なくとも１つの前機械加工ステーション（４０、７０）を有し、
   上記機械加工ステーション（３０、６０）は、上記前機械加工ステーション（４０、７０）とともに機械的な機能的ユニットを形成し、
   該装置（２０、５０）は、上記被加工材（Ｋ１）に上記前機械加工ステーション（４０、７０）で第１の硬化前機械加工を施し、上記第１の硬化前機械加工の後に上記被加工材（Ｋ１）を輪状被加工材（Ｋ２）として上記機械加工ステーション（３０、６０）に移送し、上記機械加工ステーション（３０、６０）で上記輪状被加工材（Ｋ２）に歯切り加工を施すようになっていて、
   上記機械加工ステーション（３０、６０）と上記前機械加工ステーション（４０、７０）とが、制御技術手段により互いにリンクされていることを特徴とする装置（２０、５０）。
2. 上記機械加工ステーション（３０、６０）は、ＣＮＣ制御器（３４、６４）を備えていて、上記前機械加工ステーション（４０、７０）とは独立して動作し、又は、上記前機械加工ステーション（４０、７０）とともに機能的ユニットとして動作することを特徴とする、請求項１に記載の装置（２０、５０）。
3. 上記機械加工ステーション（３０、６０）と上記前機械加工ステーション（４０、７０）とが個別の駆動部を備えていて、上記駆動部はすべて上記ＣＮＣ制御器（３４、６４）によって制御することができ、該制御により、未加工の被加工材（Ｋ１）の第１の硬化前機械加工と輪状被加工材（Ｋ２）の歯切り加工とを少なくとも部分的に同期させることができることを特徴とする、請求項２に記載の装置（２０、５０）。
4. 上記前機械加工ステーション（４０、７０）は、アドオン接続を用いて上記機械加工ステーション（３０、６０）に機械的に接続することができ、かつ、制御技術手段により上記機械加工ステーション（３０、６０）のＣＮＣ制御器（３４、５４）により上記第１の硬化前機械加工を制御することができるようになっていることを特徴とする、請求項２又は３に記載の装置（２０、５０）。
5. 該装置（２０、５０）は、上記前機械加工ステーション（４０、７０）から上記機械加工ステーション（３０、６０）への輪状被加工材（Ｋ２）の移送を自動的に行う材料供給装置を備えていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の装置（２０、５０）。
6. 鉛直方向に動作する上記前機械加工ステーション（４０、７０）において、上記工具ホルダ（４１、７１）は、上記被加工材（Ｋ１）を伴った被加工材スピンドル（４２、７２）の下方に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置（２０、５０）。
7. 上記前機械加工ステーション（４０、７０）の上記工具ホルダ（４１、７１）は、
   フライス削り工具（４３、７３．１）を備えた工具ホルダ（４１、７３）を有し、又は、回転ノミ（７３．２）を備えた回転ノミ（７３．２）のための容器を有していて、
   上記前機械加工ステーション（４０、７０）の上記被加工材スピンドル（４２、７２）に受け入れられた上記被加工材（Ｋ１）に機械加工を施すことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置（２０、５０）。
8. 上記前機械加工ステーション（７０）の上記工具ホルダは、回転可能なスピンドルヘッドを有する工具ホルダを有する工具支持具（７３）を備えていて、対応する工具（７３．１）を個別に駆動することができるようになっていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１つに記載の装置（５０）。
9. 上記機械加工ステーション（３０、６０）の下方及び上記前機械加工ステーション（４０、７０）の下方のそれぞれに、切りくずの収集装置（Ｆ１、Ｆ２）が設けられ、上記収集装置（Ｆ１、Ｆ２）のそれぞれにおいて上記切りくずが好ましく後方へ除去されるようになっていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載の装置（２０、５０）。
10. 上記機械加工ステーション（３０、６０）は傘歯車のフライス削り工具であり、好ましくはとくに乾式のフライス削り加工用に構成された工具であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１つに記載の装置（２０、５０）。
11. 好ましくは輪状被加工材（Ｋ２）の歯の面取りを行うように構成された後機械処理ステーションをさらに備えていることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
12. 上記工具ホルダ（４１、７１）が回転加工の後に面取り加工を行い、又はフライス削り加工の後に面取り加工を行う面取り工具を備えていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の装置（２０、５０）。
13. 上記前機械加工ステーション（４０、７０）及び上記機械加工ステーション（３０、６０）は、いずれも、それぞれ１つのＣＮＣ制御器（３４、６４）によって制御することができる６つの軸を有することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の装置（２０、５０）。
14. 傘歯車の硬化前機械加工を行うための方法であって、
    （ａ）未加工の被加工材（Ｋ１）を、前機械加工ステーション（４０、７０）の第１の被加工材スピンドル（４２、７２）にチャックさせるステップと、
    （ｂ）上記前機械加工ステーション（４０、７０）の第１の工具スピンドル（４１、７３）にチャックされた工具（４３、７３．１〜７３．５）を用いて上記被加工材（Ｋ１）に第１の硬化前機械加工を施して、上記被加工材（Ｋ１）から輪状被加工材（Ｋ２）を生成するステップと、
    （ｃ）上記前機械加工ステーション（４０、７０）から機械加工ステーション（３０、６０）へ上記輪状被加工材（Ｋ２）を自動的に移送し、上記輪状被加工材（Ｋ２）を上記第１の被加工材スピンドル（４２、７２）から上記機械加工ステーション（３０、６０）の第２の被加工材スピンドル（３３、６３）に移送するステップと、
    （ｄ）上記機械加工ステーション（３０、６０）の第２の工具スピンドル（３１、６１）にチャックされた工具（３２、６２）を用いて輪状被加工材（Ｋ２）に第２の硬化前機械加工を施し、上記輪状被加工材（Ｋ２）に歯を生成するステップとを有し、
    上記機械加工ステーション（３０、６０）及び上記前機械加工ステーション（４０、７０）を、鉛直方向に動作するステーションとして構成し、上記機械加工ステーション（３０、６０）を上記前機械加工ステーション（４０、７０）とで機械的な機能的ユニットを形成させるようにしたことを特徴とする方法。
15. 上記機械加工ステーション（３０、６０）と上記前機械加工ステーション（４０、７０）とを、好ましくはバス（３４．１、６４．１）を介して、制御技術手段により互いにリンクさせることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 上記被加工材（Ｋ１）の第１の硬化前機械加工を行っているときに、該加工と少なくとも部分的に同期させて、輪状被加工材（Ｋ２）に第２の硬化前機械加工を施すことを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の方法。
17. 上記前機械加工ステーション（７０）から上記機械加工ステーション（６０）へ上記輪状被加工材（Ｋ２）を自動的に移送するときに、該装置に一体形成された材料供給装置を用い、
    上記第１の工具支持具（７３）に設けられた締め付け手段又は把持手段（１）により、輪状被加工材（Ｋ２）を受け入れるステップと、
    上記第１の工具支持具（７３）を、輪状被加工材（Ｋ２）とともに軸（Ｃ２）のまわりに回転させるステップと、
    上記第１の工具支持具（７３）に設けられた上記締め付け手段又は把持手段（１）から、上記第２の被加工材スピンドル（６３）に設けられた締め付け手段又は把持手段へ、上記輪状被加工材（Ｋ２）を移送するステップと、
    上記第２の被加工材スピンドル（６３）を、上記輪状被加工材（Ｋ２）とともに軸のまわりに回転させ、上記ステップｄ）を実施する前に、上記輪状被加工材（Ｋ２）を機械加工位置に配置するステップとを含むことを特徴とする、請求項１４〜１６のいずれか１つに記載の方法。
18. 上記第２の硬化前機械加工は、切削ヘッド（３２、６２）を用いるフライス削り加工、好ましくは乾式のフライス削り加工を含むことを特徴とする、請求項１４〜１７のいずれか１つに記載の方法。
19. 上記輪状被加工材（Ｋ２）を自動的に移送するときに、ＣＮＣ制御器（３４、６４）により、上記輪状被加工材（Ｋ２）を４つの軸（６５．６、７４．１、７５．１、７５．２）に沿って又は該軸のまわりに移動させることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。

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