JP2013505844A - 歯車の面取りおよび（または）バリ取りをする装置 - Google Patents

Abstract

歯切り盤あるいは歯車研削盤のような歯車加工機械（４）であって、同じ機械に面取りおよび（または）バリ取り装置（２）および補助スピンドル（１０）が含まれている機械である。移送機構（８）が機械加工スピンドル（６）と補助スピンドル（１０）の間で工作物を装入、取り出し、および移送し、それによって切削、面取りおよび（または）バリ取り工程を同時に実行することができる。別の歯車が機械加工スピンドルにおいて加工されている間に、補助スピンドルを介して、完成した工作物が機械から取り外され、未加工の工作物が当該機械中へ装入され、それによって当該機械の生産能力を高め、より効率的な作業を創出することができる。

Description

本発明は歯車およびその他の歯付き製品の製造に関する。特に、本発明は歯車、特に傘歯車の面取りおよび（または）バリ取りに向けられたものである。

例えば傘歯車や、特に曲がり歯傘歯車やハイポイド歯車のような歯車およびその他の歯付き製品の切削において、切削工具が歯の溝から出て行くところである歯車の端部においてバリができることが一般的である。バリは曲がり歯傘リングギア（ｓｐｒｉｒａｌ ｂｅｖｅｌ ｒｉｎｇ ｇｅａｒｓ）やピニオンのくぼんだ歯の逃げ面（ｆｌａｎｋｓ）の端部において特に見受けられる。歯車のどの位置にあろうとも、バリは安全性および性能上の障害となるので、取り除く必要がある。

また、歯車の歯の先端および歯元端を含む歯の一方端あるいは両端に面取りをすることが望ましい。切削後、通常歯の側面、先端および歯元端と歯の前面および／または後面との交差部に鋭利な角が存在し、その鋭利な角を除去すれば歯車の取り扱いをより安全にし、かつ熱処理後に許容しえない高硬度の部分ができる可能性を排除する。

面取りは実際の切削工程については諸々の時間に諸々の場所で実施することができる。当該技術分野においては、個々の面取り機械が知られている。切削機械の工作スピンドルに歯車が配置されたままである間に回転工具を使用して歯車の面取りおよび（または）バリ取りを行なうことが例えば特許文献１あるいは特許文献２から知られている。しかしながら、このような方法で面取りを行なうことは、歯車が面取りおよび（または）バリ取りがされる後まで後続の工作物の切削を待機させる必要があるため特定の機械での生産を遅らせる。

特許文献３から、歯切り盤（ｇｅａｒ ｃｕｔｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）の工作物スピンドルの近傍に面取り機構を設けることによって歯切りと同時に面取りを行なうことが開示されている。歯車が切削のために次の歯のスロット位置まで割り出しされながら新規に切削した歯車の縁部を面取りするために、ロッド状のバリ取り工具が後退位置から前進してくる。そのような配備は歯切り盤における非歯切り時間を減少させる一方で面取りのサイズや、程度、あるいは形状を修正することに関してそのようなシステムの融通性は殆どない。更に、この開示された面取り機では連続的な割り出し法（すなわち、フェイスホブ加工（ｆａｃｅ ｈｏｂｂｉｎｇ））によって製造された歯車の面取りを行なうことができない。

米国特許第７，４３１，５４４号（Ｕ．Ｓ． Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ． ７，４３１，５４４） 米国特許出願公開公報第２００７／００２００５８号（Ｕ．Ｓ． Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ． ２００７／００２００５８） 米国特許第３，０８３，６１６号（Ｕ．Ｓ． Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ． ３，０８３，６１６）

本発明は、同じ機械に面取りおよび（または）バリ取り装置や補助スピンドルが含まれているような、例えば歯切り盤あるいは歯車研削盤（ｇｅａｒ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）のような歯車加工機械に向けられている。

移送機構（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）が加工スピンドルと補助スピンドルとの間で工作物を装入したり、取り外したり、移送したりすることによって同時に切削、面取りおよび（または）バリ取り工程を実行できるようにする。補助スピンドルを介して、処理済み工作物が歯切り盤から取り外され、別の歯車が加工スピンドルで加工されている間に未加工の工作物（ｂｌａｎｋ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ）を本機械に装入することができ、それによって、機械の生産性を高め、かつより効率的な作業を創出することができる。

加工スピンドルと、補助スピンドルを備えた本発明による面取りおよび（または）バリ取り装置とを示す歯車加工機械の部分的な正面図である。 本発明による面取りおよび（または）バリ取り装置と補助スピンドルの側面図である。 本発明による面取りおよび（または）バリ取り装置と補助スピンドルの正面図である。 加工スピンドルと、補助スピンドルを備えた本発明による面取りおよび（または）バリ取り装置、および作業位置にある移送アームを示す歯車加工機械の部分的な正面図である。

本発明の何らかの特徴および少なくとも一つの構造について詳細説明する前に、本発明はその適用において以下の説明に記載された、あるいは図面に図示された構造並びに構成要素の配置の細部に限定されないことを理解すべきである。本発明はその他の構造も可能であるし、種々の方法で実践すなわち実行が可能である。また、本明細書に使用されている表現や用語は説明のためのものであり、限定的なものと見做すべきでない。

本明細書における「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語並びにそれらの変形を使用することはその後に列挙された項目（ｉｔｅｍｓ）およびそれらの均等同義語並びに付加的な項目も網羅することを意味する。図面を説明する際に、例えば上方、下方、上方へ、下方へ、後方へ、底部、頂部、正面、後面等を方向について引用するかもしれないが、それらの引用は便宜上（普通に視た）図面に関して行われたものである。これらの方向は、文字通りに解され、あるいは何れの形態にせよ本発明を限定する意図のものではない。更に、説明のために本明細書において例えば「第一の（ｆｉｒｓｔ）」、「第二の（ｓｅｃｏｎｄ）」、「第三の（ｔｈｉｒｄ）」等の用語が使用されるが、それらは重要性の順序を指示あるいは意味する意図のものではない。

本発明の文脈において、「傘」歯車という用語は、傘歯車、「ハイポイド」歯車、曲がり歯傘歯車、ハイポイドギアとして知られるタイプの歯車並びに「クラウン（ｃｒｏｗｎ）」あるいは「フェース（ｆａｃｅ）」歯車として知られるような歯車を包含するに十分な範囲を持つものである。

本発明による面取りおよびバリ取り装置２が図１に示されている。本装置２は、米国特許第６，６６９，４１５号および同第６，７１２，５６６号（ＵＳ Ｎｏｓ． ６，６６９，４１５ ａｎｄ ６，７１２，５６６）に開示されているようなタイプの歯切り盤あるいは歯車研削盤（ｇｅａｒ ｃｕｔｔｉｎｇ ａｎｄ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）が好ましい歯車加工機械４の一要素として包含されることが好ましく、これらの文献の開示は本願発明に援用する。図を分り易く、かつ見易くするために、外側の金属板および若干の保護部材は省略してある。前記面取りおよびバリ取り装置２は歯切り盤あるいは歯車研削盤４（以下歯切り盤として論じる）の工作物スピンドル（ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｓｐｉｎｄｌｅ）６の近傍に位置されることが好ましい。枢動移送アーム８が工作物を工作物スピンドル６と、面取りおよびバリ取り装置２の一部を形成する補助スピンドル１０との間で移送する。前記補助スピンドルはまた、以下詳細に説明されるように面取りおよびバリ取り以外の効用も有しうる。工作物を保持するための３個のジョーを備えたチャック（ｔｈｒｅｅ−ｊａｗ ｃｈｕｃｋ）１２がスピンドル１０上に示されているが、当該技術分野の専門家には認められるようにその他の適当な工作物保持装置を利用してもよい。工作物スピンドル６は工作物保持装置が付いていない状態で示されている。しかしながら、当該技術分野の専門家は加工されている工作物の形状に応じて適当な工作物保持装置が利用されることを理解する。

図２は面取りおよびバリ取り装置２および補助スピンドル１０の好適な構成を示す。本装置２は工具ヘッド（ｔｏｏｌ ｈｅａｄ）３と、工具スピンドル５と、工具の軸線Ｔの周りを回転可能である面取りおよびバリ取り用工具のような工具１４とからなる。工具１４はサーボモータ１６によって回転駆動される。工具ヘッド３はサーボモータ１８によって駆動されて枢動軸線Ｐの周りで枢動可能である。工具ヘッド３はサーボモータ２４によって駆動される直線運動により、コラム２２に装着されたレール２０に沿って第一の直線方向Ｙに運動可能である。コラム２２と、従って工具ヘッド３はサーボモータ２５（図３）を介して第二の直線方向Ｚに運動可能である。コラム２２はフレーム２８に取り付けられたレール２６上を運動可能である。フレーム２８は、例えばサーボモータのようなその他のタイプの駆動装置を使用してもよいが、油圧ピストン３２を介してレール３０上を第三の直線方向Ｘに運動可能である。油圧ピストン３２は工具ヘッド３に向かう前進位置（図示）と工具ヘッド３から離れる後退位置との間でフレーム２８を運動させることが好ましいが、更に別の画定された停止位置あるいはその他の機械の運動と調整された運動も考えられる。フレーム２８を運動させるために、油圧ピストン３２の代わりにサーボモータを使用してもよい。

補助スピンドル１０は軸線Ａの周りを回転するようにサーボモータ３４によって駆動される。補助スピンドル１０はまた、サーボモータ３８を介してレール３６上をＸ方向に直線運動可能とされている。代替的に補助スピンドル１０は直接駆動してもよい。Ｘ，ＹおよびＺの方向は相互に対して互いに垂直である。尤も一つ以上の方向はその垂直方向に対して傾斜していてもよい。全ての図において、図示の目的でＹの方向は垂直としている。

Ｙ方向の工具ヘッド３、Ｚ方向のコラム２２、そしてＸ方向の補助スピンドルの運動、軸線Ｐの周りでの工具ヘッド３の枢動、並びに軸線Ｔの周りでの工具１４の回転および軸線Ａの回りでの補助スピンドル１０の回転はそれぞれ、個別の駆動モータ２４，２５，３８，１８，１６および３４によって行われる。前記の要素は相互に対して独立した運動が可能であり、あるいは相互に対して同時に運動してもよい。それぞれのモータは各々、例えばファナック（Ｆａｎｕｃ）３０ｉ型（図示せず）のようなコンピュータ制御装置（すなわち、ＣＮＣ）に入力された指令に従い駆動モータの作動を制御するコンピュータ数値制御（ＣＮC）システムの一部としての、例えば直線あるいは回転エンコーダ、枢軸エンコーダ４０あるいはＹ方向エンコーダ４２（図２）のようなフィードバック装置に付属していることが好ましい。

例えば切削すべき未加工の工作物のような工作物を歯車加工機械４の外部から補助スピンドル１０に装入するとか、あるいはバリ取りおよび（または）面取りされた工作物のような機械加工済み工作物を補助スピンドル１０から取り外すことによって工作物を本機械４から取り出すことに関して、装入および取り出しは手作業で、あるいは自動機構（例えば、ガントリあるいはロボットによる装入／取り出し機構）を介して実行しうる。

面取りおよび（または）バリ取り作業を、未加工の工作物（例えば軸付きピニオン（ｐｉｎｉｏｎ ｗｉｔｈ ｓｈａｎｋ））がスピンドル６に配置され、同じ種類の切削された工作物（例えば、軸付きピニオン）が補助スピンドル１０に配置されている典型的な開始基準点（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｐｏｉｎｔ）から説明する。切削がスピンドル６上の未加工の工作物に対して開始され、バリ取りが補助スピンドル１０上の工作物に対して開始される。前述した直線および（または）回転方向Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｐ，ＴおよびＡにおける一つ以上の運動の組み合わせによって面取りおよびバリ取り工具１４が工作物に対する軌道（ｐａｔｈ）に沿って運動し、それによって歯車の前面および（または）後面において歯の端部（例えば、歯の片側、両側、頂部および（または）底部）で工作物の歯に所望の面取りされた面が作り出される。更に、歯の先端の長さ方向の全部あるいは一部に亘って面取りを行なうことも可能である。

一旦面取りが完了すると、工作物は補助スピンドル１０から外され、前述した要領で機械４から取り外される。次いで、別の未加工の工作物が補助スピンドル１０に装入される。歯車の面取り工程は通常未加工の歯車の切削よりも時間が短いので、未加工の歯車の切削がまだスピンドル６上で行われている間に、面取りの後完成した歯車を外し、未加工の歯車を補助スピンドル１０に装入する時間は十分残っている。例えば、歯数１１の曲がり歯傘ピニオン（ｓｐｉｒａｌ ｂｅｖｅｌ ｐｉｎｉｏｎ）に１分５０秒の切削時間が必要であると、面取りには約１分が必要なだけである。従って、約５０秒の時間が残っていて、その間に一つ以上の別の工程が実行可能であり、および（または）完成した歯車を補助スピンドル１０から外し、次いで未加工の歯車を補助スピンドルに装入することができる。

このように、切削が完了すると、移送アーム８がその休止位置（図４）から外方（スピンドル６，１０から離れる方向）へ動かされて回転し、（移送アーム８の各端に２個以上ある）グリッパ４８を介してスピンドル６上の切削済みの歯車４４と補助スピンドル１０上の未加工の歯車４６を同時に掴持し、双方の工作物をそれぞれのスピンドルから回収し、次いで（好適実施例においては約１８０度）回転して未加工の歯車４６を切削のために加工スピンドル６へ、切削済みの歯車４４を面取りのために補助スピンドル１０まで持ってくる。次いで、未加工の歯車４６および切削済みの歯車４４をそれぞれのスピンドルに装入するために移送アーム８が内方（すなわち、それぞれのスピンドルに向かう方向）に運動する。一旦工作物が装入されると、移送アーム８は図１に示す休止位置まで戻る。

例えばアコーディオン−スタイルのドアのような仕切り装置（図示せず）を、機械加工がスピンドル６において実行されている間に補助スピンドル１０の周りの領域に金属の切屑、研磨屑、処理流体等が流入するのを阻止するためにスピンドル６と補助スピンドル１０との間に設ければよい。仕切り装置の作動は、移送アーム８が引き込み位置（図１）にあるときは、仕切り装置が延伸して、一方がスピンドル６を囲み、他方が補助スピンドル１０を囲むような個別の室を形成するように移送アーム８の作動と調和させればよい。その引き込み位置から作動位置まで移送アーム８が軸線方向に運動すると、前記仕切り装置は引き込まれて、それによってスピンドル６と補助スピンドル１０との間で工作物を移送できるようにする。

移送アーム８は２個のサーボモータによって駆動されることが好ましい。第一のサーボモータ５０は外方および内方の直線運動並びに直線運動の範囲を制御する。該直線運動の範囲は、例えば軸付きの傘歯車ピニオンのようなより長い工作物に対しては例えば殆どの設計の傘リングギアのように軸無しの歯車に対するよりも十分な間隙（クリアランス）を設けるためにより長い直線運動が必要であることが理解できるので、特に工作物の形状によって左右される。他方のサーボモータ（図示せず）は、スピンドル６，１０間で工作物を交換しそれらをスピンドル６，１０に対して適正に整合するように、移送アーム８の回転を制御する。サーボ駆動は好ましいものであるが、一方移送アーム８の運動は例えば油圧式あるいは空気式のようなその他の直線および回転駆動手段により実行してもよい。

切削された軸付きの傘歯車ピニオンを面取りするために補助スピンドル１０に装入するとき、面取り工具１４が歯の端部をピニオンの後面との交錯部において面取りするためにピニオンの後面に近接できるようピニオンの後面とチャック１２の前部の間である大きさのクリアランス（すなわち、空隙）をつくるため、装入に先立って、あるいは装入の間に補助スピンドル１０を所定量軸線方向に後退させることが望ましい。補助スピンドル１０を制御された所定量（サーボモータ３２を介して）後退させることによって、切削済みのピニオンの軸部はチャック１２中へ完全には挿入されず、面取りのための所定寸法の空隙が形成される。面取りされた歯車をチャック１２から取り外すと、次いで未加工のピニオンが装入され、ピニオンの軸部がチャック１２中へ完全に挿入でき、次いでスピンドル６において切削されているピニオンと平行の位置まで軸線方向に前進すれば、それによって切削の完了に続いて双方が移送アーム８によって同時に掴持しうる。

前述のように、面取りおよび（または）バリ取りの他に、あるいはそれらの代替として、補助スピンドル１０に配置した工作物に対してその他の加工を実行してもよい。例えば、もしも機械４が歯車研削盤であり、先に切削された歯車の研削がスピンドル６において実行されつつあるとすれば、補助スピンドル１０は工作物から研削流体を除去するための振り落とし場（ｓｐｉｎ ｓｔａｔｉｏｎ）として利用しうる。また、工作物が補助スピンドル１０に配置されている間に歯車の測定を実行してもよい。所望の歯面形状からのいずれかの顕著な逸脱は、一連の工作物におけるそのような逸脱を低減あるいは排除するために機械４において実行されている切削あるいは研削工程で加工の修正を行なうために利用しうる。更に、固定されたバリ取り工具を工具ヘッド３あるいは工具スピンドル５に取り付け、そこから延伸させることができる。

代替的に、補助スピンドル１０は研削に先立って切削された歯車の装入分仕分け（ｓｔｏｃｋ ｄｉｖｉｓｉｏｎ）に利用しうる。装入分仕分けは仕上げサイクル（例えば、研削）を開始するに先立って部分的に仕上がった（例えば、切削された）歯車を工具（例えば、研削砥石）に対して適正に位置決めすることである。一旦切削済みの工作物の研削に対する適正な位置決めが補助スピンドル１０に対するプローブあるいはその他の装置について既知となると、そのような同じ相対位置決めは研磨砥石に関して工作スピンドル６に位置した工作物に対して繰り返すことができる。

本発明を好適実施例に関して説明してきたが、本発明はその細目に限定されないことを理解すべきである。本発明は、その精神と特許請求の範囲とから逸脱することなく本発明の主題が関わる当該技術分野の専門家には明らかである修正も包含する意図のものである。

Claims (17)

1. 工作物を加工する装置であって、
   第一の方向に運動可能なフレームと、
   工作物の軸線の周りで工作物を回転させる工作物スピンドルであって、前記フレーム内に位置され、前記第一の方向に運動可能である工作物スピンドルと、
   前記フレームに位置され、前記第一の方向に対して垂直の第二の方向に運動可能であるコラムと、
   工具の軸線の回りで工具を回転させる工具スピンドルであって、前記コラムに取り付けられ、前記第一および第二の方向に対して垂直の第三の方向に運動可能であり、前記第三の方向に延在する枢動軸線の回りを枢動可能である工具スピンドルと、を含むことを特徴とする工作物を加工する装置。
2. 前記第一の方向が水平であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記第二の方向が水平であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記フレームの第一の端部が前記第一の方向に前記フレームが運動するようにレールに取り付けられており、前記コラムが前記第一の端部とは反対側の前記フレームの第二の端部で運動可能であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記工具スピンドルに配置された面取りおよび（または）バリ取り工具を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記工具スピンドルに配置されたプローブを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記の工作物の軸線が前記第一の方向に対して平行に延在することを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記工具の軸線が前記第三の方向に対して垂直に延在することを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 第二の工作物スピンドルの近傍に配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 前記工作物スピンドルと前記第二の工作物スピンドルの間で１個以上の工作物を移送する手段を更に含み、それによって前記工作物スピンドルと前記第二の工作物スピンドル上で複数の工作物を同時に加工できるようにすることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記の移送する手段が枢動可能な移送アームを備えることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. ある装置上で工作物を加工する方法であって、
    工作物の軸線回りに回転するように工作物スピンドルに工作物を装入し、該工作物スピンドルは前記装置のフレーム内に前記工作物スピンドルと前記フレームが互いに第１の方向に回転可能なように配置されており、
    工具の軸線回りに回転するように工具スピンドルに配置された工具を設け、前記工具スピンドルは、前記フレームに配置されかつ前記第１の方向に垂直な第２の方向に運動可能なコラムに取り付けられ、該工具スピンドルは前記第１と前記第２の方向に垂直な第３の方向に移動可能であり、該工具スピンドルは前記第３の方向に延在する枢軸線の回りを枢動可能であり、
    前記工具を回転させ、かつ前記工具と前記工作物を係合するようにし、
    前記工作物を所定の要領で加工するために前記工具を前記第一、第二、第三の方向および枢動方向の中の少なくとも一つに沿って、前記工作物に対して相対的に運動させることを特徴とする、ある装置上で工作物を加工する方法。
13. 前記工具が面取り工具あるいはバリ取り工具であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記工作物が歯車であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
15. 前記の装入作業が前記工作物スピンドルの近傍に位置した第二の工作物スピンドルから工作物を前記工作物スピンドルまで移送し、第一の加工方法によって加工するように前記工作物を前記工作物スピンドルに装入することからなることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
16. 同時に、前記工作物スピンドルから別の工作物を前記第二の工作物スピンドルまで移送し、第二の加工方法によって加工するように前記の別の工作物を前記第二の工作物スピンドルに装入することを更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記第二の工作物スピンドルにある歯車を切削し、
    切削済みの該歯車を前記工作物スピンドルまで移送し、一方同時に未加工の歯車を同じ移送装置を介して前記第二の工作物スピンドルまで移送し、
    前記第二のスピンドルにおける前記未加工の歯車を切削し、一方同時に前記の切削済みの歯車を前記工作物スピンドルにおいて面取りおよび（または）バリ取りすることを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。

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