JP2013529141A - 大きいピニオンの機械加工のための架台 - Google Patents

Abstract

大きいピニオンのギアまたはブランク(４)のための架台装置（２）であって、ピニオンは、機械加工のために支持されおよび回転させられることができる。架台装置は、１つまたは複数の調節可能な角柱ユニット（３０、３２)を含み、該ユニットはそれぞれ、複数の角度のあるプレート（３４、３６、３８、４０) を含み、該プレートは、ピニオンを機械加工のために位置付けるように、その上に配置されたピニオン（４）を上げ下げしおよび／または横方向に移動させるために、架台装置の幅に沿って互いに向かっておよび／または互いから離れて移動可能である。

Description

本出願は、２０１０年５月５日に出願されその全開示が参照によって本明細書に組み込まれる米国仮特許出願第６１／３３１，５４９号の利益を主張する。

本発明は、一般に、ギアの機械加工に関し、特に、大きいピニオンの機械加工のための架台を対象とする。

１０００ｍｍから２５００ｍｍの、または２５００ｍｍさえ超えるリングギア直径を有するギアセットは、一般に、１０００ｍｍより長い、例えば２０００ｍｍさえ超えるピニオンシャンクを有する。今日では、そのようなピニオンは、垂直位置に保持される。上下逆さまに固定することは、大抵の場合不可能である。長いピニオンは、端部でピニオンの頭部に対向して回転テーブルに垂直方向に固定される。このことは、機械加工ゾーンを多軸複合工作機械（multi-axis machining center）の垂直移動の領域の上側に位置付け、これは、低い剛性および低い精度をもたらす。しかしながら大抵の場合、１５００ｍｍよりも大きいシャンクを備えるピニオンを機械加工することは、これらの機械の垂直移動の制限により、不可能である。

米国特許第４，３４０，２１１号明細書 米国特許第４，４４５，６７８号明細書

例えばＣｈｉａｐｐｅｔｔｉに対する特許文献１に開示されているようなＶブロック（「Ｖ字型ブロック（vee block）」としても知られている）、またはＧｅｏｒｇｅに対する特許文献２によって開示されるようなＶブロックを使用して、長い円形の加工対象物のような外曲面を有する物体を水平に固定することは知られている。そのような装置は、円形の棒の柄の全長を固定することができるかもしれないが、ピニオンの頭部の寸法は依然として、多軸複合工作機械の軸運動の機能に課題があり剛性および精度の低下が心配事のままであるような大きさである。

本発明は、大きいピニオンギアまたはブランク（例えば、ピニオン加工対象物）のような、一般に円柱状に成形された加工対象物のための架台装置を対象とし、ここでピニオン加工対象物は、機械加工のために支持されおよび回転させられることができる。ピニオン架台は、１つまたは複数の調節可能な角柱位置決めユニットを含み、該ユニットのそれぞれは、その上に配置されるピニオンを上げ下げしおよび／または横方向に移動させるために、ピニオン架台の幅方向に沿って互いに向かっておよび互いから離れて移動可能である角度のある複数のプレートをそれぞれ含み、それによって、機械加工のためにピニオンを位置付ける。

本発明のピニオン架台の上面図である。 本発明のピニオン架台の切り取り側面図である。 本発明のピニオン架台の背面図である。 ２つの機械加工ゾーン、およびピニオンの全ての溝（slot）を機械加工するために２つの機械加工ゾーンに接近するピニオン架台の回転運動を例示する図である。 それによって３６０度の架台の回転を可能にする付加的なレール部分を含めた、図３と同一の図である。

本発明の何らかの特徴および少なくとも１つの構成が詳細に説明される前に、本発明は、その用途が、以下に説明されまたは図面に例示される構成および構成要素の配置の詳細に限定されるものではないことは理解されよう。本発明は、他の構成のもの、および様々な方法で実施または実行されているものであることができる。また、本明細書で使用される法律用語および専門用語は、説明目的のためであり、限定するものであるとみなされるべきではないことは理解されよう。

図１から３は、その上に位置付けられるピニオン４を備えた本発明のピニオン架台２（固定用ヨークは、図１では図の明確性のために省略されている）を示す。ピニオン架台は、架台の縦（軸）方向に沿って延びる中心線Ｃを有する。ピニオン４は、頭部６、第１のシャンク部分８および第２のシャンク部分１０を含み、シャンク部分８は第２のシャンク部分１０よりも大きい直径を有する。ピニオンのシャンクの直径はその全長に沿って一様であってもよく、またはピニオンのシャンクはその長さに沿って２つ以上の異なる直径の部分を含んでいてもよいことは理解されよう。

ピニオン架台２は、土台１２、第１の支持台１４および第２の支持台１６を含む。第１の支持台１４は、複数のボルト１５のような適当な取り外し可能な取付手段を用いて、またはブラケットによって、土台１２に取り付けられている。第２の支持台１６は、ボルト１７のような適当な取り外し可能な取付手段を用いて、またはブラケットによって、土台１２に取り付けられている。あるいはまた、支持台１４、１６は、溶接を用いて土台１２に取り付けられていてもよく、または、例えば鋳造によって単一ユニットとして、土台１２と一体的に形成されていてもよい。土台１２、第１の支持台１４および第２の支持台１６は、鋳鉄、鋼、または鉱物の鋳造物の集合体で作られていてもよい。例えば、ピニオン架台２は、クレーンまたはフォークトラックによって設置されおよび／または取り除かれることができ、および工場の床に対して、あるいは複合工作機械またはギア製造機械の枠、テーブルまたは回転テーブルに対して、ブラケットまたはボルトを用いてしっかりと固定されていてもよい。

ピニオン架台２は、前方の弓形部材２０、後方の弓形部材２２および床部材２４を含む内部回転部材１８をさらに含む。弓形部材２０、２２は、好ましくは円弧、最も好ましくは半円の形状を有する。弓形部材２０、２２は、支持台１４、１６それぞれの内面に回転のために設置される。ピニオン４を機械加工しおよび搭載／取り外しするために、可逆モーター２６およびウォームホイール２８（図３)は、内部回転部材１８を中心線Ｃの周りに回転させおよび位置付けるために、弓形部材２２の外周に形成された対応する歯（例えば、ウォームギアの歯、不図示）と係合してもよい。したがって、中心線Ｃは、内部回転部材１８の回転軸を表す。モーター２６およびウォームホイール２８は弓形部材２０と係合していてもよく、あるいはまた、弓形部材２０、２２の各々がモーター２６およびウォームホイール２８と関連付けられていてもよい。当業者によって評価され得るように、内部回転部材１８を回転させおよび位置付ける他の手段が利用されていてもよい。

床２４上には、ピニオン架台２の長さに沿って配列された少なくとも１つ、好ましくは２つの調節可能な角柱位置決めユニット３０、３２が設置されており、各角柱（prismatic）ユニットは、複数の交互に対向する角度のあるプレートを含む。角柱ユニット３０は角度のあるプレート３４、３６を含み、および角柱ユニット３２は、角度のあるプレート３８、４０を含む。角度のあるプレート３４、３６および３８、４０は、その上に位置付けられたピニオンを上げ下げするために、ピニオン架台２の幅方向に沿って（すなわち、中心線Ｃに対して概して垂直に）互いに向かってまたは互いから離れて移動可能である。

角柱ユニット３０は、軸方向に位置付けられた１対のレール４２、４４を含み、それらの間に、角度のあるプレート３４、３６が交互に配置されている。角度のあるプレート３４は、４８および５０の適切な手段（例えば、ウォームギア、ボールスリーブ）を介して作動するモーター４６を用いて移動させられて、棒５２をレール４２、４４に沿ったどちらかの方向に移動させる。棒５２は、角度のあるプレート３４に取り付けられ、それによって、角度のあるプレートを、移動する棒５２に沿って移動させる。モーター４６から手段４８、５０に延びる駆動軸は、棒５２内に設置されていてもよい。同様に、角度のあるプレート３６は、モーター５４を用いてレール４２、４４に沿ったどちらかの方向に移動させられる。棒５６は、角度のあるプレート３６に取り付けられ、それによって、角度のあるプレート３６を、移動する棒５６に沿って移動させる。モーター５４から手段５８、６０に延びる駆動軸は、棒５６内に設置されていてもよい。角度のあるプレート３４、３６の互いに向かう動きは加工対象物の上方移動をもたらし、一方、角度のあるプレート３４、３６の互いから離れる動きは加工対象物の下方移動をもたらすことが分かる。

同様に、角柱ユニット３２は、軸方向に位置付けられた１対のレール６２、６４を含み、それらの間に、角度のあるプレート３８、４０が交互に配置されている。角度のあるプレート３８は、６８および７０の適切な手段（例えば、ウォームギア、ボールスリーブ）を介して作動するモーター６６を用いて移動させられて、棒７２をレール６２、６４に沿ったどちらかの方向に移動させる。棒７２は、角度のあるプレート３８に取り付けられ、それによって、角度のあるプレートを、移動する棒７２に沿って移動させる。モーター６６から手段６８（例えば、図３に示されるように、ウォームギア７６およびボールスリーブ７８）および７０に延びる駆動軸は、棒７２内に設置されていてもよい。同様に、角度のあるプレート４０は、モーター８０を用いてレール４２、４４に沿ってどちらかの方向に移動させられる。棒８２は、角度のあるプレート４０に取り付けられ、それによって、角度のあるプレート４０を、移動する棒８２に沿って移動させる。モーター８０から手段８６（例えば、図３に示されるように、ウォームギア９０およびボールスリーブ９２）および８８に延びる駆動軸８４は、棒８２内に設置されていてもよい。角度のあるプレート３８、４０の互いに向かう動きは加工対象物の上方移動をもたらし、角度のあるプレート３８、４０の互いから離れる動きは加工対象物の下方移動をもたらすことが分かる。

角度のあるプレート３４、３６および３８、４０は、好ましくは、最初は、架台２内に位置付けられるべきピニオンの直径に従って、ピニオンの回転軸が架台２の中心線Ｃと揃うように、互いに関して位置付けられる。図に示されるピニオン４に関して、ピニオンのシャンク部分８、１０の異なる直径を考慮すると、角度のあるプレート３８、４０は、角度のあるプレート３４、３６よりも、互いにより近接して位置付けられることになる。ピニオン４が架台２内に配置されると、適正な軸／中心線の位置合わせを実現するために、角度のあるプレート３４、３６および／または３８、４０の位置の調節が必要とされる。位置合わせがされると、１つまたは複数の上部固定用ヨークが、角柱ユニット３０、３２のそれぞれに位置付けられてもよい。後方上部固定用ヨーク９４は、図３に示される。

また、角度のあるプレート３４、３６（および／または３８、４０）のそれぞれの同じ方向への動きは、加工対象物の位置を架台２の幅に沿って変えるために使用されてもよいことは理解されよう。

回転アクチュエータ（例えば、モーター２６）は、好ましくは、多軸複合工作機械のような工作機械（machine tool）の制御部（例えば、ＣＮＣ）に連結されている。１つのピニオンの歯の溝の位置から次の位置にインデックスを付けるための手動の信号または電子信号を受け取る個別の制御部を使用することも可能である。架台は、歯の溝の位置の間（すなわち、溝の間隔）にインデックスを付けるために主に使用されるが、その間、架台は、部分的または完全な回転運動（roll motions）を行う。また、モーター４６、５４、６６および８０は、好ましくは工作機械の制御部に連結されているが、しかし、代わりに、架台２に別個の制御部を有していてもよい。

機械制御部内に架台の軸を設置するために、測定用プローブを使用して、基準面を決めることができる。また、測定用プローブを用いて、ピニオンの軸位置を決定することもできる。架台は、＋／−９０°回転可能であり、およびそのようなものとして、ピニオンのブランク上の至る所が１８０°回転することを可能にする。

図４に見られるように、溝フライス加工（milling）領域が、最初に半数の歯に関して（１)であり、および機械加工ゾーンが (１)からゾーン（２）に変更される場合であって、（２）は（１）からピニオン軸の周囲方向に約１８０°間隔を空けている場合、ピニオンの全ての溝を機械加工するために、フライス加工または研削工具を用いて３６０°の全周囲が達成され得る。機械加工のセグメント間に重複するゾーンを実現するために、架台の回転は、＋／−９０°よりもいくらか大きい量をカバーすることができる。

図５に見られるように、本発明は、さらに、３６０°の架台の回転を実現するために、部材２０および／または２２の上方に搭載される１つまたは複数の付加的な弓形レールセグメント９６（１つが示されている）、好ましくは円弧形状のレールセグメントを考慮する。付加的な弓形レールセグメントは、部材２２および９６間に形成される継ぎ目９８が架台２内に搭載されるピニオンの回転に対してなんら障害を引き起こさないように、その端面において任意の適切な接続部（例えば、蟻継ぎ（dove-tail））を用いて部材２０および／または２２に接続される。好ましくは、部材２０および／または２２は、付加的な弓形（例えば円弧）のレール部材セグメント９６とあらかじめ組み立てられて円形レールを形成しており、および次いで、歯（例えばウォームギアの歯）は、あらかじめ組み立てられた円形レールの外周内に形成される。円形レールは、次いで解体され、部材２０および／または２２は架台２内に位置付けられる。所望の場合、付加的な部材９６は、架台２上に位置付けられてもよく、および歯の切削または研削工程に適した、継ぎ目９８を通る伝達の正確なレベルは、あらかじめ組み立てられた状態における全ての円形レールの歯の構成によって実現される。

架台の利点は水平配向であり、これは、水平移動が制限された機械内の下方の垂直移動範囲に歯のあるゾーンを位置付けることを可能にする。本発明の架台の別の利点は、角柱台座（seating）内に収まった長いピニオンを中心線の調節が終了するまで保持するために重力が利用され、およびピニオンはヨークによって架台に固定されるという事実である。

また、中心線の高さおよび配向を調節せずに、ローカルマシンのプローブの測定結果を使用して、実際の中心線および軸方向のピニオンの位置を見つけ、工具通路の側面（flank surfaces）を多軸複合工作機械に対するピニオンの実際の位置に変換（transform）することも可能である。

本発明を好ましい実施形態を用いて説明したが、本発明はそれらの事項に限定されないことは理解されよう。本発明は、添付される特許請求の範囲の精神および範囲から逸脱することなしに、当技術分野の当業者にとって明らかな変更を含むことを意図している。

Claims (15)

1. 機械加工のための概して円柱状に成形された加工対象物を支持しおよび位置付けるための架台であって、前記架台は、長さ方向に延びる中心線を有し、および前記長さ方向に沿って配置された複数の交互に対向する角度のあるプレートを含む少なくとも１つの調節可能な角柱位置付けユニットを含み、
   前記角度のあるプレートは、互いに向かっておよび互いから離れて前記長さ方向に概して垂直な方向に移動可能であり、それによって、前記角度のあるプレート上に設置された前記加工対象物は、前記加工対象物の回転軸が前記架台の前記中心線と一致するように位置付けられることができ、
   前記少なくとも１つの調節可能な角柱位置決めユニットは、前記中心線の周りに回転可能であることを特徴とする架台。
2. 前記中心線の周りを回転可能な第１および第２の弓形部材をさらに含み、前記少なくとも１つの調節可能な角柱位置決めユニットは、前記第１および第２の弓形部材と共に回転可能であることを特徴とする請求項１に記載の架台。
3. 前記第１および第２の弓形部材の間に延びる床部材をさらに含み、前記少なくとも１つの調節可能な角柱位置決めユニットは、前記床部材に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の架台。
4. 前記第１および第２の弓形部材は、円弧の形状であることを特徴とする請求項２に記載の架台。
5. 前記第１および第２の弓形部材のそれぞれに取り付けられている少なくとも１つの付加的な円弧セグメントをさらに含み、それによって完全な円形部材が形成されることを特徴とする請求項４に記載の架台。
6. 前記第１および第２の弓形部材は、それらの外面に歯を含むことを特徴とする請求項２に記載の架台。
7. 前記第１および第２の弓形部材は、モーターおよびギアを用いて回転可能であり、前記ギアは、前記第１および第２の弓形部材の前記歯とかみ合っていることを特徴とする請求項６に記載の架台。
8. 前記長さ方向に沿って配置された複数の交互に対向する角度のあるプレートを含む２つの調節可能な角柱位置決めユニットを含むことを特徴とする請求項１に記載の架台。
9. 上部固定用ヨークをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の架台。
10. 前記角度のあるプレートの動きおよび前記少なくとも１つの調節可能な角柱位置決めユニットの回転運動を制御する手段をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の架台。
11. 制御手段を有する工作機械に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の架台。
12. 前記角度のあるプレートの動きおよび前記少なくとも１つの調節可能な角柱位置決めユニットの回転運動は、前記工作機械の制御手段によって制御されることを特徴とする請求項１１に記載の架台。
13. 前記加工対象物は、ピニオンのギアまたはピニオンのブランクを含むことを特徴とする請求項１に記載の架台。
14. 水平方向の基準面に関して、対向する角度のあるプレートは、加工対象物を前記基準面から離れて移動させるために互いに向かって相対的に移動可能であり、および対向する角度のあるプレートは、加工対象物を前記基準面に向かって移動させるために、互いから離れて相対的に移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の架台。
15. 対向する角度のあるプレートは、前記長さ方向に概して垂直な前記方向に一緒に移動可能であり、それによって、前記加工対象物は、前記長さ方向に概して垂直な前記方向に移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の架台。

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