JP2023178946A - 歯車切削工具及びその設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車切削工具及びその設計方法を提供する。【解決手段】前記方法は、次を含む。刃物成形工具と歯車切削工具の基材を構築し、そのうち刃物成形工具は、複数構造の非対称の歯状構造を含むこと。相対運動座標システムに基づき、刃物成形工具と基材を模擬し多軸方向の相対運動を実行し、それにより刃物成形工具が基材に対して表面加工を行うこと。及び、刃物成形工具の複数の歯状構造により、基材に複数の刃物歯部を形成すること。そのうち、事前に切削工具の各刃物歯部の外輪郭を設計することにより、後続の切削工具で歯車工具を加工する際に必要なプリセット留磨量を有する歯車歯部を形成することができ、かつ歯車歯部のいずれかの側の留磨量は均一性を保持でき、かつ歯車歯部の両側の留磨量をほぼ同じにできる。【選択図】図１

Description

本発明は、歯車切削工具の設計方法に関し、特に、留磨量を有する歯車切削工具を設計できる設計方法に関する。本発明は、さらに、前記方法を応用して設計された歯車切削工具を含む。

歯車（ギア）は、一般的な伝達部品であり、異なる使用需要に応じて、歯車を異なる材料を用いて製造することができる。円柱状の歯車を例とすると、このような歯車が交通機関の部品又は高精度測定装置に適用される場合、運転の安定性及び耐久性を保持するために、このような歯車は硬質金属又はその合金で製造されることが多い。このような歯車に対して、歯車切削（歯切り、ｇｅａｒ ｓｋｉｖｉｎｇ）は、歯車の歯面を形成する加工工程の一つである。

従来の歯車切削加工工程は、交差軸らせん歯車の相対運動と見なすことができ、主に歯車状の切削工具で高速回転を行い、且つ多軸同期運動の方式によって高速回転する歯車工具に接触し、それにより、切削工具が歯車工具に対して噛合に類似する方式で、前刃面の刃口を利用して切削し、更に歯車工具に必要な歯面輪郭を形成する。しかしながら、従来の切削工具の前刃面の設計は、前刃角及び辺刃角を含むため、刃口の両側の輪郭が対称でなく、切削後の歯車工具の各歯部両側の留磨量（ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｓｔｏｃｋ／ａｌｌｏｗａｎｃｅ）が不均一になり、更に歯面輪郭の誤差が発生する。このように、成形後の歯車工具の精度は大幅に低下し、研磨せずに前記歯車工具を高精度の機械又は装置に適用する場合、機械の故障等の問題を引き起こしやすい。その他、歯車工具の両側の留磨量が不均一であると、その後の研削時間およびコストが増大する可能性がある。

したがって、どのようにして歯車切削工具の設計方法を提供し、歯車切削工具の両側の刃口形状の事前設計及び制御を行い、さらに後続の歯車工具を加工する時の留磨量が不均一であるという問題を改善するかは、研究すべき課題である。

本発明の目的は、留磨量を有する歯車切削工具を設計できる設計方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の歯車切削工具の設計方法は、次を含む。本発明は、歯車切削工具の設計方法を提供し、前記方法は、次を含む。刃物成形工具と歯車切削工具の基材を構築し、そのうち刃物成形工具は、複数構造の歯状構造を含み、そのうち、刃物成形工具は、複数の歯状構造を含み、各歯状構造の中心は、基準面に対応し、かつ相対する第一側部と第二側部を含み、第一側部は、基準面に向かって隆起する第一留磨量構造を形成し、かつ第二側部は、基準面に向かって隆起する第二留磨量構造を形成し、そのうち、第一留磨量構造は、第二留磨量構造とは相違しており、それにより各歯状構造が、基準面に基づき、非対称構造を形成すること。及び、相対運動座標システムに基づき、刃物成形工具と基材を模擬して相対運動を実行し、それにより刃物成形工具の複数の歯状構造が、基材に接触し、ならびに表面加工を行い、それにより基材において複数の刃物歯部を形成すること。

本発明の一実施例において、第一留磨量構造は、第一作用面を含み、第二留磨量構造は、第二作用面を含み、かつ第一作用面および第二作用面のうち、少なくとも一つは、平面或いは曲面である。

本発明の一実施例において、第一作用面は、基準面に接近する方向に向かって湾曲する曲面であり、かつ第二作用面は、基準面に離反する方向に向かって湾曲する曲面である。

本発明の一実施例において、各歯状構造の基準面と垂直である断面は、それぞれ、前記第一留磨量構造の第一作用面および第二留磨量構造の第二作用面と、第一線分および第二線分を形成し、かつ第一線分および第二線分は、以下の方程式数１によって求められる。

そのうち、ｕは線分変数、ｕ_ｅは対応する線分が根部に最も接近する線分変数、ｕ_ｆは対応する線分が開口端に最も接近する線分変数、ａ_ｉは線分のｙ分量の可変係数、ｑは方程式の所定係数であり、ｄ＝１の時、前記第一線分に対応し、ｄ＝２の時、前記第二線分に対応する。

本発明の一実施例において、刃物成形工具と歯車切削工具の前記基材を構築する前に、歯車工具の各歯部のプリセット留磨量を予め決定し、プリセット留磨量によって歯車切削工具の各刃物歯部の前刃面の刃口線輪郭を逆推し、並びに刃口線輪郭によって刃物成形工具の各歯状構造の第一留磨量構造および第二留磨量構造を修正する。

本発明の一実施例において、歯車工具と共役する仮想斜歯車を構築することによって、仮想斜歯車と刃口線輪郭との複数の交点を探し出し、複数の第一交点を、仮想斜歯車の複数のらせん曲線に沿わせて、仮想斜歯車の法向平面に対応する複数の第二交点を探し出し、さらに各第二交点に対応する留磨量を求め、それにより、第一線分および第二線分に対応するこれらの可変係数ａ_ｉを決定して第一留磨量構造および第二留磨量構造を修正する。

本発明の一実施例において、相対運動座標システムは、第一座標系と第二座標系とを含み、刃物成形工具は、第一座標系に基づいて運動し、歯車切削工具の基材は、第二座標系に基づいて運動し、かつ刃物成形工具の運動を、座標変換行列を利用して基材の運動に対応させ、刃物成形工具が基材運動に対して運動する軌跡および噛合状態を模擬することで、さらに基材が形成する複数の刃物歯部の外輪郭を得る。

本発明の一実施例において、刃物成形工具は、第一座標系に基づいて第一軸方向に沿って直線運動を行い、歯車切削工具の基材は、第二座標系に基づいて第二軸方向に沿って回転運動を行い、かつ第一軸方向は、第二軸方向と非平行である。

本発明は、前記の方法を利用して設計、形成される、歯車切削工具をさらに含み、歯車切削工具は、中心軸に対応し、かつ歯車切削工具は、第一端と、第二端と、複数の刃物歯部を含む。第二端は、第一端と相対する端である。各刃物歯部は、第一端の前刃面および第一端と第二端との間の位置に隣接する外輪郭を含み、そのうち、中心軸は、前刃面に非垂直であり、それにより、前刃面に中心軸に垂直する断面に対して、前刃角および辺刃角を形成し、かつ外輪郭は、中心軸と非平行であり、それにより、外輪郭は、中心軸に対して、頂げき角及び辺げき角を形成する。

本発明の一実施例において、各刃物歯部の外輪郭は、前刃面から離れるにつれて先細り状態を呈する。

本発明における歯車切削工具の設計方法のフロー図である。 本発明によって模擬される刃物成形工具の輪郭曲線の部分概略図である。 本発明によって模擬される刃物成形工具の単一歯状構造の概略図である。 本発明によって模擬される刃物成形工具の他の実施例の輪郭曲線の部分概略図である。 本発明によって模擬される刃物成形工具の他の実施例の単一歯状構造の概略図である。 本発明によって構築される歯車切削工具の基材の概略図である。 本発明によって設計される歯車切削工具の概略図である。 本発明によって設計される歯車切削工具の単一刃物歯部の概略図である。 図５Ａの単一刃物歯部の線分Ａ－Ａに沿った断面図である。 図５Ｂの単一刃物歯部の線分Ｂ－Ｂに沿った断面図である。 本発明に応用される刃物成形工具と歯車切削工具との相対運動座標システムの概略図である。 仮想斜歯車および歯車切削工具と歯車工具の共役を模擬する概略図である。 仮想斜歯車の外輪郭によって対応する留磨量を計算する概略図である。 本発明によって設計される歯車切削工具を利用して歯車工具に対して歯切り加工を行う概略図である。 異なる方式で製造された歯車切削工具を利用して内歯車に対して歯切り加工を行った後の歯車歯面トポロジー概略図及び歯面誤差概略図である。 異なる方式で製造された歯車切削工具を利用して外歯車に対して歯切り加工を行った後の歯車歯面トポロジー概略図及び歯面誤差概略図である。 本発明の歯車切削工具の設計方法の異なる実施例を利用して内歯車に対して歯切り加工を行った後の歯車歯面誤差の概略図である。 本発明の歯車切削工具の設計方法の異なる実施例を利用して外歯車に対して歯切り加工を行った後の歯車歯面誤差の概略図である。

各種の形態と実施例は例示的でかつ非制限的であるため、本明細書を読んだ後、通常の知識を有する者は、本発明の範疇から逸脱しない範囲の下で、他の形態と実施例をも有する可能がある。下記の詳細な説明と特許請求の範囲に基づいて、前記等実施例の特徴および利点は、更に強調される。

本文において、「一つ」または「一個」という用語は、本文に記載された部品、ユニットおよびアセンブリを説明するために使用される。これは説明の便宜上のためであり、本発明の範囲に一般的な意味を持たせているに過ぎない。したがって、別の意味が意図されていることが明らかでない限り、このような記述は、一つ、少なくとも一つ、を含むと理解されるべきであり、単数形は同時に複数形も含む。

本文において、「第一」または「第二」という用語等に類似する序数詞は、主に同一あるいは類似する部品あるいは構造を区別あるいは参照するために用いられ、且つこれらの部品あるいは構造の空間的あるいは時間的順序を必ずしも暗示するものではない。いくつかの状況下または構成下では、序数詞は、交換して使用でき、本発明の実施に影響を及ぼさないことを理解されたい。

本文において、「含む」、「有する」といった用語、あるいは他の任意の類似の用語は、非排他的な包含を含むことが意図される。例えば、複数の要素を含むユニットあるいは構造は、本文に列挙するこのような要素に限定されないものであり、明確には列挙されていないが前記ユニットあるいは構造に通常固有である他の要素を含むことが可能である。

本発明の歯車切削工具の設計方法は、主に、歯車切削工具を設計するために用いられ、歯車切削工具は、成形待ちの歯車工具に対して強力な歯切り加工を実行することに応用され、それにより、歯車工具の歯部輪郭を形成する。以下の内容において、本発明の歯車切削工具の設計方法は、コンピュータ模擬（シミュレーション）方式を採用して実行し、事前に刃物成形工具の輪郭曲線を模擬設計し、並びに前記輪郭曲線を有する刃物成形工具が歯車切削工具の基材に対して表面加工を実行することを模擬し、それにより、成型後の歯車切削工具を設計する。その後、前記模擬結果によって引き続きコンピュータで歯車切削工具を模擬して成型待ちの歯車工具に対して強力な歯切り加工を実行し、あるいは前記模擬結果によって実体の歯車切削工具を製造し、それにより、最終成型の歯車工具を産出する。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば本発明の技術に基づいて実体のある刃物成形工具を製造し、歯車切削工具の基材に対して表面加工を直接行い、歯車切削工具を形成することもできる。

図１から図２Ｂを併せて参照されたい。そのうち、図１は、本発明における歯車切削工具の設計方法のフロー図であり、図２Ａは、本発明によって模擬される刃物成形工具の輪郭曲線の部分概略図であり、図２Ｂは、本発明によって模擬される刃物成形工具の単一歯状構造の概略図である。図１に示すように、本発明の歯車切削工具の設計方法は、次の工程を含む。

工程Ｓ１：刃物成形工具と歯車切削工具の基材を構築し、刃物成形工具は、複数の歯状構造を含み、各歯状構造の中心は、基準面に対応し、かつ相対する第一側部と第二側部を含み、第一側部は、基準面に向かって隆起する第一留磨量構造を形成し、かつ第二側部は、基準面に向かって隆起する第二留磨量構造を形成し、そのうち、第一留磨量構造は、第二留磨量構造とは相違しており、それにより各歯状構造が、基準面に基づき、非対称構造を形成する。

まず、歯車切削工具を設計する前に、刃物成形工具と歯車切削工具の基材を構築しなければならない。刃物成形工具（あるいはこの刃物成形工具の間に共役関係の存在する切削工具）によって、歯車切削工具の基材に対して表面加工を行い、それにより、歯車切削工具を成形する。

図２Ａに示すように、本発明によって構築される刃物成形工具１００は、複数の歯状構造１２０を含む。複数の歯状構造１２０は直線方向Ｌに沿って等距離且つ間隔に排列できる。そのうち、各歯状構造１２０の厚さ方向及び高さ方向は直線方向Ｌに垂直であり、且つ各歯状構造１２０の幅方向は直線方向Ｌに平行である。図２Ａにおいて、各歯状構造１２０の幅方向に沿った一つの平面と複数の歯状構造１２０が互いに交差して断面を形成すると仮定し、図２Ａに示す複数の歯状構造１２０の輪郭曲線を示し、それにより、歯状構造１２０の外形を説明する。実際には、複数の歯状構造１２０は前記平面に平行な複数の平面により、それぞれ複数の歯状構造１２０と互いに交差して複数の断面の組み合わせを形成し、立体構造を構成する。本発明の一実施例において、予め設定された構造設計変数によってコンピュータにシミュレーションを提供し、刃物成形工具１００の複数の歯状構造１２０の輪郭曲線を設計することができ、それにより後続の歯車切削工具の基材に対する表面加工のシミュレーションに有利である。例えば、前記シミュレーション結果に基づいて実体を構築した刃物成形工具１００がラックカッターであると仮定すると、複数の歯状構造１２０は刃物成形工具１００が歯車切削工具と接触する基材の片側に形成される。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、前記実体の刃物成形工具１００はホイールカッター又は他の形式のカッターであってもよい。

以下はただ前記複数の歯状構造１２０における単一歯状構造１２０の外型に対して詳細な説明を行い、且つ前記歯状構造１２０の外型は他の歯状構造１２０に類推できる。図２Ｂに示すように、各歯状構造１２０は１つの基準面Ｐに対応し、前記基準面Ｐはそれぞれ歯状構造１２０の幅方向に垂直であり、及び、歯状構造１２０の厚さ方向に平行であり、且つ基準面Ｐによって歯状構造１２０を類似する２つの部分に分割する。図２Ｂにおいて、基準面Ｐに基づいて歯状構造１２０の一側の輪郭曲線をａ点からｈ点まで複数の線分に分割し、それにより、歯状構造１２０の外形設計を説明し、歯状構造１２０の他の対向側もこれに基づいて類推することができる。

歯状構造１２０は、相対する第一側部１２１と、第二側部１２２と、根部１２３と、開口端１２４と、を含む。第一側部１２１および第二側部１２２は、根部１２３と開口端１２４との間に位置し、かつ第一側部１２１および第二側部１２２は、それぞれ基準面Ｐの両側に位置する。本発明の一実施例において、歯状構造１２０は、第一側部１２１の一側を有することを例とし、歯状構造１２０の根部１２３は、線分ａ－ｂおよび線分ｂ－ｃに対応し、歯状構造１２０の第一側部１２１は、線分ｃ－ｄ、線分ｄ－ｅ、線分ｅ－ｆ及び線分ｆ－ｇに対応し、歯状構造１２０の開口端１２４は、線分ｇ－ｈに対応する。歯状構造１２０が、第二側部１２２の他側を有することも類似の線分の区別方式を用いることができる。各歯状構造１２０の幅は、歯状構造１２０の開口端１２４から根元１２３に向かって先細りになっており、それにより、ほぼ歯状の輪郭を形成している。本発明は歯状構造１２０の設計において、第一側部１２１は、基準面Ｐに向かって隆起した第一留磨量構造１２１１を形成し、かつ第二側部１２２は基準面Ｐに向かって隆起した第二留磨量構造１２２１を形成し、それにより、歯状構造１２０はほぼ瘤頭歯状の輪郭を形成する。本発明において、第一留磨量構造１２１１は、第二留磨量構造１２２１と異なる。これにより、歯状構造１２０の第一側部１２１および第二側部１２２が類似した輪郭を有しても、第一留磨量構造１２１１および第二留磨量構造１２２１の構造の差異により、歯状構造１２０は基準面Ｐに基づいて非対称構造を形成する。

本発明の一実施例において、線分ａ－ｂ、線分ｃ－ｄ、線分ｄ－ｅおよび線分ｆ－ｇは直線であり、線分ｂ－ｃおよび線分ｆ－ｇは円弧線であるが、本発明はこれに限定されず、前記の各線分は必要に応じて変化させることができる。また、線分ｅ－ｆは必要に応じて直線でも曲線でもよい。

構造設計において、第一留磨量構造１２１１の第一修正高度は、第二留磨量構造の第二修正高度と異なる。図２Ｂに示すように、さらに言えば、本発明において、第一留磨量構造１２１１は第一作用面１２１１ａを含み、かつ第二留磨量構造１２２１は第二作用面１２２１ａを含む。歯車切削工具２００の基板に対して表面加工を行う過程において、刃物成形工具１００の各歯状構造１２０は、第一作用面１２１１ａおよび第二作用面１２２１ａによって、歯車切削工具２００の基材の表面に直接接触し、それにより、加工して対応する歯車切削工具２００の外輪郭を生成する。前記第一修正高度は第一作用面１２１１ａ上の任意の一点から第一側部１２１が隆起しない前に対応する輪郭線Ｄ１（図２Ｂ中の破線に示すように、すなわち線分ｃ－ｄに沿って延伸する破線）までの垂直距離と定義することができ、本発明において、歯状構造１２０の第一側部１２１の第一作用面１２１１ａ上に形成される節点から輪郭線Ｄ１までの垂直距離は、歯状構造１２０の第一側部１２１の留磨量と見なすことができる。また、第二修正高度は第二作用面１２２１ａ上の任意の一点から第二側部１２２が隆起しない前に対応する輪郭線Ｄ２（図２Ｂ中の他の破線に示すように）までの垂直距離と定義することができ、本発明において、歯状構造１２０の第二側部１２２の第二作用面１２２１ａ上に形成される節点から輪郭線Ｄ２までの垂直距離は、歯状構造１２０の第二側部１２２の留磨量と見なすことができる。ここでの前記留磨量の設計は後続に成形される歯車の歯車切削工具および／または歯車工具の外輪郭の変化に影響を与える。

例えば、本発明の一実施例において、第一留磨量構造１２１１の第一修正高度の平均値は第二留磨量構造１２２１の第二修正高度の平均値より小さいが、本発明はこれに限定されず、第一留磨量構造１２１１および第二留磨量構造１２２１の修正高度も調整可能である。これにより、修正高度が異なる第一留磨量構造１２１１及び第二留磨量構造１２２１により、本発明が使用する刃物成形工具１００の各歯状構造１２０の両側が異なる留磨量に対応し、後続の歯車切削工具に対する設計成形に有利である。成形後の歯車切削工具を利用して歯車歯部の両側に設定された留磨量を有する歯車を加工することができ、ここで歯車歯部のいずれかの側の留磨量を均一に保持することができ、かつ歯車歯部の両側の留磨量をほぼ同じにすることができる。

前記歯状構造１２０の第一留磨量構造１２１１の第一作用面１２１１ａおよび第二留磨量構造１２２１の第二作用面１２２１ａは方程式演算によって求められる。図２Ｂに示すように、歯状構造１２０の断面はそれぞれ第一留磨量構造１２１１の第一作用面１２１１ａおよび第二留磨量構造１２２１の第二作用面１２２１ａと、第一線分および第二線分を形成し（ここでは第一線分を例とし、図２Ｂにおいて、第一側部１２１に基づく第一線分はすなわち線分ｅ－ｆに対応し、そのうち点ｅは第一線分が根部１２３に最も接近する端点であり、点ｆは第一線分が開口端１２４に最も接近する端点である）、第一作用面１２１１ａおよび第二作用面１２２１ａはすなわちそれぞれ複数個の第一線分および複数個の第二線分の組み合わせによって構成される。そのうち、第一線分および第二線分は、以下の方程式によって求められる。

ここでｎは線分における点ｅと点ｆとの間の任意の点を表、ｕは線分変数であり、ｕ_ｅは対応する線分の根部１２３（例えば点ｅ）に最も接近する線分変数であり、ｕ_ｆは対応する線分の開口端１２４（例えば点ｆ）に最も接近する線分変数であり、ａ_ｉは線分のｙ成分の可変係数であり、ｑは方程式の所定係数である。上記の方程式において、ｄ＝１の時、前記第一線分に対応し、ｄ＝２の時、前記第二線分に対応する。そのうち、歯状構造１２０は対応する第一線分または第二線分の変数設計の違い（すなわち歯状構造１２０両側の第一留磨量構造１２１１の第一作用面１２１１ａおよび第二留磨量構造１２２１の第二作用面１２２１ａの設計の違い）につれて、ｕ_ｅ、ｕ_ｆおよびａ_ｉはそれにつれて変化する。

本発明において、成形待ちの歯車切削工具の設計需要の違いに応じて、第一留磨量構造１２１１の第一作用面１２１１ａおよび第二留磨量構造１２２１の第二作用面１２２１ａは異なる構造形態を呈することができる。図２Ｂに示すように、本発明の一実施例において、ｑ＝１である時に、第一線分及び第二線分を表示する方程式はすべて線形関数であり、したがって、複数個の第一線分の組合せによって構成される第一留磨量構造１２１１の第一作用面１２１１ａは平面であり、かつ複数個の第二線分の組合せによって構成される第二留磨量構造１２２１の第二作用面１２２１ａも平面である。例えば、第一留磨量構造１２１１は両側に形成する側壁（線分ｄ－ｅ及び線分ｆ－ｇに対応する）によって基準面Ｐに向けて設定高度まで延伸した後、前記設定高度に頂部平面を形成して第一作用面１２１１ａ（線分ｅ－ｆに対応する）とする。同様に、第二留磨量構造１２２１は両側に形成する側壁によって基準面Ｐに向けて他の設定高度まで延伸した後、前記他の設定高度に頂部平面を形成して第二作用面１２２１ａとする。この時、上記第一線分および第二線分の方程式は以下のように対応して表すことができる。

そのうち、第一線分および第二線分が対応する線分変数ｕの数値範囲および可変係数ａ_１およびａ_０は異なっていてもよい。

図３Ａおよび図３Ｂを併せて参照されたい。そのうち、図３Ａは、本発明によって模擬される刃物成形工具の他の実施例の輪郭曲線の部分概略図であり、図３Ｂは、本発明によって模擬される刃物成形工具の他の実施例の単一歯状構造の概略図である。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、本発明の他の実施例において、ｑ＝２である時に、第一線分及び第二線分を表示する方程式はすべて二次関数であり、したがって、複数個の第一線分の組合せによって構成される第一留磨量構造１２１１の第一作用面１２１１ａは曲面であり、かつ複数個の第二線分の組合せによって構成される第二留磨量構造１２２１の第二作用面１２２１ａも曲面である。例えば、第一留磨量構造１２１１は両側に形成する側壁（線分ｄ－ｅ及び線分ｆ－ｇに対応する）によって基準面Ｐに向けて設定高度まで延伸した後、前記設定高度に基準面Ｐに向けて隆起する曲面を形成して第一作用面１２１１ａ（線分ｅ－ｆに対応する）とする。また、第二留磨量構造１２２１は両側に形成する側壁によって基準面Ｐに向けて他の設定高度まで延伸した後、前記他の設定高度に基準面Ｐに向けて逆側に隆起する曲面を形成して第二作用面１２２１ａとする。この時、上記第一線分および第二線分の方程式は以下のように対応して表すことができる。

そのうち、第一線分および第二線分が対応する線分変数ｕの数値範囲および可変係数ａ_２、ａ_１およびａ_０は異なっていてもよい。この他、前述した実施例以外に、歯状構造の両側に対応する第一線分及び第二線分は、それぞれ線形関数と二次関数であってもよく、つまり、歯状構造の第一留磨量構造１２１１の第一作用面１２１１ａは平面であってもよく、第二留磨量構造１２２１の第二作用面１２２１ａは曲面であってもよいが、本発明はこれに限定されない。

工程Ｓ２：相対運動座標システムに基づき、刃物成形工具と歯車切削工具の基材を模擬して相対運動を実行し、それにより刃物成形工具の複数の歯状構造が、基材に接触し、ならびに表面加工を行い、それにより基材において複数の刃物歯部を形成し、そのうち、各刃物歯部は、外輪郭を含み、かつ外輪郭の一端において前刃面を形成し、かつ前刃面は、前刃角と辺刃角を含む。

以下ではまず、本発明によって構築される歯車の歯車切削工具の構造設計を説明する。図４Ａおよび図４Ｂを併せて参照されたい。そのうち、図４Ａは本発明によって構築される歯車切削工具の基材の概略図であり、図４Ｂは本発明によって設計される歯車切削工具の概略図である。図４Ａに示すように、本発明によって構築された歯車切削工具の基材Ａは１本の中心軸Ｗに対応し、かつ前記基材Ａは相対する第一端Ａ１および第二端Ａ２を含み、第一端Ａ１および第二端Ａ２はそれぞれ１つの円形平面を形成し、かつ中心軸Ｗは第一端Ａ１の円形平面および第二端Ａ２の円形平面に垂直する。そのうち、第一端Ａ１の円形平面の面積は第二端Ａ２の円形平面の面積より大きい。前記刃物成形工具は主に基材Ａの第一端Ａ１および第一端Ａ１と第二端Ａ２との間の外表面Ａ３に対して表面加工を行う。注意されたいのは、本発明において、歯車切削工具の基材Ａは円錐形の構造体（すなわち構造体の側面輪郭が直線である）を例として説明するが、歯車切削工具の基材Ａは半円柱形または円柱形に類似する構造体（すなわち構造体の側面輪郭が二次曲線である）を用いてもよく、本発明はこれに限定されない。

この他、刃物成形工具と歯車切削工具の基材Ａを構築する前に、歯車工具のプリセット留磨量、刃物成形工具および歯車切削工具の複数の規格変数を事前に予め決定することができ、歯車工具のプリセット留磨量および複数の規格変数によって刃物成形工具および歯車切削工具の基材を構築し、そのうち歯車工具のプリセット留磨量が最も重要であり、それは歯車切削工具の各歯状構造の第一留磨量構造および第二留磨量構造の輪郭および留磨量の大きさ、および成型しようとする歯車切削工具の刃物歯部外輪郭に影響する。ここで、複数の規格変数は刃物成形工具の複数の歯状構造の深さ、間隔および数量、歯車切削工具のモジュール（ｍｏｄｕｌｅ）、らせん角（ｈｅｌｉｘ ａｎｇｌｅ）および他の必要な規格変数などを含むことができ、それによって相応の規格を有する歯車切削工具を形成する。

図４Ｂに示すように、本発明の歯車切削工具２００は前記図４Ａの基材Ａを模擬して前記刃物成形工具１００によって表面加工を実行した後に製造される。本発明の歯車切削工具２００は、第一端２１０、第二端２２０および複数の刃物歯部２３０を含む。第二端２２０は、第一端２１０と相対する端である。複数の刃物歯部２３０は、第一端２１１および第二端２１２間の外表面に形成される。各刃物歯部は、第一端２１０から第二端２２０に向かって延伸する。各刃物歯部２３０は、前刃面２３１及び外輪郭２３２を含む。

図４Ｂから図５Ｃを併せて参照されたい。そのうち、図５Ａは、本発明によって設計される歯車切削工具の単一刃物歯部の概略図であり、図５Ｂは、図５Ａの単一刃物歯部の線分Ａ－Ａに沿った断面図であり、図５Ｃは、図５Ｂの単一刃物歯部の線分Ｂ－Ｂに沿った断面図である。図４Ｂから図５Ｃに示すように、設計上において、歯車切削工具２００の各刃物歯部２３０に対して第一端２１１に隣接する一側に前刃面２３１を形成し、かつ前刃面２３１は中心軸Ｗと垂直しない平面であり、また、外輪郭２３２は第一端２１０および第二端２２０の間に位置する。したがって、前刃面２３１は中心軸Ｗに垂直する断面に対して前刃角γおよび辺刃角β_ｃを形成し、そのうち前刃角γは中心軸Ｗに垂直する断面と前刃面２３１が垂直方向に沿う夾角と定義し、かつ辺刃角β_ｃは前記断面と前刃面２３１が水平方向に沿う夾角と定義する。この他、各刃物歯部２３０の外輪郭２３２は前刃面２３１から離れるにつれて先細り状態を呈しそれにより、歯車切削工具２００の各刃物歯部２３０は頂げき角λを形成し、ここで頂げき角λは外輪郭の頂部と中心軸Ｗとの垂直方向に沿う夾角として定義される。前刃面２３１は平面π_ｒ上に位置し、かつ前刃面２３１は刃口輪郭線Ｃを有する。

本発明は予め頂げき角の数値を決定することによって、対応規格を有する基材の複数の刃物歯部を構成する。また、予め前刃角および辺刃角の数値を決定することによって、刃物歯部が前刃面に対応する断面を決定することができ、さらに前刃面の刃口輪郭線を求めて対応規格を有する刃物歯部の前刃面を構築する。

前記工程Ｓ２に戻って、刃物成形工具と歯車切削工具の基材を構築した後、刃物成形工具と歯車切削工具の基材に相対運動を実行させて基材の表面加工を実行するために、まず両者の相対運動座標システムを確立しなければならない。

図６を参照されたい。本発明に応用される刃物成形工具と歯車切削工具との相対運動座標システムの概略図である。図６に示すように、本発明において、相対運動座標システムはそれぞれ独立した第一座標系Ｓ_ｒ（ｘ_ｒ、ｙ_ｒ、ｚ_ｒ）、第二座標系Ｓ_ｓ（ｘ_ｓ、ｙ_ｓ、ｚ_ｓ）および第三座標系Ｓ_ｃ（ｘ_ｃ、ｙ_ｃ、ｚ_ｃ）を含む。刃物成形工具１００は主に第一座標系Ｓ_ｒ（ｘ_ｒ、ｙ_ｒ、ｚ_ｒ）に基づいて運動し（基準点はＯ_ｒである）、歯車切削工具２００の基材は主に第二座標系Ｓ_ｓ（ｘ_ｓ、ｙ_ｓ、ｚ_ｓ）に基づいて運動する（基準点はＯ_ｓである）。第三座標系Ｓ_ｃ（ｘ_ｃ、ｙ_ｃ、ｚ_ｃ）（基準点はＯ_ｃである）は主に歯車切削工具２００の基材の断面に対応する。そのうち刃物成形工具１００は、第一座標系Ｓ_ｒ（ｘ_ｒ、ｙ_ｒ、ｚ_ｒ）に基づいて第一軸方向ｘ_ｒに沿って直線運動を実行し、歯車切削工具２００の基材は、第二座標系Ｓ_ｓ（ｘ_ｓ、ｙ_ｓ、ｚ_ｓ）に基づいて第二軸方向に沿って回転を実行し、かつ第一軸方向は第二軸方向に非平行である。本発明の一実施例において、刃物成形工具１００がラックカッターである場合、第一軸方向ｘ_ｒは刃物成形工具１００の歯状構造１２０の幅方向に平行な軸方向であってもよく、第二軸方向ｚ_ｃは歯車切削工具２００の基材の中心軸であってもよく、この場合刃物成形工具１００は第一軸方向ｘ_ｒに沿って直線運動を実行する。図４Ａ中のφは、歯車切削工具２００の運動回転角を示し、歯車切削工具２００がφの角度を回転する時、刃物成形工具１００は相応にｒ_ｐ＊φの距離を平行移動し、ｒ_ｐは歯車切削工具２００の基材のピッチ円半径である。 図４Ｂのθ角は歯車切削工具２００の外輪郭が生成するねじれ面の回転角を示す。

第一座標系Ｓ_ｒ（ｘ_ｒ、ｙ_ｒ、ｚ_ｒ）に基づいて運動する刃物成形工具１００を、変換行列を利用して第三座標系Ｓ_ｃ（ｘ_ｃ、ｙ_ｃ、ｚ_ｃ）に基づいて運動する基材の横方向断面に対応させ、刃物成形工具１００が歯車切削工具２００の基材表面に形成した複数の刃物歯部を有する外輪郭の軌跡方程式を求める。前記変換行列は以下の通りである。

ここでＭ_ｃｒは第一座標系Ｓ_ｒ（ｘ_ｒ、ｙ_ｒ、ｚ_ｒ）から第三座標系Ｓ_ｃ（ｘ_ｃ、ｙ_ｃ、ｚ_ｃ）までの変換行列であり、Ｍ_ｃｓは第二座標系Ｓ_ｓ（ｘ_ｓ、ｙ_ｓ、ｚ_ｓ）から第三座標系Ｓ_ｃ（ｘ_ｃ、ｙ_ｃ、ｚ_ｃ）までの変換行列であり、Ｍ_ｓｒは第一座標系Ｓ_ｒ（ｘ_ｒ、ｙ_ｒ、ｚ_ｒ）から第二座標系Ｓ_ｓ（ｘ_ｓ、ｙ_ｓ、ｚ_ｓ）までの変換行列であり、φは歯車切削工具２００の基材の回転角であり、ｌ_ｉは歯車切削工具２００の基材の横断面のｚ軸成分であり、ｍ_ｎは基材のモジュールであり、ξ_ｉは基材のプロファイルシフト係数（ｐｒｏｆｉｌｅ ｓｈｉｆｔｅｄ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）であり、θ_ｉは基材の断面のらせん角度である。

前記軌跡方程式は以下の通りである。

そのうちｒ_ｃは歯車切削工具２００の基材の位置ベクトルであり、ｒ_ｒは刃物成形工具１００の位置ベクトルであり、ｎ_ｃは歯車切削工具２００の基材の単位法線ベクトルであり、ｎ_ｒは歯車切削工具２００の基材の単位法線ベクトルであり、Ｌ_ｃｒはＭ_ｃｒの中の左上の３×３部分行列であり、ｎ_ｓｃは歯車切削工具２００の基材に対する横方向断面の数量である。

刃物成形工具１００が基材に接触して表面加工を行う時、満たすべき噛合方程式は以下のとおりである。

そのうち、ｒ'_ｃは歯車切削工具２００の基材の位置ベクトルｒ_ｃの前の３要素のベクトルである。

これにより、刃物成形工具１００の線分変数ｕと基材の横断面のｚ軸成分ｌ_ｉを方程式（７）に代入すると、歯車切削工具２０の基材における各段の刃物の回転角φを得ることができる。そして、各組（ｕ、φ、ｌ_ｉ）の変数を軌道方程式（５）と（６）に代入することによって、基材の各横方向断面の外輪郭の位置ベクトルと単位法線ベクトルを確定することができ、基材の複数刃物歯部の輪郭点資料を確立する。最後に、曲線フィッティングの方式を利用して、各断面の輪郭点データを合併することで、立体の歯部外輪郭を形成する。

本発明において、刃物成形工具と歯車切削工具の基材を構築する前に、歯車工具の各歯部のプリセット留磨量を予め決定し、プリセット留磨量によって歯車切削工具の各刃物歯部の前刃面の刃口線輪郭を逆推し、並びに刃口線輪郭によって刃物成形工具の各歯状構造の第一留磨量構造および第二留磨量構造を修正する。以下では図７Ａから図７Ｂを参照されたい。そのうち、図７Ａは、仮想斜歯車および歯車切削工具と歯車工具の共役を模擬する概略図であり、図７Ｂは、仮想斜歯車の外輪郭によって対応する留磨量を計算する概略図である。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、刃物成形工具１００と歯車切削工具２００の基材を構築する前に、歯車工具３００の各歯部のプリセット留磨量がＳ_ｎであることを予め決定し、かつ歯車工具３００と共役して各歯部がプリセット留磨量Ｓ_ｎを有する仮想斜歯車Σを形成するように構築し、ここで仮想斜歯車Σは歯車切削工具２００と同様に歯車工具３００と共役する。そのうち、仮想斜歯車Σは仮想斜歯車Σに対応するプリセット留磨量Ｓ_ｎを有する補正ラック（刃物成形工具）を利用して製造され、歯車切削工具２００は歯車切削工具２００に対応する補正ラック（カッター成形工具）を利用して作成されるものと仮定する。仮想斜歯車Σと歯車切削工具２００の外輪郭はマッチングできないが、歯車切削工具２００の前刃面が対応する平面π_ｒに基づいて、仮想斜歯車Σの外輪郭と平面π_ｒは交錯して境界線Ｉ_１を形成し、歯車切削工具２００の外輪郭と平面π_ｒは交錯して前刃面の刃口輪郭線Ｃを形成し、かつ境界線Ｉ_１および刃口輪郭線Ｃは一部の輪郭が交錯して複数の交点Ｔ_ｊ（ｊ＝０～ｑ）を形成する（複数の交点Ｔ_ｊは点Ｑｊに基づいて前記変換行列および噛合方程式によって導出して求めることができる）。

各交点Ｔ_ｊは仮想斜歯車Σの一本の螺旋曲線に対応するため、更に対応する複数の交点Ｔ_ｊの複数のらせん曲線と仮想斜歯車Σの法向平面πｎの複数の交点Ｈ_ｊ（ｊ＝０～ｑ）、及び法向平面πｎに位置し、かつ複数の交点Ｈ_ｊを通過する法線輪郭線Ｎ_１を導出することができる。次に、留磨量のない標準ラック（刃物成形工具）で作成された仮想斜歯車Σ_０を構築し、この仮想斜歯車Σ_０は仮想斜歯車Σと同じ垂直平面πｎを有し、仮想斜歯車Σ_０は複数の交点Ｄ_ｊを通過する法線輪郭線Ｎ_２に対応することができ、複数の交点Ｄ_ｊは点Ｐ_Ｊに基づいて前記変換行列および噛合方程式によって導出して求めることができる。これにより、法線輪郭線Ｎ_１上の任意の交点Ｈ_ｊから法線輪郭線Ｎ_２上の対応する位置の交点Ｄ_ｊまでの法線輪郭線Ｎ_２の法線方向に沿った距離を計算することにより、さらに歯車工具３００の刃物成形工具の第一線分および第二線分の可変係数ａ_ｉを逆方向に推進し、実際に歯車工具３００のプリセット留磨量Ｓ_ｎを生成できる刃物成形工具の外輪郭を補正する。

図８を参照されたい。本発明によって設計される歯車切削工具を利用して歯車工具に対して歯切り加工を行う概略図である。図８に示すように、本発明の一実施例において、本発明の前記設計方法を利用して設計された歯車の歯車切削工具２００は、Ｇｌｅａｓｏｎで製造されたＣＮＣ歯車切削機（型番：３００ＰＳ）４００を用いてそれぞれ異なる歯車工具３００に対して歯切り加工を行う。例えば、図８において、歯車工具３００は、内歯車であるが、本発明はこれに限定されず、歯車工具３００を外歯車に変更することが可能である。このＣＮＣ歯車切削機４００は、６つの軸方向を制御することによって、３つの直線運動（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に対応）および３つの回転運動（Ｃ、Ｂ_１、Ｂ_２軸方向に対応）をそれぞれ制御することができる。Ｘ、Ｙ、ＺおよびＣ軸方向を制御することによって、歯車切削工具２００と歯車工具３００の相対運動を制御、かつ両者間の相対位置を調整することに用い、歯車切削工具２００および歯車工具３００はそれぞれＢ_１およびＢ_２軸方向に基づいて回転することができ、歯車切削工具２００が歯車工具３００の歯面を削り取ることに役立つ。

以下では本発明の歯車切削工具の設計方法で設計された歯車切削工具を模擬（シミュレーション）して異なる歯車工具に対して歯切り加工を行い、それにより設計された歯車切削工具の歯切り加工効果を証明する。本実施例において、使用される歯車切削工具及び歯車工具の関連規格変数は表１に示すとおりである。

図９と図１０を併せて参考にされたい。図９は、異なる方式で製造された歯車切削工具を利用して内歯車に対して歯切り加工を行った後の歯車歯面トポロジー概略図及び歯面誤差概略図であり、図１０は、異なる方式で製造された歯車切削工具を利用して外歯車に対して歯切り加工を行った後の歯車歯面トポロジー概略図及び歯面誤差概略図である。以下の説明では、各歯状構造の両側に非対称の留磨量を有する刃物成形工具に基づいて加工して形成された歯車切削工具を実験群とし、各歯状構造の両側に対称の留磨量を有する刃物成形工具に基づいて加工して形成された歯車切削工具を対照群とする。同じ設定条件下、実験群および対照群の刃物成形工具を利用してそれぞれ歯車工具に対して歯切り加工の実行を模擬し、さらに実験群および対照群の歯車加工結果データを比較し、本発明の歯車切削工具の設計方法の実際の効果を証明する。本発明の一実施例において、本発明の歯車切削工具の設計方法に使用される刃物成形工具の第一線分及び第二線分がいずれも線形関数（即ちｑ＝１）であり、歯車工具のプリセット留磨量が５０μｍであり、刃物成形工具の第一留磨量構造の留磨量及び圧力角がそれぞれ３２．１７μｍ及び２０．３２°であり、第二留磨量構造の留磨量及び圧力角がそれぞれ７１．２１μｍ及び１９．９８°であると仮定する。前記変数設定に基づいて関連方程式に代入して計算した後、第一留磨量構造の第一線分の方程式は以下のとおりである。

また、第二留磨量構造の第二線分の方程式は以下のとおりである。

前記刃物成形工具を利用して本発明の歯車切削工具を模擬生成し、かつ前記ＣＮＣ歯車切削機を利用して内歯車及び外歯車に対してそれぞれ歯切り加工を行う。歯面トポロジーは図９の左側に示される結果に基づいて計算することができ、標準歯形歯面（図９の右側における歯面の最外周の歯形）と実際の歯切り歯形歯面（図９の右側における歯面の内側の歯形）の各部分の法向誤差を取得する。その後、取得した法向誤差と歯車工具の歯面プリセット留磨量の数値差異を比較し、歯切り加工結果の優劣を判断する。本発明の一実施例において、歯車工具のプリセット留磨量は５０μｍであり、図９に示すように、内歯車に対して、対照群及び実験群の左側インボリュート（例えば半径ｒ_ｓから半径ｒ_ａまでの歯形）の最大法向誤差はそれぞれ３２．０１μｍと２．９０μｍであり、対照群及び実験群の右側インボリュート（例えば半径ｒ_ｓから半径ｒ_ａまでの歯形）の最大法向誤差はそれぞれ２２．９７μｍと１．３６μｍである。図１０に示すように、外歯車に対し、対照群および実験群の左側インボリュートの最大法向誤差はそれぞれ３２．６５μｍと２．８９μｍであり、対照群及び実験群の右側インボリュートの最大法向誤差はそれぞれ２２．９０μｍと１．３７μｍである。そのうち最大法向誤差は外歯車および内歯車の頂部の節円付近に発生する。これにより、本発明の歯車切削工具の設計方法によって設計された歯車切削工具によって歯車の歯切り加工を実行し、従来の歯車切削工具より明らかに優れ、誤差値がより低い加工精度を提供することができ、且つ加工後の歯形歯面の両側がより均一である。

本発明の以下の実施例において、本発明の歯車切削工具の設計方法が使用する刃物成形工具の第一線分および第二線分はいずれも線形関数（すなわちｑ＝１）であると仮定し、本発明の歯車切削工具の設計方法が使用する他の刃物成形工具の第一線分および第二線分はいずれも二次関数（すなわちｑ＝２）であり、異なる刃物成形工具が設計した歯車切削工具が内歯車に歯切り加工を行った後の結果を比較する。本実施例において、用いられる歯車工具及び歯車切削工具の関連規格変数は前記実施例と同じであるが、歯車工具のプリセット留磨量を１００μｍに調整し、歯車工具の歯数を６０に調整し、且つらせん角を２０度に調整する。前記変数設定に基づいて関連方程式に代入して計算した後、異なる刃物成形工具に対応する第一留磨量構造の第一線分及び第二留磨量構造の第二線分の方程式は表２に示すとおりである。

図１１を参考にされたい。本発明の歯車切削工具の設計方法の異なる実施例を利用して内歯車に対して歯切り加工を行った後の歯車歯面誤差の概略図である。前記刃物成形工具を利用して本発明の歯車切削工具を模擬生成し、ならびに前記ＣＮＣ歯車切削機を利用して内歯車に対して歯切り加工を行う。同様に、シミュレーション結果の比較によって取得された歯車工具の歯面の法向誤差と歯車工具の歯面プリセット留磨量の数値差異によって、歯切り加工結果の優劣を判断する。図１１に示すように、対応する線形関数に基づく刃物成形工具に基づき、内歯車に対して生成された歯形インボリュート部分（例えば半径ｒ_ｓから半径ｒ_ａまでの歯形）の最大法向誤差は３．０５μｍである。また、二次関数に対応する刃物成形工具に基づき、内歯車に対して生成された歯形インボリュート部分（例えば半径ｒ_ｓから半径ｒ_ａまでの歯形）の最大法向誤差は０．４５μｍである。これから分かるように、二次関数に対応する刃物成形工具で生成された歯車切削工具を使用し、線形関数に対応する刃物成形工具で生成された歯車切削工具に比べて、内歯車に対する歯形の最大法向誤差は２．６０μｍで顕著に低下し、且つ歯形の両側の誤差は均一で且つ曲線が緩やかであり、プリセット留磨量の数値に合致し、歯車の歯切り精度を大幅に向上させる。

図１２を参考にされたい。本発明の歯車切削工具の設計方法の異なる実施例を利用して外歯車に対して歯切り加工を行った後の歯車歯面誤差の概略図である。前記刃物成形工具を利用して本発明の歯車切削工具を模擬生成し、ならびに前記ＣＮＣ歯車切削機を利用して外歯車に対して歯切り加工を行う。図１２に示すように、対応する線形関数に基づく刃物成形工具に基づき、外歯車に対して生成された歯形インボリュート部分（例えば半径ｒ_ｓから半径ｒ_ａまでの歯形）の最大法向誤差は３．４６μｍである。また、二次関数に対応する刃物成形工具に基づき、内歯車に対して生成された歯形インボリュート部分（例えば半径ｒ_ｓから半径ｒ_ａまでの歯形）の最大法向誤差は１．７８μｍである。これから分かるように、二次関数に対応する刃物成形工具で生成された歯車切削工具を使用し、線形関数に対応する刃物成形工具で生成された歯車切削工具に比べて、外歯車に対する歯形の最大法向誤差は１．６８μｍで顕著に低下し、且つ歯形の両側の誤差は均一で且つ曲線が緩やかであり、プリセット留磨量の数値に合致し、歯車の歯切り精度を大幅に向上させる。

以上の実施方式は本質的に補助説明のみであり、且つ出願対象の実施例又は前記等実施例の応用又は用途を限定することを意図しない。その他、前記実施方式の中に少なくとも一つの例示的実施例を提示したが、本発明は依然として大量の変形が存在することを理解すべきである。また同様に、本文に記載された実施例は、いかなる方法によっても、請求される出願対象の範囲、用途または構成を制限することを意図していないことを理解すべきである。対して、前記実施方式は属する領域の通常の知識を有する者に、前記一種または多種の実施例を実施するための簡便な指針を提供できる。さらに、部品の機能と配列に対して各種の変化を行うことができ、特許請求の範囲に定義された範囲から逸脱せず、かつ特許請求の範囲は既知の均等物および本願を提出する時のすべての予見可能な均等物を含む。

１００ 刃物成形工具
１２０ 歯状構造
１２１ 第一側部
１２１１ 第一留磨量構造
１２１１ａ 第一作用面
１２２ 第二側部
１２２１ 第二留磨量構造
１２２１ａ 第二作用面
１２３ 根部
１２４ 開口端
２００ 歯車切削工具
２１０ 第一端
２２０ 第二端
２３０ 刃物歯部
２３１ 前刃面
２３２ 外輪郭
３００ 歯車工具
４００ ＣＮＣ歯車切削機
Ｐ 基準面
Ｄ１、Ｄ２ 輪郭線
Ａ 基材
Ａ１ 第一端
Ａ２ 第二端
Ｗ 中心軸
γ 前刃角
β_ｃ 辺刃角
λ 頂げき角
Ｃ 刃口輪郭線
ｘ_ｒ， ｙ_ｒ， ｚ_ｒ 軸方向
ｘ_ｓ， ｙ_ｓ， ｚ_ｓ 軸方向
ｘ_ｃ， ｙ_ｃ， ｚ_ｃ 軸方向
Ｏ_ｒ， Ｏ_ｓ， Ｏ_ｃ 基準点
φ 運動回転角
ｒ_ｐ ピッチ円半径
θ ねじれ面の回転角
Ｓ_ｎ プリセット留磨量
Σ， Σ_０ 仮想斜歯車
Ｉ_１ 境界線
Ｎ_１， Ｎ_２ 法線輪郭線
Ｄ_ｊ， Ｈ_ｊ， Ｔ_ｊ， Ｐ_Ｊ 交点
Ｘ， Ｙ， Ｚ 軸方向
Ｃ， Ｂ_１， Ｂ_２ 軸方向
Ｓ１～Ｓ２ 軸方向
Ｌ 直線方向

Claims (12)

1. 歯車切削工具の設計方法であって、前記歯車切削工具は、歯車工具に対して歯切り加工を実行するものであり、前記方法は、
   刃物成形工具と歯車切削工具の基材を構築し、そのうち、刃物成形工具は、複数の歯状構造を含み、各前記歯状構造の中心は、基準面に対応し、かつ相対する第一側部と第二側部を含み、前記第一側部は、前記基準面に向かって隆起する第一留磨量構造を形成し、かつ前記第二側部は、前記基準面に向かって隆起する第二留磨量構造を形成し、そのうち、前記第一留磨量構造は、前記第二留磨量構造とは相違しており、それにより各前記歯状構造が、前記基準面に基づき、非対称構造を形成することと、及び、
   相対運動座標システムに基づき、前記刃物成形工具と前記基材を模擬して相対運動を実行し、それにより前記刃物成形工具の前記複数の歯状構造が、前記基材に接触し、ならびに表面加工を行い、それにより前記基材において複数の刃物歯部を形成し、そのうち、各前記刃物歯部は、外輪郭を含み、かつ前記外輪郭の一端において前刃面を形成し、かつ前記前刃面は、前刃角と辺刃角を含むことと、を含むこと特徴とする歯車切削工具の設計方法。
2. 前記設計方法のうち、前記第一留磨量構造は、第一作用面を含み、前記第二留磨量構造は、第二作用面を含み、かつ前記第一作用面及び前記第二作用面のうち、少なくとも一つは、平面或いは曲面であること、を特徴とする請求項１に記載の歯車切削工具の設計方法。
3. 前記設計方法のうち、前記第一作用面は、前記基準面に接近する方向に向かって湾曲する曲面であり、かつ前記第二作用面は、前記基準面に離反する方向に向かって湾曲する曲面であること、を特徴とする請求項２に記載の歯車切削工具の設計方法。
4. 前記設計方法のうち、各前記歯状構造の前記基準面と垂直である断面は、それぞれ、前記第一留磨量構造の前記第一作用面および前記第二留磨量構造の前記第二作用面と、第一線分および前記第二線分を形成し、かつ前記第一線分および第二線分は、方程式数１によって求められ、
   そのうち、ｕは線分変数、ｕ_ｅは対応する線分が根部に最も接近する線分変数、ｕ_ｆは対応する線分が開口端に最も接近する線分変数、ａ_ｉは線分のｙ分量の可変係数、ｑは方程式の所定係数であり、ｄ＝１の時、前記第一線分に対応し、ｄ＝２の時、前記第二線分に対応すること、を特徴とする請求項２に記載の歯車切削工具の設計方法。
   
5. 前記設計方法のうち、各前記歯状構造の前記基準面と垂直である断面は、それぞれ、前記第一留磨量構造の前記第一作用面および前記第二留磨量構造の前記第二作用面と、第一線分および前記第二線分を形成し、かつ前記第一線分および第二線分は、方程式数１によって求められ、
   そのうち、ｕは線分変数、ｕ_ｅは対応する線分が根部に最も接近する線分変数、ｕ_ｆは対応する線分が開口端に最も接近する線分変数、ａ_ｉは線分のｙ分量の可変係数、ｑは方程式の所定係数であり、ｄ＝１の時、前記第一線分に対応し、ｄ＝２の時、前記第二線分に対応すること、を特徴とする請求項２に記載の歯車切削工具の設計方法。
   
6. 前記設計方法のうち、前記刃物成形工具と前記歯車切削工具の前記基材を構築する前に、前記歯車工具の各歯部のプリセット留磨量を予め決定し、前記プリセット留磨量によって前記歯車切削工具の各前記刃物歯部の前記前刃面の前記刃口線輪郭を逆推し、並びに前記刃口線輪郭によって前記刃物成形工具の各前記歯状構造の前記第一留磨量構造および前記第二留磨量構造を修正すること、を特徴とする請求項１に記載の歯車切削工具の設計方法。
7. 前記設計方法のうち、前記歯車工具と共役する仮想斜歯車を構築することによって、前記仮想斜歯車と前記刃口線輪郭との複数の交点を探し出し、前記複数の第一交点を、前記仮想斜歯車の複数のらせん曲線に沿わせて、前記仮想斜歯車の法向平面に対応する複数の第二交点を探し出し、さらに各前記第二交点に対応する留磨量を求め、それにより、前記第一線分および前記第二線分に対応する前記等の可変係数ａ_ｉを決定して前記第一留磨量構造および前記第二留磨量構造を修正すること、を特徴とする請求項６に記載の歯車切削工具の設計方法。
8. 前記設計方法のうち、前記相対運動座標システムは、第一座標系と第二座標系とを含み、前記刃物成形工具は、前記第一座標系に基づいて運動し、前記歯車切削工具の前記基材は、前記第二座標系に基づいて運動し、かつ前記刃物成形工具の運動を、座標変換行列を利用して前記基材の運動に対応させ、前記刃物成形工具が前記基材運動に対して運動する軌跡および噛合状態を模擬することで、さらに前記基材が形成する前記複数の刃物歯部の前記外輪郭を得ること、を特徴とする請求項４に記載の歯車切削工具の設計方法。
9. 前記設計方法のうち、前記刃物成形工具は、前記第一座標系に基づいて第一軸方向に沿って直線運動を行い、前記歯車切削工具の前記基材は、前記第二座標系に基づいて第二軸方向に沿って回転運動を行い、かつ前記第一軸方向は、前記第二軸方向と非平行であること、を特徴とする請求項７に記載の歯車切削工具の設計方法。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の方法で設計、形成される、歯車切削工具であって、前記歯車切削工具は、中心軸に対応し、
    前記歯車切削工具は、第一端と、第二端と、複数の刃物歯部を含み、
    前記第二端は、前記第一端と相対する端であり、
    各前記刃物歯部は、前記第一端の前刃面および前記第一端と前記第二端との間の位置に隣接する外輪郭を含み、そのうち、前記中心軸は、前記前刃面に非垂直であり、それにより、前記前刃面に前記中心軸に垂直する断面に対して、前刃角および辺刃角を形成し、かつ前記外輪郭は、前記中心軸と非平行であり、それにより、前記外輪郭は、前記中心軸に対して、頂げき角及び辺げき角を形成すること、を特徴とする歯車切削工具。
11. 前記歯車切削工具のうち、各前記刃物歯部の前記外輪郭は、前記前刃面から離れるにつれて先細り状態を呈すること、を特徴とする請求項１０に記載の歯車切削工具の設計方法。
12. 歯車切削工具の設計方法であって、前記歯車切削工具は、歯車工具に対して歯切り加工を実行するものであり、前記方法は、
    前記歯車工具の各歯部のプリセット留磨量を決定することと、
    前記プリセット留磨量に基づいて、前記歯車切削工具の各刃物歯部の前刃面の刃口線輪郭を逆推することと、
    前記刃口線輪郭に基づいて、刃物成形工具の各歯状構造の第一留磨量構造および第二留磨量構造を修正し、そのうち、前記第一留磨量構造は、前記第二留磨量構造と異なり、それにより、各前記歯状構造が、前記基準面に基づいて、非対称構造を形成することと、および、
    相対運動座標システムに基づき、前記刃物成形工具が歯車切削工具の前記基材に対して相対運動を実行することを模擬して、それにより前記刃物成形工具の前記複数の歯状構造が、前記基材に接触し、ならびに表面加工を行い、それにより前記基材において複数の刃物歯部を形成し、そのうち、各前記刃物歯部は、外輪郭を含み、かつ前記外輪郭の一端において前刃面を形成し、前記前刃面は、前刃角と辺刃角を含み、かつ前記外輪郭は、頂げき角を含むことと、を含むこと特徴とする歯車切削工具の設計方法。