JP2023535196A - ワークピースに歯付き部分を機械加工及び生成するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、工具歯付き部分（４）によってワークピースに歯付き部分（２）を機械加工又は生成するための方法であって、工具歯付き部分が、工具歯付き部分の歯をワークピース歯付き部分の歯溝に割り当てる転がり結合が存在するように、挟持機構において挟持された回転するワークピース歯付き部分との第１の機械加工係合にもたらされ、工具歯付部分が、最も深い前進の機械加工距離において、第１の機械加工係合の転がり結合と比較して、ピッチの少なくとも４分の１だけ位相シフトされた第２の機械加工係合にもたらされ、第２の機械加工係合が、第１の機械加工係合の最も深い前進と比較して、第１の機械加工係合の同じ挟持機構において挟持されたワークピース歯付き部分から増加した機械加工距離を有する、方法に関する。本発明はまた、制御命令を有する制御プログラムであって、制御命令が、ギヤ切削機械のコントローラ上で実行されたときに、ギヤ切削機械に方法を行わせる、制御プログラムに関する。本発明はまた、そのためのギヤ切削機械に関する。

Description

本発明は、工具歯部によってワークピースに歯付き部分を機械加工又は生成するための方法であって、この方法により、工具歯部が、工具歯部の歯をワークピース歯付き部分の歯溝に割り当てるギヤ結合が存在するように、挟持機構において挟持された回転するワークピース歯部との第１の機械加工係合にもたらされる、方法に関する。

このようなギヤ機械加工は、もちろん、周知であり、例えば、ギヤホビング、ギヤ成形、又はギヤスカイビングの形態で実施される。ギヤ結合では、工具歯部はワークピース歯部の歯溝に割り当てられており、それにより工具歯部の歯先は、ワークピース歯部の足領域で動作し、これを必要に応じて形状形成するが、ワークピース歯部の歯先は工具歯部の足領域に位置し、その成形によって影響を受けることができる。このようにして、例えば、歯先の高さは、これがローラなどの別個の工具を使用して行われない限り、ワークピース上で設定することができる。

本発明は、できるだけ簡単な方法設計と、後続の更なる処理の十分な精度との有利な組合せに関して、上記の形式の方法を改善する目的に基づく。

この目的は、プロセスエンジニアリングに関しては、冒頭に述べたタイプの方法の更なる発展によって達成され、この方法は、工具歯部が、特に最も深い前進の機械加工距離において、第１の機械加工係合のギヤ結合のかかる割り当てと比較して、ピッチの少なくとも４分の１だけ位相シフトされた第２の機械加工係合にもたらされ、第２の機械加工係合が、第１の機械加工係合の最も深い前進と比較して、第１の機械加工係合の同じ挟持機構において挟持されたワークピース歯部から増加した機械加工距離を有することを実質的に特徴とする。

したがって、本発明によれば、通常のギヤ結合と比較して位相シフトされたやり方でワークピース歯部を機械加工することによって、例えば、ワークピース歯部の歯先の歯部機械加工が、工具歯部の足領域の成形とは独立して可能になり、この点で柔軟性が増加し、追加の工具がないことによって方法が簡略化され、それにもかかわらず、それによって、ギヤ生成／機械加工の基準回転軸及び第２の機械加工係合の機械加工面は、同じワークピース挟持機構を介した機械加工係合の結合によって同じままであることが認識された。このようにして、ワークピース歯部の回転軸基準に対する位置決め表面の回転軸基準が異なることによって引き起こされる位置決め誤差又は挟持誤差なしに、例えば、歯先直径を、グリッパのための位置決め表面として、又は後続の追加機械加工のための挟持時に使用することができる。これにより、第１の機械加工係合のギヤ結合の回転軸の同期を維持することができる。

好ましい実施形態では、上述したように、第２の機械加工係合により、ワークピース歯部の歯先が工具歯部の歯先によって機械加工される。この場合、位相シフトは、周方向におけるワークピース歯先の広がりに対応するピッチの約半分の範囲内にある。

これに関連して、第２の機械加工係合の機械加工領域が異なる位相シフトを網羅することが提供される。一方では、これは、非対称のワークピース設計によるワークピース歯先の機械加工を可能にし、他方では、方法の柔軟性及び／又は精度を増加させる。

好ましい形式の方法において、ワークピース歯部の歯先直径は、第２の機械加工係合の接触線によって決定される。したがって、本方法は、歯先直径を選択的に設定するために使用され、それを成形するため（だけ）に使用されるものではない。しかしながら、これらも考慮される。例えば、チップ位相は、本発明による方法を用いて、軸方向（ｚ）機械軸移動の他に半径方向（ｘ）機械軸移動を、位相シフトされたギヤ結合に重畳することによって生成することができる。

特に好ましい実施形態では、ワークピース歯部の歯先直径における、あるワークピース歯にわたって取られた歯先直径の平均値からの偏差は、２００μｍ未満、好ましくは８０μｍ未満、特に２０μｍ未満である。必要な場合には、この目的のために、第２の機械加工係合中に異なる位相シフトが使用され、したがって、歯先直径は、互いに対して位相シフトされた部分機械加工動作のための接触線の包囲を介して得られる。

特に好ましい実施形態では、本方法は、第２の機械加工係合の送り運動において実行され、その主運動成分は、ワークピース回転軸（Ｚ）に沿って方向付けられる。これにより、上述した効果を、例えば、歯幅全体に、又は所望であればその一部のみに拡張することができる。

同様に好ましい実施形態では、第２の機械加工係合において、連続位相シフト、特に振動位相シフトが使用される。次に、例えば、ワークピース歯部の歯先の機械加工が、比喩的に言えば、歯部幅の異なる高さで、１回は右側面から左側面へ、１回は左側面から右側面へ行われる。送り運動はこの目的のために調整されなければならないことが理解される。

本方法では、好ましくは、位相シフトの振動周波数とワークピース速度との比は、（２ｋ＋１）／（２ｍ）によって求められ、式中、ｍは２より大きく、好ましくは１０未満、特に７未満、好ましくは４以下であり、ｋは０以上、好ましくは１０未満、特に７未満であり、好ましくはｋ及び／又はｍは整数である。

好ましい成形において、第１の機械加工係合は、ギヤスカイビング又はハードスカイビングの機械加工係合であり、特に、ステップ研削によって研削されたスカイビングホイールとの機械加工係合である。本発明による柔軟性は、この機械加工作業に特に有効である。好ましくは、第１及び第２の機械加工は、同じ軸交差角で行われる。

好ましい実施形態では、位相シフトは、ワークピース歯部及び／又は工具歯部の追加の回転によって、特にワークピース歯の追加の回転によって形成される。しかし、接線方向の直線機械軸を使用して、位相シフト位置を達成することもできる。しかしながら、接線軸は第１の機械加工と同様であることが好ましい。

したがって、第２の機械加工係合で形成される表面、並びに把持可能及び／又は位置決め決定表面としてのその適合性に関して、本発明はまた、工具歯部によってワークピースに歯部を機械加工又は生成するための方法であって、工具歯部が、工具歯部の歯をワークピース歯部の歯溝に割り当てるギヤ結合の下で、特に上述の態様のうちの１つに従って、挟持されたセットアップで回転するワークピース歯部と第１の機械加工係合にもたらされ、ワークピース歯の歯足領域とは異なり、把持可能及び／又は位置決め決定表面として機能し、かつワークピース回転軸に直交する断面において実質的に環状である、任意選択的に非連続な表面が、同じ挟持されたセットアップで挟持されたワークピース上で切削によって材料を除去することによって、工具歯部の歯先領域により生成される、方法に関する。

更に、本発明は、上記で定義された方法の態様に従って定義された制御命令を含む制御プログラムにも関し、対応する制御命令によってそのような方法を実行することができるギヤ切削機械にも関する。

本発明の更なる特徴、細目、及び利点は、添付の図面を参照しながら以下の説明に見出すことができる。

ワークピースと工具歯部との相対位置を示す。 ワークピースと工具歯部との別の相対位置を示す。 歯先のより詳細な図を示す。 異なる位相シフトの接触線を示す。 異なる位相シフトの接触線を示す。 送り運動を伴う接触線の図を示す。 送り運動を伴う接触線の別の図を示す。 階段的研削を伴うスカイビングホイールを示す。

図１は、ワークピース歯部、この場合は内歯部を示し、これは、２で示されている。工具歯部４は、歯部２を生成するための機械加工方法のギヤ結合に関して、最も深い前進の位置に実質的に対応する位置に示されている（非常に短い接触線３が、最も深く前進したときにワークピース歯部２の歯足にある）。したがって、図１に示される位相位置は、例えば、ワークピース歯部２の形成後に、ギヤ結合が維持されている間にワークピースから工具が半径方向に後退した状況に対応する。

通常、従来の機械加工方法では、これが機械加工の終了であり（連続圧延機械加工方法では、ワークピース歯部の全ての歯溝が同時に形成される）、ワークピースは挟持解除され、必要に応じて、例えば、歯面面取り段階のために別の機械加工ステーションに移送される。

しかしながら、これとは対照的に、別の機械加工動作が、具体的には、ワークピース歯部２の歯先のうちの１つが、第１の機械加工係合のギヤ結合に対して位相シフトされた機械加工係合において実行される。図１及び図２から分かるように、ここでの位相シフトはピッチの半分である。結果として、工具歯４の先端は、ワークピース歯部２の歯の先端と機械加工接触し、図２の楕円で囲まれた領域は、別の拡大図である図３に再び示されており、機械加工係合の接触線３を見ることができ、これは、第１の機械加工、ここでは、例えば、ギヤスカイビングの機械加工モードで起こり続ける（接触線３は、切削歯４のプロファイルの１対１の圧痕ではなく、ギヤスカイビングの採用された機械軸運動学における工具歯の機械加工位置の包絡線として本方法の機械軸移動を考慮するこのプロファイルから生じる）。

したがって、図１～図３は、第２の機械加工係合のために使用される位相シフトの原理を説明するが、ワークピース歯部２のより正確な歯先機械加工を達成するために、好ましくはいくつかの異なる位相シフトが重ね合わされる。これらの効果を、図４及び図５に示す。図４は、異なる位相シフトを有する２つの接触線３ａ、３ｂを示す。図３と比較すると、そのような接触線（矢印によって示されており、この例では３６μｍ）によって形成される歯先表面が更に均一であることが明確に視認され、これは図５の図において更により顕著である。図５には、３つの接触線３ａ、３ｂ、３ｃが描かれており、それぞれがそれらの間で異なる位相シフトを有し、図示された想定標的歯先表面からの偏差（約６μｍ）を裸眼ではほとんど視認できない。

したがって、説明した方法を使用して半径方向Ｘに更に前進させることによって、ワークピース歯部の先端直径を、設定、追従制御、又はそれ自体の要件に応じて設計することができる。

ギヤ機械加工作業自体の第１の機械加工係合の前に歯部が既に事前に歯付けされている場合、第２の機械加工係合は、第１の機械加工係合の時間的に前に行うこともできる。したがって、「第１」及び「第２」という用語は、時間的順序として理解されるべきではないが、そのような時間的順序が好ましい実施形態である。

図１～図５に説明する接触線による係合は、ワークピース回転軸に対する面断面においてのみ図示されており、この図示は、図６及び図７の図示により補足される。この例示的な実施形態では、第２の機械加工係合がワークピース歯部２の歯幅全体にわたって行われるので、ここではワークピース回転軸Ｚの方向における軸方向送りＶ_zも考慮に入れられている。図６は、図６における（ワークピース回転当たり）１ｍｍの送りを考慮して、半径－軸平面Ｘ、Ｚにおける接触線を示し、これは、この例における半径方向基準と比較して、依然として３５μｍの偏差につながるが、（図７）送り速度を半分にすることは、この例示的な実施形態において、これに関する偏差を９μｍに既に低減している。

ここで使用される数値は説明のためのものに過ぎず、送り速度は、特に上述した好ましい範囲内で異なっていてもよいことが理解される。

同様に、図４及び図５を参照すると、位相シフトは、別々の位相シフトの値に急に設定される必要はないが、正しい大きさの程度で１回位相シフトした後に、ワークピースの歯先と工具歯部との間の機械加工接触を確立するために、位相シフトを連続的に増加させて、ワークピース歯部２の歯先表面全体を網羅するように設定され得ることが理解される。

例えば、図５には位相シフトの異なる接触線３ａ、３ｂ、３ｃ（しかし、常に、最も深い前進において第１の機械加工と比較して半ピッチの大きさの範囲内にある）による分割が示されており、これら接触線は、歯幅で見て同じ歯高さに一緒に位置し、歯幅全体にわたる軸方向送りによって案内されるが、この分割と比較して、例えば、図７を参照して説明される軸方向送りによれば、図５からの接触線３ｃは、軸方向送りによって歯幅全体にわたって延びることができ、接触線３ｂが続き、最後に接触線３ａが続き、又はそのような２つの変形例の異なる順序若しくは混合形態であることも理解される。

好ましくは、機械加工係合がギヤスカイビング又はハードスカイビングの係合である場合、図８に示すような、切削面５がステップ状研磨で研磨された工具４０が機械加工作業に使用される。この工具は、歯側面機械加工によってワークピース歯部２を形成及び／又は機械加工するとともに、その歯先又は歯先面を機械加工し、それによって特にワークピース歯部２の歯先直径を設定する。

ワークピース歯部２の歯先面の形態でこのようにして形成された表面は、自動化システム又は挟持装置のグリッパのための位置決め又は把持面として使用することもできる。歯部自体と歯先表面の両方に対して、同じワークピース挟持機構において同じローリング機械加工係合により機械加工するので、後続の機械加工ステップのための正確な挟持が容易になる。

本発明は、例示的な実施形態の個々の特徴に限定されない。むしろ、上記の説明及び以下の特許請求の範囲の特徴は、その異なる実施形態において本発明を実現するために、個別に及び組み合わせにおいて、重要であり得る。

Claims (14)

1. 工具歯部によってワークピースに歯部（２）を機械加工又は生成するための方法であって、前記工具歯部が、前記工具歯部の歯（４）を前記ワークピース歯部の歯溝に割り当てるギヤ結合が存在するように、挟持機構において挟持された回転する前記ワークピース歯部との第１の機械加工係合にもたらされ、
   前記工具歯部が、特に最も深い前進の加工距離において、前記第１の機械加工係合の前記ギヤ結合のかかる割り当てと比較して、ピッチの少なくとも４分の１だけ位相シフトされた第２の機械加工係合にもたらされ、前記第２の機械加工係合が、前記第１の機械加工係合の前記最も深い前進と比較して、前記第１の機械加工係合の同じ前記挟持機構において挟持された前記ワークピース歯部から増加した機械加工距離を有することを特徴とする、方法。
2. 前記第２の機械加工係合により、前記ワークピース歯部の歯先が前記工具歯部の歯先によって機械加工される、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の機械加工係合の機械加工領域が、異なる位相シフトを網羅する、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ワークピース歯部の歯先直径が、前記第２の機械加工係合の接触線によって決定される、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記ワークピース歯部の前記歯先直径における、あるワークピース歯にわたって取られた前記歯先直径の平均値からの偏差が、２００μｍ未満、好ましくは８０μｍ未満、特に２０μｍ未満である、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記第２の機械加工係合の送り運動を含み、前記送り運動の主運動成分が、ワークピース回転軸に沿って方向付けられる、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記第２の機械加工係合における連続位相シフト、特に振動位相シフトを含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 位相シフトの振動周波数とワークピース速度との比が、（２ｋ＋１）／（２ｍ）によって求められ、式中、ｍが２より大きく、好ましくは１０未満、特に７未満、好ましくは４以下であり、ｋが０以上、好ましくは１０未満であり、好ましくはｋ及び／又はｍが整数である、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１の機械加工係合が、ギヤスカイビング又はハードスカイビングの機械加工係合である、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記工具歯部が、ステップ研削によって研削されたスカイビングホイールである、請求項９に記載の方法。
11. 前記位相シフトが、ワークピース及び／又は工具歯部の追加の回転によって、特に、前記ワークピース歯部の追加の回転によって生成される、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 工具歯部によってワークピースに歯部を機械加工又は生成するための方法であって、特に請求項１～１１に記載の方法に従って、前記工具歯部が、前記工具歯部の歯を前記ワークピース歯部の歯溝に割り当てるギヤ結合の下で、挟持機構において回転する前記ワークピース歯部との第１の機械加工係合にもたらされ、前記ワークピース歯部の歯足領域とは異なり、把持可能な及び／又は位置決めする決定表面として機能し、かつ前記ワークピース回転軸に直交する断面において実質的に環状である、任意選択的に同様に不連続な表面が、前記同じ挟持機構において挟持された前記ワークピースの切削による材料の除去によって、前記工具歯部の歯先領域により生成される、方法。
13. 制御命令を含む制御プログラムであって、前記制御命令が、ギヤ切削機械のコントローラにおいて行われると、前記機械に請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法を行わせる、制御プログラム。
14. 回転方向に駆動可能なワークピースを挟持するためのワークピーススピンドルと、工具歯部を回転方向に駆動するための工具スピンドルと、前記ワークピース回転軸に対して工具回転軸を位置決めするための少なくとも１つの、特に複数の位置決め及び／又は設定軸と、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法を実行するための制御命令によって制御する制御装置と、を備える、ギヤ切削機械。

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