JP2023545587A - 歯車を切削するための方法、歯切工具、及び歯切機械 - Google Patents
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Abstract
金属ワークピース(2)から歯車(4)を切削するための方法であって、歯車の、事前定義された最終形状と比較して依然としてオーバーサイズを有する歯面が、最終形状に存在するその表面の反射特性を形成するために、歯車に供給される1つ以上の切削工具(10)と切削係合する1つ以上の切削パスにおいて、結合剤マトリックスに組み込まれた切削粒子からなる幾何学的に定義されていない切削エッジによりハードファイン仕上げされ、切削工具10bの切削パスにおいて、その結合剤マトリックスによって設定された切削粒子の弾性的に弾力的な取り付けがこの表面特性に作用し、かつ切削係合が受ける切削工具のインフィードを介して設定された圧縮予荷重によって、歯面における少なくとも2μmのオーバーサイズの切削低減が実現される、方法、並びにこの目的のための歯切工具及び機械工具に関する。
Description
本発明は、特に連続創成研削において、金属ワークピースから歯車を切削するための方法であって、歯車の、その事前定義された最終形状と比較して依然としてオーバーサイズを有する歯面が、最終形状に存在するその表面の反射特性を形成するために、それに供給される1つ以上の切削工具と切削係合する1つ以上の切削パスにおいて、結合剤マトリックスに組み込まれた切削粒子からなる幾何学的に定義されていない切削エッジによりハードファイン仕上げされる方法に関する。この目的のために設計された歯切工具、及びこの目的のために設計された歯切機械に関する。
所定の最終形状(ターゲット寸法)を有する歯車が製造される場合、例えば、軟切削プロセスにおいて歯車を切削するとき、最終形状と比較してオーバーサイズが残され、次いで、歯車を硬化させた後に、ハード/ファイン仕上げによってオーバーサイズを除去しなければならない。次に、ハード/ファイン仕上げは、幾何学的に定義された切削エッジを用いて(例えば、ハードピーリングによって)切削することによって、又は幾何学的に定義されていない切削エッジを用いて、プロファイル研削、創成研削、又はスクレーピング(歯研ぎ)などの研削プロセスによって行うことができる。
自動車産業における歯車などの典型的な用途では、依然として除去されるべきオーバーサイズは、0.1mm、すなわち約100μmであり得、オーバーサイズの大部分が除去される1つ以上の粗削りパスと、粗削り後に依然として残っている残留オーバーサイズが最終形状まで除去される1つ以上の仕上げパスとをそれぞれ介して、より深いインフィードでのいくつかの切削パスにおいて既知の技術を使用して除去される。例えば、100μmのオーバーサイズの上記の例では、90μmのオーバーサイズを粗削りパスで除去することができ、残りの10μmは、仕上げパスで除去される。
粗削り及び仕上げの両方のために、セラミック結合剤が、通常、採用された切削工具、例えば研削を形成するための研削ウォームの所望の剛性を達成するために使用される。研磨剤に関しては、コランダム又は焼結コランダムで作られた砥粒が、特にコストの理由からしばしば使用される。
加えて、クラウニング又はくびれなどの歯面修整も研削によって導入することができる。ドレッシング可能な及びドレッシング不可能な研削工具を使用することが可能である。これらの全ては当業者に既知であり、例えばThomas Bausch,Innovative Zahnradfertigung,第3版,Expert Verlagに記載されている。
Thomas Bausch,Innovative Zahnradfertigung,第3版,Expert Verlag
上記で説明した粗削りパスと仕上げパスとの組み合わせにより、粗さ深さRzを有する歯車の表面を、約2.5μmまでの範囲内で(算術平均粗さ値Raが約0.3~0.6μmの範囲内で)製造することができる。このような切削の後、これらの粗さ値を有する表面は、艶消しに見える。しかしながら、使用者の側では、反射性に見える表面まで延在するより低い表面粗さという意味で、より高い表面品質に対する要求が高まっている。
これらの更なる要件を達成するために、粗削り及び仕上げによって既に準備された歯車は、本質的に歯表面をより低い粗さ値までのみ研磨する研磨切削にかけられる。このようなタイプの方法は、例えば、Reishauer社によるWZL Fine Machining Seminar 2015において、研削ウォーム領域において弾性結合剤を用いた研磨研削として提示されており、この研磨研削は、切削プロセスを中断することなく従来の研削切削の直後に実行され、活性領域における歯面の歯面トポグラフィを変化させることなく粗さプロファイルの先端高さを低減するタスクのみを有する。この研磨研削のために、0.73μmのRz及び0.08μmのRaを有するDIN4768による粗さプロファイルが達成可能であると指定されている。
更なる方法原理として、いわゆる微細研削段階が、同じ提示の文脈において提案され、そのために、粗さプロファイルの先端高さ及び溝深さの両方が、より微細な研削ホイール粒子を使用することによって、セラミック結合を有する研削ウォームを用いて、活性領域における歯面の歯面トポグラフィを変化させることなく、大部分が低減される。この微細研削は、仕上げ段階において、又は切削プロセスを中断することなく従来の研削の直後の追加の切削段階において実行することができるが、粗さプロファイルは、1.35μmのRz及び0.21μmのRaのみで達成され、したがって、1μm未満のRz及び0.1μm未満のRaのユーザ指定ターゲットの粗さパラメータではない。Reishauerによって提案された研磨研削の上記の選択肢は、比較的少ない労力で歯車の機能特性の著しい改善を達成する。研磨後の反射性歯表面も、提示された例示的なワークピース上で容易に識別可能である。研磨及び微細研削の両方に関して、表面仕上げの変化は時間加法的であると述べられている。
本発明は、歯表面品質とプロセス制御との間の満足のいく妥協に関して上述したタイプの方法を更に発展させるという目的に基づく。
この目的は、上述したタイプの方法による本発明によって達成され、この方法は、基本的に、切削工具の切削パスにおいて、その結合剤マトリックスによって設定された切削粒子の弾性的に弾力的な取り付けがこの表面特性に作用することと、歯面における少なくとも2μmのオーバーサイズの切削低減が、切削係合が施される切削工具のインフィードを介して設定された圧縮予荷重によって実現されることとの両方を特徴とする。
本発明は、一方では満足のいく表面特性を達成し、他方では切削自体の利点を達成することができるという洞察に基づいており、それは、達成されるべき表面特性及びこの目的のために結合剤マトリックスによって設定された切削粒子の弾性的に弾力的な取り付けにもかかわらず、オーバーサイズの切削低減が、切削工具のインフィードを介して圧縮予荷重を設定することによって歯面で依然として達成され得るということである。様々な用途のために、これは、この切削パスを1つ粗削りパスの直後に(また後にのみ)実行することを可能にし、その結果、特に、仕上げパスを省略することができ、したがって、以下でより詳細に説明するように、より短いサイクル時間を達成することができる。
本開示の意味の範囲内で、1.35μm以下の平均粗さ深さRZを考慮すると、表面の反射特性が存在する。本発明によるオーバーサイズの少なくとも2μmの切削低減により、切削粒子の弾性的に弾力的な取り付けを伴う切削工具によって機械加工される歯面の粗さプロファイルのISO13565によるコア領域とプロファイル溝領域との間の境界は、除去中に超過される。したがって、プロファイルの先端が破壊されるだけでなく、実質的に、オーバーサイズの切削低減前の以前の粗さプロファイルが除去され、この切削工具による切削後に反射特性を有する新たに形成された粗さプロファイルによって置き換えられる。別の好ましい実施形態では、切削オーバーサイズ低減は、プロファイル溝領域の3分の1より多く、より好ましくはこの領域の3分の2より多くを依然として除去する。また、プロファイル溝領域がほぼ完全に又は完全に除去されることが提供される。
これに関連して、特に好ましい方法設計では、3μm超、好ましくは4μm超、特に5μm超のオーバーサイズがこの切削パスで除去され、及び/又は12μm未満、好ましくは10μm未満、特に8μm未満のオーバーサイズが除去される。一方で、これは、特に粗削り作業の事前の実行において、より低い感度を可能にする。他方で、過大な圧縮予荷重による損傷の影響は、過大サイズを除去しすぎないことによって回避される。
圧縮予荷重は、例えば、より非可撓性の工具の場合に所望のオーバーサイズ除去を達成するために使用される比較設定(負のオーバーサイズへの設定)よりもワークピースへの工具のより高い半径方向インフィードのために機械軸設定を設定することによって達成され得る。例えば、以下の値を参照するために、研削ウォームを使用することができ、それを用いて、事前のオーバーサイズ除去が、切削粒子の弾性的に弾力的な取り付けを伴う切削工具の切削パスの前に実行される。好ましくは、少なくとも20μm、好ましくは少なくとも28μm、特に少なくとも36μm、及び/又は最大100μm、好ましくは最大90μm、特に最大80μm、特により好ましくは最大70μmのそのようなオーバーフィードが設定され、機械軸のそのような基準関連半径方向オーバーフィードに変換される。半径方向オーバーフィードの絶対数値は、それらの弾性可撓性が考慮されなければならないので、機械工具ごとに変化し得る。これらの値は、最初の使用の前に、切削粒子の弾性的に弾力的な取り付けを伴う採用された切削工具のための所与の機械構成及びワークピース構成で初めて決定されなければならず、又はそれに応じて、実験的試験又は正確な数値シミュレーションからこれらの値が記憶されているデータ記録から検索されなければならない。
切削砥粒又は砥粒に関しては、23000超、好ましくは25000超、特に27000超のヌープ硬度(N/mm2)超であることが好ましい。これは、良好な切削能力を確実にする。個々の切削粒子が破損した場合、「新しい」切削エッジも再び生じるので、全体として、工具の十分な耐久性が達成され、特に、次に必要とされるドレッシングまで行われる切削作業は十分である。
切削粒子又は砥粒に関して、炭化ケイ素(SiC)、特にグリーン又はブラックが成分として、特に主成分として好ましい。好ましくは少なくとも30%、より好ましくは少なくとも50%、特に少なくとも70%のSiCを有する粒子ブレンドも考慮され、特に、更なるブレンド成分としてコランダム/焼結コランダムを有する。
採用された砥粒の好ましい粒径は、5.5μm超、特に7.5μm超、より好ましくは8.5μm超の範囲内であるが、他方では、18μm未満、好ましくは16μm未満、特に14μm未満であることが好ましい。FEPA(Federation of European Producers of Abrasives)の規定によれば、例えば、砥粒径9.4μmは600メッシュの篩の目の細かさに相当し、砥粒径6.5μmは800メッシュの篩の目の細かさに相当する。
材料に関して、弾性調整は、プラスチック材料又はゴム材料、特にポリウレタンとしてのバインダマトリックスのための材料選択を含むことが好ましい。
したがって、切削砥粒の弾性的に弾力的な取り付けを伴う切削工具の弾性は、一方ではウォーク効果が依然として可能であり、他方では本発明による切削最小オーバーサイズ低減が行われる範囲内で移動する。これに関連して、GPa単位で測定される切削工具の弾性率(ヤング率)は、20.0未満、好ましくは18.5未満、特に17.0未満、及び/又は10.0超、好ましくは11.5超、特に13.0超であることが特に好ましい。弾性率は、例えばGrindoSonic(登録商標)からの測定システムを用いて、品質検査において歯切工具に既に使用されているように、音波測定の一部として決定することができる。この目的のために、例えば、3点又は4点軸受によって支持される工具は、励振機によって振動させられ、弾性係数は、励振に対する工具の周波数応答を検出するセンサによって工具の既知の密度において決定される(工具検査において、この技術は、より高い周波数の抑制の場合に工具への損傷を検出するために使用される)。上記の値は、この切削パス(及びそれのみ)のために採用された工具に関する。一方の領域が切削パス用に設計され、関連する領域が例えば粗削り用に設計され、この目的のためにセラミック結合剤を備える組み合わせ工具が提供される場合、組み合わせ工具の測定は、対照的に、約34GPaのセラミック結合研削工具の通常の弾性率値に対応して、30GPaに近い結合剤全体の弾性率の対応するより高い値をもたらす。一方、純粋な研磨工具は、それらの意図された用途に応じて、わずか約10GPaから5GPa未満の弾性率を有する。
したがって、粗面化及び仕上げのために通常使用されるセラミックボンドよりも柔らかい工具が使用されることが提供される。しかしながら、他方では、純粋に研磨作業のために意図されたものよりも硬い工具が使用される。
平均粗さ深さの表面粗さ(Rz)に関して、この切削パスの後に、1.2μm未満、好ましくは1.1μm未満、より好ましくは1.0μm未満、特に0.9μm未満のμmで測定された値を達成及び提供することができ、算術平均粗さRaについては、0.12未満、特に0.10未満の値が提供される。0.08未満の値を達成することさえ可能であった(下記参照)。更に、(アボット曲線を介して)決定することができるコア粗さ深さRkと低減されたピーク高さRpkとの合計は、0.6μm未満、更には0.5μm未満、更には0.4μm未満であることが好ましい。低減された溝深さRvkについては、この合計の大きさのオーダーよりも大きくない値が好ましいが、コア溝深さRkの50%に近いか又はそれを超過するRvk値が確かに想定される。
好ましくは、この切削パスのm/sで測定される切削速度(vc)は、42超、好ましくは45超、特に48超であり、及び/又は80未満、好ましくは72未満、特に66未満である。
既に上述したように、特に好ましい方法設計では、これまで考察した切削パスは、オーバーサイズを合計で30μm超、好ましくは50μm超、特に70μm超だけ低減する切削作業、特に粗削りが先行する後続の切削パスであることが提供される。これに関連して、好ましくは、事前切削が多くとも2つの切削パス、特に1つのみの切削パスを含むことも提供される。好ましく提供される変形例の後者では、2つの切削パスで十分であり、1つの粗削り切削パスは、この場合、好ましくは50μm以上のオーバーサイズ全体を、弾性取り付け及び圧縮予荷重の切削パスのために残されたオーバーサイズまで除去する。この場合、通常の仕上げパスを完全に省略することにより、サイクル時間がかなり節約される。
除去される総オーバーサイズが80μm超、90μm超、更には100μm超であり、かつ/又は硬化された予備歯車に強い非対称性が存在する場合、2つの(粗い)切削パスを有する変形形態が好ましくは使用される。この場合、原則として、少なくともほぼ等しい除去負荷が両方の粗削りパスに対して提供されることが好ましい。いずれの場合も、各切削パスは、好ましくは30μm超、特に40μm超のオーバーサイズを除去すべきである。ここでも、サイクル時間は、通常はよりゆっくりと実行される仕上げステップを省略することによって節約することができる。
特に、総オーバーサイズqの(それぞれ)60%超又は更に65%超、特に更に70%超の同心性誤差及び/又は総ピッチ誤差など、硬質仕上げに移される予備歯車の品質が低い場合、切削粒子を弾性的に取り付けた切削工具を用いて、切削パスの前に2回の切削パスを実行するとき、これらの先行するパスのうちの第1のパスと第2のパスとの間の除去の分布をより非対称にし、先行する切削パスのうちの第2のパスにおける除去をより少なくすることも可能である。可能な実施形態では、例えば、g2以下の非対称係数Δq/q(Δq=q1-q2及びq=q1+q2)及びq1、q2の第1又は第2のパスにおける除去は、切削粒子の弾性的に弾力的な取り付けを伴う切削工具による処理後に得られる(得られるべき)表面の平均粗さ深さRZに対して仮定することができる。
g2=0,6-[2/(5π)]arctan[k(RZ[μm]-R0)]
ここで、k=80の場合、R0=1.2、好ましくはR0=1.15、より好ましくはR0=1.1、更により好ましくはR0=1.05、特にR0=1.0である。代替的に又は追加的に、比率は、Δq/q≧g1であることが好ましい。
g1=β[1-H(RZ[μm]-R’0)]
ここで、R’0=1.0、好ましくは1.05、特に1.1であり、β=0.4、好ましくは0.5、特に0.6であり、ヘビサイド関数H(x)である。
g2=0,6-[2/(5π)]arctan[k(RZ[μm]-R0)]
ここで、k=80の場合、R0=1.2、好ましくはR0=1.15、より好ましくはR0=1.1、更により好ましくはR0=1.05、特にR0=1.0である。代替的に又は追加的に、比率は、Δq/q≧g1であることが好ましい。
g1=β[1-H(RZ[μm]-R’0)]
ここで、R’0=1.0、好ましくは1.05、特に1.1であり、β=0.4、好ましくは0.5、特に0.6であり、ヘビサイド関数H(x)である。
したがって、モジュール範囲が6未満であり、ギア幅が最大150mmであるホブ切り歯車の典型的な用途では、合計2回の切削パスのみの好ましい変形形態において、対応して短い切削時間を達成することができる。2つのパスと、弾性的に弾力的な取り付け部の切断パスと、を有する、方法設計において、最終形状において所望の表面特性を達成するための満足のいく切断時間を常に達成することができ、それは依然としていずれの場合も従来のプロセスよりも大きくない。
これに関連して、先行するパスのフィード速度に対する後続の切削パスのフィード速度の比は、1.4超、好ましくは2超、特に2.5超、更には3超が、好ましくは設定される。更には、4以上の比が考えられる。研削工具をコンディショニングするために、成形ローラ及びプロファイリングローラからなる通常のドレッシングシステムが利用可能である。柔軟な、工具固有の、又は更にはマルチリブドレッシング工具も言及されるべきである。歯付きドレッサ又はラジアルドレッサも使用できる。この場合、コンディショニングの持続時間は、粗削りストロークと仕上げストロークとの組み合わせからなる通常の研削プロセスに類似し得る。
更に、本発明は、本発明による方法を実施するための好適に設計された、好ましくはドレッシング可能な歯切工具を包含し、この歯切工具は、特に少なくとも2つの切削領域を有することができ、そのうちの少なくとも1つは先行する切削のために設けられ、別の切削領域は後続の切削のために設けられる。これらは、軸方向に相前後して接続され、特に回転しないように固定され得る。特に好ましくは、工具設計は、連続創成研削のために設計された研削ウォームの設計であり、当然ながら、他の切削プロセスのために、適切な工具設計である。
加えて、本発明は、金属ワークピースの歯車を切削するための機械工具を包含し、この機械工具は、本発明による方法を実行するための制御デバイス、及び/又は対応して設計された歯切工具、特に研削ウォームを装備する。
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。
創成研削機械を概略的に示す図である。
ウォーム形工具の軸方向断面図を概略的に示す。
a、bは、切削される2つの歯車のアボット曲線を示す。
本発明の例示的な実施形態は、連続創成研削について以下で更に説明される。この目的のために使用することができるローリング研削機械は、ワークピースに関して、機械ベッド40に取り付けられたワークピーススピンドル又はテーブルスピンドル80を有し、その上に、既に事前に歯が付けられ、歯車4を有するワークピースホイール2がクランプされる。ワークピースホイール2及び歯車4のタイプは、これ以上限定されない。円筒形ホイールが示されているが、本発明はそれに限定されず、他のタイプの歯車も切削することができる。波状ワークピースの場合、この目的のために心押し台(図1には図示せず)を設けることができる。
工具に関して、研削ウォームの形態の切削工具10を保持し、位置決めすることができるキャリッジアセンブリが提供される。具体的には、図1のように、3つの直線移動軸X、Y、及びZを設けることができ、これらは、コントローラ99からのCNC制御された機械軸移動によって、ワークピースホイール2に対する工具10の相対位置を調整することができる。
リニアキャリッジ50は、半径方向(X)フィード運動のために提供される。後者は、ワークピース回転軸Cに平行に延在する機械軸Zのための垂直キャリッジ60を担持する。別のキャリア70は、垂直キャリッジ60に対して回転可能に配置されている。この場合、旋回はX軸方向(旋回軸A)に行われる。キャリア70は、工具10を工具回転軸に沿って変位させることができる接線キャリッジ(Y軸)も含む。図1に示す旋回角度A=0の状況では、工具回転軸は、図1に示す直交座標系X、Y、ZのY方向に延在する。それ自体の軸の周りの工具の回転軸は、Bを有する回転軸として識別され、ワークピースの回転軸は、Cを有する回転軸として識別される。
したがって、説明される限り、設計は創成研削機械の既知の構造であり得、それに応じて、他の構造的設計及び機械軸分布が代替的に提供され得る。
図2に概略的に示されているウォーム形状の工具10は、この例示的な実施形態において回転可能に固定された様式で接続されている2つの同軸部分10a及び10bを有する組み合わせ工具である。この例示的な実施形態では、部分10aは、先行技術からも周知であるように、特にセラミック結合を用いた連続創成研削法で歯車を粗削りするように設計された研削ウォームである。この例示的な実施形態では、他方の部分10bも、特にウォームパラメータに関して部分10aと同様であることができ、ここでは同様であるウォーム形状の工具である。10bの幅は、工具10と歯車4との間の係合幅の最小値に対応し、研削ホイール幅の半分(10a=10b)の最大値に対応し、しばしば60mmの範囲内である。
この例示的な実施形態では、セクション10bの弾性率は、単独で測定したときに13.6GPaである。加えて、本例示的な実施形態では、結合剤マトリックスは、ポリウレタン材料から形成され、砥粒は、緑色炭化ケイ素である。以下でより詳細に説明するように、ねじ10の部分10bは、粗削りされた歯車4を、材料を除去するための中間仕上げパス(例えば、ウォーム10の部分10aを用いて通常実行される)なしに、所望の表面特性を有する最終形状にする役割を果たす。
この目的のために、最終形状に対するオーバーサイズは、この実施形態では、例えば、6μmの残留オーバーサイズまで、1つ以上の粗削りパスにおいて最初に除去される。したがって、この残留オーバーサイズは、後続の仕上げパスのための粗削り中に通常残されるものよりもかなり低い(典型的には、仕上げプロセスは、約20μmの材料除去を担う)。続いて、ウォーム部分10bは、仕上げパスを実行することなく使用され、この例示的な実施形態では、1回の切削パスのみで、残っている残留オーバーサイズを最終形状まで除去する。部分10aのような非弾性工具によって最終形状を達成するために必要とされるよりも高い半径方向(X)のインフィードによって、ウォーム部分10bは、歯車4との連続創成研削の切削係合状態にされる。このように弾性的に設計されたウォーム部分10bと、負のオーバーサイズに設定された予荷重との組み合わせにより、工具部分10bの弾性的な性質のために、高い表面品質と同時に、材料は最終形状までしか除去されない。更に、純粋な研磨と比較してより硬い切削工具に起因して、従来の研磨と比較して著しく多くの材料除去が生じる。
2つの具体的な例示的な実施形態が以下に説明される。
第1の実施形態では、3mmモジュール、22個の歯、及び20°の係合角を有する歯車であって、20°のねじれ角で螺旋状に歯が付けられている歯車が研削される。この実施形態における歯車幅は34mmである。例示的な実施形態の外径及び歯底円直径は、それぞれ76.77mm及び62.50mmである。6mmの測定ボール直径を有する直径2ボール寸法としてのハードファイン仕上げ前の予備切削寸法は、81.150mmであり、最終形状に対応する最終寸法は、80.605mmであり、フランク当たり125μmのオーバーサイズをもたらす。
研削工具は、図2に示すような2コンポーネント工具であり、この実施形態では、20°の係合角を有する3条研削ウォームである。
切削速度は、50m/sに設定され、切削戦略は、3つの研削ストロークを有するものであり、そのうち、ウォーム領域10aを有する2つの粗削りストロークと、ウォーム領域10bを有する最終パスと、が使用された。
この具体的な例示的な実施形態では、半径方向インフィードは、最初に第1の粗削りパスにおいて0.237mmであり、次に第2の粗削りパスにおいて0.179mmであった。第3の切削パスにおける機械の半径方向インフィードセットは、依然として0.070mmである。ストロークのオーダーにおける[mm3/s]単位の公称材料除去速度Qwは、65.5;43.7及び43.4;であり、インフィードにおいても、その順序で、ワークピース1回転当たり0.273;0.241、最終的に0.846mmであった。相対的に言えば、インフィードは、先行する粗削りパスよりも最後の切削パスにおいて著しく高い。したがって、これは、全体的に短い切削時間を可能にし、それに応じて、粗削りの後に別の仕上げパスが最初に挿入される従来の方法よりも著しく良好なサイクル時間を可能にする。
このようにして機械加工された歯車4の表面特性の測定は、Hommel-Etamic Turbowave V7.60(プローブTKU 300、測定範囲400μm、走査距離Lt 4.80mm、速度(Vt)0.5mm/s、Lc/Ls 0.800mmのLc(カットオフ)を有するISO 11562に従ったフィルタP-R-Wプロファイルで24,000個の測定値を記録する)を使用して実行された。OFFプローブ:r=5μm/90°)。
図3aに示される曲線(右フランク)は、材料セクションRプロファイル(アボット曲線)について決定された。表面特性値は、Ra=0.09μm、Rz=0.71μmであった。
第2の例示的な実施形態では、2ストローク戦略が使用された-ウォームセクション10a及び10bでそれぞれ1ストローク。この場合の歯車データは、歯数36、係合角18°、ねじれ角-22°、歯幅16.6mm、外径51.98mm、歯元円直径45.40mmの1.275mmモジュールであった。
ここで、53.803mmの予備切削寸法(直径において、2.5mmの測定ボール直径を有する2ボール寸法Mdk)が、53.275mmの仕上げ寸法に除去された(0.099mmのフランク当たりのオーバーサイズに対応する)。ここで使用された工具は、18°の係合角を有する5条研削ウォームであり、切削速度は、第1の例示的な実施形態と比較して不変であった。
ストローク1及び2において設定された他のプロセスパラメータは、それぞれ0.306mm及び0.065mmの半径方向インフィードのための機械軸設定であり、ワークピース回転当たりのフィードは、それぞれ0.227及び0.948mmであり、公称材料除去速度は、45又は40mm3/sであった。
このように加工された歯システムも、1.50mmの感知距離及び0.15mm/sの速度及びLc 0.250mmに関して測定パラメータを変更して測定された。
このようにして、Raについて0.07μmの値が決定され、RZについて0.51μmの値が決定された。再び右フランクについてのアボット曲線を図3bに示す。加えて、0.22μmのコア粗さ深さRk、0.08μmの低減された先端高さ、及び0.11μmの低減された溝深さRvkが決定された。
したがって、両方の例示的な実施形態において、好ましくはセラミック結合剤(ウォーム部分10a)を用いて、予備切削工具による通常の仕上げパスを省くことによって、それにもかかわらず好ましい切削時間で、ユーザ所望の表面品質を達成することができ、更には超過し得る。
更に、本発明は、前述の説明において明示的に描かれた例示的な実施形態に限定されない。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。
本発明は、連続創成研削の具体的な実施形態においてより詳細に説明されてきたが、導入部で説明したプロセス機構及び特徴は、歯車の他のハードファイン仕上げ方法にも適用することができる。
弾性取り付け及び圧縮予荷重を伴う粗削り及び切削のための工具は、図2に示すような組み合わせ工具によって実現される必要はない。図1に示すように、他の研削機械構成を使用することができるように、研削ヘッド内で一緒にクランプされる別個の工具を使用することもでき、又は別個の研削ヘッド内に設けることもできる。
Claims (15)
- 金属ワークピース(2)から歯車(4)を、特に連続創成研削で、切削するための方法であって、前記歯車(4)の、事前定義された最終形状と比較して依然としてオーバーサイズを有する歯面が、その最終形状に存在するその表面の反射特性を形成するために、前記歯車に供給される1以上の切削工具(10)と切削係合する1つ以上の切削パスにおいて、結合剤マトリックスに組み込まれた切削粒子からなる幾何学的に定義されていない切削エッジによりハードファイン仕上げされ、
切削工具(10b)の切削パスにおいて、その結合剤マトリックスによって設定された切削粒子の弾性的に弾力的な取り付けが前記表面特性に作用し、かつ切削係合が受ける前記切削工具のインフィードを介して設定された圧縮予荷重によって、前記歯面において少なくとも2μmのオーバーサイズの切削低減が実現されることを特徴とする、方法。 - 前記切削パスにおいて、3μm超、好ましくは4μm超、特に5μm超のオーバーサイズが除去され、及び/又は12μm未満、好ましくは10μm未満、特に8μm未満のオーバーサイズが除去される、請求項1に記載の方法。
- 弾性調整が、プラスチック材料又はゴム材料、特にポリウレタンとしての前記結合剤マトリックスのための材料選択を含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記切削工具の弾性率に関して、20.0未満、好ましくは18.5未満、特に17.0未満、及び/又は10.0超、好ましくは11.5超、特に13.0超のGPa単位で測定された値が使用される、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記圧縮予荷重が、少なくとも20μm、好ましくは少なくとも28μm、特に少なくとも36μm、及び/又は最大で100μm、好ましくは最大で90μm、特に最大で80μmの半径方向オーバーフィードによってもたらされ、前記最終形状を超える基準関連の負のオーバーサイズに対応する、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記切削パスの前記切削粒子が、23,000超、好ましくは25,000超、特に27,000超のN/mm2単位のヌープ硬度を有する、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記切削パスのm/sで測定される前記切削速度(vc)が、42超、好ましくは45、特に48、及び/又は80未満、好ましくは72未満、特に66である、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記切削粒子の粒径が、5.5μm超の範囲内、特に7.5μm超の範囲内、より好ましくは8.5μm超の範囲内であり、かつ/又は前記粒径が、18μm未満、好ましくは16μm未満、特に14μm未満である、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記切削パス後の前記表面のμmで表される平均粗さ深さ(Rz)が、1.2未満、好ましくは1.1未満、より好ましくは1.0未満、特に0.9未満である、請求項1~8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記切削パスが、1つ以上の切削パスにおいて、オーバーサイズを合計で30μm超、好ましくは50μm超、特に70μm超低減させる切削作業が直前に行われる後続の切削パスである、請求項1~9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記先行する切削が、多くとも2つの切削パス、特に1つのみの切削パスを含む、請求項10に記載の方法。
- 請求項1~11のいずれか一項に記載の方法のために設計された、歯車(4)のハード/ファイン仕上げのための歯切工具(10)。
- 請求項10に記載の先行する切削のための第1の切削領域(10b)と、請求項10に記載の後続する切削パスのための第2の切削領域(10a)と、を有する、請求項12に記載の歯切工具。
- 特に創成研削用に設計されたウォーム(10)の形態である、請求項12又は13に記載の歯切工具。
- 金属ワークピースから歯車を切削するための機械工具(100)であって、請求項1~11のいずれか一項に記載の方法を実行するために、機械工具を制御する制御装置(99)を有し、及び/又は請求項12~14のいずれか一項に記載の歯切工具(10)を有する、機械工具(100)。
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