JP2024500629A - 歯部を機械加工するための方法及びそのために設計された工具、並びにそのための制御プログラム及び歯ホーニング機械 - Google Patents

Abstract

本発明は、ワークピース上に歯部（２）を機械加工するための方法であって、ワークピース歯部が、特に、内歯付きホーニングリングの形態で、歯付き工具（１０；１０’）と材料除去機械加工係合させられ、ワークピース歯部回転軸に対して非０軸交差角度にあるその歯部回転軸（ＣＩＯ）の周りに回転駆動され、ワークピース歯部が、係合領域を形成するその歯部軸（Ｃ２）の周りに回転駆動され、したがって幾何学的に画定されていない切れ刃による研磨材料除去が行われる方法に関する。係合領域の範囲及び／又は軸方向位置は、工具の回転位置に応じて変化する。本発明はまた、本方法を行うためのホーニング工具、本方法を行うための制御プログラム、及び歯ホーニング機械に関する。

Description

本発明は、ワークピース上に歯部を機械加工するための方法であって、係合領域を形成するその歯部軸の周りに回転駆動されたワークピース歯部が、特に、内歯付きホーニングリングの形態で、歯付き工具と材料除去機械加工係合させられ、ワークピース歯部回転軸に対して非０軸交差角度にあるその歯部回転軸の周りに回転駆動され、したがって幾何学的に画定されていない切れ刃による研磨材料除去が行われる、方法に関する。

歯部ホーニングとしても既知であるこのような方法は、当然ながら、当業者に周知であり、例えば、教科書「Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｚａｈｎｒａｄｆｅｒｔｉｇｕｎｇ」（Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｇｅａｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）、Ｔｈｏｍａｓ Ｂａｕｓｃｈ、第３版の５９２頁の図１７．３－１、ギア形状のワークピースの硬質精密機械加工のための内歯付きホーニングリングの形態の工具の使用である。ホーニングリングの内歯部の幅は、設定された軸交差角にもかかわらず、ワークピース歯部の全幅を依然としてカバーするのに十分な大きさである。したがって、歯部は、純粋な浸漬ホーニングプロセスでホーニング加工することができ、すなわち、軸方向相対位置を変化させることなく、半径方向送りのみを受けることができる。いわゆる長手方向ホーニングの更なる周知の変形例では、振動軸方向運動が半径方向送り運動に重ね合わされる。

研削ウォームを用いたプロファイル研削又は創成研削などの、ソフト機械加工中に既に製造され、その後硬化された歯部に対する他のハード精密機械加工方法と比較して、歯部ホーニングは概して、より高い達成可能な表面仕上げを提供する。したがって、歯部ホーニングは、プロファイル若しくは研削ウォームを使用する研削ハード精密機械加工の代替例として、又は追加の最終機械加工作業としても使用される。

ホーニング工具と歯部との間の機械加工係合は、通常、相対的に高い回転速度で実行されるので、また、いくつかのワークピース歯が、通常、同時に工具と係合しているので、歯部ホーニングは、比較的、機械加工時間に関して非常に高速な方法である。

本発明の目的は、冒頭に述べたタイプの方法を更に開発して、歯面の申し分のない表面品質と、所望の目標ジオメトリからの申し分のない僅かな偏差とを組み合わせることである。

この目的は、プロセス技術に関して、本発明により、冒頭に述べたタイプの方法の更なる開発の手段によって達成され、この開発の手段は、係合領域の範囲及び／又は軸方向位置が、工具の回転位置に応じて変化することを実質的に特徴とする。

工具の回転位置に応じた本発明による係合領域の変化により、工具歯部の所定の機械加工領域に生じる負荷条件の高周波変化が、通常の高回転速度で達成される。驚くべきことに、歯部ホーニングプロセスにおいて生じる力のこの影響が、目標ジオメトリ及び表面品質に関して妥当な機械加工品質をもたらすことが見出された。

好ましい実施形態では、回転位置依存性は、工具に組み込まれた、その歯部の均質な範囲からの偏差によってもたらされることが規定される。換言すれば、工具歯部は、工具の寸法を介して、特に、軸方向及び／又は半径方向に均一な設計から偏差する。したがって、変化は、工具の回転に結合されるだけでなく、工具の設計を介して工具の回転に機械的に確実に結合される。工具歯部の全幅にわたる工具歯の通常の規則的な範囲の均一な範囲に対応する、工具歯部の均一な範囲からの偏差により、非常に有利に変更を行うことができ、特に、追加の機械軸移動を必要としない。例えば、通常通りに製造され、予め輪郭形成されたホーニング砥石は、そこに導入された歯部が特定の領域において再び除去されることによって、又は少なくともこれらの領域がもはやホーニング砥石の加工領域ではないように修正されることによって、材料除去方式で機械加工され得る。例えば、工具歯部の有効幅を低減するために、導入された歯部を斜めに回転させ得るか、又は導入された歯部に他の空き領域が製造され得る。例えば、ワークピース回転中に変化する歯高さを介して、特に、少なくとも部分的に連続的な係合の変化が生じるように、例えば、偏心設計によって歯高さを変化させることもできる。

好ましい実施形態では、変化は、係合領域の軸方向変位を含む。例えば、工具が回転し続けるにつれて、係合領域はそのように軸方向に変位する。この文脈で、特に好ましくは、この変位移動が連続的であることが規定される。工具が完全に１回転した後に復元される出力係合領域の位置は、次いで、反転点に達した後に往復の方式で戻る変位移動によって実行される。変位移動は、正弦波移動とすることができるが、これに限定されない。代替的に、又は加えて、範囲の変化は、例えば、偏心設計によって引き起こされたホーニング工具の歯高さの修正による係合領域の半径方向の変化を含むことができる。

特に好ましい実施形態では、工具歯部の軸方向範囲は、工具の全回転にわたって重ね合わされた軸方向範囲の包絡線の軸方向範囲よりも小さい。これは、工具歯部の方位角点に存在する有効幅もまた、瞬間係合領域の軸方向範囲を決定するが、それは、工具の全回転から生じる全（包絡線）係合領域よりも軸方向範囲が小さいことを意味する。例えば、ホーニングリングの幅よりも狭い歯部は、工具の回転中に機械加工ゾーンを通過するときに見ると、振り子運動を行い、非常に短い時間スケールで係合領域の変化を引き起こす。この文脈において、機械加工中の工具速度は、６００ｒｐｍよりも大きく、好ましくは、９００ｒｐｍよりも大きく、特に、１，２００ｒｐｍよりも大きく、場合によっては、１，５００ｒｐｍよりも大きいことが規定される。

更に、好ましくは、周波数が少なくとも２倍である工具とワークピースの往復の相対移動を、例えば、長手方向ホーニングの場合のように、変位移動に重ね合わせることができる。

特に好ましい実施形態では、工具歯部の軸方向範囲は、ワークピース歯部の幅と軸交差角の余弦との商よりも、特に、少なくとも１．２倍、好ましくは、少なくとも１．４倍、特に、少なくとも１．６倍小さい。結果として、従来の係合と比較して、係合を通して歯部ホーニングプロセスにおいて力に作用する領域のサイズが低減される（同時に、ホーニングプロセスにおいてより少ない有効歯が存在する）。これは、より大きなねじれ角を有する傾向があるねじれ歯の場合に特に有利であり、特に、ラッピングの程度に別様に影響を与えるホーニング工具とワークピースとの間のサイズ比とは無関係である。簡単に言えば、依然として係合しているワークピース歯上の研磨材料除去は、本発明によれば、もはや係合していないワークピース歯の影響によってあまり影響を受けない。これにより、加工力が低減され、したがって、ホーニング砥石が破損するリスクも低減される。しかしながら、ホーニング砥石の予想されるより短い耐用年数は、従来のホーニングプロセスと比較してより低いプロセス力によって少なくとも部分的に相殺され、したがって、耐用年数を向上させる効果がある。

前述の態様はまた、回転工具位置に応じた係合領域の範囲及び／又は軸方向位置の変化とは無関係の独立した有利な教示として本発明によって開示される。したがって、本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の方法であって、ホーニング工具の有効歯幅が、全工具回転にわたるその包絡線の幅よりも小さく、かつ／又はワークピース歯部の幅と軸交差角の余弦との商よりも小さいことを実質的に特徴とする方法にも関する。

１つの可能な実施形態において、本発明は、機械加工された歯部のモジュールに対する工具歯部の有効幅の比が、１６未満、好ましくは、１２未満、特に、８未満であることを規定する。

更なる実施形態では、ホーニング砥石の歯部が方位角方向のギャップを有するという事実に起因して、ラッピングを低減するために、特に、ねじれ歯部と軸交差角との間の協働を利用することが追加的に、かつ／又は代替的に想定される。これは、特に、軸交差角が大きい場合に有効である。

更に好ましい実施形態では、包絡線の軸方向範囲は、ワークピース歯部の幅と軸交差角の余弦との商よりも、特に、少なくとも１．０１倍、好ましくは、少なくとも１．０５倍、特に、少なくとも１．１０倍大きいことが規定される。結果として、ワークピースに対して位置決めされた工具を用いて、歯部の全幅を機械加工することができる。しかしながら、この設計にもかかわらず、従来の長手方向ホーニングにおけるように、特定の具体的なために、又は機械軸移動の追加の重ね合わせのために、追加の機械軸移動を行うことができることを理解されたい。

更なる好ましい実施形態では、工具の加工領域は、軸方向に見て、工具歯部の前縁を含むことが規定される。このこと及び／又は上で説明されるラッピングの低減は、有利なことに、本方法に供される歯部の累積ピッチ誤差の低減にも寄与することができる。一方で、これは、方法又は方法準備をより複雑及び／又は労働集約的にすることなく、方法が望ましくない高い累積ピッチ誤差を有する歯にもより広く適用され得ることを確実にする。特に、例えば、独国特許出願公開第４３２１４４８（Ａ１）号に開示されているように、機械加工される歯部の累積ピッチ誤差を決定すること、又は、例えば、独国特許第４３１７３０６号に説明されているように、特に、このようにして決定された、工具及びワークピースの回転軸の結合の「逆符号」を有する累積ピッチ誤差を外乱変数として決定することは必ずしも必要ではない。したがって、撮像方法を保証するために、すなわち、例えば、ＮＣ制御電子結合による工具とワークピースとの間の回転運動を考慮して、ホーニングリングの内歯部が、機械加工されるワークピース歯部の合わせ輪郭に正確に対応することを確実にするために、工具とワークピースの回転の電子結合を、従来の歯部ホーニングと同様に行うことができる。

好ましい実施形態では、スナップショットにおける係合領域の軸方向範囲は、工具の全回転にわたる包絡線に対応する係合領域、又は工具回転の時間によって定義された時間スケールの係合領域の全軸方向範囲よりも小さい。

更に好ましい実施形態では、包絡線の軸方向範囲は、ワークピース歯部の幅と軸交差角の余弦との商よりも、特に、少なくとも１．０１倍、好ましくは、少なくとも１．０５倍、特に、少なくとも１．１０倍大きいことが規定される。したがって、この実施形態は、従来の長手方向ホーニングの利点と本発明によって達成される利点とを組み合わせる。

これに関する更なる実施形態では、好ましくは、第２の変化による往復の第２の変化移動の周波数、及び変化による変化移動の周波数が、少なくとも２倍、好ましくは、少なくとも４倍、特に、少なくとも８倍だけ互いに離れていることが規定される。

更なる好ましい実施形態では、ワークピース及び工具の歯部の歯数は、割り切れない比率を有することが規定される。これは、ワークピース歯部の個々の歯が工具の他の歯によって繰り返し機械加工されるので、機械加工プロセス全体を対称的に安定させる。

更なる好ましい実施形態では、機械加工中に、同一方向及び反対方向の回転（幾何学的に画定された切れ刃によるフライス加工に類似する）、すなわち、軸交差角によって誘起された切れ刃と高速送り移動に対応する（軸方向）変位移動との間の基準が、回転方向を変更することなく、工具回転のみによって交互に行われることが規定される。

装置技術に関して、本発明は、前述の態様のうちの１つによる方法を行うためのホーニング工具、及び前述の態様のうちの１つによる方法を行うための制御ソフトウェア、並びにそのようなホーニング工具及び／又はそのようなコントローラを有する歯部ホーニング機械を提供する。

この場合、歯部ホーニング機械の機械軸は、従来の歯部ホーニング機械から当業者に既知である方式で配置することができる。ホーニング工具、特に好ましくは、上で説明される態様のうちの１つによる特性を有する内歯付きホーニングリングを工具ホルダに配置することができる。機械コントローラは、上述の態様のうちの１つによる方法を行うように歯部ホーニング機械を制御する制御コマンドを有する。

更なる特徴、詳細、及び利点は、添付の図面を参照した例示的な実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。
内歯付きホーニングリング、及び第１の回転位置においてホーニングリングと機械加工係合状態にある外歯付きワークピースを示す。 ホーニングリングの異なる回転位置において機械加工係合状態にある図１Ａのホーニングリング及びワークピースを示す。 ホーニングリングの更に別の回転位置における図１Ａのホーニングリング及びワークピースを示す。 ホーニングリングにおける歯付き加工領域の配置を展開図で示す。 歯高さが修正された別のホーニングリングを示す。 図３の拡大断面図である。

図１Ａの斜視図から分かるように、外歯部２が設けられているワークピースホイールは、ホーニングリング１０によって歯ホーニングされる。しかしながら、ホーニングリング１０の歯付き加工領域４（図２参照）は、ホーニングリングの軸方向幅１０２全体にわたって延在しないが、より小さい幅４２にわたってのみ延在する。方位角方向の歯付き加工領域４の配置は一定ではないが、ホーニングリング１０の回転位置に応じて、正弦波形状のタイプに従って変化する。歯付き加工領域は、ホーニングリング１０の残りの領域６内には延在しない。製造に関して、これは、例えば、最初に、全幅１０２にわたって従来の方式でホーニングリング１０を製造及びプロファイリングし、次に、回転動作において、横方向の斜め回転で領域６から歯部を回転させることによって実現され得る。

図１Ａにおいて、ホーニングリングの回転位置は、歯付き加工領域４が、図２のＡによって示されるように図１Ａの右側に位置する位置である。したがって、図１Ａの右ワークピース側の近くに位置するワークピース歯のみが機械加工係合状態にあり、これは、したがって、ホーニングリング１０の加工領域のない領域６にも歯部４が設けられている場合に、ワークピース歯をその左に機械加工することによって別様に行われるはずのプロセス力による干渉なしに生じ得る。

しかしながら、図１Ｂでは、ホーニングリング１０の回転位置は、図２の参照符号Ｂによっても示されるように、歯付き加工領域４がホーニングリング１０の左端領域に配置されるような位置である。したがって、この時点では、ホーニングリングに面するワークピース歯のみが、ワークピース左端側の近くで係合される。したがって、１つのワークピース回転内で、係合領域は、実質的に図１Ａ及び図１Ｂに示される係合領域間で振動し、したがって、係合領域の軸方向位置は、その時点で１つの工具回転に対応する時間スケールで変化する。ホーニングリング１０上の歯部のない領域６に起因して、ホーニングリングに面するワークピースの歯部領域は、瞬間的な機械加工係合中に機械加工係合しない。

図１Ｃの例示では、回転位置は、加工領域４がホーニングリング１０のほぼ中央領域に配置されるような位置である。

ホーニングリング内側の歯付き加工領域４の正弦波形状は、例示的な実施形態にすぎない。歯部領域４の格子は、異なるように設計され得、例えば、１周当たり１つのみより多くの振動を有する正弦波状に設計され得る。例えば、工具回転軸に直交する平面に対して、例えば、１０°以上の角度で交互になり、ホーニングリングの内側に斜めに延在するストリップ（４－６－４－６）のようなストリップパターンで、歯付き加工領域４と非加工領域６とが交互になり得る。

図３は、本発明の更なる例示的な実施形態を示す。ここで使用されるホーニングリング１０’では、歯部４の高さｈは、ホーニングホイールの円周にわたって変化する。これは、例えば、ホーニングギア歯部４の製造における偏心設計によって達成される。図３の例示において、領域４’において、歯部は、歯部が全く形成される必要がない領域４’’’まで領域４’’においてほぼ連続的に低減するために、この（完全な）歯高さｈを有する１８０°よりいくらか大きい領域にわたって延在する歯高さｈ（図４）を有することが分かる。変形例のタイプは、図３に示される例に限定されないことが理解される。例えば、歯高さは、方位角領域全体にわたって連続的に減少し、再び増加し得る。領域４’から開始して、歯高さ、したがって係合領域の（半径方向の）範囲は、ホーニングリング１０’が回転するにつれて、係合を解除する際に連続的又は段階的である。

図１及び図２の例示的な実施形態の軸方向修正と組み合わせることもできるこの構成では、機械加工力も、ホーニングリング１０’の回転速度に連動して急速なシーケンスで変化する。歯高さが連続的に、又は段階的に増加するので、駆動スピンドルの全トルクもまた、現在の歯高さまでそれぞれのサブセグメントに加えられる。このようにして、前歯部のピッチ誤差を良好に打ち消すことができる。

方法の実施形態において、２つのホーニングリングを使用することも考えられ、特に、共通の工具ホルダにおいて、ホーニングリングの一方又は両方が本発明に従って修正される。例えば、修正されたホーニングリングは、例えば、累積ピッチ誤差を所定の閾値未満に低減することを目標として、ワークピースに対して初期ホーニング動作を実行し得る。最終的な送り深さへの更なる機械加工は、均質な歯部を有する（同様に修正されていない）ホーニングリングを用いて実行され得る。

しかしながら、歯部４、４’はまた、完全なホーニング動作が、単一のホーニングリング１０、１０’で実行され得るように、ワークピース歯部の端ジオメトリに既に適合され得る。

したがって、本発明は、図面を参照して、又は図面を参照せずに上記の説明に示された例示的な実施形態に限定されるものではなく、むしろ、以下の特許請求の範囲並びに上記の説明の個々の特徴は、個々に、及び組み合わせにおいて、その様々な実施形態において本発明を実現するために不可欠であり得る。

Claims (17)

1. ワークピース上に歯部（２）を機械加工するための方法であって、係合領域を形成するその歯部軸（Ｃ２）の周りに回転駆動された前記ワークピース歯部が、特に、内歯付きホーニングリングの形態で、歯付き工具（１０；１０’）と材料除去機械加工係合させられ、前記ワークピース歯部回転軸に対して非０軸交差角度にあるその歯部回転軸（Ｃ１Ｏ）の周りに回転駆動され、したがって幾何学的に画定されていない切れ刃による研磨材料除去が行われ、
   前記係合領域の範囲及び／又は軸方向位置が、前記工具の回転位置に応じて変化することを特徴とする、方法。
2. 前記回転位置依存性が、前記工具（４）の寸法決めを介して、特に軸方向及び／又は半径方向に均一な設計から前記工具に組み込まれた偏差によってもたらされる、請求項１に記載の方法。
3. 前記変化が、前記係合領域の軸方向変位を含み、かつ／又は前記範囲の前記変化が、前記係合領域の前記半径方向範囲を含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記変位移動／半径方向範囲変化が、連続的である、請求項３に記載の方法。
5. 前記工具歯部（４）の前記軸方向範囲（４２）が、工具の全回転にわたって重ね合わされた前記軸方向範囲の包絡線の前記軸方向範囲（１０２）よりも小さい、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記工具歯部の前記軸方向範囲（４２）が、前記ワークピース歯部の幅と前記軸交差角の余弦との商よりも、特に、少なくとも１．２倍、好ましくは、少なくとも１．４倍、特に、少なくとも１．６倍小さい、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記包絡線の前記軸方向範囲が、前記ワークピース歯部の前記幅（４２）と前記軸交差角の前記余弦との前記商よりも、特に、少なくとも１．０１倍、好ましくは、少なくとも１．０５倍、特に、少なくとも１．１０倍大きい、請求項５又は６に記載の方法。
8. 前記工具の加工領域が、前記工具歯部の、軸方向に見ると端縁（４４）を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. スナップショットにおける前記係合領域の前記軸方向範囲が、工具の全回転にわたる包絡線に対応する前記係合領域よりも小さい、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
10. 第２の変化が、前記係合領域の前記変化に重ね合わされ、前記第２の変化が、前記工具及びワークピースの軸方向の、特に、往復の相対移動によってもたらされる、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記第２の変化による往復の第２の変化移動の周波数、及び前記変化による前記変化移動の周波数が、少なくとも２倍、好ましくは、少なくとも４倍、特に、少なくとも８倍だけ互いに離れている、請求項１０に記載の方法。
12. 前記ワークピース及び前記工具の前記歯部の歯数が、互いに割り切れない比率を有する、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 機械加工中に、回転方向を変化させることなく、前記工具回転のみによって同一方向及び反対方向の回転が交互に行われる、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法を行うためのホーニング工具、特に、内歯付きホーニングリング。
15. １ピッチ又は複数ピッチだけ方位角的に離間したその回転位置のうちの２つと比較して、その歯部が、特に、前記歯部の軸方向範囲、軸方向位置及び／又は歯高さに関して変化する、請求項１４に記載のホーニング工具、特に、内歯付きホーニングリング。
16. 制御プログラムであって、前記制御プログラムが、歯ホーニング機械のコントローラ上で実行されるときに、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法を行うように前記機械を制御する、制御プログラム。
17. ホーニング工具を受容するための回転駆動可能な工具ホルダ、ワークピースを受容するための回転駆動可能なワークピースホルダ、前記回転軸間の前記軸交差角を生成するための機械軸、並びに請求項１６に記載の制御プログラム及び／又は請求項１４若しくは１５に記載のホーニング工具を有するコントローラを有する、歯ホーニング機械。

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