JP2550038B2 - 曲がり歯を備えた傘歯車対の歯車の歯の研削方法及びこの方法を実施するための装置 - Google Patents

曲がり歯を備えた傘歯車対の歯車の歯の研削方法及びこの方法を実施するための装置

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は工具軸線のまわりを回転駆動される工具と工
作物としての予め歯切りされた傘歯車とが組み合わされ
ることによる、曲がり歯を備えた傘歯車対の歯車の歯の
研削方法及び研削方法を実施するための装置に関する。
（従来の技術） 傘歯車及びハイポイドギャ伝動装置においてはフライ
ス削り又は切削による歯切り、浸炭硬化及びラッピング
のような仕上げ工程は経済的及び品質的側面で効果を挙
げている。一般に歯車対はピニオンとギャから成り、こ
れらはラッピングの際の加工後の組み立ての便宜上合い
マークをつけられる。困難性は回避されることのできな
い硬化皮膜の形成又はそれによる品質への影響にある。
ラッピングによって歯車対の運転状態の改良のための歯
面の精密仕上げのために追加的に単一ピッチ誤差が除去
されるが、歯溝のふれと歯筋方向誤差は残る。そのよう
な歯溝のふれと歯筋方向誤差が許容できるとしても、更
に追加して他の精密加工方法が追加して行われなければ
ならないことは欠点である。
特に乗用車及び貸物自動車のためのミッションの量産
の場合、例えば平歯車がフライス歯切りの後にシェービ
ングされ、続いて硬化される。その際得られる品質は条
件を充たす、そのわけは平歯車では硬化皮膜は僅かであ
り、使用されるインボリュート歯は歯溝のふれに対して
敏感ではないからである。そのようなミッションに配設
された曲がり歯傘歯車は前記のようにしてミッションの
平歯車における所定の品質を低下させることなく作ら
れ、かつ傘歯車対として組込まれる。経済性の向上のた
めには傘歯車対を常にピニオンとギャの組として歯切り
しなければならないという固定観念が改められなければ
ならない。
実際上長い間、特に例えばヘリコプターのロータ駆動
装置のようなミッションにおける最高度の要請がある場
合に、硬化の後、単一ピッチ割り出し法によりカップ形
砥石で、先に転造等でつくられた傘歯車を研削すること
が公知であった。そのような使用状態ではかなり高い製
造コストを余儀なくされた。更にヨーロッパ特許EP−00
22586B1（米国特許明細書第4467567号）ではミッション
への最高度の要請から連続切削方法によって作られる曲
がり歯傘歯車のクラウニング研削方法が公知である。両
精密加工方法は経済的理由から例えば、自動車用ミッシ
ョンの量産には適さない。
西独国特許明細書第2721164号から単一ピッチ割り出
し仕上げ加工方法において曲がり歯傘歯車の研削のため
の円錐研削面を備えた２つのカップ形砥石が公知であ
り、その際研削歯面は互いに円錐内輪の形成の下に向か
い合わされる。曲がり歯傘歯車の「工場及び運転」〔11
8巻（1985年）10号、703〜705頁〕における「研削」に
は曲がり歯傘歯車の研削についての相応した機械が記載
されている。その際従来曲がり歯傘歯車の歯面は少量生
産で経済的に研削されるという可能性はなかった。機械
は軸線の間の距離がある又は軸線の間の距離のない歯歯
車を鉢形砥石によって研削加工する。特に単一ピッチ割
り出し法により一歯ずつ歯を加工する。その機械は単一
ピッチ割り出し法は歯切りされ、円弧状に作られた傘歯
車を加工するために好適である。特定の条件の下にエピ
サイクロイド又はインボリート歯筋曲線を備えた傘歯車
も円弧にクラウニングされる。しかしエピサンクロイド
又はインボリュート形状が円弧とは著しく異なる場合に
は、研削代が許容される値以上に大きくなるためこの方
法は使用できない。
「工業的加工に関する雑誌」75（1985年）461〜466頁
から、ホブ切りによる曲がり歯傘歯車の他の仕上げ加工
方法が公知であり、この際連続的にホブ切りされた曲が
り歯傘歯車は浸炭硬化に続いてシェービング等で仕上げ
られる。このために必要な研削工具は軟質材の歯切りに
も使用されるものに相応し、一方硬質材の歯切りのため
には工具は硬質金属をライニングされる。従って軟質材
でも硬質材でもその加工のための同一の機械が使用され
た。その際好ましくは硬金属支持体にカッタブレードが
取り付けられ、カッタブレードはその切刃面にCBNとし
ても公知の多結晶立体窒化硼素から成る層を有する。
西独国特許明細書第1161465号からシェービングカッ
タ又は他の歯車形の工具による歯車の仕上げ加工のため
の装置が公知であり、その際工具の工作物は相互に噛み
合って回転し、その軸線は交叉し工作物と工具では軸を
介して各１つの案内歯車と結合しており、かつそれぞれ
シェービングカッタ、案内車、並びに工作物歯車及び案
内ピニオンは同一軸上に軸に対して回転不能に取り付け
られている。しかしこの装置は平歯車又ははすば歯車に
のみ使用され、曲がり歯傘歯車の仕上げ加工には使用出
来ない。
（発明の課題） 本発明の課題は、噛み合いの際の所望の「当たり（co
ntact area）」を得るために、曲がり歯を備えた傘歯車
対の各歯車を、「対加工」ではなく傘歯車対の各歯車を
別々に加工する歯の研削方法及び研削方法を実施するた
めの装置を提供することにある。
（課題の解決のための手段） 本発明の課題は特許請求の範囲第１項及び第６項に記
載の特徴によって解決される。
（発明の効果） 本発明によればハイポイドギャにおいて、噛み合いの
際に所望の任意の「当たり（contact area）」が得られ
ることができ、そのために従来技術によるラッピング等
による仕上げ方法のようなハイポイドギャ対の歯車の対
加工の必要がなく、また工具歯車を工作物とかみ合う前
記歯車対の相手歯車と全く同一の歯車とする必要もな
い。従って本発明の利点は、歯筋曲線及び歯形が例えば
円弧であるか、サイクロイドであるか、又はインボリュ
ートであるかに関係なく、またクラウニングされている
か、クラウニングされていないか、歯形の直線である
か、曲線であるかに拘わらずに、工具歯車を被加工歯車
と噛み合うように構成することにより被加工歯車である
ハイポイドギャ対の各ギャとピニオンがそれぞれ別々に
連続仕上げ加工されることができ。それによって経済性
が著しく高められ、また硬化皮膜の影響、単一ピッチ誤
差、歯溝のふれ及び歯筋方向誤差は排除され、ハイポイ
ドギャ対の歯車に必要な精度が維持される。他の利点は
本発明は研削方法は歯切り方法いかんに拘わらず、切削
以外、例えば鍛造、転造、鋳造等により作られた歯車の
仕上げにも使用可能な点にある。
（実施例） 第１図〜第10図による実施例は曲がり歯を備えた傘歯
車対の各傘歯車を回転する研削ヘッドにより連続的に仕
上げるための方法及びその装置に関する。予め歯切りさ
れた傘歯車は他の公知の方法によっても仕上げられ、相
異なる歯筋曲線、例えば円弧、サイクロイド又はインボ
リュートが得られ、即ち本発明による方法は歯筋曲線及
び歯車の製造方法のいかんに拘わらず、工具歯車を傘歯
車対の一方である被加工歯車と噛み合うようにそれぞれ
設計することにより、傘歯車対のギャとピニオンを従来
のように対加工によって同時に仕上げ加工するのではな
く傘歯車対のギャとピニオンをそれぞれ別に仕上げ加工
することを可能にする。ハイポイドギャである２つの軸
線の間の最短距離（以下「オフセット」という）が所定
の値の伝動装置の構成部分としての工具歯車の設計デー
タが決定可能である。本発明によれば、歯車の仕上げの
際ハイポイドギャの２つの軸線の間のオフセット量を調
整することにより工作物の歯面における滑り方向を滑り
速度が歯元から歯末まで歯筋方向に向いた水平成分Ｌを
残すような値に設定されることにより、被加工歯車の歯
形を、全歯面を均一に、又は歯元若しくは歯末を集中的
に除去することにより歯形を研削し又は被加工歯車の歯
筋を研削することができる。
第１図によれば、ギャ１とピニオン２とからなる通常
の、即ち両軸線間のオフセットのない傘歯車対が示され
ている。その歯車軸線３及び４は例えば、相互に直角に
かつ両傘歯車のピッチ円錐頂点７で交わる。ギャ１の歯
５は成形歯切りによってのみ作られ、そしてピニオンの
歯６は創成歯切りによって作られ、即ち歯５は通常の方
法で直線歯形、そして歯６は曲線歯形を有し、このこと
は公知である。任意に選択されたギャ１とピニオン２と
から傘歯車対を組立てる場合、両歯車は量産的に歯切り
され続いて本発明によって研削される。
第２図には研削されるべき工作物としての予め歯切り
されたギャ１がスピンドル台10に軸線９のまわりを回転
可能なスピンドル11に取り付けられている。歯車軸線３
はスピンドル11の軸線９と一致する。ギャ１のピッチ円
錐頂点７は創成ドラム13をクレードル14に回転可能に支
承する軸線12上に位置する。創成ドラム13と結合した旋
回部分15はスピンドル17を有し、スピンドル17には軸線
16を有する工具18が固定されている。工具18は曲がり歯
傘歯車状に形成されておりかつその歯面20に砥面19を有
する。更にギャ１に対して軸線がオフセットされて、ハ
イポイドギャ伝動装置が形成されていて、加工領域にお
けるギャ１のピッチ円錐27の母線21は好適には軸線12に
対して垂直に位置する。第２図では簡単のためにギャ１
と工具18は第３図の相異なる断面に沿い即ち工作物１に
対してはＩ−Ｉ線に沿う断面で、また工具18に対しては
II−II線に沿う断面で表わされている。
第３図はギャ１に対して工具18の軸がオフセットされ
たハイポイドギャ伝動装置を、冠歯車に基づいて、ギア
１に属する冠歯車30と工具18のピッチ面の展開図の重な
り状態で、並びにギャ１と工具18はそれぞれピッチ円錐
27と26の位置で切断した２つの断面図47、48及び１つの
斜視図49に表わされている。上記ピッチ面の重なり状態
及び工具歯の横断面が第４図で拡大して表わされる。工
具18と冠歯車30との共通の歯筋曲線38上に共通の基準点
23がある。冠歯車30の中心31は直線32を経て切削工具中
心33（第２図旋回部分15の中心がピッチ面上へ投影され
た点）と結合している。この直線32上に工具18のピッチ
円錐頂点34がある。歯筋曲線38の曲率中心35は基準点23
における共通の歯筋曲線38の接線37に対する垂直線36上
にある。接線37によって、各１つのねじ角βＲ及びβ18
が冠歯車30又はギャ１及び工具18によって確定される。
軸線ずれ角Φはβ18−βＲの差から決定される。
中央の冠歯車半径24に沿う断面図48にはギャ１の断面
が示されている。これから冠歯車中心31とギャ１のピッ
チ円錐頂点７並びに冠歯車半径線24とピッチ円錐27の母
線とが一致することが明らかである。この線上に更にピ
ッチ円錐頂点34の投影点がある。必然的に歯車軸線３の
位置が生ずる。工具軸線16の位置は断面図47を参照し
て、ピッチ円錐頂点34から基準点23を中心として工具歯
車の半径d1/2を半径として描いた円に接線を引くことに
よって決定され、この接線、即ち工具軸線16と基準点23
から前記II−II線に垂直に引いた線29との交点が28で表
される。歯車軸線３と工具軸線16、従ってギャ１と工具
18とこの位置はギャ１と工具18について第２図のものと
一致する。
断面図47は工具18のピッチ円錐26とピッチ円25の関係
を明らかにし、工具はこの実施例では、冠歯車１に対す
る相手歯車として好ましくは工具歯車の軸線と工作物歯
車の軸線とがオフセットされていて、相互に直角をなさ
ないハイポイドギャ（以下「傾斜軸ハイポイドギア」と
いう）かつ曲がり歯傘歯車状の歯の歯面20に砥面19を有
する形に形成されている。
斜視図49から両ピッチ円錐26と27の位置が分かる。基
準点23はギャ１のピッチ円22上の点であると同時に工具
18のピッチ円25上の点でもある。工具軸線16と一辺29と
基準点23とピッチ円錐頂点34を結ぶ線は点23、28、34を
結ぶ三角形を表わす。ピッチ円錐27、ピッチ円22及びピ
ッチ円錐半径δは断面図48に表される。
特に第３図の歯車軸線３及び工具軸線16の位置によっ
てこの例では工具18とギャ１とから成る傾斜軸ハイポイ
ドギャ伝動装置が明らかである。ギャ１のピッチ円22よ
りも工具18のピッチ円25を大きくすることもでき、それ
によって所定のクラウニング歯形が仕上げられることも
できる。
第５図によれば、歯切りされたピニオン２が研削され
るべき工作物としてスピンドル台10の回転可能なスピン
ドル11に取付けられる。ピニオン２のピッチ円錐頂点７
は創成ドラム13の軸線12上にある。旋回部分15のスピン
ドル17には軸線42を備えた他の工具41が固定され、工具
41は同様に曲がり歯傘歯車状に形成されかつ砥面43を備
えており、第５図で工具41は研削されるピニオン２とと
もに同様に傾斜軸ハイポイドギャ伝動装置が構成され
る。ピニオン２の歯車軸線４はこの例では創成ドラム13
の軸線12又は仮想冠歯車１の歯車軸線３に対して垂直で
あり、仮想冠歯車１は創成相手歯車として創成ドラム13
の軸線12上に位置する。
第６図には工作物の歯の破断部に歯面滑りの大きさと
方向が表わされる。ハイポイドギャ伝動装置の一方の構
成部分である工作物の軸線に対する他方の構成部分であ
る工具歯車の軸線に対するオフセットによって噛み合い
の際歯丈滑りＨ及び歯筋滑りＬが生じる。ハイポイドギ
ャの相互に噛み合う歯の間の合成滑りＲは歯丈の中央範
囲、即ちピッチ面上では歯丈滑りＨはゼロで歯筋滑りＬ
のみが存在する。歯元及び歯末における滑りは、歯筋滑
りＬはゼロで歯丈滑りＨのみが存在し、ハイポイドギャ
２つの軸の間のオフセット量が小さい場合、歯丈滑りＨ
が大きくて歯筋滑りＬは小さく、合成滑りＲの方向は歯
丈の方向（歯元では歯元の方に、歯末では歯末の方に）
に向かう。その一方で歯元及び歯末における合成滑りＲ
の方向は、ハイポイドギャの２つの軸線の間のオフセッ
ト量を大きくすると、歯元から歯末まで歯筋方向に向い
た水平成分Ｌを残すようになることが本発明の発明者の
試験により見出された。第６図によれば、歯丈滑りＨと
歯筋滑りＬのベクトル和により合成滑りＲの大きさと方
向とが決定可能で、合成滑りＲは歯幅と歯丈に渡って変
わる。
第７図によれば断面で示された工具歯50は第４図にお
ける断面で示された工具歯40に相応し、即ち工具歯50は
工具18に属する。両歯面51と52は砥粒53を備えた表面、
例えば特に研削剤として好適なダイヤモンド粉末又は硼
素化合物から成る厚さ0.1mmの層を有する。歯先及び歯
元にも成層され得る。
第８図及び第９図において、ギャ１及び工具18の各歯
の断面が示されている。第８図によれば、例えば、全て
の凹歯面55は第１の加工工程で、全ての凸歯面56は第２
の加工工程で研削され、例えば工具18の歯厚は工作物１
の歯厚よりも小さく作られている。しかし好ましくは第
９図によれば、凹歯面55、凸歯面56は砥粒53を成層され
た工具18の歯面51と52によって１つの加工工程で連続的
に研削される。さらに追加的に歯先54も砥粒53を備え、
その結果歯底57も研削される。
第10図において合成速度は、即ち研削速度VRは冠歯車
上において次の諸元、即ち工具ねじれ角β１、工作物ね
じれ角β２、工具歯車直径d1、工作物歯車直径d2、軸線
ずれ角φ（＝β１−β２）、工具周速度VU1、工作物周
速度Vu2及び法線速度Vnに依存しており、即ち、歯面の
法線方向の速度については接触の条件より、VU2・cosβ
２＝VU1・cosβ１＝Vn、歯面の接線方向においては滑り
速度VR＝VU1・sinβ１−VU2・sinβ２が成り立つ。
（発明の作用） 公知のように軸線のオフセットのある傘歯車対は両創
成歯車又は成形歯車と創成相手歯車から成る。冠歯車に
従って作られたハイポイドギャ伝動装置は軸線のオフセ
ット量が大きければ大きい程誤差を生ずる。パイポイド
ギャ伝動装置ではギャが成形歯切りによって、ピニオン
は創成歯切りによって加工されることが前提である。例
えば、ピニオン軸線のギャ軸線に対するオフセットによ
って、歯丈滑りＨに加えて第６図による歯筋滑りＬが生
じる。歯形の歯丈に亘る合成滑り速度VRとしての合成滑
りＲの大きさと方向は、前述のようにハイポイドギャの
２つの軸線の間のオフセット量によって影響される。一
般に合成滑りＲの大きさは歯丈滑りＨと歯筋滑りＬによ
って合成されて定まり、その際歯元及び歯末では歯丈滑
りＨが歯筋滑りＬに比して極めて大きく、ピッチ円上で
は歯丈滑りＨゼロで、歯筋滑りＬのみが存在する。また
ハイポイドギャの２つの軸線の間のオフセット量が大き
い程合歯筋滑りＬが歯丈滑りＨに比して大きく従って歯
丈の高さ位置に拘わらず合成滑りＲの方向は、歯元から
歯末まで歯筋方向に向いた水平成分Ｌを残すようにな
る。この合成滑りＲの速度、即ち滑り速度VRの大きさは
研削加工における研削速度VRとして利用される。第10図
と関連して次の計算例により、研削速度VRが与えられた
場合の必要なギヤの回転数n2が求められる。研削速度VR
15m/s、冠歯車の平均直径d2は150mm、冠歯車のねじれ角
はβ２は25゜、工具のねじれ角β１は60゜とする。
公知の式によれば、ギャの回転数n2が計算により求め
られる。
Vn＝Vu2・cosβ２ VR＝Vn（ｔanβ１−ｔanβ２） このことは、１秒当たり各歯が略28回研削されること
を意味する。一回当たり0.001mmを除去するとすれば、
全ての歯では１秒当たり0.028mmの歯面研削が行われ
る。略0.2mmの研削代では一回当たり除去量を上記の値
以下にとってもギャは例えば優に１分以内に研削される
ことができ、それによって経済的効果がもたらされる。
第２図によるギャ１の研削のために、相手歯車を研削
工具として両方で１つのハイポイドギャ伝動装置を形成
するように配置することが必要である。ギャ１及び工具
18はその歯数比に従って相互に噛み合う。ギャ１の必要
な回転数は上記の例に相応して決定される。ギャ１と工
具18は例えば電子的連動装置（ギャ１の回転数と工具18
の回転数との関係を歯切りされるべきギャの歯数とカッ
タブレードの数とを考慮して同期させるためのPIVレギ
ュレータ等から成る回路）によって相互に結合された２
つの駆動モータによって強制的に駆動され、即ちスピン
ドル11及び17は予め設定された回転数で同期して回転さ
れる。本発明による装置は第11図〜第19図に基づいて後
で詳しく記載される。ギャ１の歯の研削のためにクレー
ドル14の軸線の方向、即ち基準点23に対して直角の方向
への工具18のギャ１の歯の歯元方向への送り込みが行わ
れる。好ましくは１つの歯の両歯面は同一加工工程でか
つ連続して加工される、そのわけはギャと工具と相互い
噛み合いつつ研削されるからである。工作物がギャ１の
場合創成運動させる必要がないので、研削方法は創成装
置のない機械でも実施されることができる。ギャ１では
相応した工具によってクラウニングなしに歯筋面が得ら
れる。第９図からわかるように、工具18の歯横断面はギ
ャ１の歯溝形と一致しない、そのわけはギャ１と工具18
との間には歯筋方向Ｌの運動のみならず、歯の歯元方向
へ送り込みによって第６図によれば歯丈方向Ｈの運動も
付加されるからである。回転方向は選択的に確定される
が好ましくは第４図中矢印で示す方向であり、工具18は
ギャ１を内方から外方へと貫通する。この連続研削方法
により硬化皮膜のみならず歯溝のふれ、歯筋の誤差も消
去される。特にピッチ誤差も消去される、これは工具の
各歯がギャの各歯溝を一様に貫通するからである。
工具の創成運動を伴う研削は第５図に示される。その
際第２図によるギャの研削の際のように行われ、創成運
動は公知の方法で、工具の工作物の歯の歯元方向への送
り込みを伴って創成軸線12の周りで行われる。
好ましくは研削方法の実施のための工具はハイポイド
ギャ伝動装置に加えて、それぞれ工具の歯の噛み合い面
は研削の際仕上げ研削されるギャの歯溝と逆の形に設定
される。しかし、有利に工具軸線がギャ軸線に対してオ
フセットされかつ通常の状態では加工されるべき傘歯車
伝動装置の軸線配置に対して相違させることは不必要で
ある。更に少なくともその凹歯面又は凸歯面に研削剤層
を有し、この層は任意に更新可能である。好ましくは全
ての歯面が層付けされ、かつ工具は工作物よりも大きな
歯長さを有する。
工具は例えば、次のようにして作られる。
傘歯車又はハイポイドギャ伝動装置のマスタ歯車がそ
の歯面に研削剤を成層される。歯切りされたギャが工具
としての成層されたマスタ歯車により研削され、研削さ
れた工具が研削剤を成層される。
好ましくはマスタ歯車はその歯底の範囲に砥粒を成層
され、それによって第９図に示すように歯底57の研削の
ための工具の頂面54が形成される。
他方例えばメモリされたマスタ歯車対データプログラ
ムから相応したデータプログラム及びこれに属する工具
のための機械調整データが作られ、必要な場合創成され
た傘歯車がマスタ歯車の正確な倣いを生じるまで修正さ
れる。
第11図〜第14図によれば、本発明による研削装置は機
械ベッドを有する。この機械ベッド110上に図中水平に
移動可能な第１の往復台111がそして図中垂直に移動可
能な第２の往復台112がある。第１の往復台の移動のた
めに電動モータ141によって駆動されるスピンドル113が
そして第２の往復台の移動のために同様に電動モータ14
3によって駆動される第２のスピンドル114がある。第１
の往復台113上には第１のスピンドル117の支承のための
ハウジングを備えた回転テーブル115が固定されてお
り、第２の往復台上にはターレット139（第14図及び第1
8図参照）を備えた回転テーブル118が固定されている。
このターレット139にはスピンドル120の支承のためのハ
ウジング119が移動可能に案内されている。スピンドル1
17は第１の電動モータ121によって、スピンドル120は第
２の電動モータによって駆動される。スピンドル117上
には研削されるべき工作物127〜130が固定されており、
第15図によれば、機械ベッド110上に２つのレール123が
固定されており、レール上を往復台111が案内装置124に
よって移動可能に支承されている。この往復台111上に
回転テーブル115が回転可能に支承されている。第15図
にはリング溝125のみが見えており、並びに６つのクラ
ンプ頂部126のうちの２つが見えクランプ頂部によって
回転テーブル115が任意の位置で往復台111のリング溝12
5に固定されることができる。この回転テーブル115上に
スピンドルハウジング116が固定されており、ハウジン
グにはスピンドル117が支承されている。図の左半分は
大きい工作物127と129のための大きい直径のスピンドル
117を示し（第11図及び13図）、そして右半分は工作物1
28と130のための小さい直径のスピンドル117を示す。
第16図によれば、往復台111は図示しない機械ベッド1
10のレール上を案内装置124によって及びスピンドル113
によって移動可能に案内されている。この往復台111上
には回転テーブル115が回転可能に支承されている。回
転テーブル115の下側にはウォームホィールが固定され
ており、ウォームホィールはウォーム136と噛み合う。
回転テーブル115を往復台111上で回転させるために、ウ
ォームホィール135はウォーム136を介して電動モータ13
7によって駆動される（第17図）。回転テーブル115は往
復台111上で容易に回転されるために、回転テーブル115
の中央に玉軸受138が設けられている。往復台111上の所
望の位置に回転テーブル115を固定するために、往復台1
11にはリング溝125があり、回転テーブル115には多数
の、例えば６つのクランプ頂部126が配設され、これに
よって回転テーブル115は往復台111のリング溝125に固
定されることができる。スピンドルハウジング116には
スピンドル117が通常の方法で支承されている。
第18図によれば、回転テーブル118にはターレット139
が固定されている。このターレット139は２つの垂直の
レール140を有し、レール上にはハウジング119が案内装
置142によって移動可能に支承されている。ハウジング1
19には通常の方法でスピンドル120が回転可能に支承さ
れている。それによってスピンドル120のハウジング119
は回転テーブル118上ターレット139に垂直に移動可能に
支承されており、スピンドル117は回転テーブル115に剛
固に固定される。
第19図によれば、両電動モータ121と122は電子的連動
装置によって相互に結合されている。この電子的連動装
置が必要な理由は工具と工作物を機械的伝動装置を介し
て相互に結合することは不可能であり、工作物の研削の
ために必要な回転数は高すぎ、従って歯車伝動装置等を
介して工具から工作物へ伝達できないからである。高い
回転数ではそのような機械的伝動装置の摩耗が大きすぎ
る。
この電子的連動装置は第19図によれば、各伝動モータ
121、121に対して各１つの例えばPIVレギュレータのよ
うな回転数調整器144、タコジェネレータ145及びパルス
発信器146を有する。電子的制御部147によって両電動モ
ータ121と122は所望の回転数で相互に同期して駆動され
る。工具と工作物は歯車として形成されているので、両
電動モータ121、122の回転数はこれらの歯車の歯数に比
例しなければならない。電子的制御部は公知のものとし
て構成され、ブラウン管と機能キーを備えた操作テーブ
ルはNCシステム、PIVレギュレータ、研削盤への入出力
を備えた構成群等を有する。
両モータ121、122の１つが先導モータ、他のモータが
追従モータである。
先導モータは追従モータよりも速く回転されるべきで
ある、そのわけは電子的連動装置は先導モータが追従モ
ータよりも速く回転した場合に、より正確に作動するか
らである。先導モータは好ましくは工具を駆動し、工作
物は駆動しない。ギャが研削される場合、両条件は満足
される、そのわけはピニオンが工具としてよく速く回転
されるからである。しかしピニオンが研削される場合、
両条件の一方のみが満足されることができる。好ましく
は迅速に回転する工作物、即ちピニオンは先導モータに
よって駆動される。
従って好ましくは第13図と第14図による研削盤が構成
され、その際先導モータは伝導モータとしてのターレッ
ト139上に、そして電動モータ121は追従モータとして、
並びにスピンドル120は迅速に回転するピニオン、工具
又は工作物の収容のために特定される。
電子的連動装置はアナログ又はデジタル的に制御され
ることができる。好ましくはこの研削盤のためにデジタ
ル制御が使用される。デジタル制御では、伝導モータは
その回転の際追従モータを制御するために使用されるパ
ルスを発生する。先導モータ122のパルス発信器に与え
られる各信号では、モータは角α１だけ回転し、追従モ
ータ121が角α２だけ回転させることになる。
Z1;先導モータ122によって駆動されるギャの歯数 Z2;追従モータ121によって駆動されるギャの歯数 αist;先導モータ122の実際回転数 αsoll;追従モータ121の目標回転数 この制御では、工具または工作物の歯が例えば、正確
に相手歯車の歯溝の中央にあることが重要である。工具
と工作物が相互に噛み合うと例えば、工具の歯が工作物
の歯溝に位置決めされる。この位置決めのために種々の
方法があり、それはデジタル制御されるか、デジタル制
御されない電子的連動装置によって実施される。４つの
方法が次に第13図〜19図に基づいて記載される。特に固
有の位置決めの前に、工具と工作物はこの方法のための
制御手段が優先的に制御部147において統合されること
を前提とする。
停止している歯車対の歯車の噛み合い位置が位置決め
ために、インクリメンタル回転発信器として表されたパ
ルス発信器は先導モータ122の接触発信器として使用さ
れる。この発信器は例えば、1/1000回転毎に１つのパル
スを発する高い分解能を有する。追従モータ121は両歯
車が接触するまでの間動かされ、その際先導モータ122
のパルス発信器146は制御部147に１つのパルスを付与す
る。それにより追従モータ121は歯車がもう一度接触
し、先導モータ122のパルス発信器146が再びパルスを付
与するまで反対方向に回転される。続いて、追従モータ
の回転方向はもう一度反転され、追従モータは半回転だ
け先に回転されて歯車の歯は他の歯車の溝の中心に正確
に位置する。例えば予め特定された位置が正確に中心で
ない場合、追従モータはその誤差分だけ修正する。
回転中に噛み合う歯車の噛み合い位置の位置決めが行
われる。両歯車が接触することなく回転する間、先導モ
ータ122と追従モータ121との間のスリップ距離は比較的
小さい。スリップ距離の下に追従モータの位置の目標値
と実際値との間の差が把握される。しかし、両歯車が接
触するや否やこのスリップ距離は変わる、そのわけは追
従モータ121は相応した歯車が回転に必要なトルクしか
供給しないからである。スリップ距離の変化は第１の実
施例に類似して、一方の歯車の歯が他方の歯車の歯溝に
入るために電子制御回路147において評価される。
回転中に噛み合う歯車の噛み合い位置の位置決めが行
われる。回転中に噛み合う両歯車の接触はマイクロフォ
ンによって確認される。隣接した歯面への歯面の跳ね返
りにより音波が発生し、音波は歯車の検出のために評価
される。
先導モータ122と結合した研削工具133は工作物129の
歯溝に進入する。工具133の歯面が工作物129の歯溝の面
に接触すると、制動されない工作物129のこの接触によ
ってトルクが発生し、このトルクはパルス発生器によっ
て決定される。その際パルスが発生し、パルスによって
先導モータと工具133が回転を開始し、他の歯面は工作
物の他の歯面と接触する。この回転の際モータ122又は1
21はパルス発信器で再び多数のパルスを発生し、その数
が計測される。工具133の歯の他の歯面が工作物129の歯
溝の他の歯面に接触すると、反対向きのトルクが発生
し、モータ122はその回転方向に切り換えられ、計数さ
れたパルスの半分だけ戻される。それによって工具の１
方の歯は工作物の歯溝の中心に位置する。
電子的連動装置の作用はここでは公知であることを前
提とする。調整技術は殆ど任意に簡単化され、その結果
工具軸線と工作物軸線の必要な回転角の一致は達成可能
である、そのわけは傘歯車の研削の際に傘歯車の切削の
際よりも力の変動が小さいからである。追従モータは、
先導モータを介して電子的制御部をステップ状に駆動さ
れ、比較的大きい質量を運動させるので、即ち軸、歯
車、この質量の振動が回避される。しかし、この振動は
研削工程によって著しく減衰されかつ有利に作用され
る。
電子的連動装置では通常の調整技術は例えば、回転数
の関数として可変である追加のアダプタ調整器が使用さ
れることによって改良される。更に観察者・調整器が使
用されることができ、調整アルゴリズムの補完による。
研削装置の操作方法は第13図に示されている。まず工
具129がスピンドル117上に、工具133がスピンドル120上
に取り付けられる。続いて、記載の方法で、工具133の
歯が工作物129の歯溝に位置決めされ、または挿入さ
れ、先導モータ122及び追従モータ121が完全に１回転
し、その際工具133と工作物129は相対的に工具133と工
作物129の加速の間その歯は全回転数の間接触しないよ
うに配設されている。このことは必要である、そのわけ
は加速位相の際、モータ相互間の不所望なスリップ距離
が生じないためである。モータ122と121の全回転数が達
成されて初めて、工具133と工作物129が研削位置に送ら
れる。そして全回転に渡って工作物129は予め設定され
た噛み込み送りをもって研削される。両モータ121と122
の回転数が低下される前に工具133と工作物129は噛み合
いを外される。これの必要なわけは遅延位相においても
不所望なスリップ距離が生じさせられるからである。
曲がり歯傘歯車の歯の研削のための工具18又は41の製
造のために、a.傘歯車又はハイポイドギャ伝動装置１、
２のためのメモリされたマスタ歯車対・データプログラ
ムに基づいて予め歯切りされる工具18、41のための対応
したデータプログラムの作成工程と、b.このデータプロ
グラムに従って工具18、41を歯切りする工程と、c.工具
18、41に研削剤を成層する工程とから成る方法が適用さ
れる。
【図面の簡単な説明】
第１図は軸のオフセットのない傘歯車対、第２図は第１
図に示すギャの研削のための本発明による装置の実施
例、第３図はギャと工具の軸とのオフセットのあるハイ
ポイドギャ伝動装置を示す図式図、第４図は第３図の冠
歯車と工具の歯の曲がり（歯筋曲線）の重なり状態を示
す拡大図、第５図本発明による方法による第１図のピニ
オンの研削のための他の実施例、第６図は歯の研削方向
を示す斜視図、第７図は工具歯の拡大断面図、第８図は
本発明の方法による研削の際の歯の破断図、第９図は好
適な方法による第８図と同様な図、第10図は研削速度の
決定のための図式図、第11図は貨物自動車のための大き
いピニオンの研削のための研削盤の平面図、第12図は乗
用車のための小さいピニオンの研削のための第11図のも
のと類似した研削盤の平面図、第13図は貨物自動車のた
めの大きなギャの研削のための第11図のものと類似の研
削盤の平面図、第14図は乗用車のための小さいギャの研
削のための第11図のものと類似した研削盤の平面図、第
15図は第11図の矢印Ａ方向に見た研削盤の部分図、第16
図は第12図のX VI−X VI線に沿う垂直断面図、第17図は
第16図のX VII−X VII線に沿う断面図、第18図は第11図
における工具スピンドルの高さにおける水平断面図そし
て第19図は「電子的連動装置」の図式図である。 図中符号 １、２……工作物、18、41……工具 19、43……砥面、20……歯面 55……凹歯面、56……凸歯面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オツトー・ヒルデインゲル スイス国、シユウエルツエンバツハ、ク フエンストラーセ、27

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】工具軸線のまわりを回転駆動される工具
    （18、41）と、工作物（１、２）としての予め歯切りさ
    れた傘歯車とが組み合わされることによる、曲がり歯を
    備えた傘歯車対の歯車の歯の研削方法として、切り込み
    のための工具（18、41）の工作物（１、２）の歯の歯元
    方向への送り込みが実施される方法において、 曲がり歯傘歯車状で工作物（１、２）の軸線と工具（1
    8、41）の軸線との間の距離が所定の値のハイポイドギ
    ャ伝動装置が形成されていて、歯面（20）に砥面（19、
    43）を有する工具（18、41）が使用され、工具（18、4
    1）は工作物（１、２）と相互に噛み合うように配設さ
    れかつ所定の回転数で強制的かつ同期して駆動され、こ
    の際工作物（１、２）と噛み合う工具（18、41）は、研
    削の際にその噛み合い面で工作物（１、２）の歯溝の側
    面を形成しかつ工具（18、41）の工作物（１、２）との
    間の相対的滑り速度（VR）が所定の研削速度の範囲にな
    るように設計され、そして工作物（１、２）の軸線と工
    具（18、41）の軸線との間の距離は、工作物（１、２）
    の歯面における前記滑り速度（VR）が歯元から歯末まで
    歯筋方向に向いた水平成分Ｌを残すような値に設定され
    ることを特徴とする前記方法。
  2. 【請求項２】工作物（１、２）の軸線と工具（18、41）
    の軸線との間の距離が所定の値のハイポイドギャ伝動装
    置が工具（18、41）と工作物（１、２）とによる傾斜軸
    ハイポイドギャ伝動装置としてが形成されている特許請
    求の範囲第１項記載の方法。
  3. 【請求項３】凹歯面及び凸歯面（55、56）が単一の加工
    工程で同時に研削される、特許請求の範囲第１項又は第
    ２項記載の方法。
  4. 【請求項４】切り込みのため転がり運動中に工具（18、
    41）の工作物（１、２）の歯の歯元方向への送り込みが
    実施される、特許請求の範囲第１項記載の方法。
  5. 【請求項５】切り込みのため工具（18、41）の工作物
    （１、２）の歯の歯元方向への送り込みが工作物（１）
    の歯のピッチ円錐面（27）に対して略垂直に行われる、
    特許請求の範囲第１項記載の方法。
  6. 【請求項６】工具軸線のまわりを回転駆動される工具
    （18、41）と、工作物（１、２）としての予め歯切りさ
    れた傘歯車とが組み合わされることによる、曲がり歯を
    備え車傘歯車対の歯車の歯の研削のために、切り込みの
    ため工具（18、41）の工作物（１、２）の歯の歯元方向
    への切り込みが実施されその際曲がり歯傘歯車状で工作
    物（１、２）の軸線と工具（18、41）の軸線との間の距
    離が所定の値のハイポイドギャ伝動装置が形成されてい
    て、歯面（20）に砥面（９、43）を有する工具（18、4
    1）が使用され、工具（18、41）は工作物（１、２）と
    相互に噛み合うように配設されかつ所定の回転数で強制
    的かつ同期して駆動されこの際工作物（１、２）と噛み
    合う工具（18、41）は、研削の際その噛み合い面で工作
    物（１、２）の歯溝の側面を形成しかつ工具（18、41）
    と工作物（１、２）との間の相対的滑り速度（VR）が所
    定の研削速度の範囲になるように設計されそして工作物
    （１、２）の軸線と工具（18、41）の軸線との間の距離
    は、工作物（１、２）の歯面における前記滑り速度
    （VR）が歯元から歯末まで歯筋方向に向いた水平成分Ｌ
    を残すような値に設定される曲がり歯を備えた傘歯車対
    の歯車の歯の研削方法を実施するための装置において、 工具（18、41、131〜134）の駆動のためにも工作物
    （１、２、127〜130）の駆動のためにも各１つの別の電
    動モータ（121、122）がスピンドル（11、17、117、12
    0）に対して同軸的に配設され、そして両電動モータ（1
    21、122）は電子的連動装置（144〜147）を介して相互
    に同期連結されていることを特徴とする前記装置。
  7. 【請求項７】予め設定された位置へ工作物又は工具の歯
    溝中の工具又は工作物は歯の位置決めのための装置（14
    6、147）が設けられている、特許請求の範囲第６項記載
    の装置。
  8. 【請求項８】位置決めのためにパルス発信器（146）が
    使用され、パルス発信器は工具の歯溝が工作物の歯面に
    接触した時パルスを発信する、特許請求の範囲第６項記
    載の装置。
  9. 【請求項９】機械ベッド（110）上に相互に移動可能に
    配設された２つの往復台（111又は112）に設けられ、こ
    れらは２つのスピンドル（117、120）及び所属の電動モ
    ータ（121、122）の各１つの支承のためのハウジング
    （116、119）を備えた各１つの回転テーブル（115、11
    8）を有し、その際一方のハウジング（119）は回転テー
    ブル（118）上その軸線方向に移動可能に支承されてい
    る特許請求の範囲第６項記載の装置。
  10. 【請求項１０】移動可能のハウジング（119）に配設さ
    れた電動モータ（122）が先導モータ（122）として、そ
    して他方のハウジング（116）に配設された電動モータ
    （121）が追従モータ（121）として形成されており、そ
    の際先導モータ（122）によって駆動されるスピンドル
    （120）上にピニオン（127、128）がクランプされる、
    特許請求の範囲第９項記載の装置。
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