JP2994753B2 - 歯車製造工程における工具送り方法 - Google Patents

歯車製造工程における工具送り方法

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は傘歯車等を形成することに関する。特に、本
発明は、被加工物の所定深さまで工具を送る方法であっ
て、送り軌道が制御されている方法を指向する。
発明の背景 傘歯車やハイポイド歯車の製造においては、一般に二
種類の方法、すなわち創成法と非創成法が採用されてい
る。
創成法においては、回転工具が所定深さまで被加工物
に送り込まれる。一旦この深さに達すると、次に工具と
被加工物とが、あたかも被加工物が理論創成歯車と噛み
合って回転していたかのように、理論創成歯車の軸線の
周りで、創成転動として知られているように所定の相対
転動運動において共に回転する。理論創成歯車の歯は工
具の材料除去面によって表わされる。歯形は創成転動中
の工具と被加工物との相対運動によって形成される。
創成方法は二種類の範疇、すなわち正面フライス削り
および正面ホブ削りに分類することができる。創成正面
フライス削りにおいては、(一連の歯の隣接した歯の側
にある)被加工物の各スロットが個々に形成される。工
具が所定の深さまで送られた後、創成転動が開始され
る。
創成転動においては、歯面は周知の数種のサイクルの
いずれかで形成すればよい。スロットの一方の歯面は前
進創成転動によって形成され、隣接する歯面は後退方向
の創成回転によって形成しうる。代替的に、歯のスロッ
トの両側は単一の前進創成転動において切削することが
でき、二次切削すなわち仕上げ切削が必要とされる場
合、これは反転転動によって実行し、所望の歯面を作る
ことができる。一旦、歯の側部が完了すると、工具は被
加工物に対して後退し、次に被加工物が次のスロット位
置に対して割り出される。この間欠的な割出しは、被加
工物の全ての歯面が形成されるまで継続する。
創成正面ホブ削りは連続した割出し方法であって、工
具の被加工物との間の所定の調時回転が創成転動に重ね
られる。このように、被加工物の全てのスロット(かつ
従って全ての歯面)は単一の創成転動によって形成され
る。工具と被加工物とは調時関係で回転し、次に工具は
被加工物へ送り込まれ、かくしてある深さまで送られる
につれて全てのスロットから材料を除去する。一旦、全
深さまで達すると、所望の創成サイクルが開始され被加
工物に全ての歯を完全に形成する。
間欠的割出し、あるいは連続的割出しいずれかの非創
成方法においては、被加工物の歯形は工具の輪郭から直
接作り出される。工具が被加工物に送り込まれ、工具の
輪郭が被加工物に付与される。創成転動を採用していな
い場合、「冠歯車」として知られている理論創成歯車の
概念を非創成法に適用することができる。冠歯車とはそ
の歯面が被加工物の歯面を補完するものである。従っ
て、工具の切削刃は、非創成被加工物に歯面を形成する
場合冠歯車の歯を表す。
非創成法および創成法において、第1の段階は切削工
具あるいは研摩工具を被加工物と係合させ、次に該工具
を被加工物の所定深さまで送ることである。工具を被加
工物に向かって動かしてもよく、被加工物を工具に向か
って動かしてもよく、あるいは工具および被加工物の双
方を相互に向かって動かしてもよい。工具および(また
は)被加工物のいずれを動かすかどうかとは関係なく、
材料除去が完全になされ、工具が後退する(非創成法)
か、あるいは創成転動が開始する(創成法)前に、工具
は被加工物の所定突込み深さに達する必要がある。
被加工物との初期接触からその所定の深さ、すなわち
「全深さ」まで工具が移動する軌道は変わりうる。ニュ
ーヨーク州、ロチェスタのグリーソンワークス社の1990
年版「まがり歯傘歯車およびハイポイド歯車のCNC創
成、その理論と実践」(“CNC Generation of Spiral B
evel and Hypoid Gears:Theory and Practice",The Gle
ason Works,Rochester,New york,1990)においてゴール
ドリッチ(Goldrich)が述べているように、理論創成歯
車を擬している、クレードルを含む従来の機械的歯切り
および(または)研摩機においては、送り軌道はクレー
ドル(創成歯車)の軸線に沿った方向にある。この形式
の工具送りは十分確立されたものであるが、工具の不均
一な負荷あるいは応力が注目された。
同じゴールドリッチの刊行物は、被加工物中への工具
の送り軌道が工具の軸線に沿った方向にあるCNC多軸歯
車創成機を開示している。工具の軸線に沿った送りにお
いて、送り軌道は工具の軸線と、設計点(その周りで歯
の形状が計算される点)における歯直角ベクトルとによ
って画成される平面に位置している。この平面は「歯直
角平面」と称される。設計点は通常歯の平均点であり、
平均点とは歯の歯底から歯先および内端部から外端部と
の中間の点である。この形式の送りは、送り軌道がクレ
ードルの軸線に沿っている場合に、工具ため込みが発生
しうる場合に有利である。工具のため込みとは、工具が
被加工物に対して特に押出しされ、かつ相対的に運動す
ることにより過度に材料を除去する状態である。工具の
軸線に沿った送りは、工具のため込みが阻止される要領
で工具を被加工物に対して押し出す。しかしながら、工
具の軸線に沿った送りは、特に創成正面ホブ削り過程に
おいて過度の不均一な工具負荷を示した。
ゴールドリッチは、さらに圧力角が不均等な切削刃に
対してチップ荷重を均衡させるために、工具の軸線に対
して一定角度において工具の送りが行われうることを開
示している。圧力角の不均等な切削工具が用いられる場
合、刃の一方の側が他方の側よりも多く材料を除去し、
かくして一方の組の刃が他方の組の刃よりも速く摩耗す
る。工具の軸線に沿って工具を送る場合、不均一な工具
負荷状態が、そのような不均等の圧力角を有する工具を
用いることによってさらに増長される。この状態におい
て、送り軌道を工具の軸線に対して一定角度に変更しう
るが、送り軌道は歯直角平面内に留まる。歯直角平面内
のこの角度のついた送り軌道は、工具の2つ側部の間の
材料の除去が均衡し、不均等な材料除去による刃の摩耗
が軽減されるように工具が被加工物と接触できるように
する。しかしながら、工具の軸線に対し一定角度で歯直
角平面において送ることは、不等の工具圧力角に関連し
た摩耗や振動の問題を低減しうるが、この形式の工具送
りは、特に前述のように創成正面ホブ削り過程において
工具の軸線に沿った送りに関連した過度で不均一な工具
負荷を排除するとは判明していない。
本発明の目的は、被加工物に対して工具を送る方法で
あって、従来技術の送り軌道に関連した不均一な工具負
荷が低減あるいは排除される方法を提供することであ
る。
発明の要約 本発明は、傘歯車のような被加工物に少なくとも1個
の歯面を作る機械加工工程において被加工物の所定深さ
まで工具を送る方法からなる。工具は工具の軸線の周り
で回転可能で、少なくとも1個の材料除去面を有してい
る。被加工物はその軸線の周りで回転可能で、理論創成
歯車軸線の周りで回転可能な理論創成歯車と噛み合って
いる。本方法は工具と被加工物とを接触させ、送り軌道
に沿って被加工物に対して工具を所定深さまで送ること
を含む。
本方法は、少なくとも第1と第2の送りベクトル成分
を含む送りベクトルによって送り軌道の少なくとも一部
が画成されている。送りベクトル成分は理論創成歯車軸
線と被加工物軸線とによって画成される軸平面に位置し
ている。第1の送りベクトル成分は概ね理論創成歯車の
軸線方向にあり、第2の送りベクトル成分は概ね理論創
成歯車軸線に対して垂直である。
送りベクトルは、さらに第3の送りベクトル成分を含
みうる。第3の送りベクトルは、工具の軸線と、歯の設
計点に対して直角の歯直角ベクトルとによって画成され
る歯直角平面にある。
本発明において被加工物に対して工具を送る方法は計
算機制御の機械において実行されることが好ましい。計
算機制御の機械は工具を被加工歯車に対して位置づけ、
かつ作動係合させるために複数の計算機制御の軸線を含
む。
計算機制御の機械において本発明の方法を実行する場
合、初期の軸線設定位置は該機械に入力される設定パラ
メータに応答して計算される。次に、計算機制御された
軸線は工具と被加工歯車とを相互に対して初期位置決め
する初期設定位置まで動かされる。前記被加工歯車に対
する前記工具の送り軌道は前記機械に入力された送りパ
ラメータに応答して計算される。次に、工具は工具の軸
線の周りで回転させられ、計算機制御の軸線が動いて送
り軌道に沿って被加工歯車の所定深さまで被加工歯車に
対して回転工具を送る。送り軌道の少なくとも一部は、
前述のように少なくとも第1と第2の送りベクトル成分
からなる送りベクトルによって画定される。
図面の簡単な説明 第1図は本発明による方法を実施するための計算機制
御の機械の概略図、 第2図は被加工物と噛み合っているテーパ付きの理論
創成歯車を示す図、 第3a図、第3b図、第3c図および第3d図は理論創成歯車
軸線の方向における送り軌道を、軸平面において、理論
創成歯車軸線に沿って、ピッチ面において、および歯直
角平面においてそれぞれ見た図、 第4図は、送り軌道が理論創成歯車軸線の方向にある
ときの初期接触位置から歯のスロットにおける工具の最
終深さまでの位置変化を示す図、 第5a図、第5b図、第5c図および第5d図は、工具の軸線
の方向における送り軌道を、軸平面において、理論創成
歯車軸線に沿って、ピッチ平面において、および歯直角
平面においてそれぞれ見た図、 第6図は、送り軌道が工具の軸線の方向にあるときの
初期接触から工具スロットにおける工具の最終深さまで
の位置変化を示す図、 第7a図、第7b図、第7c図および第7d図は本発明による
送り軌道を、軸平面において、理論創成歯車軸線に沿っ
て、ピッチ平面において、および直角平面においてそれ
ぞれ見た図、 第8図は、本発明による送り軌道を備えた歯スロット
の歯の最終深さまでの初期接触からの位置変化を示す
図、 第9図は、工具との初期接触時および工具の全深さ位
置における歯面のねじれ角を示す図である。
好適実施例の詳細説明 本発明の詳細を好適実施例および添付図面を参照して
以下説明する。
本発明の方法は、その開示を参考のため本明細書に含
めてある米国特許第4,981,402号に記載のような機械に
おいて実行することが好ましい。この機械は、一般に計
算機数値制御、すなわちCNC機械として知られ、この機
械の作動限界の殆んど任意の位置において工具と被加工
物とを相互に対して方向づけるために、研摩工具あるい
は切削工具と被加工物との運動をそれに沿って制御しう
る複数の軸線を含む形式のものである。
規定の軌道に沿った機械の多数の軸線の運動を制御す
るCNC機械は現在では普通である。そのような現状技術
の装置が、被加工物、特に被加工歯車に対して工具を方
向づけるために規定の軌道に沿って、選定した軸線の運
動を制御するために本発明に含まれている。
前述の米国特許第4,981,402号と類似の機械が第1図
に示されている。本装置14は、図示した切削工具のよう
な工具2のための工具支持体15を含む。工具2は工具ス
ピンドル16に解放可能に装着されており、工具スピンド
ルの方は回転するように工具ヘッド18に支承されてい
る。工具ヘッド18はキャリッジ32に取り付けられた軌条
24に沿って垂直運動(Y軸)できる。工具支持体15は機
械ベース30に取り付けられた軌条26に沿って水平運動
(X軸)できる。工具2はその回転軸線Tの周りで回転
運動できる。
本装置14は、また被加工歯車12がワークスピンドル23
に解放可能に取り付けられているワークサポート17を含
む。ワークスピンドル23はワークヘッド22で回転するよ
うに支承され、かつ長手方向の被加工物軸線Wの周りで
回転運動できる。ワークヘッド22はテーブル34上に取り
付けられ、垂直軸線Bの周りで角度運動(枢動)でき
る。テーブル34は機械ベース30に取り付けられた軌条28
に沿って水平(Z軸)運動できる。
軌条24,26および28は工具2と被加工歯車12とが3つ
の相互に対して直角の方向X,YおよびZにおいて相対的
に直線運動できるようにする。
工具スピンドル16、ワークスピンドル23、ワークヘッ
ド22、テーブル34、工具ヘッド18およびキャリッジ32の
運動は個々の駆動モータ(図示せず)によって付与され
る。前述の要素は相互に対して独立の運動ができ、かつ
相互に対して同時に動くことができる。各モータは、CN
C装置の一部として、コンピュータ(図示せず)への入
力指令に従って駆動モータの作動を決定する直線あるい
は回転エンコーダ(図示せず)のいずれかと関連してい
る。エンコーダは各運動軸線の実際の位置に関するフィ
ードバック情報をコンピュータに対して提供する。
いずれか、あるいは全ての軸線に沿った工具2と被加
工歯車12との相対運動によって、被加工歯車12のいずれ
かの部分が工具2に向けられるうように工具2と被加工
歯車12とを相互に対して方向づけることが可能なことは
明らかである。一旦向けられると、工具2および(また
は)被加工歯車12の送り運動が行われ工具2を被加工歯
車と接触させ、所定の深さまで突き込ませる。
一旦所定深さまでの突込みが達成すると、創成運動を
実行することができる。創成運動において、被加工歯車
と工具とは、あたかも被加工歯車が、その歯面が工具の
材料除去面によって表わされる理論創成歯車と転動噛み
合うように、理論創成歯車軸線の周りで共に転動する。
創成中の工具の軌道は入力された指令に応答してコンピ
ュータによって方向づけられて所望の歯面形状を作るた
め各軸線に沿った運動を制御する。
第2図は、この場合ギヤセットのピニオン部材である
被加工物12と噛み合っている理論創成歯車40を示す。理
論創成歯車40は回転軸線Gを含み、被加工物12の回転軸
線である被加工物軸線はWで指示する。被加工物12と理
論創成歯車40のピッチ線は45で示す。理論創成歯車軸線
Gとピッチ線45との間の角度αはピッチ円すい角として
知られている。理論創成歯車軸線Gと被加工物軸線Wは
共に「軸平面」を画成する。
非創成法においては、ピッチ円すい角αは90度に等し
く、この場合理論創成歯車40は冠歯車の形態をとる。し
かしながら、第2図の場合のように、創成法において
は、理論創成歯車40は、90度より小さいピッチ円すい角
を有することによって冠歯車からずれた「テーパ付き」
創成歯車となる。
理論創成歯車40のピッチ円すい角αの余角は創成ピッ
チ円すい角傾斜と称され、理論創成歯車の軸線が理論創
成歯車軸線Gに対して傾斜する量である。理論創成歯車
の歯は創成法においては工具の材料除去面によって表わ
されるので、被加工物に対して工具を適正に向けること
は機械セットアップにおける被加工物軸線Wの調整を含
む。創成ピッチ円すい角傾斜の量は90度から理論創成歯
車のピッチ円すい角をマイナスしたものと一般に定義さ
れる。被加工物に導入したいいずれかの所望するミスマ
ッチであっても創成ピッチ円すい角傾斜の量に影響しう
る。多くの場合、ギヤセットの一方の部材は非創成法に
より形成され、相手側部材は創成される。第2図に示す
創成配備ついて、ピッチ円すい角αは90度から非創成の
相手側部材のピッチ円すい角をマイナスしたものと等し
い。
第3a図、第3b図、第3c図および第3d図は、被加工物が
理論創成歯車軸線Gに沿った方向に工具に対して送られ
るときの、それぞれ軸平面における、理論創成歯車軸線
に沿って、ピッチ平面における、および歯直角平面にお
ける被加工物を示す。全ての図において、工具との初期
接触の瞬間の被加工物の位置は点線で示され、全深さ位
置における被加工物の位置は実線で示す。
工具に関しては、内刃とか外刃という用語を本明細書
を通して使用していることに留意すべきである。内刃と
は歯の内側歯元の面、すなわち凸状歯元の面を形成する
カッタの刃であって、一方外刃とは被加工物の歯の外側
歯元の面、すなわち凹状歯元の面を形成する刃である。
第3a図は理論創成歯車軸線Gに沿った方向における送
り軌道の軸平面における図である。軸平面とは被加工物
軸線Wと理論創成歯車軸線Gを含むものとして定義され
る。点線が示す被加工物の初期位置は12iで示され、初
期被加工物軸線方向位置はWiである。この位置におい
て、工具の先端の平面48はまず被加工物12と接触する。
被加工物12は、所定の全深さに達するまで理論創成歯車
軸線Gに沿った方向において工具に対して送られる。こ
の全深さ位置において、実線で示す被加工物は位置12f
にあり、その軸線はWfで示す。
第3c図は理論創成歯車軸線Gに沿った送り軌道をピッ
チ平面で示す。本明細書において「送り軌道」という用
語は、被加工物が工具との初期接触位置から所望の、す
なわち「全」深さにおける最終位置まで送られるにつれ
て、被加工物に対する工具の軌道を記述するために用い
ている。参照番号50は歯のスロットを示し、Rcは平均の
カッタ半径であり、D(第3b図参照)は歯の設計点を示
し、ベクトルN(第3d図参照)は設計点Dにおける歯直
角ベクトルを示す。設計点Dは一般に歯の平均点と一致
するが、ここでも同様に設計点は歯に沿った任意の点に
位置しうることを留意すべきである。
第3a図を参照すれば、創成円すい距離は歯元(A)に
おけるよりも歯先(A−ΔA)における方が小さいこと
が判る。創成円すい距離のこの差は、例えば線60に沿っ
た、歯元の線に対して垂直な線に沿って見た場合、歯の
底(第3c図)におけるねじれ角Ψと比較して歯先にお
いてねじれ角の差Ψをもたらす。ねじれ角のこの変化
は、テーパ付きの創成歯車を用いた場合、歯の形状にお
いて固有のものである。
ねじれ角のこの固有の変化は下記の式によって表わす
ことができる。
但し、Rc =カッタ半径 A =平均の創成円すい距離 Ψ =創成ねじれ角 ΔA=円すい距離の変動 第3b図は送り方向における理論創成歯車軸線Gに沿っ
て見た図を示す。第3a図および第3b図から、歯先の創成
円すい距離(A−ΔA)と歯元の創成円すい距離(A)
は線60に沿って見た場合相違するが、突込みの間は一定
に保たれる。言い換えると、円すい距離は理論創成歯車
軸線Gに対して平行な線、例えば線65に沿っては一定に
保たれ、そのため、線65のような線に沿ったねじれ角は
一定とする。その結果、創成を通して正確なねじれ角が
切られる。
第3d図は歯直角平面(歯スジに垂直な平面)における
図であって、不均一な圧力角の刃を有するカッタが用い
られた場合、歯直角ベクトルNに沿った運動の成分は理
論創成歯車軸線に沿った送りと共に歯直角平面内に含ま
れる。
第4図は理論創成歯車軸線Gに沿って、送りの効果を
示す拡大図である。歯のスロット50は外側の歯元の面51
と内側の歯元の面52との間に形成され、外端部53と内端
部54とを有している。カッタの位置は点線55で示す。被
加工物は、工具と正に接触する初期位置12i(点線)か
ら、工具が被加工物中への全深さに位置する最終位置12
f(実線)まで送られるにつれて、被加工物と理論創成
歯車軸線Gとの間の関係が変わることが判る。被加工物
は全深さまで送られるにつれて理論創成歯車軸線Gに沿
って動く。送りの間正しいねじれ角が保たれる。しかし
ながら、被加工物が位置12iから全深さ位置12fまで送ら
れるにつれて、被加工物のスロットはカッタの刃に対し
て移動する。その結果、被加工物の送りが進行するにつ
れてカッタの刃は外側の歯元の面51により近い位置から
最終の刃のスロットの中心に向かって移動する。前述の
ように、突込みの間、理論創成歯車軸線Gに対して平行
な歯元の面上の線に沿って一定のねじれ角が保持され
る。
被加工物12iの初期接触時、カッタの刃の位置55は歯
スロット50の所望の中心より高い位置において内端部12
i1と外端部12i2との間を延び、刃は外側の歯元の面51の
最終位置により近接している。しかしながら送りが全深
さ位置12fまで進行するにつれて、カッタの刃の位置55
は内端部12f1から外端部12f2まで延在する歯スロット50
の適正な中央位置まで動く。このように、カッタの刃が
全体的に外側の歯元の面51からスロットの中心に向かっ
てシフトするのが判る。
外側の歯元の面51の方向から全深さ12fでの中心位置
へのカッタ刃のシフトによって内側のカッタ刃にかかる
切削力を増すと共に内側の刃を早期に摩耗させる。
第5a図、第5b図、第5c図および第5d図は、被加工物と
工具とが工具の軸線Tに沿った方向に相互に対して送ら
れる際の、それぞれ軸平面における、理論創成歯車軸線
Gに沿って見た、ピッチ平面における、および歯直角平
面における被加工物の図を示す。
第5a図は、Tで示す工具の軸線に沿った方向における
送り軌道の軸平面図である。被加工物の初期位置は12i
で示し、初期の被加工物軸線方向位置はWiにある。この
位置において、軸線Tを有する工具の先端の平面48は最
初は被加工物12と接触している。被加工物12は所定の全
深さに達するまで工具の軸線Tに沿った方向に工具に対
して送られる。この点において、被加工物は12fの位置
にあり、その軸線はWfで示されている。
理論創成歯車軸線Gに沿った図を示す第5b図から、工
具に対する被加工物12の工具の軸線での送り軌道は理論
創成歯車軸線Gに沿って見るときは、被加工物が位置12
iから12fまで送られるにつれてカッタの刃に対して被加
工物のスロットがシフトしていることが判る。その結
果、送りが進行するにつれて、内側の歯元の面52により
近い位置から最終の歯のスロットの中心に向かってカッ
タ刃がシフトする。全深さ12fにおいて、内側の歯元の
面52の方向から中心位置までカッタ刃がシフトすること
によって外側のカッタ刃にかかる切削力を増すと共に外
側の刃を早期に摩耗させる。
第5c図のピッチ平面での図においては、工具の軸線T
に沿った方向における送りは被加工物12と理論創成歯車
軸線Gとの間の関係を変えないことが判る。カッタの刃
が先ず位置12iにおいて被加工物と係合すると、ねじれ
角の切削は送りが位置12fまで進行したときの被加工物
の歯底におけるねじれ角の切削と同じである。本質的に
前述のように、テーパ付きの創成歯車で切削すると、歯
先の最終的なねじれ角は歯元でのねじれ角とは異なる。
このことは上に詳述されている。工具の軸線Tに沿って
送りが進行するにつれて、歯先における切削円すい距離
が減少し、歯先でのねじれ角が減少する。
ねじれ角の変化は、工具を被加工物へ送り込む間刃を
反時計方向に捩らせる。内側の歯元の面52を切削する刃
はスロット50の内端部54において内側の歯元の面52に向
かって動き、一方外側の歯元の面51を切削する刃はスロ
ット50の外端部53で外側の歯元の面51に向かって動く。
この捩れは望ましいねじれ角変化をもたらすが、またス
ロットの中心位置より低いところ12iからスロットの中
心12fまでシフトするため、外側刃により除去するスロ
ットの材料を多くする。カッタ刃のシフトおよび捩れに
よりカッタ刃に過剰の負荷が加わり、かつ材料をより多
く除去するため外側刃がより早く摩耗しカッタ刃の摩耗
が不均一となる。
第6図を参照すれば、工具の軸線Tに沿って送る場合
の刃のシフトと捩れの効果がより明らかに判る。スロッ
ト50は外側の歯元の面51、内側の歯元の面52、外端部53
および内端部54の間に延在する。被加工物12iとの初期
接触位置において、(正面スライス削り部分に対しては
カッタの先端幅の中間、正面ホブ削り部分に対しては平
均カッタ半径を示す点線55によって指示する)カッタ刃
の位置は内端部12i1と外端部12i2の間に、歯スロット50
の所望の中心線より低い位置において延在し、該カッタ
刃は外端部12i2において内側の歯元の面52の位置に極め
て近接している。送りが進行するにつれて、カッタ刃は
最終的に全深さ12fにおける正確な位置まで動く。全深
さでの内端部位置12f1と全深さでの外端部位置12f2との
間を延びる刃の位置はスロットの適正な中心位置にある
ことが判る。
第5d図は工具の軸線Tと歯直角ベクトルNとによって
画成される歯直角平面における図を示す。前述のよう
に、不均一な圧力角を有するカッタ刃を用いると、刃の
一方の側が他方の側より多く材料を除去するので通常チ
ップ負荷が不均一となる。このような状態において、運
動成分は、チップの負荷を均衡させるために、工具が工
具の軸線Tに沿って送られるにつれて歯直角ベクトルN
の方向に含まれる。工具の軸線Tと歯直角ベクトルNと
が歯直角平面を画成するので、歯直角ベクトルNに沿っ
た運動は、工具の軸線Tに対して一定角度にあるが送り
方向は歯直角平面に限定される。しかしながら、このよ
うな運動の歯直角成分を含むことは、刃のシフトやねじ
れ角の変化に関して前述の好ましくない効果に影響しな
い。
正面ホブ削り工程において、歯車の歯上の長手方向曲
線は創成ピッチ円すい角、創成円すい距離、創成歯車の
歯数、カッタの刃の群の数の関数として運動学的に形成
される。この関係は下式により表わすことができる。
A=平均創成円すい距離 Ψ=創成ねじれ角 Rc=カッタ半径 nb=刃の群の数 NG=創成歯車の歯数 β=正面ホブ削り工程におけるカッタ半径と歯法線
との間の角度 第5a図から、創成円すい距離Aは創成歯車にテーパ
(ΔΓ)が付けられている場合歯先から歯元まで変化す
ることが判る。円すい距離の変化量△Aは、理論創成歯
車軸線Gと被加工物軸線Wによって画成される軸平面に
おける図である第5a図に示されている。
仕上り被加工歯車の歯元線に対して垂直な断面におい
て、ねじれ角は歯先におけるよりも歯先における方が小
さい。ねじれ角の変化の一理由はテーパ付き創成歯車に
よる正面ホブ削り運動曲線の変化と、工具の軸線Tに沿
って送りが進行する際に付随する円すい距離の変化ΔA
とによる。この変化は下記のように表現できる。
ΔA=円すい距離の変動 Ψ =創成ねじれ角 Rc =カッタ半径 nb =刃の群の数 NG =創成歯車の歯数 β =正面ホブ削り工程におけるカッタ半径と歯法
線との間の角度 前述のように、工具の軸線Tに沿って送る場合のねじ
れ角の変化の第2の理由は創成円すい距離の変化によっ
てもたらされる上記したような固有の変化である。この
変化する円すい距離は、第5b図と第6図とに関して前述
したようにカッタ刃の捩れをもたらす。送り軌道が工具
の軸線Tに沿った場合の円すい距離の変化と、それに付
随するシフトおよび捩れによるねじれ角の変化も前述の
式によって表現できる。
Rc =カッタ半径 A =平均創成円すい距離 Ψ =創成ねじれ角 ΔA=円すい距離の変化 この特定の等式は、また送りが工具の軸線Tに沿って
進行する場合の正面フライス削り工程にも適用されるこ
とを注目すべきである。
従って、歯先におけるねじれ角ΨはΔAが負である
ため、 Ψ=Ψ−ΔΨ−ΔΨとして表現できる。
第5a図および第5b図とを参照すれば、被加工物が工具
の軸線Tに沿ってカッタに対して、刃が先ず被加工物の
材料12iと最初に接触する位置まで送られると、中間部D
iにおける創成円すい距離は平均円すい距離(A)と等
しく、ねじれ角が切削される。しかしながら、被加工物
とカッタとが相互に対して前進するにつれて、歯先での
創成円すい距離は減少してねじれ角を低減させる。その
結果カッタは歯のスロットにおいて捩れスロットの外側
において外側の刃に、スロットの内側において内側の刃
に負荷をかける。
工具の軸線あるいは理論創成歯車軸線のいずれかに沿
った方向において工具を被加工物に対して送ると、好ま
しくない刃のシフトをもたらす。工具の軸線Tに沿って
送ると、刃を捩らせ、望ましくないねじれ角の変化並び
に特に正面ホブ削り工程において刃の摩耗を加速する。
工具の軸線に沿った送りに関して前述した作用は送りが
理論創成歯車軸線に沿った方向に行われる場合に見られ
るよりも顕著である。しかしながら、いずれの場合に
も、従来技術による送り方法に係わる前述の欠点が最小
にされるか、あるいは排除される送り軌道が必要とされ
る。
本出願人は、従来技術の送り技術に係わる問題が修正
される、被加工物に対して所定深さまで工具を送る方法
を見い出した。第7a図は本出願人による発明の方法を示
す軸平面図である。本方法は送り軌道の少なくとも一
部、好ましくは全てが送りベクトルFを含むような、送
り軌道に沿って被加工物に対して工具を送ることを含
む。送りベクトルFは、概ね理論創成歯車軸線Gの方向
における少なくとも第1の成分G′と、理論創成歯車軸
線Gに対して概ね垂直の方向に延びる第2の成分Hとを
有している。第1と第2の送り軌道の成分は軸平面内に
位置している。
第1の送りベクトルの成分G′は送りベクトルFの主
要成分であって、理論創成歯車軸線Gの方向にある。第
2の送りベクトル成分Hは理論創成歯車軸線Gに対して
垂直であって、スロット50を効果的に位置決めし直すこ
とによって刃のシフトと捩れとを低減させる。第2の送
りベクトル成分Hの大きさは、機械加工されている被加
工物の形状と、使用される特定の工具とによって変わ
る。
第7b図は理論創成歯車軸線Gに沿って見た送りベクト
ルFを示し、第7c図はピッチ平面における送りベクトル
Fの図である。
送りベクトルは、また第7d図で示すように、例えば不
均一な圧力角の工具が用いられる場合含まれうる第3の
成分N′を含みうる。明確にするために、第7a図に示す
ように、第1と第2の成分からなる送りベクトルFは第
7d図において、送りベクトルF′を共に形成する直角方
向の成分N′と共に示している。
第8図は本発明による送り軌道に沿った送りの効果を
示す拡大図である。被加工物がその初期位置12iから全
深さ位置12fまで送られるにつれて、外側の歯元の面51
からスロット50の中心までの方向にカッタ刃55の軌道に
おいて極めて小さいシフトがある。この僅かのシフトが
内側刃にかかる過度の切削負荷を最小にし、その摩耗を
低減する。
本発明の方法を用いれば、スロット50におけるカッタ
刃の捩れも、ねじれ角の変化と同様著しく低減される。
第9図は、初期接触位置12iにおけるねじれ角Ψおよ
び全深さ位置12fにおけるねじれ角Ψに変化が殆んど
無いことを示している。
本発明の方法は、カッタが好ましい工具と、被加工歯
車のような被加工物とを提供することを含み、各々はそ
れぞれの回転軸線の周りで回転可能である。被加工物
は、回転軸線の周りを回転可能な理論創成歯車と噛み合
っている。工具は回転し、次に被加工物と接触するよう
にされる。接触点から、工具は送り軌道に沿って被加工
物の所定深さまで被加工物に対して送られる。送り軌道
の少なくとも一部は、被加工物軸線と理論創成歯車軸線
によって画成される軸平面に位置する少なくとも2つの
送りベクトル成分を有する送りベクトルによって画成さ
れている。第1の送りベクトルの成分G′は理論創成歯
車軸線Gの方向に延在し、第2の送りベクトル成分Hは
理論創成歯車軸線Gに対して垂直な方向に延在してい
る。送りベクトルは、さらに工具の軸線Tによって画成
される歯直角平面に延在する第3の送りベクトル成分
N′と、歯の設計点からの歯直角ベクトルNとを含んで
もよい。
所望の深さに達した後、工具は後退させられ、被加工
物は歯形が工具の輪郭形状から直接形成される場合(非
創成)、次の歯スロット位置に割り出しされる。
しかしながら、所望の深さに達した後、本方法はさら
に創成ロールを含みうる。創成ロールは、被加工物があ
たかも理論創成歯車と噛み合って転動するかの如く理論
創成歯車軸線の周りで創成軌道に沿って回転工具と被加
工物とを相対的に転動させることを含む。理論創成歯車
の歯は創成転動の間工具の材料除去面によって代表さ
れ、最終の歯形は工具と被加工物の運動の結果創成され
る。転動の終りにおいて、工具は後退され、被加工物は
次のスロット位置に割出しされる。
連続した歯の隣接する歯面は所望の全深さ位置に対し
て一回の突込みによって形成される。言い換えると、一
連の歯の間のスロットは送り軌道に沿った各突込みによ
って形成される。しかしながら、分離過程と、従って送
り軌道とを用いて内側(凸状)歯面と外側(凹状)歯面
を形成することができる。いずれの場合にも、本発明の
送り軌道は同等に適用可能である。
本発明の送り方法は、また正面ホブ削り工程、特に創
成正面ホブ削り工程に含めることができる。これらの工
程は、工具と接触する前に工具との所定の調時関係で被
加工物を回転させることを含む。被加工物の全ての歯面
は全深さまで1回の突込みによって形成される。創成正
面ホブ削りにおいて、突込みに続いて創成転動が行われ
る。
材料除去方法の形式とは無関係に、本発明の送り方法
は適用可能であって、それは全ゆる種類の切削あるいは
研摩方法において、工具をまず送り軌道に沿って希望す
る深さまで被加工物内へ送り込む必要があるからであ
る。
本発明に必要な機械運動は、機械のセットアップ、工
具の送りおよび創成転動のようなことに対してはコンピ
ュータに入力された指令に応答して実行される。初期セ
ットアップ位置は計算され、計算機制御の軸線がセット
アップ位置まで運動する。被加工物に対する工具の送り
軌道が、次にX,YおよびZ座標のような送りパラメータ
に応答して計算される。次に、計算機制御の軸線が動か
され、前述のように送りベクトルを少なくともその一部
が含む送り軌道に沿って被加工物に対して工具を送る。
また、計算機制御の軸線は、また創成転動が実行される
要領で動かされ、また被加工物も、正面ホブ削り工程を
実行しうるように工具との調時関係で回転しうる。
本発明の方法は不均一な工具負荷を著しく低下させ、
かつ工具の寿命を延ばすことができる。不均一な工具の
負荷を低下させることは、望ましくない振動を減少さ
せ、これは機械加工する被加工物の品質を向上させる。
本発明を好適実施例に関して説明してきたが、本発明
を該実施例の詳細に限定するものでないことを理解すべ
きである。本発明は請求の範囲に記載の精神と範囲から
逸脱することなく主題が関連する当業者に明らかな修正
を含むことを意図する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クレンザー,セオドアー ジェイ. アメリカ合衆国 14543 ニューヨーリ 州ウエスト ラッシュ,イースト リバ ー ロード 7615 (56)参考文献 特開 平2−237718(JP,A) 特表 平2−502358(JP,A) R.N.GOLDRICH,”CNC GENERATION OF SPI RAL BEVEL AND HYPO ID GEARS:THEORY AN D PRACTICE”,The Gl eason Works,Roches ter,New York(US), 1990. (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23F 1/00 - 23/12

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被加工物に少なくとも1個の歯面を形成す
    る機械加工工程において被加工物の所定深さまで工具を
    送る方法であって、前記工具が工具の軸線の周りで回転
    可能で少なくとも1個の材料除去面を有し、前記被加工
    物が被加工物軸線の周りで回転可能で理論創成歯車と噛
    み合っており、前記理論創成歯車が理論創成歯車軸線の
    周りで回転可能である工具を送る方法において、 前記工具を前記工具の軸線の周りで回転させ、 前記工具と前記被加工物とを接触させ、 前記工具を送り軌道に沿って前記所定の深さまで前記被
    加工物に対して送ることを含み、 前記送り軌道の少なくとも一部が少なくとも第1と第2
    の送りベクトル成分からなる送りベクトルによって画成
    され、前記第1と第2の送りベクトル成分が前記理論創
    成歯車軸線と前記被加工物軸線とによって画成される軸
    平面に位置し、前記第1の送りベクトル成分が前記理論
    創成歯車軸線の方向にあり、前記第2の送りベクトル成
    分が前記理論創成歯車軸線に対して垂直であることを特
    徴とする工具を送る方法。
  2. 【請求項2】前記送りベクトルがさらに第3の送りベク
    トル成分を含み、前記第3の送りベクトル成分が歯直角
    平面にあり、前記歯直角平面が前記工具の軸線と、前記
    歯面の設計点における歯直角ベクトルとによって画成さ
    れることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。
  3. 【請求項3】前記被加工物があたかも前記理論創成歯車
    と噛み合って転動しているかのように、理論創成歯車軸
    線の周りで創成軌道に沿って前記工具と前記被加工物と
    を相対的に転動させることをさらに含み、前記工具の前
    記の少なくとも1個の材料除去面が前記理論創成歯車の
    少なくとも1個の歯を表わすことを特徴とする請求の範
    囲第1項に記載の方法。
  4. 【請求項4】前記被加工物の2個の連続する歯の隣接す
    る歯面が前記転動運動の間に形成されることを特徴とす
    る請求の範囲第3項に記載の方法。
  5. 【請求項5】前記接触に先立って前記被加工物軸線の周
    りで前記被加工物を回転させることを含み、前記工具と
    被加工物とが所定の調時関係で回転し、それにより前記
    転動運動の間に前記被加工物の全ての歯の歯面が形成さ
    れることを特徴とする請求の範囲第3項に記載の方法。
  6. 【請求項6】前記送り軌道が前記送りベクトルによって
    完全に画成されることを特徴とする請求の範囲第1項に
    記載の方法。
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