JP3917844B2 - 両面歯切りされたフェースギアの歯切り加工 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、フェースギアを研削またはホブ切りする方法ならびに装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日の工作機械における近代的なＮＣ技術によって、フェースギアを継続的な創成法によって最高の精度で加工することが可能になった。その際の決定的なステップは、そのため必要とされる形状的に極めて複雑なウォーム形の工具を所要の精度で製造しなければならないという問題を解決することである。
【０００３】
高精度のフェースギアは、アングル歯車構造が可能となるため特にヘリコプターの伝達装置として好適であるが、これは斜歯車によっては構成できないかあるいは極めて高コストにしか構成できない。例えば、トルク分配によって極めて大きな伝達動力にもかかわらず極めて小型の寸法および小さな重量を有する伝達装置構造が知られている。トルク分配とは、駆動回転トルクを出力軸に伝達する際に分割し２つまたはそれ以上のギア噛合を介して同一の被動ギアに伝達することを意味する。この方式により、所与の出力に対して被動ギアをより小さくかつ軽量に設計することができる。
【０００４】
この種のトルク分配を有するギアステージの好適な構成方式は、対向する２つのギア歯を周囲部に備える被動フェースギアである。このギア歯のそれぞれにピニオンが噛合してそれぞれ全回転トルクの半分を伝達する。トルク分配の最適な活用のために特に重要な点は、トルクの分割が極めて正確に行われることである。そのため、両方のフェースギアは回転軸に対する角度位置に関して極めて正確に相互に整合している必要がある。
【０００５】
この種の二重のフェースギア歯の製造は、従来極めて困難であり以下の２つの処理によって実施する必要があった：
１． 第１の歯セットの加工；その後ワークピースを解放して反転させ再度固定する。
２． ２番目に加工されるギア歯が最初に加工されたギア歯に対して所与の位置関係をもって加工されるように既に加工されているギアを工具に対して正確に整合させる。
【０００６】
この処理は時間のかかるものであるとともに精度が欠落してしまう危険もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、この種の両側に歯切りされたフェースギアの製造を大幅に簡略化するとともにより高い精度を保持することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は、請求項１ないし３に記載の特徴によって解決される。
【０００９】
本発明は以下の記述においては、両側を歯切りしたフェースギアの両方のギア歯の研削を数値制御されたフェースギア研削装置によって行う場合について説明される。しかしながら、これは数値制御されたフェースギアホビング装置にも有効に適用することができる。
【００１０】
本発明の方法によれば、対向する２つの側面にウォーム形工具を一度に使用することを可能にするよう特殊に形成された工具ヘッドによって、二重に歯切りされたフェースギアの両方のギア歯を一回の同じ固定のまま第１のギア歯の研削に際して形成された研削ウォームとワークピースとの間の同期を解除せずに加工する。
【００１１】
これによって複数の利点が得られる：
１． 第２のギア歯を研削するためにワークピースを固定しなおす必要が無くなり、これによって全加工時間が大幅に短縮される。
２． ワークピースおよび固定手段は１つの固定装置のみに装備すればよい。
３． 両方の加工されたギア歯は同心性および角度的に極めて精密に相互に設定され、その結果より高い品質と付加分散が達成される。
４． ギア歯を回転角度に従って相互に位置調整することによって極めて簡便かつ高精度な制御が達成され、これによってギア全体の品質をさらに高めることができる。
【００１２】
本発明に係る方法の別の典型的な利点は、トポロジー（位相幾何学）的に修正された両側のフェースギアの歯を前後して研削することができ、トポロジー修正箇所は工具の面形状を変更することによって生成され、両作業の間に工具の形状を再度変更するかまたは工具を交換する必要はない。これは両方のギア歯の噛合い側および反噛合い側歯面がそれぞれ同じ工具部分に接触するためであり、既知の方法においては第１のギア歯と第２のギア歯の加工の間にワークピースを固定しなおすことによってワークピース面に対応する工具面が変更される。
【００１３】
【実施例】
次に、本発明の実施例につき添付の図１ないし図４を参照しながら、以下詳細に説明する。
【００１４】
図１には、例えばヘリコプターのギアとして使用される、二重に歯切りされた被動フェースギア１の断面が概略的に示されている。両方のギア歯２，３上に分割されたピニオン４，５を介してそれぞれ駆動回転トルクの一部が伝達される。ピニオンシャフト８，９の軸６，７は互いに平行であるか、または所定の傾斜角δをもって相互に傾斜することができる。後者の場合フェースギア２，３のうちの少なくとも一方が凹形または凸形である必要がある。
【００１５】
前述したフェースギア歯２，３の正確な接線位置調整は、両方のギア歯の歯溝中央がそれぞれフェースギア軸と同じ面内の所定の半径上に位置するか、またはオフセット角εをもって互いに心違いになるように実施することができる。
【００１６】
図２には、一般的なＮＣ制御されたフェースギア研削装置の作業空間が示されている。加工するフェースギア１は、適宜な固定装置１０によってワークピーススピンドル１１上に固定されている。これは加工中において軸１２周りで回転する。研削ウォーム１３は研削スピンドル１４上に取り付けられており、これは研削ヘッド１５上に回転可能に取り付けられるとともにここには単に例示的に示されている手段２５を介して研削モータ１６を介して駆動される。フェースギア歯２の加工中においてワークピース１および研削ウォーム１３は切削ウォームのねじ山の数とフェースギアの歯数の比に従って互いに同期するよう回転し、他方研削ヘッド１５および従って研削ウォーム１３はＮＣ軸Ｘ，Ｙ，Ｚによって制御され所定のピニオン軸６に沿って移動する。ワークピース１を反転させた後、同様な方式でギア歯３が加工され、この際研削ウォーム１３は所定のピニオン軸７に沿って移動する。
【００１７】
図３には、本発明に従って同一の固定中に両面フェースギアを研削する装置が示されている。切削ウォーム１３は切削スピンドル１４上に取り付けられており、これは切削ヘッド１７上に回転可能に取り付けられている。ここで、研削ヘッド１７は、研削ウォーム１３が互いに対向する面１８，１９をもってワークピース１に衝突することなくそれぞれ両方のフェースギア歯２，３の一方に噛合し得るよう形成され、これに対応して駆動モータ１６が配設されている。切削ヘッド１７は、ワークピース軸１２に向かって放射状に延在するｘ方向に突出しており、研削スピンドル１４の取付けおよび駆動部分はｚ方向において研削ウォーム１３の直径より細くなっているか、またはギア歯２およびギア歯３のいずれの加工時においてもワークピース１およびワークピーススピンドル１１と接触することがないように切削ウォーム１３に対して軸方向にオフセットされる。このため、後者の場合スピンドル１４の取り付けおよび駆動部分は、このスピンドルの軸方向においてウォーム１３の軸中央に対して少なくともワークピース１の外径の半分オフセットされる。固定装置１０は軸方向の延長部３０を備えており、その外径３１はギア歯３の内径と切削ウォーム１３の外径との差よりも小さいものとなる。延長部３０の軸方向の長さ３３は、切削ウォーム１３の直径とワークピース１のワークピースのボス３４のギア歯３を超えて突出する部分の長さとの差に略相当する。
【００１８】
図４には、本発明に従って同一固定中にフェースギア１の両方のギア歯２，３を研削する方法が概略的に示されている。ここに示された実施例においては、まずギア歯３が加工される。しかしながら、全く同じようにギア歯２の加工からはじめることもできる。切削ウォーム１３の加工サイクルの出発点は、位置２０である。切削ウォームはまず既知の方式で所定のピニオン軸７に沿って研削するギア歯３に対して軌道２１上を往復動作し、この際予備加工されたフェースギア歯の許容切削量に従って徐々に切込まれる。ギア歯３の仕上げ寸法に到達した後、切削ウォーム１３は切削のために必要な工具とワークピースの回転の間の同期を解除することなく所定の距離２２の分だけ後退し、この所定の距離はその後接触を回避しながらギア歯２の研削のための開始位置２４への移動２３を可能にするものである。
【００１９】
ギア歯２の研削の開始前に、なおワークピースと同期回転している切削ウォーム１３は相対工具シフト角度φ分シフトされる。この角度の大きさは、フェースギア歯の歯数と、切削ウォームのスレッド数と、両方のフェースギア歯２，３の間の所要の角度ずれε（オフセット角度）と、両方のギア歯の間の傾斜角度δすなわち所要のピニオン軸６，７の平行からのずれに依存するものとなる。切削ウォーム１３の工具シフト角度φ分の回転は、ＮＣ制御によって高い精度で実施され、これは前述した入力パラメータに基づいて正確な角度数値を計算するものである。切削ウォーム１３を工具シフト角度φ分シフトさせた後、これは再びギア歯３についての記述と同様に所定のピニオン軸６に平行に往復動作し、仕上げ寸法に達するまで所定の切削量分ずつ切込まれる。切削ウォームが開始位置に戻された後両方のギア歯２，３の加工が終了する。
【図面の簡単な説明】
【図１】両面フェースギアの軸方向断面図である。
【図２】一般的なフェースギア研削装置の作業空間を示す構成図である。
【図３】本発明に従って同一固定において両面フェースギアを研削する装置を示す構成図である。
【図４】本発明に係る研削方法を示す概略図である。
【図５】フェースギアの歯の一部を示す透視図である。
【符号の説明】
１ ワークピース
２，３ ギア歯
４，５ 駆動ピニオン
６，７，１２ 軸
８，９ ピニオンシャフト
１０ 固定装置
１１，１４ スピンドル
１３ 切削ウォーム
１５，１７ 切削ヘッド
１６ 切削モータ
１８，１９ 面
２０ 位置
２１ 軌道
２２，２３ 距離
２４ 開始位置
３０ 延長部
３１ 外径
３２ 内径
３３ 長さ
３４ ワークピースボス

Claims (6)

1. 両面フェースギアの歯を回転工具（１３）を使用する数値制御されたフェースギア研削装置またはホビング装置上において連続的に研削またはホブ切りする方法であり、
   第１のギア歯（３）を加工し、
   該工具（１３）をワークピース（１）に対するその工具の位置についてＮＣ装置軸Ｘ，Ｙ，Ｚに沿って調整し、およびその工具の回転角度について、第２のギア歯（２）の所定の歯切り位置におけるワークピース（１）に対応して調整し、
   これにより、該工具の回転とワークピース（１）の回転との同期性を維持する工程からなり、これは該第１のギア歯（３）を加工するよう固定されており、且つ第２のギア歯を加工するよう固定されることを特徴とする方法。
2. 第１のギア歯（３）を加工した後第２のギア歯（２）の角度位置に対する工具の回転配置のために、前記工具（１３）は角度量φ分第１のギア歯を加工するために形成されたワークピース回転動作との同期によって決定されたその理論所要位置に対して回転させるものであり、前記角度量φは
   

   

   φは工具回転角度［°］
   εは両方のフェースギア歯（２，３）の基準歯溝間のオフセット角度［°］
   ｇは工具のねじ山の数
   ｚはフェースギア歯（２，３）の歯数
   δはピニオン軸（６，７）の平行からの偏移［°］
   で示されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 数値制御された連続ギア研削装置またはホブ切り装置上でフェースギアを連続的に研削またはホブ切りする装置であり、ワークピーススピンドル（１１）と、固定装置（１０）によってその上に固定されたワークピース（１）と、ならびに数値制御軸ｘ，ｙ，ｚによってワークピース（１）に対して変位可能であり工具スピンドル（１４）とその上に固定されたウォーム工具（１３）とを有する工具ヘッド（１７）とからなり、ここでワークピース（１）とウォーム工具（１３）の回転はワークピース（１）の歯数およびウォーム工具（１３）のねじ山の数に従って相互に同期し、工具ヘッド（１７）の構成形状に基づいてその上に取り付けられた工具（１３）はその周囲上の一部分（１８）およびこれに対向する部分（１９）のいずれについてもワークピース（１）と工具ヘッド（１７）とを接触させることなくワークピース（１）の第１のギア歯（３）あるいはこれに対向するギア歯（２）に対して加工噛合位置に移動可能であることを特徴とする装置。
4. 工具ヘッド（１７）内の工具スピンドル（１４）の取付けおよび駆動部分は前記ｚ方向について前記ウォーム工具（１３）の外径よりも狭まり、これによりこれらの部分は第１のギア歯（３）の加工中あるいは第２のギア歯（２）の加工中のいずれかにおいてワークピース（１）とワークピーススピンドル（１１）に対して接触することができないことを特徴とする請求項３記載の装置。
5. 工具ヘッド（１７）内の工具スピンドル（１４）の取付けおよび駆動部分はワークピース（１）の外径の少なくとも半分に相当する分前記ウォーム工具（１３）の軸の中心点に対して工具スピンドルの軸方向においてオフセットし、これによりこれらの部分は第１のギア歯（３）の加工中あるいは第２のギア歯（２）の加工中のいずれかにおいてワークピース（１）とワークピーススピンドル（１１）に対して接触することができないことを特徴とする請求項３記載の装置。
6. 固定装置（１０）はワークピース軸（１２）の方向に延長部（３０）を備え、その延長部の外径（３１）はギア歯（２，３）の内径（３２）とウォーム工具（１３）の外径との間の差よりも小さいことを特徴とする請求項３記載の装置。

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