JP4462815B2 - 歯車製造に使用する工具の磨耗状態を記録する方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、歯車製造に使用する工具の磨耗状態を記録する方法および装置に関する。
【０００２】
本発明は、特に、プロフィリング加工工具（ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｔｏｏｌ）に使用するプロフィリング工具の磨耗状態の記録に係わり、この加工工具は、連続的な歯切り（ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）および歯形研削（ｐｒｏｆｉｌｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ）工法および／またはホブ形式のホーニングに使用する。このような加工工具は、特に研削ウォームおよびホーニングリングであり、そしてこのようなプロフィリング工具は、特に研磨材被覆の仕上げディスクおよびプロフィリング歯車である。
【０００３】
【発明の背景】
歯車製造における工具コストの上昇のため、工具消費を、計算によって制御し且つ異なる工具を相互比較修正できるよう管理することが求められている。このことは、首記したプロフィリング研削およびホブ形式ホーニングに対して特にそうである。
【０００４】
歯車製造に使用する工具の磨耗状態は、測定によってはチェックされない。しかも、これら工具の磨耗進行およびこれに影響するファクタは比較的複雑である。しかしながら、データの記録は、加工工法の複雑性およびこれによる多量のデータのために更に困難となる。これら工具の実質的磨耗状態に関する信頼性あるデータを工業生産用の使用から得ることの困難性は、異なる組立て者および操作者による異なる機械への度重なる新たな組立てによる工具使用条件の変化と、プロフィリングされるべき工具の異なる直径に対する変更条件とのために、更に一層増大される。しかも、これら工具の磨耗状態および実質的な加工可能数（ｐｉｅｃｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）に関する知識は、充分な工具管理にもまた使用条件の最適化にも、更に工具製造者による工具の技術的進歩にも不可欠である。また更に、プロフィリング工具は、特に一般に極めてロングライフで且つ広範囲の機械に使用されており、このためデータの記録、管理および交換がより一層困難にされている。
【０００５】
工作物の消費高（ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）は、これまでは単に製造された工作物の数で測定されていた。この特性値は、工作物当りの工作コストの比を容易に計算できる利点を確かに有するが、しかしながら計算された製造工作物数が達成されない場合に、その差異の原因を判別できない欠点を有する。特に、研削またはホーニング工具がいかに過酷に“オーバプロフィリング”したかどうかについては何等の情報も提供しない。“オーバプロフィリング”は、例えば工作物を製造することなくプロフィリング工具に磨耗を付与する回避可能な当初のプロフィリングまたは中間のプロフィリング操作を、或いは工具磨耗を同じく増大する不適切なプロフィリング条件下でのプロフィリング操作を意味し、これらはいずれも加工可能数を結果的に減少せしめる。加工可能数は、加工工具の全使用期間中における製造工作物の数として理解される。
【０００６】
従って歯車製造に使用する工具に対する磨耗状態の詳細な計測は、一方で工具消耗が計算で表示されると共に、他方で工具の実際磨耗状態が評価され得る場合にのみ可能である。
【０００７】
工具データを記録、貯蔵すると共に、その使用を最適化し、且つこの工具を管理および一層改良するよう適用される種々の方法が知られている。
【０００８】
例えば，特に機械加工センタでは、工具またはその工具ホルダがしばしば前記データキャリヤを有し、これから貯蔵データが読み書きユニットを介して機械制御システムに読取られると共に、更にこのユニット上に別の工具または工法データが書込まれることができる。しかしながら、歯車製造に適用されるような工作機械では、工具または工具ホルダに組込まれるようなデータキャリヤの使用は不可能である。この組込まれるデータキャリヤの貯蔵能力では、多量の所要データに対し不十分である。
【０００９】
欧州特許第ＥＰ−Ａ−1，０４３，１１８号公報には、工具の使用情報を貯蔵する方法が開示され、これによれば、工具の使用データが機械制御システムのデータバンク内で処理された上で、データネットワークを介しまたはデータキャリヤコピーによって、工具管理または工具製造者のいずれかへ伝達される。この解決方法は、適宜のデータ構造、適切な貯蔵組織および適切な伝達チャンネルを利用することができて、工具の極端なロングライフの場合であってもこの工具の全該当使用データを確実に記録および伝達し得ることを想定している。しかしながら、歯車製造機械の場合、特にこの歯車製造に使用するプロフィリング工具に対しては、この解決方法は極めて複雑且つ大掛かりとなって利用不可能である。
【００１０】
このように、連続プロフィリング研削方法またはホブ形式ホーニングによる機械操作におけるプロフィリング工具の加工可能数を計算で計測すると共に、実際の磨耗状態を使用中に評価することができる方法は、未だ知られていない。
【００１１】
【発明の概要】
本発明の目的は、歯車製造に使用する工具の磨耗状態を計測する方法および装置であって、上述した欠点を解決することができる方法および装置を提供することにある。
【００１２】
この目的は、それぞれ特許請求の範囲１および１４に係わる特徴を有する方法および装置によって達成される。
【００１３】
本発明の更に別の目的は、データキャリヤの工具に対する明確な配置を許容する、磨耗状態を計測する装置を考案することにある。
【００１４】
この目的は、特許請求の範囲１５に係わる特徴を有する装置によって達成される。
【００１５】
本発明は、一方では、一定の磨耗強度下における、研磨材被覆面当りの前記移動する切削距離が、工具の消耗までは凡そ少なくとも略一定の大きさであり、しかも工具の当該歯部の形状には無関係であるという知見に基づいている。以下、この数値をライフパス定数（ｌｉｆｅ ｐａｔｈ ｃｏｎｓｔａｎｔ）と称する。歯車形状工具の場合には、更に別の知見、すなわち、工具を破損する磨耗は、仮に加工応力が歯先および歯部フランクの双方に負荷された場合でも歯先の領域に集中されるという知見を更に適用されている。また更に、工具の磨耗進行は、研削ウォームの瞬間直径に比例する歯先の切削距離に、略比例して発達されることが考慮されている。
【００１６】
これらの知見に基づいて、工具の磨耗状態を記録する本発明の方法では、歯先当りの切削距離を計測し、そして磨耗強度ファクタをウェイト付けした上でライフパス定数と比較する。
【００１７】
もし、記録されたウェイト付け切削距離がライフパス定数に等しいと、最大受容磨耗状態が理論的に達成されたことになる。もし、ライフパス定数より少ないと、更に所定数の工作物を、この工具でまたはこの工具が装着された加工機械で加工生産することができる。この数量を、加工可能残数（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｐｉｅｃｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）と称する。更に、工具の基本的磨耗状態に関する証拠および総合的な評価を得ることができるが、このことは、加工工法に対する有用および／または必要な改良測定と、および非変更または改良操作条件下における工具の加工可能残数とに関する推断を可能とする。
【００１８】
本発明に係わる方法および装置は、特に、歯車の研削またはホーニング工具のプロフィリングに使用するプロフィリング工具の磨耗状態を記録するのに好適である。また特に、これらは、連続プロフィリング研削に用いられるプロフィリング研削ウォームに使用する、歯車形式のプロフィリング工具に対し好適である。この場合、プロフィリング工具の計測された磨耗状態として、工作物を製造中の研削ウォームの全加工可能数および加工可能残数が同様に得られることができる。
【００１９】
【好適実施例の詳細な説明】
次に、本発明を、連続歯形研削工法によって平およびはすば歯車の歯を研削するプロフィリング工具の実施例により、図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２０】
本発明の概念は、ディスク形状および歯車形状の両工具の磨耗状態の計測および評価に適用することができるが、しかしながら以下の本発明の内容は、歯車形状工具のより複雑な場合のみをより明瞭にするよう指向される。本発明の立脚する知見および本発明の操作ステップは、より簡単なディスク形状工具の場合にも同じ意味で適用されることができる。
【００２１】
連続歯形研削方法による平およびはすば歯車の歯の研削に対し、使用される加工工具は研削ウォームである。この研削ウォームは、平およびはすば歯車を所定の公差内で製造するよう定期的に再歯形付け（ｒｅ−ｐｒｏｆｉｌｅ）されねばならない。この歯形修正は、一般に、工作物（この場合歯車）が所定数製造された後に実施される。二つの歯形修正操作の間に研削され得る工作物の数は、殆ど例外なく、研削ウォーム歯形の体積磨耗による形状減損とおよび増大磨耗による研削力増大とに起因する。
【００２２】
プロフィリングは、プロフィリング工具、特にダイアモンド粒子等の研磨粒子を被覆したプロフィリング歯車で達成される。各工作機械は、このプロフィリング工具の全使用時間中に短時間間隔で繰返されるプロフィリングサイクルを実施するが、この場合、操作設定データまたはパラメータはサイクル回数に亘って変更することなく維持される。このプロフィリングサイクルが、プロフィリング工具の磨耗負荷の基本的要素と考えられるが、この磨耗負荷は、主として、ラジアル送り量、すなわち、プロフィリング操作当たりのラジアル工具送りと、およびこの二つのプロフィリング操作間の工作物製造個数とに規定される。
【００２３】
研削ウォームが摩損されて再歯形付けできない場合は、新しい研削ウォームを歯車研削機械内に組付けねばならない。この研削ウォームは、これを平およびはすば歯車の研削に使用する前に、歯形深さで規定される事前歯形付け量（ｐｒｅ−ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ ａｍｏｕｎｔ）だけ事前歯形付け（ｐｒｅ−ｐｒｏｆｉｌｅ）されねばならない。更に、工作機械が古い歯形付け研削ウォームを再セットされる場合または研削ウォームの歯形が誤って損傷された場合には、中間歯形付け操作が必要である。
【００２４】
プロフィリング工具は、プロフィリングの間および事前プロフィリングの間の双方で磨耗にさらされる。しかしながら、事前プロフィリングは非生産的であり、すなわち、これによる磨耗は、プロフィリング工具には、製造されるべき工作物（すなわち、歯車）の研削に間接的に有用であるにすぎない。しかしながら、工具の生産コストの計算には、これら事前プロフィリング操作も考慮されねばならない。
【００２５】
プロフィリングの間に、研削ウォームをプロフィリングするプロフィリング工具は、その歯先および歯部フランクの双方の上に負荷される。しかしながら、プロフィリング被覆に直角な切削深さが変動するため、磨耗は大抵歯先の領域に集中され、そして一般にはその端面に発生される。従って、全ての磨耗の規定特性は歯先角部の磨耗に関連すると言うことができる。
【００２６】
本発明によれば、歯部当り移動した歯先の切削距離が、このようにして、磨耗状態、すなわち、プロフィリング工具の破損に至るまでの加工可能数の判断基準として使用される。この加工可能数とは、製造される工作物、ここでは歯車、の数量として定義される。ライフパスとは、チップの、工具の破損に至るまでの歯部当り全切削距離に対する用語である。
【００２７】
工具歯部当り移動したチップ切削距離ｌＰ１は、倣い切削送り量、歯部当り倣い送り、および研削ウォーム２４のねじ長さ（これは、研削ウォーム幅ｂＳ、工具のはすば角β、および研削ウォーム上の亀裂ＺＧの数から計算される）の合計から与えられる。
【００２８】
計算の一例を下記に示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
製造試験におけるプロフィリング工具の最大磨耗負荷状態において、歯部当りのライフパス定数ｌＰ１ＤＲｇｅｓが経験的に計測される。この定数は、一般に、プロフィリング工具の形態および製造されるべき工作物の形態には無関係である。この定数は、本発明に係わる方法において、プロフィリング工具の最大受容磨耗状態の判定に用いられる。従ってこれは、その設備および工法の入力データ（この数値には、当該磨耗負荷状態に適用する磨耗強度ファクタがウェイト付けられる）から、全ての当該加工に対するプロフィリング工具の加工可能数に対する事前計算の基準として役立てられる。
【００３１】
この磨耗強度ファクタｆｖＰには、プロフィリング工具の被覆、特にダイアモンド散布の影響、プロフィリング送り量、およびその件に特有なその他の磨耗に関連するパラメータが考慮される。この磨耗強度ファクタｆｖＰは、また、製造試験で経験的に計測される。
【００３２】
工作機械上の当該プロフィリング工具の加工可能数に対する実際値を計測するため、実施されたプロフィリングおよび事前プロフィリングの全操作を含む移動プロフィリング切削距離と、および製造された工作物数量とを計算するのに必要なデータが、プロフィリング工具に付属するデータキャリヤ１上に連続して記録且つ貯蔵される。このデータが、工作機械の機械制御システム内のまたは外部コンピュータ上の適宜の計算ソフトウェア手段を介して、これまでに移動した事前プロフィリングおよびプロフィリングの切削距離を、当該プロフィリング操作の磨耗強度ファクタｆｖＰをウェイト付けして計算するよう適用され、そして計算された前のプロフィリングパスライフに関する差異から残存切削距離が計測され、そしてこれが、プロフィリング操作の対応残存数に、次いで、なお製造され得る工作物の加工可能残数にと変換される。
【００３３】
工具ライフの終末、すなわち、工具の最大活用の後に、データキャリヤ１内に貯蔵されているデータの評価が、事前プロフィリングおよびプロフィリングに対する工具の消耗に関する正しい実態を、当該工法データおよび工具の全使用期間に亘る製造工作物の対応数量をもって表示する。従ってこれらのデータは、工具の使用期間中における工具管理および工法改善の双方に対する、および更に工具改良に対する効果的な基準を提供する。
【００３４】
このようにして、累積実際切削距離と計算切削距離との比から、とりわけ、工具の活用度を計測することができる。更に、事前計算した切削距離と、事前プロフィリングで吸収された効果的には非生産的な切削距離とを、研削ウォームの最終直径を統計的に記録すると共に、研削ウォームの計算されたおよび実際に有用な両領域を比較することによって、研削ウォームおよびプロフィリング工具の非適切な利用を判別して、工具の適用を最適化することが可能である。
【００３５】
方法を実施する好適な装置を以下に説明する。しかしながらこの装置は、工具の磨耗状態を記録する別の方法にも同じく使用することができる。この装置は、工具の各使用期間をデータキャリヤに記録することを保証する。
【００３６】
既に上述したように、各プロフィリング工具はデータキャリヤを割当てられている。しかしながらこのデータキャリヤは、そのサイズによってはプロフィリング工具に固定されることなく、図１に示すように、キャリヤ本体３と共に分離部分を形成する。キャリヤ本体３の基本的な形状は円筒形で、そのシェルはその中程の高さを環状溝で中断されている。データキャリヤ１はキャリヤ本体３の一端面上に配置される。プロフィリング工具を工作機械上に組付ける際は、キャリヤ本体３が工作機械の制御キャビネットに取着され、そしてこの制御キャビネットの外壁６に連結されるソケット５内に挿着されている。圧縮スプリング８および半球形止め金具９がソケット５内で協働されて、半球形止め金具９がキャリヤ本体３の環状溝内へ圧入されることにより、キャリヤ本体がスプリング付勢下でソケット５内に保持されている。
【００３７】
ソケット５に鐙型保持具４が固定され、これに読み書きユニット２が担持される。読み書きユニット２は、機械の電子制御システム３０にケーブル７で接続する。データキャリヤ１は読み書きユニット２に挿通接触する。
【００３８】
制御システム３０は、データキャリヤ１上の貯蔵データを走査することにより、データ伝達の無欠陥機能をチェックすると共に、もしこれが不確実であると機械を停止する。図２に示すように、コード支持部２３が工具１０自体内に設けられて識別を確保する。コード支持部２３は、工具コードを非接触で読み出すことができる。
【００３９】
工具１０がデータキャリヤ１から物理的に分離されると、これらが事故的に相互分離される危険が発生する。工具１０の最初の適用からライフ終末までの、すなわち、過酷な操作条件の一連の製造下で数千の仕上げ操作を繰返し適用された後までの長い行程においては、これが往々にして発生され、このため工具の全ライフに亘る工具使用の無欠陥記録の意図が達成されなくなる。この危険は、本発明によれば、工作物移送ボックス内の工具挿入キャッチによって克服される。
【００４０】
図２に示すように、キャリヤ本体３を有するデータキャリヤ１は、工具１０と共に鍵付き移送ボックス１１内に収容されて移送される。移送ボックス１１は、円筒状の工具位置決め止め金具２２を備える工具サポート１４と、キャリヤ本体３を収容するホルダ１５と、およびＬ型掛金１２とを有する。工具サポート１４と工具位置決め止め金具２２は、ボックス１１に対し強固に固定されている。Ｌ型掛金１２は、ボックス１１の底部１９に対し、ピン１３廻りをスプリング１８の力に抗して旋回されるよう結合されている。このキャッチは二つのシャンクを有し、第一のシャンク１７は止め金具１６を備え、一方第二のシャンク１８は、工具位置決め止め金具２２の軸方向平行ラジアルスロット２１内に係合されている。
【００４１】
キャリヤ本体３をそのホルダ１６内へ押込むと、その重量が止め金具１６を、従ってＬ型掛金１２の第一シャンク１７を、スプリング１８の力に抗してボックス底部１９へ向け押圧し、第二シャンク２２が工具位置決め止め金具２２のラジアルスロット２１内へ引戻され、これにより工具１０が止め金具２２上に無妨害に押し付けられることができる。
【００４２】
もし、これに反して、データキャリヤ１を有するキャリヤ本体３がボックス１１の外側にある場合は、シャンク２０が旋回突出して、工具１０が止め金具２２上に押付けられるのを阻止する。工具挿着キャッチの前記機構は、種々の可能な解決策の中の一例に過ぎないものと思料さるべきである。
【００４３】
本発明に係わる方法および装置は、工具の磨耗状態に関して、データの評価および貯蔵を散逸することなく記録できるようにする。また更に、共通の移送ボックスを使用して、工具およびデータキャリヤの相互分離を防止できるようにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 工作機械に取着されたデータ貯蔵ユニットおよび読み書きユニットを使用する工具を示す断面図である。
【図２】 キャッチ機構を有する移送ボックスを、略図で示す断面図である。
【図３】 （ａ）は工具および研削ウォームを示す略図であり、（ｂ）は工具を示す略図である。
【符号の説明】
１ データキャリヤ
２ 書き込み／読み込みユニット
３ キャリヤ本体
４ 鐙型保持具
５ 固定ソケット
６ 外壁
７ ケーブル
８ 圧縮スプリング
９ ドームチップ止め金具
１０ 工具
１１ 移送ボックス
１２ Ｌ型掛金
１３ 旋回ピン
１４ 工具サポート
１５ ホルダ
１６ 止め金具
１７ 第一シャンク
１８ スプリング
１９ ボックス底部
２０ 第二シャンク
２１ ラジアルスロット
２２ 工具位置決め止め金具
２３ コード支持部
２４ 研削ウォーム
３０ 制御システム

Claims (12)

1. 歯車製造に使用する工具の磨耗状態を記録する方法であって、工具が加工工法内の工作物または加工工具を加工する少なくとも一つの研磨材被覆面を有し、
   磨耗状態を記録するため工具の被覆面を移動する切削距離を計測すると共に、この切削距離を、磨耗強度ファクタでウェイト付けした上で規定のライフパス定数と比較し、このライフパス定数が工作物または加工工具を加工する工具の最大受容磨耗状態の指標であり、
   工具の磨耗に影響するパラメータを、この工具の使用中に機械制御システムで連続的に記録すると共に、この工具のライフ終末に至るまでの全期間に亘り、この工具に付属するデータキャリヤ上に貯蔵することを特徴とする方法。
2. 磨耗強度ファクタは、当該加工工法の磨耗関連パラメータを考慮することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 切削距離を計測するため、工具の歯部データおよび被覆データおよび加工工法のパラメータを考慮することを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 歯車形状工具の場合に、工具の歯先当り移動する前記切削距離を計測することを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 切削距離は、ラジアル送り量、歯部当り送り、および工作すべき工作物のねじ長さを合計することによって計算することを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 加工工法に対するライフパス定数は経験的に計測されることを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 計算の基準として、工具の全加工可能数および加工可能残数を計測することを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 前記データキャリヤを、工具の使用期間の最初に読み書きユニットに作動接続すると共に、この接続を、当該使用期間の最後まで維持することを特徴とする請求項１記載の方法。
9. キャリヤ本体に装着されたデータキャリヤを、工具と共に、この工具の破損までの全有効ライフを通して移送ボックス内に配置し、これにより、データキャリヤを有するキャリヤ本体が移送ボックスのホルダ内に存在しない場合は、Ｌ型掛金が工具の移送ボックス内への配置を自動的に阻止することを特徴とする請求項１記載の方法。
10. 歯車製造に使用する工具の磨耗状態を記録する装置であって、工具が、加工工法内の工作物または加工工具を加工する少なくとも一つの研磨材被覆面を有する装置において、
    この装置が、工具の被覆面当り移動する前記切削距離を計測する手段と、およびこの切削距離を、磨耗強度ファクタでウェイト付けした上で規定のライフパス定数と比較する手段とを有し、このライフパス定数が、工作物または工作工具を加工する工具の最大受容磨耗状態の指標であることを特徴とする装置。
11. データキャリヤ、機械制御システムに接続される読み書きユニット、およびキャリヤ本体からなり、データキャリヤをキャリヤ本体に強固に固定すると共に、データキャリヤを、読み書きユニットに対し実際加工工法の間は常時接触状態に保持することを特徴とする請求項１０記載の装置。
12. ボックス底部を有する鍵掛け移送ボックス、移送ボックスに工具支持プレート手段で強固に連結される工具位置決め止め金具、データキャリヤを有するキャリヤ本体を収容するホルダ、工具支持プレートに枢着されるＬ型掛金を有し、前記Ｌ型掛金が、圧縮スプリング手段を介してボックス底部から引張力を与えられ離間される第一シャンクとおよび第二シャンクを有し、これにより、挿入状態において、キャリヤ本体が第一シャンク上に対接することにより、第二シャンクが工具位置決め止め金具の軸方向平行ラジアルスロット内に係合し、この結果工具が工具位置決め止め金具上に押圧されることを特徴とする請求項１１記載の装置。

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