JP4468632B2 - 事実上円筒形の内歯車または外歯車の切削加工方法 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、請求項1の上位概念部分に記載された、事実上円筒形の内歯車または外歯車の切削加工方法に関するものである。
【従来の技術】
伝動装置内で歯車が申し分なく動作するための重要な前提は、歯が、後に伝動装置内で回転軸となる歯車案内軸を中心として形成されること、要するに、歯の軸線と歯車の案内軸とが事実上合致していることである。そのためには、歯車案内軸と工作機械回転軸とが所定公差の範囲内で合致するように、被削工作物を工作機械上で整合させねばならない。なぜなら、歯は、従来技術では工作機械の回転軸を中心として作成されるからである。したがって、工作物が歯を付けられて工作機械上に存在する限り、工作物の歯の軸線と工作機械回転軸とは合致する。この整合の作業は、特に、重い大型歯車の場合には、時間を食う。大型歯車は数トンの重量があるからである。重い工作物を工作機械上で一定方向に移動させる場合、例えば接触面に不一様な摩擦が生じるため、別の方向へ動いてしまうことがしばしばある。大きな努力がなされているにもかかわらず、今日まで、歯切り盤上で重い歯車の迅速かつ信頼性ある整合を可能にする満足の行く方法は存在しない。
【発明が解決しようとする課題】
【0002】
このような事情から、本発明が課題とすることは、僅かな出費で、歯車の歯の軸線を事実上歯車の案内軸と確実に合致させ得る方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明により請求項1に記載された特徴を有する方法によって解決された。
【発明の実施の形態】
以下で、本発明を、図示の実施例につき詳説する。
【0003】
図1は、歯切り盤の基本構造を示す略示図である。歯切り盤は、テーブル下部とスタンド下部とから成るフレーム8を有し、該スタンド下部上を半径方向往復台9がX方向に走行可能である。半径方向往復台9は、Z方向に移動可能な軸方向往復台10を支持している。軸方向往復台10には、軸Aを中心として旋回可能な旋回ヘッド11が配置されている。旋回ヘッド11は、相応の工具0と相応の駆動装置とを保持し、該駆動装置によって、工具0が軸Bを中心として回転可能である。工具0は、その軸方向に、すなわちY方向に移動可能である。
【0004】
テーブル下部上にはテーブル12が配置され、テーブル12は、C軸を中心として回転可能であり、テーブル上には被削工作物が受容される。回転角Cの代わりに、図1には角度C'が示されている。軸の1つに付されたダッシュは、この軸の運動が工作物により行われることを示している。角度C'での工作物の運動は、等しい値Cでの工具運動に対応する。
工具0は、図では、概略的に円板状で示されている。
【0005】
工作機械の回転軸Dに対する歯車2の案内軸Fの位置は、−例えば2つの同心回転試験用つば3,4で同心回転偏差を測定して−、測定信号を相応に分析評価することによって決定できる(図2)。歯車2の基体に切られた歯5の上部には、試験用つば3が設けられ、歯5の下部には、第2の試験用つば4が設けられ、各測定フィーラー6,7がX軸方向に振れると仮定する。上方の測定平面IはZIに位置し、下方の測定平面はZIIに位置している。測定値記録中、歯車2は回転する。これらの測定値は、等時的に、または前後して双方の測定平面I,IIに記録され、コンピュータに記憶される。これらの測定値は、方法を具体的に説明するために、図2に記録器で記録される。回転テーブルの各ゼロ位置通過毎に(例えばXの場合、C=0)グラフに記されるか、コンピュータに記憶される。サイン形の補償曲線が、各グラフにより1回転周期毎に決定される。双方の信号I,IIは、正の区域が「より多量の材料」を表し、グラフでは「上向き」となるように記録される。グラフI(II)の最大値で、心ずれeI(eII)の値と位相位置とを読み取ることができる。
は、位置ヴェクトルと解釈でき、工作機械(既述の工作物用の)の回転テーブルに関係づけることができる。こうして、図2の左の部分のような図が得られる。該図から、歯幅中央の心ずれ
、回転軸Dと案内軸Fとの交差角度τ、回転軸Dに対して直角の任意平面Zに対する心ずれ
、位相角Ce(Z)が、次式により計算できる:
これらの式において、ex(Z)およびey(Z)は、軸Xまたは軸Yの方向での
の成分である。
【0006】
本発明の課題の枠内で、工作物に対し工具が「任意の」軌道を移動する場合、X,Y,Z各方向の並進運動のほかに軸A、B、Cを中心とする回転運動が必要である。平行移動軸並びに軸A,Cは説明を要しない。軸Bを中心とする円板状工具の回転は、不連続の成形法の場合や、歯車削りに生じるような往復運動なしの回転運動によるその他の方法の場合、切削速度を得るために必要である。工具の回転数は、しかし、通常、形成される工具幾何形状に影響をあたえることがなく広い範囲で変更できる。この回転は、したがって、「任意の」運動を得るためには利用できない。
【0007】
簡単な例で、この回転の意味を説明する。図3は、円板状の工具による不連続成形法の場合の、「スグ歯」クラッチギヤの軸方向断面と同時に、総形研削ホイールの工作物軸線方向の3位置を工具回転軸方向で見た工具とを略示した図である。工具と工作物との接触線KLは、歯幅中央に水平に延びている。接触線KLは、水平位置に対し、上方ではδIだけ、下方ではδIIだけ、それぞれ逆方向に旋回した位置にある。接触線KLのこの旋回は、軌道MII,M,MI上での並進運動にもとづく非回転工具包絡体上での旋回と見ることができる。Y軸を中心とするこの旋回、したがって切削速度を得るのに要する分を含まないB軸の旋回は、工作物2に対する工具の「任意の」軌道を説明するために必要とされる。この旋回は、言うまでもなく、B軸についてはプログラムされず、むしろ、図3から分かるように、工具回転軸が加工中に工作物に対して移動する軌道にしたがって自動的に発生する。
【0008】
工作機械は、全般的な運動の3つの並進自由度と3つの回転自由度の方向で一定の程度の運動が可能なので、相応のプログラミングによって、工作機械上で歯軸が工作機械の回転軸と合致しない円筒歯車の歯を形成できる。
そのために必要な調整データEDを、どのようにして得るかは重要ではない。例えば、まず、工作物の加工中に行われねばならない案内軸Fを中心とする工作物回転と案内軸F方向での工具移動とが、工作機械のところで直接に実現可能と仮定できる。その場合、従来技術にしたがって、調整データを確定でき、次いで、それらの調整データを実際に工作機械の座標系に移すことができる。そのためには、個々の値を回転軸Dに対し直角に移動させて、案内軸Fと回転軸Dとが、例えば歯幅中央で交差するようにし、次いで案内軸Fと回転軸Dの交差角度だけ両軸を傾斜させて、案内軸Fと回転軸Dとが合致するようにする。このようにして得られ、今や実際に存在する工作機械軸方向の成分から合成される速度と、位置と、軌道とによって、工作物を加工することができる。
【0009】
調整データEDはコンピュータで反復的に検出できる。そのための方法を以下で円板状工具を用いる不連続の成形法の場合について略説する:
歯5は、通常のように、工作機械の回転軸Dを中心として説明され、
歯軸と案内軸Fとが合致するように、歯5を移動かつ傾斜させ、
工具0が、例えば、工作物2を正確に整合させて加工するさいのように、出発位置に位置決めされ、
工具0と工作物2との各接触線KLが検出され、その場合、歯面の各法線方向が、傾斜した心ずれ位置での歯面位置から決定され(例えば、歯面の点Pで、点Pを通るインボリュートとの接線と、点Pを通る螺線との接線とのクロス乗積として)、
歯5の軸直角カット部(Stirnschnitt)Sに、接触線KLの複数点を案内軸Fを中心として螺旋状に設け(図4)、
輪郭の偏差と各目標値に対するゆとりとが決定され、
それらから、X,Y,Z,A,Cの修正値を反復的に導出することで、輪郭とゆとりとが所定公差内内にとどめられ、
軸方向にずらされ、歯の傾斜に応じて旋回される各位置について、計算工程が反復され、
結果として得られる軌道の複数の支点が修正値から得られ、かつ該支点から、個々の溝内での工具0の軌道が、内挿によって得られ、
歯面線の偏差を検出し、
輪郭とゆとりとのほかに歯面線も所定公差範囲内におさまるように、必要とあればX,Y,Z,A,Cの修正値が反復して導出され、
すべての歯溝ごとに、この行程が反復される。
【0010】
以上に説明した実施例は、回転軸Dに対する案内軸Fの全般的な位置偏差に係わるものである。この位置は、双方の軸D,Fが互いに斜め位置にあることが特徴である。実際には、これらの軸の誤位置決めの特殊なケースが重要な意味をもつ。その場合には、案内軸Fと回転軸Dとが、互いに一定間隔eで平行位置にあるのが特徴である。この場合の調整データEDは容易に挙げることができる。案内軸Fのすべての点は、工作機械上での工作物の回転時に、回転軸Dを中心とする円形軌道を描く。もちろん、円形軌道上のこの運動は、回転運動からではなく、この円形軌道上での案内軸Fの純並進運動から成る。しかし、歯5を工作物の案内軸Fに対し心合わせするために、工作機械のところで修正値調整する必要がある(図5参照)。
【0011】
心ずれ、すなわち双方の軸F,Dの間隔は、値eと工作機械のテーブルのゼロ回転位置に対する位相角Ceとに応じて決まる。回転角度C=0は、例えば図5ではX軸上に位置する。工作物が申し分なくチャックされた場合の個別軸の瞬間位置には、心ずれ工作物加工中に次の修正値が上重ねされる:
ΔX=e・cos(C+Ce)
ΔY=e・sin(C+Ce)/cosA
ΔZ=e・cos(C+Ce)・tanA
工作機械上の回転軸Dに対する工作物案内軸Fの位置も、前の実施例の場合同様に決定できる。しかし、当面の特殊なケースでは、双方の測定平面I,IIでの心ずれは、その値および位相からいえば等しく、つまり、この場合、図2に示した双方の曲線は、縦座標方向にずらすことで重ねることができる。
【0012】
前記方程式は、スグ歯の加工のさい、工具が通常の形式で旋回角A=0に構成されている場合、Z方向での修正運動は不要であることを示している。
工作機械上での工作物の純心ずれの場合、説明した方法によって正確な解決策を得ることができる。しかし、多くの場合、回転軸Dと案内軸Fとが互いに斜めに位置している一般的なケースでは、中心のふらつきの補償は断念し、修正の容易な方法によって作業できる。この点を、円板状工具での成形研削の場合について説明しよう。
【0013】
冒頭に説明した方法は、費用を食うが、理論的には正確であるのに対し、以下で説明する方法は、多くの適用例で、とりわけ、工作機械への工作物取付け部の水平移動偏差(Planlaufabweichung)が僅かで、工作物の軸方向支持面が、案内軸Fに対し直角方向に狭い公差で作られている場合には、十分な精度が達せられる。この方法の場合にも、冒頭に説明した方法の場合同様、例えば工作機械上での回転軸Dに対する歯車案内軸Fの位置は、測定平面I,II内での同心回転偏差(Rundlaufabweichung歯溝の振れ)の測定により決定される。心ずれ
は、しかし、両測定平面I,II内で決定されるだけではなく、既述のように、コンピュータにより回転軸Dに対し直角の中間平面内ででも決定できる。各中間平面内では、まず、既述の方法が、回転軸Dに対する案内軸Fの平行位置の場合に適用され、言うまでもなく、各平面内での心ずれの値e(Z)および位相角Ce(Z)が用いられる。これらのデータによって、いまや歯はコンピュータで処理され、案内軸Fを中心とする歯スジおよび歯形の偏差が検出される。それらの答えが、許容不可能な値の偏差であれば、それらの偏差は公知の手段で動的に補償される。公知の手段は、例えばDE 4112122 C2に記載されている。この手段が複数支点に適用され、該支点は、最終加工のために、内挿を介して軌道となるように合成され、それにより調整データが動的に変更される。例えば、誤調整△Aは、工作物両歯面に、等しい前置符号の正面圧力角(Profilwinkel)偏差を生じさせる。この偏差は、軸間隔の修正によって避けることができる。それによって、言うまでもなく歯厚が変化し、歯厚は歯幅全幅にわたって変化するので、歯スジ偏差も変化する。これによって公差を逸脱したような場合には、少なくとも片側歯面の仕上げ研削を行わねばならない。あるいはまた、言うまでもなく旋回角の動的適合をも行う必要がある。この適合は、もちろん、テーブルの各C位置で異なるだろう。そのようにして得られた修正値により、工作物の歯を加工し完成させる。この方法の場合、工作物の周囲にわたる歯形修正(Hoehenballigkeit)の変動は極めて僅かである。しかし、歯形修正は避けられない。歯形修正が、例外的に大幅になりそうな場合は、僅かな正の輪郭修正が得られるように工具を構成し、歯形修正が負にならないようにすることができる。いずれにしても輪郭修正されねばならない工作物の場合、ここで言及した変動は、言うまでもなく公差の範囲内におさまるものである。
【0014】
この方法は、成形法でスグ歯の工作物を円板状の工具により加工する場合、案内軸Fと工作機械回転軸Dとが互いに斜めのさいにも、適用できる。その場合、加工中、工作物が回転しないので、解決は極めて簡単である。案内軸FはY−Z平面に投影され、そこから相応の歯溝に対して必要な運動△T=f(Z)が得られる。加えて、案内軸FをX−Z平面に投影し、そこから相応の歯溝に対して必要な運動△X=f(Z)が得られる。この場合、△Xと△Yとは、それぞれZに比例する。比例係数は、テーブルの各角位置Cで異なる。
【0015】
創成歯切り盤および成形歯切り盤は、通常、少なくとも軸X,Z,C0,C2を有している。図6は、創成歯切り盤の基本構造を略示したものである。ベッド13上には、半径方向往復台9がX方向にスライド可能である。半径方向往復台9は、Z1方向に位置決め可能な軸方向往復台10を担持している。軸方向往復台10は、該往復台10によりZ1方向に位置決めされる立削りユニット14を保持している。加えて、立削りユニット14は立削り主軸15を有している。該主軸15は、相応の工具0を保持し、加工工程中にZ2方向にZ1とは無関係に行程運動を行うことができる。戻り行程時に、工具0が被削工作物とのかみ合いから外れることができるように、立削りユニット14が、Z1/Z2方向に対し直角位置の軸16を中心として旋回可能に軸方向往復台10に支承されている。被削工作物は、必要とあればチャック装置を用いて、回転テーブル12上に取付けられる。回転テーブル12はC2'軸を中心として回転可能である。この種の機械でも、本発明の方法は実施できる。
【0016】
案内軸Fと回転軸Dとが互いに平行に延在する場合、例えば工作機械上でのこれらの軸の間隔e(心ずれ)と位相角Ceとを検出できる。必要な修正は、図7から導出できる。破線で示した位置は、案内軸Fが、位置M2から位置M2'へ移動した位置である。工作機械がX軸のほかにY軸をも有している場合、M0からM0'へ移動できる。しかし、実際には、M0はX方向にのみ移動できる。この移動は、申し分なく整合された工作物の場合、工作物案内軸と工具回転軸との間隔、つまり
が、呼び軸間隔X0に等しい。
は、
と平行には延在しない。工具も工作物も、したがって、修正回転を行わねばならない。△C0と△C2とは、その場合、等しい値かつ等しい前置符号を有している。C=0がX軸上に位置する限り、次式が妥当する:
【0017】
案内軸Fと回転軸Dとが平行でなく、互いに斜めの場合は、本方法は、いくぶん修正されねばならない。心ずれと位相角とは、この場合も、各軸直角平面(Stirnschnittebene)Zの位置との関連で検出される。純心ずれチャックでの加工の場合の方程式で、eにe(Z)を代入し、CeにCe(Z)を代入するだけでよい。
図8から分かるように、成形法または創成法で歯切りされる内歯には、外歯の場合と同じ方程式が妥当する。
【0018】
既述の方法の場合、場合により工作機械の回転軸Dに対し斜めに位置する案内軸Fを中心として歯が形成される。このやり方が、一般に次のような工作物に適用できる。すなわち、周部に少なくとも1つの輪郭が、その定義されるべき軸の方向に形成されるか、または該軸を中心として螺旋状に形成される工作物、それも、該軸が工作機械上で工作機械回転軸と合致しない工作物である。本方法は、加えて、別の製造方法、例えばウォームギヤの歯切りにも適用できる。本方法は、更に、著しく円錐形の「円筒歯車」(いわゆるカサ歯)、カサ歯車、冠歯車等の加工方法にも転用できる。
【0019】
本発明の原理は、伝導装置内で回転軸となるはずの案内軸Fが、製造時に工作機械回転軸Dと合致しない場合に転用できる。前記状況は、例えば楕円歯車の場合であり、該歯車は、楕円中心を通る軸を中心として製造されるが、伝導装置内では、2つの焦点のうちの一方を中心として回転する。
既述の図示した実施形式の場合、線形の軸が互いに直角に、部分的には回転軸も互いに直角に位置している。この方法は、言うまでもなく軸が互いに直角に位置していない工作機械上でも実施できる。条件は、ただ、線形の軸および回転軸がそれぞれ一平面内に位置せず、線形軸または回転軸の2つが互いに平行に位置しないことだけである。
【図面の簡単な説明】
【図1】歯車加工用の3つの線形軸と3つの回転軸とを有する工作機械の略示斜視図である。
【図2】図1または図6の工作機械上の回転軸に対する工作物の歯車案内軸の位置を決定する方法を示す図。
【図3】クラウニングの大きい被削工作物に対する円板形成形工具の異なる位置を示す略示図。
【図4】工具と工作物との接触線KLを有するハス歯の工作物歯面と、工作物の案内軸に対して直角の切断線(Schnittlinie)Sとを示す図。
【図5】図1の工作機械上に心ずれ状態でチャックされた工作物の加工時の修正値。
【図6】外歯または内歯を有する歯車加工用の、2つの線形軸と2つの回転軸を有する工作機械の略示図。
【図7】図6の工作機械上に心ずれ状態でチャックされた工作物に外歯を形成する場合の修正値。
【図8】図6の工作機械上に心ずれ状態でチャックされた工作物に内歯を形成する場合の修正値。
【符号の説明】
0 工具
8 フレーム
9 半径方向往復台
10 塾方向往復台
11 旋回ヘッド
12 テーブル
13 ベッド
14 立削りユニット
15 立削り主軸
16 旋回軸
A 旋回軸
B 回転軸
C 回転軸
Claims (4)
- 工作物か正確に工作機械に位置づけられず工作物からの完成品である歯車の歯車案内軸(F)が工作機械上での切削回転軸(D)と合致しない場合に、切削回転軸(D)に対する歯車案内軸(F)の位置を決定し、歯車案内軸(F)を中心として周囲に歯が形成される、ほぼ円筒形の内歯車または外歯車の切削加工方法において、歯車案内軸(F)をZ F 軸とする座標系(X F ,Y F ,Z F )を工作物に対して設定し、
X F 軸方向の工具と工作物の軸間隔、
Y F 軸方向の工具の位置、
Z F 軸方向の工具の位置
X F 軸を中心とする工具軸の回転、
Y F 軸を中心とする工具の回転および
Z F 軸を中心とする工作物の回転
より、位置、軌道、速度を含む調整データ(ED)を決定する段階、
上記調整データ(ED)を上記切削回転軸(D)に対し直角方向に転移させ、歯車案内軸(F)と回転軸(D)とを交差させ、次いで、歯車案内軸(F)と回転軸(D)との交点を中心として歯車案内軸(F)と回転軸(D)との交差角度だけ回転軸(D)を傾けることで、歯車案内軸(F)と回転軸(D)とを合致させることにより、前記調整データ(ED)が、回転軸DとZ軸とが一致する工作機械上の座標系(X,Y,Z)の切削データに変換される段階、ならびに、
工作機械の実際の座標系の各軸方向の成分から合成される上記速度、位置、軌道によって工作物を加工する段階
を有することを特徴とする、円筒形の内歯車または外歯車の切削加工方法。 - 歯車案内軸(F)が切削回転軸(D)と心ずれ間隔(e)で平行に延在する場合に、
間隔(e)と位相角(C e )とに応じて心ずれ度を決定して、
心ずれ工作物の加工中に各軸の瞬間位置に修正値が上重ねされ、しかも、X軸上の回転角CがC=0の場合、修正値が次の値、すなわち
ΔX=e・cos(C+C e )
ΔY=e・sin(C+C e )/cosA
ΔZ=e・cos(C+C e )・tanA
であり(ここでAは、工具軸の回転角である)、前記修正値が上重ねされた値で工作物が加工されることを特徴とする、請求項1に記載された切削加工方法。 - 工作物が正確に工作機械に位置づけられず工作物からの完成品である歯車の歯車案内軸(F)が工作機械上での切削回転軸(D)と合致しない場合に、切削回転軸(D)に対する歯車案内軸(F)の位置を決定し、歯車案内軸(F)を中心として周囲に歯が形成される、ほぼ円筒形の内歯車または外歯車の切削加工方法において、
前記切削加工方法が歯車成形法であり、
下記調整データ(SD)を使用する段階、
工具と工作物の軸間隔X 0 、
工作物の軸方向での工具の位置Z、
工具の回転C 0 ならびに、
工作物の回転C 2
心ずれe(Z)および心ずれe(Z)の位相角C e (Z)(Zは、切削回転軸Dに直交する各平面)から切削回転軸(D)に対する歯車案内軸(F)の位置を決定する段階、
回転角であるCがC=0でX軸上に位置づけられた場合に
工作物の切削に必要な変位が以下の値の修正値の修正を上重ねする段階ならびに
そのように上重ねされた調整データ(ED)によって工作物を加工する段階
を有することを特徴とする切削加工方法。
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