JP4475817B2 - 機械加工前のギヤ等の歯付き被加工物を機械加工する方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の背景技術】
本発明は、機械加工前の歯付き被加工物、特にギヤを機械加工する方法および装置に関する。
【０００２】
機械加工前の歯の付いた被加工物は、あらゆる技術分野で利用されている。多くの場合、ギヤの歯は、機械加工前の状態で熱処理にかけられ、その後例えば研磨によって機械加工を完了する。但し、機械加工前のギヤを自動化された機械加工にかける場合は、研磨砥石、研磨ウォーム等の仕上げ工具が衝突することなく入り込めるように、歯と歯の間の隙間を発見するのが難題である。現在使われている、被加工物を留めるスピンドルが一本しかない装置の場合、この問題は、例えば誘導センサでギヤの歯の外径をスキャンする等の公知の方法で解決している。このいわゆる心出し（センタリング）操作の間、被加工物用スピンドルは、すべての、あるいは少なくとも数個の歯のフランク（左右両フランク）の実際の位置を測定するため、通常加工時より少ない回転数で回転する。続いての評価工程では、種々の測定時の偏りやギヤ硬化時の歪みをならすため、実際のフランク位置の平均値を求める。こうして求めた位置は、歯と歯の隙間の真中に仕上げ工具を挿入するための制御の目標値として特定する。そしてこの後、実際の機械加工を開始することができる。
【０００３】
連続研磨加工をする装置の場合、被加工物用スピンドルは、加工を始めるに当たって、研磨ウォームを被加工物の歯と歯の間に挿入する前に、まず加工速度まで加速し、研磨スピンドルの角速度に同期しなければならない。
【０００４】
これらの工程のすべて、すなわち被加工物を交換する工程と、歯のフランク位置を測定する工程と、その平均値を算出する工程と、被加工物を制御位置まで回転させて運ぶ工程と、そして加工速度まで加速する工程にかかる時間は、直接に生産にかかる時間ではないため、研磨加工物をコスト高なものにしている。
【０００５】
ギヤの研磨を連続工程で行うためには、多数のＮＣ（数値制御）軸をもつ研磨装置が必要である。研磨ウォームを修正する場合、従来の修正装置にあっては、多数の修正用のＮＣ軸を追加する必要があった。従って、軸の数を減らすことができれば、製造コストを減らすことができ、研磨加工物に上乗せされる償却費も減らすことができる。
【０００６】
【発明の概要】
本発明の目的は、機械加工前の歯の付いた被加工物を精密加工する際のコストを減らすことである。
【０００７】
上記の目的は、一態様において装置台を備えた仕上げ加工装置上で、機械加工前の歯の付いた被加工物を機械加工する本発明によって達成される。本発明においては、仕上げ工具を留める仕上げ工具用のスピンドルは、第１のスライドに取り付けられ、この第１のスライドは装置台上で移動することができる。被加工物を運ぶキャリヤは、装置台上で移動可能に配置され、少なくとも２つの位置まで移動することができる。キャリヤ上には、少なくとも２本の被加工物用スピンドルが回転可能に取り付けられ、それぞれが１個のモータで駆動される。また、少なくとも１本のセンタリングプローブが設置される。仕上げ工具が被加工物の歯の間に入り込む際不要な衝突をさせないために行う被加工物用スピンドルの操作（センタリング操作）は、被加工物用スピンドルの１本に新しく留められた機械加工前の被加工物について、この機械加工前の被加工物に仕上げ工具が入り込む位置にキャリヤが到達する前に行われる。
【０００８】
本発明のもう一つの態様においては、上述の目的は、機械加工前の歯の付いた被加工物を機械加工する装置によって達成される。本発明の装置は装置台を備え、この装置台上には、仕上げ工具を留める仕上げ工具用スピンドルが第１の軸の回りに回転可能に支持され、第１のモータで駆動される。また、装置台上には第２のモータで少なくとも二つの位置まで移動するキャリヤも設置される。そして、被加工物を留める少なくとも２本の被加工物用スピンドルは、キャリア上に回転可能に支持される。各被加工物用スピンドルは、第３のモータで駆動され、またそれぞれロータリエンコーダに接続される。そして、少なくとも１個のセンタリングプローブが、被加工物が仕上げ工具に入りこむことができるキャリヤの位置以外にある、一つの被加工物の歯のフランクの位置を測定するために、設置される。
【０００９】
本発明の他の態様は、以下の記述により明らかとなろう。
【００１０】
装置台１上では、研磨ウォーム４を運ぶ研磨ヘッド３を備えた研磨スライド２がスライド可能に案内される。研磨ウォーム４は、回転プレート７上に回転可能に支持された被加工物用スピンドル６ａに留められた被加工物５を機械加工する。他方、機械加工を終えた被加工物８ａを未加工の新たな被加工物８ｂと交換するのに用いられる第２の被加工物用スピンドル６ｂは、回転プレート７上に配置される。被加工物８ａと８ｂの交換は、被加工物５の機械加工中に、装填器１０を使って行われる。本発明によれば、センタリングも時間の無駄なく行うことができる。センタリングは、被加工物用スピンドル６ａ，６ｂのどちらが研磨位置あるいは装填位置にあるかによって、回転プレート７上に配置されたセンサ９ａまたは９ｂを使って行われる。このセンタリングは、装填工程が完了し、未加工の新しい被加工物８ｂが加工用スピンドル６ｂに留められるや否や直ちに開始される。今日では加工に要する時間は短くなっているが、本発明よれば、センタリングが被加工物の研磨工程もしくは回転プレート７の回転中に完全に並行して行われるため、加工時間がセンタリングのために犠牲にならないことを意味する。
【００１１】
本発明においては、直接の加工に関係しない時間は、回転プレート７が回転状態にあるときに、両被加工物用スピンドル６ａ，６ｂに付加的な回転を与えることによっても短縮される。この回転は、回転プレート７の回転とは反対方向のものであるが、被加工物５が衝突することなく研磨ウォーム４と噛み合い、また噛み合い状態から外れるときには回転プレート７の動きと同期するように動く。このようにして、ひとつの被加工物を研磨した後次の新しい被加工物の研磨を開始する前に後退と前進を行わねばならない研磨スライド２は、未加工の新しい被加工物８ｂを研磨する際に削られる材料の量に相当する小幅な移行をするだけでよくなる。なお被加工物用スピンドルの回転に付加的に回転を加える代わりに、一定の速度で回転する研磨用スピンドルに付加的な回転を加えてもよい。
【００１２】
図２から分るように、研磨スライド２は横送り台である。第１のスライド１５は、装置台１の上で、研磨スピンドル１７の軸１６と直角の方向ｘに変位することができ、行程センサ１９の付いたサーボモータ１８によって移動させられる。第１のスライド１５上には、キャリア２０が回動可能に取付けられ、このキャリヤ２０は、研磨スピンドルの軸１６と直交する軸２２の回りでスピンドル２１によって回動する。スピンドル２１は、傾き角を設定したりあるいは図示のようなロータリエンコーダ２４を備えたサーボモータ２３の設定をする手動の設定装置を備えることもできる。キャリヤ２０上では、第２のスライド２５が軸１６と平行方向に変位することができる。研磨ウォーム４のこのｙ方向の動きは、移行（シフティング）に用いられる。第２のスライド２５は、ロータリエンコーダ２７を備えた付加サーボモータ２６によって駆動される。第２のスライド２５上には、研磨スピンドル１７が、回転可能に取付けられ、ロータリエンコーダ３０を備えたサーボモータ２９によって駆動される。
【００１３】
２つのスピンドル６ａと６ｂは、ロータリエンコーダ３２ａと３２ｂをそれぞれ備えたサーボモータ３１ａと３１ｂによって駆動され、それぞれスピンドル軸３３ａ，３３ｂの回りで回転する。回転プレート７は、装置台１上において軸３３ａ，３３ｂと平行な軸３４の回りに回転可能に支持されたシャフト３５に固定される。シャフト３５は、サーボモータ３６によって駆動され、またロータリエンコーダ３７に接続されている。
【００１４】
すべてのサーボモータ、ロータリエンコーダおよび行程センサは、制御装置３８に接続される。
【００１５】
被加工物５と仕上げ工具４の間で被加工物５の軸方向（ｚ方向）に、ギヤの歯幅にわたって機械加工を行うのに必要な相対運動を行うため、両被加工物用スピンドル６ａ，６ｂは、スライド４１ａ，４１ｂにそれぞれ回転可能に支持されるとともに、それぞれ回転プレート７上でｚ方向にスライド可能に支持される。スライドガイドは、スライド４１ａ，４１ｂの下方への動きを制限する下方ストッパ４２を備える。各スライド４１ａ，４１ｂ上では、ロール４３が水平軸の回りで回転することができる。研磨位置にあるスライド４１ａの場合は、もう一つのスライド４４が、装置台１上に、軸３３ａ，３３ｂおよび３４に対して傾いた方向に変位可能に取り付けられる。スライド４４は、ロータリエンコーダ４６を備えたサーボモータ４５によって駆動される。軸３３ａ，３３ｂと直角に水平面上で回転する回転面４７を含む。モータ４５によってスライド４４が前方に駆動されると、ロール４３は回転面４７上を移動して、スライド４１ａがストッパ４２からもちあがり、ｚ方向にシフトする。回転プレート７の回転運動は、スライド４４が出発位置（ロール４３が回転面４７から離れる）まで引き込まれない限りは止められている。
【００１６】
各ｚ−スライド４１ａ，４１ｂは第１および第２のスライド１５，２５から分離されているため容易に形成でき、またより剛性でかつ体積の少ないものにすることができる。よって、製造コストと製造に必要なスペースを減らすことができる。また、ｚ−スライド４１ａ，４１ｂを駆動するのに、駆動装置は１個ですむため、これによってもコストを減らすことができる。
【００１７】
回転プレート７上には、さらに修正装置５４が取り付けられる。この修正装置５４は、修正ディスク５７が取り付けられた出力シャフト５６を備えたモータ５５を含む。修正ディスク５７は、例えばデンマーク国特許ＤＥ−Ａ−１９６ ２４ ８４２に従って形成される。修正装置５４はまた、シャフト５６の軸と直交する軸５８の回りで回転する図示していないモータによって回動することができる。したがって、回転プレート７は３つの位置に向けて動くことができる。即ち、図示のようにギヤ５が研磨ウォーム４に入り込む第１の位置、次に第１の位置から１８０°回転され、ギヤ８が研磨ウォーム４に入り込む第２の位置、そして第２の位置から９０°回転され、修正装置５４によって研磨ウォーム４を修正するための第３の位置である。
【００１８】
従来の修正工程と比較すると、本発明においては、修正が、歯付きギヤ５が研磨ウォームに入り込むその同じ位置で行われ、また、研磨ウォーム４の回転によって生ずる偏りが自動的に補償されるため、より精度の高い修正が行われる。修正は、研磨のために必ず必要なＮＣスライド軸ｘ、ｙ、ｚによって、希望ならば、軸５８の回りにおける修正装置５４の付加的な回動運動によって、行うことができる。
【００１９】
図示の態様からは離れるが、被加工物用スピンドル６ａと６ｂのキャリヤ７は、軸３４の回りで回転する代わりに２つないし３つの位置に直線的にスライドするようにすることもできる。しかし、この場合は装填器１０が２台必要になる。
【００２０】
また状況が許す場合は、ギヤ８のセンタリングを、回転プレート７がギヤ８の位置で静止している間に独立して、即ちギヤ５の研磨工程の最中に行うこともできる。この場合は、ただ１個のセンタリングプローブ９を用いるが、このプローブ９は装置台１にしっかりと固定する。
【００２１】
最後に、本発明の工程は、シリンダ状の研磨ウォーム４以外の他の研磨工具、例えば研磨ディスクを用いても行うことができる。この場合、ギヤ５は、研磨しながら徐々に厚さ方向にずらしていくか、あるいはギヤの厚さ方向全体にわたって同じように研磨できるよう球状の研磨ウォームを用いる。さらに、本発明は、ギヤの他の精密加工操作（ホーニング加工やシェービング等、仕上げ工具が歯の付いた被加工物に入り込まねばならないもの）を行う場合にも応用できる。これらの場合、研磨ウォーム４はホーニングホイールやシェービングギヤに置き換える。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る歯付きギヤ研磨装置の模式的な平面図である。
【図２】 図１の研磨装置の模式的な側面図である。
【図３】 図２のIII−III線断面図である。

Claims (8)

1. 装置台と、この装置台上で動く第１のスライドと、この第１のスライド上に取り付けられて仕上げ工具を留める仕上げ工具用スピンドルと、前記装置台上において少なくとも２つの位置に移動可能に設置されるキャリヤと、このキャリヤ上に回転可能に取り付けられる少なくとも２本の被加工物用スピンドルであって、それぞれが１個のモータで駆動される被加工物用スピンドルと、少なくとも１本のセンタリングプローブを備える仕上げ装置に配置された機械加工前の歯の付いた被加工物を機械加工する方法であって、
   前記仕上げ工具が被加工物の歯の隙間に衝突することなく入り込めるようにするために必要な前記被加工物用スピンドルの操作が、前記被加工物用スピンドルの一本に新しく留められた未加工の被加工物について、前記未加工の被加工物に前記仕上げ工具が入り込む位置にキャリヤが到達する前に行われる方法。
2. 前記仕上げ工具が作動する領域に、前記被加工物を、衝突することなく、入れたり出したりする新しい動きが生起するように、前記キャリヤの移動の最中に、前記キャリヤの移動の動作に同期された前記仕上げ工具用スピンドルの回転と関連する前記被加工物用スピンドルの回転に、付加的な回転が加えられる請求項１記載の方法。
3. 装置台と、この装置台に設けられ第１の軸の回りに回転可能で第１のモータによって駆動される仕上げ工具を留めるための仕上げ工具用スピンドルと、第２のモータによって動かされ少なくとも前記装置台上で２つの位置まで移動可能なキャリヤと、それぞれが１個の第３のモータを備え被加工物を留める少なくとも２本の被加工物用スピンドルであって、前記キャリヤ上でそれぞれが互いに距離をおいて設置され２本の第２の軸の回りで回転する被加工物用スピンドルを備える、機械加工前の歯の付いた被加工物を機械加工する装置であって、
   前記両被加工物用スピンドルはそれぞれが１個のロータリエンコーダに接続され、前記被加工物が前記仕上げ工具に入りこむことができる前記キャリヤの位置以外にある、一つの前記被加工物の歯のフランクの位置を測定する少なくとも１個のセンタリングプローブを備えた装置。
4. 前記被加工物用スピンドルそれぞれにセンタリングプローブが与えられ、これらのセンタリングプローブは前記キャリヤに取り付けられる請求項３記載の装置。
5. 前記キャリヤは第３の軸の回りに回転することができ、この第３の軸と前記第２の軸は互いに平行である請求項３記載の装置。
6. 前記装置はさらに、前記仕上げ工具が入り込む位置にはない被加工物を留めた前記被加工物用スピンドルの一方について、機械加工を完了した被加工物と未加工の被加工物を交換する被加工物の自動交換器を具備する請求項３記載の装置。
7. 前記仕上げ工具を修正する修正装置が、前記キャリヤにさらに取付けられ、また、前記キャリヤは、少なくとも３つの位置まで移動することができ、これらの位置の一つにおいて、修正装置が前記仕上げ工具を修正できる請求項３記載の装置。
8. 前記被加工物用スピンドルはそれぞれ、前記キャリヤ上の第２の軸に対して平行に移動できる１個の第１のスライド上に回転可能に取り付けられ、前記第１のスライドはそれぞれ、この第１のスライドが作動位置にあるときに、前記装置台上で移動可能な第２のスライドと係り合うキャリヤ要素を含む請求項３記載の装置。

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