JP4477828B2 - ギア成形機およびギア成形機の作動方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータによって駆動され、回転可能で、ワーク・ピースを保持する機械テーブルと、切断ホイールなどの固定された工具を備えたスラスト・スピンドルとを備え、ギア・ホイールを製造し、あるいは、より精密に、機械加工するギア成形機に関するものである。ここに、スラスト・スピンドルは、所定のストロークおよびそれと重なり合った回転運動で、変位可能であり、それによって、ストローク位置を、ストローク駆動装置内に配置された第一の計測デバイスにより、検出することができる。
【０００２】
【従来の技術】
かかるギア成形機においては、機械加工されるべきワーク・ピースと、スラスト工具が、ギア・ホイールの製造あるいはより精密な機械加工に際し、回転運動をする。ワーク・ピースの回転軸およびスラスト・スピンドル上に配置された切断工具の回転軸は、円筒状のワーク・ピースを製造する場合は、好ましくは、互いに平行である。金属を除去するための工具の軸方向における好ましい線形ストローク運動は、ここでは、スラスト工具、すなわち、切断ホイールの回転に重なり合う。
【０００３】
平歯を有するギア・ホイールを製造すべきときは、ワーク・ピースおよびスラスト工具は、同じ程度だけ、回転される。一方、らせん状歯を有するギア・ホイールを製造すべきときは、歯のらせん角度に応じて、より大きく、あるいは、より小さく、切断ホイールが、さらに回転される。ローリング回転のほかに、切断ホイールは、振動らせん運動をしなければならない。スラスト・スピンドルのこの振動らせん運動は、先行技術の１つの態様では、らせん状ガイドによって、強制的に生じさせられる。ずっと以前に設計されたギア成形機の場合には、これらのらせん状ガイドは、平凡なスライドガイドとして設計されている。これに対して、現代の高速成形機は、流体静力学的に取り付けられたガイドを備えている。これらガイドは、機械的な摩擦が防止されるため、磨耗がなく、スムーズに作動する。しかしながら、らせん状ガイドは、製造すべきギア・ホイールに、あるらせん状角度しか形成できないという欠点を有している。通常のギア成形機は、剛性のあるらせん状ガイドを有している。次の数学的相関関係は、ギア・ホイールに形成することができるらせん状角度を明らかにしている。
【０００４】
ｓｉｎβ＝（ｍ_ｎ・π・ｚ_０）／ｐ _ｚ０
この相関関係において、βはらせんの角度、ｚ_０は、切断ホイールの歯の数、ｍ_ｎは実際のピッチ・モジュールで、ｐ_ｚ０は、らせん状ガイドのリードである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これから、ワーク・ピース上のらせん角度βが、スラスト工具の可能な最小歯数と、可能な最大歯数の間の領域においてのみ、可変であることがわかる。この欠点はさておき、さらに、駆動列全体が、遊びの影響を受けやすいという問題がある。さらに、それは、弾性的に、変形する。らせん状ガイドに代えて、切断ホイールを回転運動させるためのよりフレキシブルな駆動装置を提供するために、これまで、種々の試みがなされて来た。種々の解決手段が提案されているが、満足できる生産性と、ギア歯品質を与える解決手段は、結局のところ、提案されてはいない。
【０００６】
したがって、本発明は、一方では、製造されるべきギア・ホイールあるいはより精密に機械加工されるべきギア・ホイールのギア歯の形状を、所望のように、任意に設定することができ、他方では、高いギア歯品質と、満足できる生産性を実現しつつ、ギア・ホイールを製造することができる既存のタイプのギア成形機およびその作動方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、本発明のかかる目的は、モータによって駆動され、回転可能で、ワーク・ピースを保持する機械テーブルと、固定された工具を備えたスラスト・スピンドルとを備え、ギア・ホイールを製造し、あるいは、より精密に、機械加工し、前記スラスト・スピンドルが、所定のストロークおよびそれと重なり合った回転運動で、変位可能であり、前記スラスト・スピンドルのストローク位置を、ストローク駆動装置内に配置された第一の計測デバイスにより、検出することができるように構成されたギア成形機であって、
前記スラスト・スピンドルの前記重なり合った回転運動が、直結回転駆動装置によって生成可能であり、前記スラスト・スピンドルの領域に、前記スラスト・スピンドルの所望のストローク位置を検出して、前記第一の計測デバイスにより検出された前記スラスト・スピンドルのストローク位置の所望のストローク位置からの偏差を検出し、前記直結回転駆動装置を制御する第二の計測デバイスが設けられたことを特徴とするギア成形機によって達成される。
【０００８】
本発明の好ましい実施態様においては、前記工具が、切断ホイールによって構成されている。
【０００９】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記ストローク駆動装置が、モータによって駆動されるカムギアと、前記カムギアの偏心運動を、前記スラスト・スピンドルに伝達するトランスミッション・リンク機構を備えている。
【００１０】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記カムギアが、ギア・ユニットによって、モータに接続されている。
【００１１】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記第一の計測デバイスが、前記カムギアの回転角度を検出する角度計測システムとして、構成されている。
【００１２】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記スラスト・スピンドルを回転運動させる前記直結回転駆動装置が、ブラシレス・トルクモータとして、構成されている。
【００１３】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記第二の計測デバイスが、前記スラスト・スピンドルの所望のストローク位置からの現在のストローク位置の偏差を検出する長さ計測デバイスとして、構成されている。
【００１４】
ストローク駆動装置は、モータによって駆動されるカムギアと、カムギアの偏心運動を、スラスト・スピンドルに伝達するトランスミッション・リンク機構とによって、構成することができる。このようなストローク駆動装置は、原理上は既知であり、とくに活気のある動きをするという特徴があり、それは、ギア成形機に、高いストローク速度が要求される場合に、とくに好適である。一般に、ギア・ホイールの製造および機械加工には、毎分２０００ストロークを越えるストローク速度が用いられる。カムギアは、ギア・ユニットを介して、モータに接続することができる。第一の計測デバイスは、カムギアの回転角度を検出する角度計測システムとして、構成することができる。このようにして、スラスト・スピンドルの所望のストローク位置を、ギア成形機の制御装置に、正確に入力することが可能になる。この情報に基づいて、実行される制御は、本発明によれば、スラスト・スピンドル上に直接に、あるいは、第二の計測デバイスを介して、間接に、ピックアップされる測定信号によって、補正され、スラスト・スピンドルの運動経路に伝達されるストローク駆動装置のエラーあるいは不正確さが補正される。
【００１５】
それによって、スラスト・スピンドルに、回転運動が与えられる直結駆動装置は、好ましくは、公知のブラシレス・トルクモータとして、構成される。このような相対的に遅く回転するモータは、きわめて高い加速性ときわめて優れた精密さを有するという特徴がある。
【００１６】
好ましくは、第二の計測デバイスは、スラスト・スピンドルの所望のストローク位置からの現在のストローク位置の偏差をピックアップする長さ計測デバイスとして、構成されている。
【００１７】
本発明の前記目的はまた、上述のギア成形機の作動方法であって、前記直結回転駆動装置ならびに／または前記機械テーブルを回転させるモータが、前記第一の計測デバイスにより検出された前記スラスト・スピンドルのストローク位置の、前記第二の計測デバイスにより検出された前記スラスト・スピンドルの所望のストローク位置からの偏差を示し、前記第二の計測デバイスによって引き渡されたエラー信号を用いて、前記スラスト・スピンドルおよび前記スラスト・スピンドルに連結された工具の回転運動ならびに前記機械テーブルおよび前記機械テーブルに保持された前記ワーク・ピースの回転運動をダイナミックに補正することを特徴とするギア成形機を作動させる方法によって達成される。
【００１８】
したがって、エラー信号は、たとえば、ストローク駆動モータをあらかじめ制御するためには、用いられず、エラー信号は、スラスト・スピンドルの回転運動を、ダイナミックに補正するために用いられる。この回転運動の補正は、スラスト・スピンドルの回転運動、したがって、スラスト・スピンドルに連結された切断ホイールの回転運動に、効果を発揮する。しかしながら、ワーク・ピースの回転運動をも、対応して、補正することができる。当然のことながら、双方の回転運動、すなわち、一方では、切断ホイールの回転運動、他方では、ワーク・ピースの回転運動を、完全に補正されるまで、補正することができる。
【００１９】
本発明の好ましい実施態様においては、前記スラスト・スピンドルおよび前記スラスト・スピンドルに連結された工具と、前記機械テーブルおよび前記機械テーブルに保持された前記ワークピースとの間の相対的な回転運動のダイナミックな補正が、前記スラスト・スピンドルおよび前記スラスト・スピンドルに連結された工具の回転運動ならびに前記機械テーブルおよび前記機械テーブルに保持された前記ワークピースの回転運動との間で分配可能に構成されている。
【００２０】
高い供給速度においても、できる限り、ひずみがないように、回転運動をダイナミックに補正するために、切断ホイールの回転運動と、それに伴うワーク・ピースの回転運動とを、互いに分離することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の好ましい実施態様につき、詳細に説明を加える。
【００２２】
図１は、本発明の好ましい実施態様にかかるギア成形機の略側面図である。
【００２３】
図１に示されるように、本発明の好ましい実施態様にかかるギア成形機１０においては、それから、ギア・ホイールを生成すべきワーク・ピース１２が、機械テーブル１４上に、クランプされている。機械テーブル１４は、駆動装置１６によって、回転可能に構成されている。駆動装置１６は、直結駆動形式として設けられても、あるいは、モータ・ギア・ユニットとして設けられていてもよい。
【００２４】
ギア成形機１０は、ストローク駆動装置１８を有し、ストローク駆動装置１８は、カップリング２２および歯車伝動装置２４を介して、カムギア２６と、協働可能に接続されているモータ２０を備えている。角度計測デバイス３０は、いわゆる第一の計測デバイスとして、機能する。
【００２５】
トランスミッション・リンク機構３２が、カムギア２６に回転可能に連結されている。トランスミッション・リンク機構３２は、ヒンジ継ぎ手３４を介して、スラスト・スピンドル３６に接続されている。スラスト・スピンドル３６は、ストローク方向および回転方向において、ここでは、ベアリング３８およびベアリング４０によって示されている対称軸まわりに、回転可能なように、取り付けられている。
【００２６】
スラスト・スピンドル３６は、直結駆動装置４２によって、その対称軸まわりに、所定の回転運動をさせられる。直結駆動装置４２は、低い最大回転速度を有し、その一方で、スラスト・スピンドル３６を、きわめて急速に、加速することができるトルクモータを備えている。切断ホイール４４が、スラスト・スピンドル３６に強固に接続されており、切断ホイール４４は、ギア・ホイール１２を生成し、より精密に加工する切削工具として、機能する。
【００２７】
それ自体は知られているように、らせん状の歯を形成するためには、切断ホイールの各ストローク位置において、切断ホイールを、所定の角度で、回転させることが必要である。ここでは、詳細に示されていないが、制御装置によって、回転角度が、対応するストロークに対応するように、保証することができる。このようにして、毎分２０００ストロークを越えるストローク速度が、明確に割り当てられることを保証することができる。角度計測デバイス３０によって、切断ホイール４４の対応する回転角度が対応するストローク位置を決定することができる。カムギア２６の回転角度の測定位置にしたがって、直結回転駆動装置４２により、スラスト・スピンドルは、所望の明確に割り当てられた角度位置に回転される。
【００２８】
しかしながら、ストローク駆動装置１８はエラーの影響を受け、したがって、直結回転駆動装置を用られたときに、さらなる計測をしないかぎり、十分に優れた歯車特性を有するギア・ホイールを生成することができないため、本発明においては、スラスト・スピンドルの領域に、さらなる計測デバイス４６が設けられている。さらなる計測デバイス４６は、本実施態様においては、長さ計測デバイスとして、構成され、スラスト・スピンドルの所望のストロークからのスラスト・スピンドルの現在のストロークの偏差を検出するように構成されている。本実施態様において、確認される所望のストローク位置からの実際のストローク位置の偏差は、補正コマンドとして、あらかじめ制御された状態にあるモータ２０には提供されない。これに対して、計測デバイス４６からの補正値は、スラスト・スピンドルの回転運動、したがって、切断ホイールの回転運動を補正するために用いられる。したがって、本実施態様においては、対応する補正信号は、切断ホイール４４の理想的で、所望の回転角度を、ストロークの実際値に割り当てるために、直結回転駆動装置４２に提供される。
【００２９】
補正値を、直結回転駆動装置４２に提供する代わりに、対応する補正値を、機械テーブル１４の駆動装置１６に割り当てることもできる。あるいは、対応する補正値を、直結回転駆動装置４２および機械テーブル１４の駆動装置１６に、振り分けるようにすることもできる。
【００３０】
本発明にかかるギア成形機によって、ギア・ホイールを製造することにより、ストローク駆動装置１８のクランク・オペレーションにおける遊びを、完全に、かつ、ダイナミックに、補償することができるから、その品質を、十分に向上させることが可能になる。
【００３１】
本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、製造されるべきギア・ホイールあるいはより精密に機械加工されるべきギア・ホイールのギア歯の形状を、所望のように、任意に設定することができ、高いギア歯品質と、満足できる生産性を実現しつつ、ギア・ホイールを製造することができるギア成形機およびその作動方法を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施態様にかかるギア成形機の略側面図である。
【図２】図２は、図１のｙ方向から詳細図である。
【符号の説明】
１０ ギア成形機
１２ ワーク・ピース
１４ 機械テーブル
１６ 駆動装置
１８ ストローク駆動装置
２０ モータ
２２ カップリング
２４ 歯車伝動装置
２６ カムギア
３０ 角度計測デバイス
３２ トランスミッション・リンク機構
３４ ヒンジ継ぎ手
３６ スラスト・スピンドル
３８ ベアリング
４０ ベアリング
４２ 直結（回転）駆動装置
４４ 切断ホイール
４６ 計測デバイス

Claims (9)

1. モータによって駆動され、回転可能で、ワーク・ピース１２を保持する機械テーブル１４と、固定された工具４４を備えたスラスト・スピンドル３６とを備え、ギア・ホイールを製造し、あるいは、より精密に、機械加工し、前記スラスト・スピンドル３６が、所定のストロークおよびそれと重なり合った回転運動で、変位可能であり、前記スラスト・スピンドル３６のストローク位置を、ストローク駆動装置内に配置された第一の計測デバイス３０により、検出することができるように構成されたギア成形機であって、
   前記スラスト・スピンドル３６の前記重なり合った回転運動が、直結回転駆動装置４２によって生成可能であり、前記スラスト・スピンドル３６の領域に、前記スラスト・スピンドル３６の所望のストローク位置を検出して、前記第一の計測デバイス３０により検出された前記スラスト・スピンドル３６のストローク位置の所望のストローク位置からの偏差を検出し、前記直結回転駆動装置４２を制御する第二の計測デバイス４６が設けられたことを特徴とするギア成形機。
2. 前記工具４４が、切断ホイール４４によって構成されたことを特徴とする請求項１に記載のギア成形機。
3. 前記ストローク駆動装置が、モータ２０によって駆動されるカムギア２６と、前記カムギア２６の偏心運動を、前記スラスト・スピンドル３６に伝達するトランスミッション・リンク機構３２を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のギア成形機。
4. 前記カムギア２６が、ギア・ユニットによって、前記モータ２０に接続されていることを特徴とする請求項３に記載のギア成形機。
5. 前記第一の計測デバイス３０が、前記カムギア２６の回転角度を検出する角度計測システム３０として、構成されたことを特徴とする請求項３または４に記載のギア成形機。
6. 前記スラスト・スピンドル３６を回転運動させる前記直結回転駆動装置４２が、ブラシレス・トルクモータとして、構成されたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のギア成形機。
7. 前記第二の計測デバイス４６が、前記スラスト・スピンドル３６の所望のストローク位置からの現在のストローク位置の偏差を検出する長さ計測デバイス４６として、構成されたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のギア成形機。
8. 前記直結回転駆動装置４２ならびに／または前記機械テーブル１４を回転させるモータ１６が、前記第一の計測デバイス３０により検出された前記スラスト・スピンドル３６のストローク位置の、前記第二の計測デバイス４６により検出された前記スラスト・スピンドル３６の所望のストローク位置からの偏差を示し、前記第二の計測デバイス４６によって引き渡されたエラー信号を用いて、前記スラスト・スピンドル３６および前記スラスト・スピンドル３６に連結された工具４４の回転運動ならびに前記機械テーブル１４および前記機械テーブル１４に保持された前記ワーク・ピース１２の回転運動をダイナミックに補正することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のギア成形機を作動させる方法。
9. 前記スラスト・スピンドル３６および前記スラスト・スピンドル３６に連結された工具４４と、前記機械テーブル１４および前記機械テーブル１４に保持された前記ワークピース１２との間の相対的な回転運動のダイナミックな補正が、前記スラスト・スピンドル３６および前記スラスト・スピンドル３６に連結された工具４４の回転運動ならびに前記機械テーブル１４および前記機械テーブル１４に保持された前記ワークピース１２の回転運動との間で分配可能であることを特徴とする請求項８に記載のギア成形機を作動させる方法。

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