JP4672729B2 - 割出方法において歯車を機械加工するための、分割時間が低減された装置および方法 - Google Patents

Description

この発明は、割出方法（indexing method）において歯車を機械加工するための装置、および歯車の割出加工のための方法に関する。

特に歯車の機械加工のために構成された、例えば歯割り盤（gear milling machine）、歯車研削盤（gear grinding machine）のような、様々な装置がある。これらの機械のまさに名前が示唆するように、第１のタイプの機械はフライス削り工具（milling tool）で作動し、第２のタイプの機械は研削工具（grinding tool）で作動する。

人は基本的に、割出方法で作動する機械と連続的に作動する機械との間の区別をつけている。割出方法においては、機械加工された歯間隙があり、それから、歯間隙から工具を引き出す相対的な変位の運動と、割出動作（割出回転）として知られているものとが実行される。その割出動作では、次に続く歯間隙が機械加工される前に、工具に対して相対的に歯車が回転する。歯車は、このようにステップバイステップで製造される。図１中に示される、割出方法で作動する歯切り盤１０は、典型的に、割出装置（indexing apparatus）を備えている。その割出装置は、工具１３が遊離した時期に、歯１６を備えた工作物１５を、その工作物の軸１２の周りに一つまたはそれ以上のピッチで回転させる。工具１３（この場合、図１の中で模式的に示された砥石車）が遊離することを保証するために、その工具の軸１４（Ｘ軸と平行）と平行に歯間隙から工具１３が退出する相対的な運動が実行される。歯１６が溝深さＨを持っている場合、割出回転が実行される時に工具１３と歯１５の一つが衝突しないことを保証するために、工具１３は距離ＨＡだけ移動されなければならない。

このタイプの機械１０における個々の動作シーケンスは、互いに機械的に連携される。また、ウォームギヤその他の手段を用いて、モータ回転を機械加工されるべき工作物１５と工具１３へ伝達する駆動部が使用される。

より現代的な機械においては、上記割出装置(それは割出動作がすべて適切な時期に実行されることを許容するように構成される)の代わりに、ＣＮＣ制御部が採用される。現代的なＣＮＣ機械は、典型的には直接駆動として知られているものを用いる。

連続法（時々連続的な割出方法と呼ばれる）は、工具および機械加工されるべき工作物が互いに相対的な連続的な割出動作を行う比較的複雑な動作シーケンスに基づいている。その割出動作は、複数の車軸駆動の連携された運転に起因する。

既述の割出方法は、連続法より遅いという欠点を持っている。最近、より大きなバッチの産業の製造において、割出動作を行うのに必要な時間が特に重要になっている。ｎ＝２０の歯を備えた歯車の製造においては、ｎ＝２０の歯間隙を個々に機械加工しなければならないし、また、ｎ−１＝１９の割出動作が要求される。各割出動作がそれぞれ１秒かかると計算されるならば、割出プロセスだけで約１９秒かかる。

そこで、この発明の目的は、割出方法がスピードアップされるのを可能にするアプローチを提供することにある。

本発明により、上記目的は、請求項１に記載の装置および請求項１１に記載の方法によって達成される。

本発明により、この目的は、傘歯車を受け入れるための工作物スピンドル、工具を受け入れるための工具スピンドル、および、割出プロセスにおいて上記傘歯車を機械加工するための複数の駆動部を装備している装置が使用されるということで達成される。この割出プロセスでは、上記傘歯車内で或る歯間隙が機械加工され、次に上記歯間隙から上記工具を取り除くために上記工具は上記傘歯車に対して相対的に移動され、それから、上記傘歯車は割出回転を行い、そして、上記工具はさらなる歯間隙を機械加工するために進められる。本発明によれば、上記相対的な運動が傾斜運動を含み、その傾斜運動によって上記工具と上記傘歯車との間の角度の相対的な変化が達成されるように、上記駆動部のうちの一つが制御部によって活性化される。上記傾斜運動は上記割出回転と連携されている。

本発明により、この目的は、傘歯車を機械加工するために、傘歯車を受け入れるための工作物スピンドルと、工具を受け入れるための工具スピンドルと、上記工具を用いて上記傘歯車を機械加工するための複数の駆動部を含む特定の装置が使用されるということで達成された。上記装置は次の工程を実行する：
− 機械加工動作を行うことにより上記工具を用いて上記傘歯車に或る歯間隙を機械加工する工程、
− 上記歯間隙から上記工具を取り除くように上記工具と上記工作物との間の相対的な運動を行う工程、
− 異なった角度位置へ上記傘歯車を転送するように割出回転を行う工程、
− 繰り返された機械加工動作によって上記工具を用いて上記傘歯車にさらなる歯間隙を機械加工する工程。
本発明によれば、この場合、上記相対的な運動は、上記工具と上記傘歯車との間の相対的な角度を変更する傾斜移動を含んでいる。

さらに有利な具体例は従属請求項から推論されてもよい。

以下、図面を参照して、発明の実施形態を詳細に説明する。

本説明は、関連する刊行物および特許の中で用いられる概念を用いる。しかしながら、これらの概念の使用は単に理解を改善しようとしているということが注目されるべきである。用語の特定の選択は、創造性のある考えの解釈、および請求項の保護の範囲を制限するようには意図されていない。本発明は、容易に、他の概念システムおよび／または専門分野に転用され得る。他の専門分野では、概念は相似して使用されることになる。

図２Ａおよび２Ｂに、発明による第１の装置２０が示されている。本発明の原理は、図１の中で示された従来のアプローチとの比較の容易さのために慎重に設計されたこれらの図に関して説明される。プランジ研削として知られているもののための装置２０が示されている。装置２０は歯車２５を受け入れるための工作物スピンドル２１を含む（図２Ａおよび２Ｂから分かるように、この歯車２５は傘歯車である。）。また、工具２３を受け入れるための工具スピンドル（示されない）が設けられている。その工具スピンドルは、工具２３が回転する軸２４（Ａ１軸）を定めている。割出プロセスにおいて歯車を機械加工するために、複数の駆動部が設けられている。これらの駆動部は図２Ａおよび２Ｂの中では示されていない。

本発明に従って、送り込み（in-feed）動作の後に歯車２５における或る歯間隙が機械加工される。機械加工の状態と呼ばれるこの状態は、図２Ｂの中に示されている。その後、歯間隙から工具２３を取り除くように、工具２３と工作物２５との間に相対的な運動が起こる。本発明に従って、その相対的な運動は、傾斜運動、または直進運動と傾斜運動とからなる合成運動である。その相対的な運動のお蔭で、工具２３と歯車２５との間の角度の相対的な変化が達成される。図２Ａ中では、Ｙ軸に対して平行に延在する工具面２８と、工具スピンドルの回転軸２２との間の角度ａ２は、図２Ｂにおける角度ａ１より大きい。角度における変化はΔによって表示され、また、ａ２＝ａ１＋Δが当てはまる。角度の相対的な変化が、旋回点２７（Ｃ軸の周りの回転）に関して発生する。角度のこの変化により、角度ａ１の大きさが増加する。その角度ａ１の大きさは、歯間隙の機械加工の間に、工具面２８と工作物スピンドル２１の回転軸２２との間に設定される。角度Δの変化のお蔭で、図２Ａ中で示されるように、工作物２５の歯２６に対して相対的な工具２３の実効的な並進的変位ＨＡｅｆｆが生ずる。図２Ａにおいて、角度の変化に先立った歯２６の位置は、点線によって示される。また、この位置で歯は２６’で示される。

先行技術によれば、歯間隙から工具１３を取り除く時に、以前には如何なる機械においても角度の変化は発生しなかった。従来の機械は、軸の配置の観点から、そのような移動を行うようには構成されていない。従って、従来の機械１０（図１を参照）の場合には、完全に歯から撤退するために、工具１３は歯たけ（tooth depth）Ｈプラス安全量に対応して、直進的な退出動作を行わなければならない。従来の機械１０の場合には、この方法でのみ、次に続く軸１２の周りの割出回転の間に、歯１６の斜面（flank）と工具１３とが衝突しないことを保証することができる。

本発明に従って、歯車２５が軸２２の周りの割出回転を行い、工具２３が再び進められる前に、角度Δの変化は突然に実行される。対応する傾斜運動が割出回転と連携されることは重要である。機械的駆動部を含む機械２０の場合には、運動のこの連携は機械的結合を用いて実行され得る。ＣＮＣ制御部を装備した機械２０の場合には、その結合が「電子的に」、つまり、個々の動作シーケンスの適切な相互の適用によって実行される。

上記割出回転が上記傾斜運動に対して時間遅れを伴って行われるが一部分は同時に行われることは重要である。二つの運動が少なくとも一部分同時に起こるということは、巨大な量の時間が節約されることを許容する。

もし機械２０がＣＮＣ制御部を備えているならば、その結合が「電子的に」、つまり、個々の動作シーケンスの適切な相互の適用によって実行される。上記電子的な結合は、上記制御部自体（例えば、図４中の制御部４０）、または特定のソフトウェアモジュール（例えば図４中のソフトウェアモジュール４２）によってもたらすことができる。

本発明に従って、割出回転が開始され得る前に、小さな量の時間だけしか経過しないように傾斜運動を非常に速く行えるためには、比較的高い加速が必要とされる。従って、ＣＮＣ制御部およびダイレクト駆動部を備えた機械２０は特に好ましい。それは、ダイレクト駆動部がＣＮＣ制御部からの制御コマンドを略急激に所望の傾斜運動に変換することができるからである。

割出回転が行われる時に、歯車２５と現在使用中の工具２３とが衝突しないように、本発明による制御手段はプログラムされ得る。制御部をプログラムするときに、歯車２５および工具２３の寸法に関するデータは、考慮に入れられる。

特に、ＣＮＣ制御部が、次のようなソフトウェアモジュール（例えば図４中のソフトウェアモジュール４２）を含む実施形態が好まれる。そのソフトウェアモジュールは、機械加工されるべき歯車２５と工具２３のこの装置２０への取り付けに連動して、歯２６と工具２３の間の衝突を防ぐいわゆる衝突計算が実行されるのを許容するものである。その衝突計算を行うために、上記ソフトウェアモジュールは、歯車２５の機械加工に連動して、装置２０の中で既に確定されたデータを好ましくは引き継ぐ。このデータに基づいて、それから、動作シーケンスを考慮して、衝突の危険があるかどうかが３次元的に確かめられ

上記衝突計算の実行が、衝突が発生するかも知れないことを明らかにすれば、動作シーケンスはそれに従って適応される。例えば、本発明に従って行われる傾斜運動は、より急速な上昇で実行され得る。または、上記割出回転はわずかに後でスタートすることができる。

ＣＮＣ制御部４０は、歯車の割出回転、および歯車２５の工具２３に対する相対的な運動（傾斜運動、または合成された直進運動と傾斜運動）が連携された仕方で起こるようにプログラムされている。このことは、動作シーケンスが時間に関して互いに適応されていることを意味する。例えば、割出回転は、一旦傾斜運動が開始されたならば、時間Δtだけ遅れて、スタートするだけである。

図３中に、本発明の特に好ましい実施形態が示されている。歯車を受け入れるための工作物スピンドル２２と工具を受け入れるための工具スピンドル２９とを備えた新型の装置２０が示されている。この装置２０は、割出プロセスにおいて歯車を機械加工するための複数の駆動部を備えている。それらの駆動部は装置２０の裏張りの後ろに隠されている。この装置２０は、切れ端を集めるための領域３１を備えた機械基盤３０をさらに含んでいる。スタンド３３上に、Ｘ−Ｙ面において延在して、キャリッジ３２が設けられている。このキャリッジは、Ｙ軸と平行に水平に延在するレール３４に沿って移動可能になっている。キャリッジ３２は、工具スピンドル２９を運び、ＸおよびＺ方向に直進運動を実行することができる。

図３中に示されるこの種の配置は、従来の機械とは異なる。強調されるべき基本的な違いは、工具スピンドル２１がＣ軸の周りに回転可能であるということである。従来の機械とは異なり、工具に対する工作物の相対的な傾斜運動は、それら二つを互いに十分なスペースで分けるために実行され得る。図２Ａおよび２Ｂと併せて記述されるように、一旦この空間的な分離が行われたのみで、工具はＢ軸の周りに漸増的に回転される。図３中で示される実施形態においては、運転すべきＣ軸は少なくともＣＮＣ制御部によって制御されたダイレクト駆動部である。このダイレクト駆動部は、工作物の瞬間の回転を可能にする。

本発明に従って、工作物スピンドル２１に固定された歯車に、装置２０上で機械加工された歯間隙が示されている。その後、歯間隙から工具を取り除くために、工具と工作物との間の相対的な運動が実行される。この目的のために、その相対的な運動が、上記工具と上記歯車との間の相対的な角度を変更するＣ軸の周りの傾斜運動を含むように、駆動部のうちの一つはＣＮＣ制御部によって活性化される。その後、歯車は、Ｂ軸の周りの割出回転を行う。また、工具は、さらなる歯間隙を機械加工するために再び進められる。上述の傾斜運動は、衝突を防ぐためにＣＮＣ制御部によって割出回転と連携される。

図４は、本発明による装置２０の対応するブロック構成を示している。装置２０は６つの駆動部Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｂ、ＣおよびＡ１を有し、それらは図４中で機能単位として示されている。これらの駆動部の各々はＣＮＣ制御部４０から活性化される。図示の実施例においては、ＣＮＣ制御部４０と駆動部との間の接続は双頭の矢印によって示されている。これは、駆動部が制御手段４０にフィードバックを提供できることを示すように意図されている。例えば、回転駆動部Ｂ、Ｃ、Ａ１は、トルクに関するフィードバックを提供できる。または、制御手段４０へ角度位置を送るために、角度エンコーダを用いることができる。例えば、駆動部Ｘ、Ｙ、Ｚは、変位または位置送信機を介して制御手段に情報を送り返すことができる。図示された実施形態においては、制御手段４０はソフトウェアモジュール４１に接続されている。例えば、このソフトウェアモジュール４１は、データメモリへのアクセスを可能にすることができる。機械加工されるべき工作物の組成（形状、材料など）に関する保存した情報は、このデータメモリから引き出すことができる。用いられる工具に関する情報も、データメモリにおいて蓄えることができる。制御手段４０とソフトウェアモジュール４１との間の双頭の矢印は、この場合、制御手段がソフトウェアモジュール４１に情報を送り返すことができることを示す。

本発明に従って、機械加工されるべき歯車２５と工具２３のこの装置２０への取り付けに連動して、歯２６と工具２３との間の衝突を防ぐいわゆる衝突計算が実行されるのを許容するソフトウェアモジュール４２を設けることができる。衝突計算を行うために、矢４４によって示されるように、ソフトウェアモジュール４２はソフトウェアモジュール４１から既に確定されたデータを引き継ぐのが好ましい。このデータに基づいて、その後、ソフトウェアモジュール４２は、動作シーケンスを考慮して、衝突の危険があるかどうかを、３次元的に確定する。衝突の危険があるならば、制御手段４０のソフトウェアモジュール４２は、駆動部Ｃ（傾斜運動）および駆動部Ｂ（割出回転）を活性化するための他のパラメータを規定することができる。

図４の中で示された図が単に特定の実施形態を表すブロックダイアグラムであることは注目されるべきである。ＣＮＣ制御部の中へ本発明の原理を統合するための、またはソフトウェアモジュールによって制御手段を拡張するための他のアプローチもある。

機能単位４１および４２は、典型的には（外部）コンピュータインストールされその上で動作する応用ソフトウェアの範囲に属する。そのようなコンピュータは、ネットワークを介して制御手段４０に接続される。制御手段４０は、典型的には装置２０中で実行される。

本発明は、歯車２５を受け入れるための工作物スピンドル２１と、工具２３を受け入れるための工具スピンドル２９と、上記工具を用いて上記歯車を機械加工するための複数の駆動部とを備えた装置で上記歯車を機械加工する方法を提供する。この方法は次の工程を含んでいる：
− 機械加工動作を行うことにより上記工具を用いて上記歯車に或る歯間隙を機械加工する工程、
− 上記歯間隙から上記工具を取り除くように上記工具と歯車の間の相対的な運動を行う工程（上記相対的な運動は、上記工具と上記歯車との間の相対的な角度を変更するＣ軸の周りの傾斜運動である。）、
− 異なった角度位置へ上記歯車を転送するようにＢ軸の周りの割出回転を行う工程、
− 機械加工動作を繰り返すことによって上記工具を用いて上記歯車にさらなる歯間隙を機械加工する工程。

図５中に模式的に示される本発明による機械の有利な実施形態では、旋回軸Ｃは、工作物２５のピッチ円錐のピッチ円錐頂点Ｋ１なる点、またはこの点Ｋ１に近接して置かれている。これは、点Ｋ１の周りの傾斜運動の大部分がＸ軸の方向を指すことを許容し、したがって、工作物２５中の歯間隙からの工具２３の取り出しを助ける。もし旋回軸Ｃが点Ｋ２に位置すれば、図５中に示されるように、工具２３はこの点Ｋ２の周りに傾斜運動を行うだろう。点Ｋ２に関する傾斜運動の場合には、Ｘ方向を指す傾斜運動の成分は前述の場合（旋回軸Ｃが点Ｋ１に、またはそれに近接して位置する場合）よりも小さい。図５中に模式的に図示されるように、旋回軸Ｃの位置を適切に選択することは、同じ傾斜角について、Ｘ方向のより大きな移動およびＹ方向のより小さな移動を提供する。

また、本発明は機械的な駆動部を含む機械２０にも用いることができる。ただし、機械的駆動部は低加速のみを許すので、より少ない時間しか節約できない。機械的駆動部を含む機械に適用された場合の本発明の欠点は、回転軸があまりに速く加速されたときに起こり得る摩滅である。

本発明は、上述のようなプランジ研削に用いることができるだけでなく、フライス削り（milling）またはホーニング（honing）でも用いることができる。

その発明は、液浸プロセスにおける、傘歯車の歯システムまたは平歯車型の継手の機械加工に特に適している。

従来の装置の一部を示す模式図である。 第１の位置にある本発明による装置の一部を示す模式図である。 第２の位置にある本発明による装置の一部を示す模式図である。 本発明による装置を示す斜視図である。 本発明による装置のブロック構成を示す概略図である。 本発明によるさらなる装置の一部を示す模式図である。

Claims (15)

1. 傘歯車（２５）を受け入れるための工作物スピンドル（２１）と、工具（２３）を受け入れるための工具スピンドル（２９）と、割出プロセスにおいて上記傘歯車（２５）を機械加工するための幾つかの駆動部（Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｂ、Ｃ、Ａ１）とを備え、この割出プロセスでは、上記傘歯車（２５）内で或る歯間隙が機械加工され、次に上記歯間隙から工具（２３）を取り除くために工具（２３）と傘歯車（２５）との間の相対的な運動が実行され、上記傘歯車（２５）は割出回転を行い、上記工具（２３）はさらなる歯間隙を機械加工するために送られる装置（２０）において、
   上記相対的な運動が傾斜運動を含み、その傾斜運動によって上記工具（２３）と上記傘歯車（２５）との間の角度の相対的な変化が達成されるように、上記駆動部のうちの一つ（Ｃ）が制御部（４０）によって活性化可能であり、
   上記傾斜運動は上記割出回転と連携されていることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置（２０）において、
   上記駆動部の少なくとも一つ（Ｃ）は、上記傾斜運動を断続的に実行するダイレクト駆動部であることを特徴とする装置。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の装置（２０）において、
   上記傾斜運動に加えて、相対的な直進運動が実行可能であり、その直進運動によって上記工具（２３）と上記傘歯車（２５）との間の距離の相対的な変化が達成されるように、上記駆動部のうちの一つ又はそれ以上（Ｘ、Ｙ）が上記制御部（４０）によって活性化可能であることを特徴とする装置。
4. 請求項１、２または３のいずれかに記載の装置（２０）において、
   上記割出回転が上記相対的な運動に対して時間遅れを伴って行われるが一部分は同時に行われるように、上記制御部（４０）が構成されていることを特徴とする装置。
5. 請求項１から４までのいずれか一つに記載の装置（２０）において、
   上記割出回転を行う時に、現在使用中の上記傘歯車（２５）と上記工具（２３）との間で衝突が起こらないように、上記制御部（４０）はプログラム可能であることを特徴とする装置。
6. 請求項５に記載の装置（２０）において、
   上記制御部（４０）はソフトウェアモジュール（４２）を備えるか、またはソフトウェアモジュール（４２）に接続可能であり、そのソフトウェアモジュールは、機械加工されるべき傘歯車（２５）と工具（２３）のこの装置（２０）への取り付けに連動して、上記衝突を防ぐ衝突計算が実行されるのを許容することを特徴とする装置。
7. 請求項１から６までのいずれか一つに記載の装置（２０）において、
   上記制御部（４０）は、上記傘歯車（２５）の割出回転、および上記傘歯車（２５）と上記工具（２３）との間の相対的な運動が連携された仕方で起こるようにプログラムされていることを特徴とする装置。
8. 請求項１から７までのいずれか一つに記載の装置（２０）において、
   上記傘歯車（２５）の機械加工のために、上記幾つかの駆動部（Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｂ、Ｃ、Ａ１）のうちの少なくとも二つが連携された運動を実行する機械加工動作が実行されるように、上記制御部（４０）がプログラムされていることを特徴とする装置。
9. 請求項１から８までのいずれか一つに記載の装置（２０）において、
   上記装置は、好ましく６つの駆動部を有する歯割り盤または歯車研削盤であることを特徴とする装置。
10. 請求項９に記載の装置（２０）において、
    上記機械は、機械加工されるべき上記傘歯車（２５）のピッチ円錐の頂点に位置づけられた点（Ｋ１）に旋回軸（Ｃ）を有し、上記傾斜運動はこの旋回軸（Ｃ）の周りに実行されることを特徴とする装置。
11. 傘歯車（２５）を受け入れるための工作物スピンドル（２１）と、工具（２３）を受け入れるための工具スピンドル（２９）と、上記工具（２３）を用いて上記傘歯車（２５）を機械加工するための幾つかの駆動部（Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｂ、Ｃ、Ａ１）とを備えた装置（２０）で傘歯車（２５）を機械加工する方法であって、
    機械加工動作を行うことにより上記工具（２３）を用いて上記傘歯車（２５）に或る歯間隙を機械加工する工程と、
    上記歯間隙から上記工具（２３）を取り除くように上記工具（２３）と傘歯車（２５）の間の相対的な運動を行う工程と、
    異なった角度位置へ上記傘歯車（２５）を転送するように割出回転を行う工程と、
    機械加工動作を繰り返すことによって上記工具（２３）を用いて上記傘歯車（２５）にさらなる歯間隙を機械加工する工程とを有し、
    上記相対的な運動は傾斜運動であり、その傾斜運動によって上記工具（２３）と上記傘歯車（２５）との間の角度の相対的な変化が達成されることを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、
    上記傾斜運動に加えて、上記工具（２３）と上記傘歯車（２５）との間の相対的な距離を変化させる小さい相対的な直進運動が実行されることを特徴とする方法。
13. 請求項１１または１２に記載の方法において、
    上記割出回転が上記相対的な運動に対して時間遅れを伴って行われるが一部分は同時に行われることを特徴とする方法。
14. 請求項１１から１３までのいずれか一つに記載の方法において、
    上記割出回転が行われる時に上記傘歯車（２５）と上記工具（２３）とが衝突するのを避けるために、機械加工されるべき傘歯車（２５）と工具（２３）の上記装置（２０）への取り付けに連動して衝突計算を実行できるように、上記装置またはコンピュータがソフトウェアモジュール（４２）を実行することを特徴とする方法。
15. 請求項１１から１４までのいずれか一つに記載の方法において、
    上記傾斜運動は、機械加工されるべき上記傘歯車（２５）のピッチ円錐の頂点に位置づけられた点（Ｋ１）に設けられた旋回軸（Ｃ）の周りに実行されることを特徴とする方法。

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