JP4733947B2 - 予切削した歯を有する被加工物を歯車仕上げ加工機上で位置合わせする方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、予加工された被加工物の歯間隙を揃える方法及び装置に関するものであって、歯車仕上げ加工機の加工主軸上で仕上げ加工するための初期設定をするものである。

歯車による駆動において、当該歯車の動的特性に関する需要の増大は歯車の歯の精密な仕上げ加工を益々必要としている。通常、予加工された被加工物は、焼入れされ、その後、全ての機能面の仕上げ寸法に仕上げ加工される。この方法においては、特に歯の側面の仕上げ加工は、複雑で、資源消費型の、従って、コストのかかる作業である。経済的な製造への関心だけでなく、さらに不必要に大きな焼入れ深さとなるのを回避し、仕上げ加工用工具の左右側面の摩耗をバランスさせ且つ最小化するため、仕上げ加工用の素材の許容範囲を可能な限り小さく保持するよう試行されている。歯の仕上げ加工にとってこのことは、実際には素材除去のための歯側面の切り込み深さが１ｍｍのほんの２〜３百分の１から多くても２０分の１であることを意味する。大抵の場合と同様に、もし、歯の左右側面が同じ動作で加工されるとすると、被加工物の左右側面からの一様な素材除去を達成するため、仕上げ加工用工具が歯間隙の中心に正確に配置可能となるように、当該仕上げ加工用工具に対する予切削された歯の位置合わせは非常に高精度が要求されるのである。

歯車の仕上げ加工機において、実際に最も頻繁に直面する位置合わせの処理では、非接触機能を有する測定プローブ即ち、位置合わせ用プローブは、当該仕上げ加工機の加工領域の中で幾何学的に適切な点に配置される。それ（プローブ）は、好ましくは、加工主軸上に据付けられた被加工物の予切削歯の外周径近くに位置付けされる。この位置合わせ用プローブは、通常、誘導的、光学的または磁気的原理で作動する。位置合わせのため、加工主軸が回転され、仕上げ加工前の歯車の全ての歯（側）面の角度位置が位置合わせ用プローブにより測定される。その後、全ての歯間隙の中心線の平均値が計算される。この平均値は当該仕上げ加工機の制御装置に記憶されている所望の値と比較される。そうして、被加工物の位置合わせは、測定された平均値と予め定義された所望値との差に対応する角度だけ加工主軸を回転することにより可能となる。即ち、平均値と所望値とは加工機の制御装置上では一致することとなる。

加工用工具に関する歯間隙中心の角度位置の所望値は、仕上げ加工機の初期設定の間に所謂ティーチインサイクルの方法により決定される。この目的のため、位置合わせの測定は、直前に加工され、なお加工主軸上に取付けられている被加工物上で遂行される。この被加工物の両側の歯側面が測定点の所で清浄に加工されていること、即ち、両方の歯側面が完全に加工、特に研削加工されているならば、これら歯側面は仕上げ用工具に関して、歯間隙中心の正確な所望位置を表している。そのとき、所望の値とはこの位置合わせ測定で測定される角度位置そのものである。

上述した処理により高精度の位置合わせに到達するための前提条件の一つは、連続的に生産している間の位置合わせ処理の測定条件が、当該仕上げ加工機の初期設定時、またはティーチインサイクルにおける所望の位置合わせ値を決定している間の条件に対して変化しないことである。しかしながら、実際の経験では、前記連続生産の途上では、熱的あるいは他の物理的影響に起因して位置合わせの誤差が時間経過に基づき発生する。その結果、左右の歯側面で素材の除去に相違が生じることとなり、不十分な加工許容値に起因して、いくつかの歯側面上で仕上げ加工が歯側面全体を包含することができない場合はそのままスクラップとなる。

複雑な、仕上げ加工機の構造や処理手順及び、当該処理に固有な無数の物理的影響を与える要素のために、連続生産中の傾向パターンに対し様々に変化するそのような位置合わせ誤差の原因は、通常、莫大な費用をかけた制御のもとでのみ確定され、もたらすことが可能である。いくつかの例では、その唯一の方法は、オペレータによって生成処理及びティーチイン操作の反復を中断することであり、それにより生産はかなり損なわれ、しかも費用がかかる。そして、大量のスクラップが生じるまで、このことの必要性は気付かれなかった。

本発明の目的は、少しの努力と出費とで、被加工物の連続生産中、位置合わせの精度を狭い許容制限内に保持可能とする、歯車仕上げ加工機上で、予切削歯車の歯を位置合わせするための方法及び装置を提供することにある。

上記目的はそれぞれ請求項１及び１０に記述された特徴を有する方法及び装置によって達成される。

本発明によれば、ティーチインサイクルは、直前加工された被加工物に関する連続生産中、当該仕上げ加工機の誤差傾向を示す挙動に基づく少なくとも１つの規準を参照して、自動的に反復される。

採用されるそのような規準は、当該仕上げ加工機上で直ぐにアクセスでき、測定可能な特性を有することが好ましい。

例えば、最後のティーチインサイクル以降一定の時間間隔が経過したことを１つの規準とすることが可能である。そうした目的に適する時間間隔は、例えば、仕上げ加工機の実験的観察に基づくことが可能である。被加工物または加工サイクルの数が予め定められた数に到達したことも同様に規準として役立つ。被加工物の数と時間間隔とを結合して考慮することも可能である。さらに、仕上げ加工機の停止時間を考慮に入れることが可能である。

さらに、要求される切削力を規準として用いることが可能である。その場合は、例えば、工具に関するトルク変化または一側の切削負荷が検出される。

例えば、温度プローブにより追跡可能な仕上げ加工機の熱的変化も規準として役立つ。

上述した規準は、単独または結合して、さらにウェイトを同じか異なるようにして仕上げ加工機の制御装置によって考慮されることが可能である。

単独で参照されるべき規準は、新規のティーチインサイクルの基礎となる被加工物が清浄に加工された両歯側面を有するか否かである。そうであるとき、この仕上げ加工機あるいはこのタイプの仕上げ加工機用の最良の規準は実験的に定められる。

本発明による方法の故に、いかなる傾向に関連した位置合わせ誤差もその許容制限から逸脱する前にゼロへ戻される。

以下において、添付の図面に例示されている好適実施例によって本発明を詳細に説明する。

図１は、予切削歯を有する被加工物の仕上げ加工用歯車製造機上での被加工物１、位置合わせ用プローブ３及び加工工具４の平面図示配置を示す。典型的な加工工具としては、例えば、研削ウォーム、研削ホイール、切削カッター、ホーニング工具などがある。

自動加工サイクルの開始は、最初に述べた本発明の背景技術に従う処理に対応する。最初に、図示しないローディング装置により仕上げ加工前の被加工物１が公知の方法で主軸２上に取付けられ且つ、クランプされる。クランプ後、主軸２は回転され、公知の方法で、位置合わせ用プローブ３によって、固定側の位置合わせ用プローブ３に対する被加工物の歯側面角度位置が測定される。当該仕上げ加工機の制御装置はその測定データから全ての歯間隙の角度位置用の平均値を計算する。その後、被加工物１は、この平均値と所望値との角度差だけ回転され、続いて加工工具４と係合状態にされる。前記所望値は、当該仕上げ加工機の初期設定時に公知の方法で予め得られている。この公知の方法というのは、すでに仕上げ加工されたか又は、予め位置付け設定されている被加工物を用いるティーチ−インサイクルにおいて、所望値を示す歯間隙の角度位置を測定し、得られた測定値を前記制御装置による利用のため所望値として記憶するのである。仕上げ加工の終了後、その被加工物は工具との係合を離脱され、アンクランプされ、その後前記ローディング装置により主軸から取り除かれる。その上で、新しいサイクルが開始可能となる。

本発明の背景技術に基づく実際の公知の処理において、この方法は、連続生産に関わる被加工物のすべての要素が仕上げ加工されるまで被加工物に対し次々と反復される。一方、本発明の基づく方法では、丁度仕上げ加工された被加工物１がアンクランプされる前に、仕上げ加工機の制御装置は少なくとも１つの規準と関連付けされた新しいティーチインサイクルを自動的に呼び出すようになっている。このティーチインサイクルでは、仕上げ加工された被加工物の歯間隙中心線の角度位置が測定される。この測定により、新しい所望値が与えられる。そしてこの新しい所望値は、本発明に基づき、それまで有効であった所望値と自動的に置き換えられる。そのときまで、測定された被加工物１は、主軸２からアンクランプ及び取り外しされないようになっている。その後、仕上げ加工処理は公知の方法で再開され、前記制御装置が丁度仕上げ加工された被加工物に関する自動ティーチインサイクルを再度呼び出すまで続けられる。

予め定義されている単独で参照すべき規準として、例えば、遂行された仕上げ加工サイクル数の設定数への到達を挙げることができる。その数は、例えば、仕上げ加工時間に依存させることも可能である。次の引き続くティーチインサイクルの呼び出しまで、この仕上げ加工サイクルの数は、好ましくは、実験的に定められた当該仕上げ加工機の誤差傾向を示す挙動と関連付けられる。２つの連続するティーチインサイクルの間の間隔の確定または計算は時間、仕上げ加工機上で測定される温度、あるいは他の確固とした規準に基づくことが可能である。仕上げ加工機上で再調整または再研削可能な加工工具を備える仕上げ加工機の場合は、例えば、全ての再調整または再研削サイクルの終了後に自動ティーチインサイクルが推奨される。同様に、いくつかのそのような確固たる規準を考慮に入れることも可能である。さらに、各ティーチインサイクルの間隔を定数または変数にすることが可能である。間隔の持続時間は前記加工機により自動的に遂行される設定値の測定に従って当該加工機の制御装置により自動的に決定される。

必要があれば、設定者またはオペレータは、勿論手動でティーチインサイクルを呼び出すことが可能であり、その場合にはティーチインサイクル自体が自動的に開始する。

予切削歯を有する歯車の仕上げ加工用歯車製造機上での被加工物、位置合わせ用プローブ及び加工工具の配置を図式的に示す。

１ 被加工物
２ 加工主軸
３ 位置合わせ用プローブ
４ 加工工具

Claims (10)

1. 歯車仕上げ加工機の加工主軸（２）上における予切削歯を有する複数の被加工物（１）の連続生産での仕上げ加工方法であって、
   初期設定用被加工物の歯間隙中心線の第一所望値を確定するために、手動で予め位置合わせされているかまたは既に研削された初期設定用被加工物と第一ティーチインサイクルを遂行することによって歯車仕上げ加工機を初期設定する工程と、
   前記第一所望値を記憶する工程と、
   一連の被加工物を仕上げ加工するための一連の連続的加工サイクルを遂行することによって、仕上げ加工のために当該加工機にクランプされる前記各被加工物を仕上げ加工する前に、当該被加工物の歯側面の角度位置が測定され、さらに仕上げ加工される当該被加工物が前記第一所望値と関連付けて位置合わせされる工程と、
   前記一連の連続的加工サイクル中に前記加工工程の少なくとも１つの設定値を監視する工程と、
   前記少なくとも１つの監視された設定値が予め決められた基準を満たしたときに、二つの連続的加工サイクル間の前記加工方法を停止させる工程と、
   新たなティーチインサイクルが自動的に遂行され最終加工サイクルの前記被加工物が前記最終仕上げ加工サイクル終了後もクランプされたまま残留し且つ新規の初期設定用被加工物として利用される工程と、
   前記新規の初期設定用被加工物の歯間隙中心線の第二所望値を確定する工程と、
   次の一連の加工サイクルのための新規所望値として前記第二所望値を記憶する工程と、
   一連の連続的加工サイクルの遂行の工程を繰り返し、少なくとも１つの設定値を監視し、前記加工方法を停止し、新たなティーチインサイクルが自動的に遂行し、次の所望値を確定し、且つ前記第二所望値を記憶する工程とを含む加工方法。
2. 請求項１による方法であって、以下のＡ〜Ｄ中の少なくとも１つの設定値を用いることを特徴とする予切削歯を有する複数の被加工物（１）の連続生産での仕上げ加工方法：
   Ａ．仕上げ加工サイクル数
   Ｂ．時間間隔
   Ｃ．切削力
   Ｄ．仕上げ加工機の温度変化。
3. 請求項２による方法であって、これら設定値のいくつかはウェイトをかけるか否かを考慮されることを特徴とする予切削歯を有する複数の被加工物（１）の連続生産での仕上げ加工方法。
4. 請求項１による方法であって、二つの連続するティーチインサイクル間の間隔は定数であることを特徴とする予切削歯を有する複数の被加工物（１）の連続生産での仕上げ加工方法。
5. 請求項１による方法であって、二つの連続するティーチインサイクル間の間隔の持続時間は前記加工機により自動的に遂行される前記設定値の測定に従って当該加工機の制御装置により自動的に決定されることを特徴とする予切削歯を有する複数の被加工物（１）の連続生産での仕上げ加工方法。
6. 請求項１による方法であって、二つの連続するティーチインサイクル間の間隔の持続時間は当該加工機の温度特性に基づくことを特徴とする予切削歯を有する複数の被加工物（１）の連続生産での仕上げ加工方法。
7. 請求項１による方法であって、新規のティーチインサイクルは前記加工方法で使用される加工工具の全ての再調整または再研削終了後に呼び出されることを特徴とする予切削歯を有する複数の被加工物（１）の連続生産での仕上げ加工方法。
8. 請求項１による方法であって、新規のティーチインサイクルはオペレータにより手動で呼び出し可能であり、当該新規のティーチインサイクルは始動後自動的に開始することを特徴とする予切削歯を有する複数の被加工物（１）の連続生産での仕上げ加工方法。
9. 請求項１による方法であって、二つの連続するティーチインサイクル間の間隔は変数であることを特徴とする予切削歯を有する複数の被加工物（１）の連続生産での仕上げ加工方法。
10. 連続生産中、連続して仕上げ加工動作を受けるように、予切削歯を有する被加工物の歯間隙を位置合わせする装置であって、同装置は、これら被加工物の１つをクランプするための加工主軸と、クランプされた被加工物の歯間隙中心線を確定するための測定用プローブと、確定した前記歯間隙中心の値と記憶されている所望値とを比較しさらにこの所望値と関連付けて仕上げ加工される被加工物を位置合わせするための評価・制御ユニットを備えており、前記所望値は最初のティーチインサイクルから得られるようになっており、前記評価・制御ユニットには、仕上げ加工サイクルの完了後前記少なくとも１つの設定値の少なくとも１つの規準の遂行と関連付けを有し且つ、前記被加工物の位置を変更せずクランプされた状態のまま自動で新規のティーチインサイクルを遂行し、さらに同じ連続生産中の後に続く初期設定用被加工物の位置合わせのために利用する目的を持ってこの新規のティーチインサイクルから得られる新規の所望値を記憶するため、加工方法の少なくとも１つの設定値を監視する手段を保有していることを特徴とする予切削歯を有する被加工物の歯間隙を位置合わせする装置。

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