JP4741544B2

JP4741544B2 - 研削ウォームのプロフィル形成方法およびプロフィル形成ツール

Info

Publication number: JP4741544B2
Application number: JP2007098723A
Authority: JP
Inventors: ヤンコウスキーラルフ
Original assignee: Reishauer AG
Current assignee: Reishauer AG
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2017-06-16
Also published as: JP3962124B2; US6012972A; ITTO970475A1; JP2007210097A; IT1293136B1; JPH1058231A; DE19624842C2; ITTO970475A0; DE19624842A1

Description

本発明は連続ローラ研削の原理による歯車のプロフィル形成研削のための一条ねじまたは多条ねじ研削ウォームのプロフィル形成方法および装置並びにプロフィル形成ツールに関するものである。

研削ウォームの既知のプロフィル形成方法によれば、たいていの場合ディスク形状のプロフィル形成ツールが使用される。このプロフィル形成ツール１は回転研削ウォーム２０を装着した研削スピンドルの軸２１に平行なストローク運動により動かされ、軸２２を有するプロフィル形成スピンドル上に装着されたプロフィル形成ツール１は研削ウォームねじの１つまたは両方のフランクの歯先、側面および／または歯底と接触する。このとき、プロフィル形成ツール１のストローク運動および研削ウォーム２０の回転運動は正確に同調して行われ、これによりウォームが１回転した後にプロフィルツールはＰｉ×係数（ｍｏｄｕｌｕｓ）×歯数に対応する距離だけ移動することになる。これに関連する既知の多数の方法仕様の中から、２つの一般原理が既知である。

原理Ｉにおいては、ディスク形状のプロフィル形成ツールの能動領域は一条円錐または二条円錐プロフィルを有している（図１）。プロフィル形成工程の間、このプロフィル形状はプロフィル形成ツール１と研削ウォームねじ２の軸方向断面との間に線接触を形成させる。これらの接触関係は、研削ウォーム２０の幅ｂS にわたるストローク運動３により、歯底および歯先領域を含むウォームねじの全高ｈがプロフィル形成可能であるという利点を有している。この結果、プロフィル形成時間はきわめて短くなる。しかしながら、この方法は、ウォームねじ高さｈの方向における修正を行うことに関しては不利である。修正はプロフィルツールの一条または二条円錐プロフィル内へ１回だけしか行うことができないからである。これらの修正のあとからの変更はきわめて時間およびコストがかかる。この方法原理においてはウォームねじの軸方向断面の全領域が常に接触しているので、以後この方法をプロフィル形成ドレッシングと呼ぶことにする。

原理ＩＩは能動領域内に丸い半径プロフィルを有するディスク形状のプロフィル形成ツールを利用する（図２）。このツールの場合、プロフィル形成ツール１とウォームねじ２との間の接触は点形状である。研削ウォーム幅ｂS にわたるストローク運動３の間、ウォームねじ高さｈの狭い限定領域のみがプロフィル形成される。ウォームねじ全体をプロフィル形成するために、複数回のドレッシングストロークが必要であり、この場合プロフィル形成ツールは各ストロークごとにウォームねじの縦方向断面に沿って所定量ΔＵだけ移動される。とくに係数の大きい研削ウォームに対しては、このプロフィル形成原理は長いプロフィル形成時間を必要とする。しかしながら、接触領域における点形状接触の結果として、この方法はウォームねじ高さに対し修正を行うためにはきわめて有利であることがわかる。この方法原理は以後ラインごとのドレッシングと呼ぶことにする。

歯付ラックプロフィルを形成する研削装置がドイツ特許公開第３２３５７９０号から既知である。幅の広い研削砥石は等間隔に配置された複数の同一周縁溝を有している。この研削砥石をドレッシングするために、渦巻状歯を備えたドレッシングロールが使用され、この渦巻状歯のプロフィルは研削砥石の溝プロフィルに対応している。ドレッシングの間、ドレッシングロールはその回転角と同期して研削砥石軸の方向にシフトされる。ドレッシングロールの軸は歯の勾配に応じて研削砥石軸に対して傾斜している。

ドイツ連邦共和国特許公開第４４３６７４１号明細書からプロフィル形成された回転対称研削砥石のドレッシングのためのクラッシング方法が既知であり、この方法においてはドレッシングロールの先端半径部上のみに硬質材料の粒子が被覆されている。ドレッシングロールおよび研削砥石の接触は点形状である。接触点におけるドレッシングロールおよび研削砥石の周速は同一であり、したがって接触点においては接線方向の相対速度は発生しない。
ドイツ特許公開第４４３６７４１号明細書

ディスク形状のプロフィル形成ツールを用いて一条ねじまたは多条ねじ研削ウォームのプロフィルを形成する方法において、ウォームねじの高さを容易にかつ迅速に変更修正し、同時にプロフィル形成を短時間で行う方法を提供することが本発明の課題である。

この課題は、既知の２つのプロフィル形成原理（線接触および点接触）の長所が組み合わされかつ欠点が回避された本発明によるプロフィル形成方法により解決される。（この方法によりプロフィル形成された）連続ローラ研削用研削ウォームを用いることにより、歯末の丈の簡単な変更修正（ある点における歯先逃げ面、歯底逃げ面、歯底すみ肉／正面圧力角の修正）が迅速に達成可能である。

本発明によるプロフィル形成方法は、ディスク形状のプロフィル形成ツールが回転している研削ウォームに沿って反復ストローク運動を行う一条ねじまたは多条ねじの研削ウォームのプロフィル形成方法であって、ウォームねじの軸方向断面の、異なる圧力角を有する２つの形状要素を形成するために、２つのプロフィル形成ストロークの間で、該２つの形状要素に対応したプロフィルを有する該プロフィル形成ツールが研削ウォームの回転軸およびプロフィル形成スピンドル軸の共通平面に直角な旋回軸（Ｆ）の周りで旋回運動の形の追加運動を行い、旋回角の大きさは希望圧力角の差（α₁−α₂）＝Δα_KRおよびプロフィル形成ツールの幾何形状に応じて決定され、プロフィル形成ツールの旋回は該旋回軸（Ｆ）に平行な第２の旋回軸（Ｃ）及び／又は垂直な第３の旋回軸（Ａ）の周りの研削ウォームの旋回運動により置き換えるかまたはこれを補充してもよいことを特徴とする。

本発明によれば、ウォームねじの高さを容易にかつ迅速に変更修正でき、同時にプロフィル形成を短時間で行うことができる。

この方法において、研削ウォームねじの軸方向断面の形状要素に、配位マトリックス表に基づいて特殊ディスク形状の個々のプロフィル形成ツール要素が割り付けられることが好ましい。

また、本発明によるプロフィル形成ツールは、硬質材料の粒子で被覆された２つのフランクの各々が、プロフィル形成ドレッシング法でドレッシングするための直線または曲線セグメントを軸方向断面内に有する、上述の方法を行うためのディスク形状プロフィルツールであって、ツールがラインごとのドレッシング用先端面取り半径部をさらに有することを特徴とする。ツールが軸方向断面内の両方のフランクにおいて直線または曲線セグメントを有し、２つのセグメントの圧力角がある角度をなして交差することが好ましい。

本発明によるプロフィル形成装置は、研削スピンドル軸を有する研削スピンドルならびにプロフィル形成スピンドル軸を有するプロフィル形成スピンドルを含み、プロフィル形成スピンドルは研削スピンドル軸に平行に研削スピンドルに対し相対的にシフト可能でありかつ半径方向に送りが可能である、上述の方法を行うための装置であって、プロフィル形成スピンドルが研削スピンドルに対し相対的におよび／または研削スピンドルがプロフィル形成スピンドルに対し相対的に、研削スピンドル軸およびプロフィル形成スピンドル軸の共通平面に直角な軸の周りに旋回可能であることを特徴とする。

本発明は連続ローラ研削の原理による歯車のプロフィル研削のための一条ねじまたは多条ねじ研削ウォームのプロフィル形成方法に関するものである。提案されたプロフィル形成原理の目的は、プロフィルツールおよび／または研削ウォームを相互に、研削ウォームねじの軸方向断面の種々の領域（形状要素という）がプロフィル形成ツールの能動領域の種々の幾何形状要素（ツール要素という）によりプロフィル形成が可能なように位置決めすることにある。このために、本発明により、配位マトリックス表を用いてツール要素が研削ウォームねじの軸方向断面の各形状要素に割り付けられている。この場合、割付基準として、とくに短いプロフィル形成時間および形状要素のフレキシブルな変更が適用される。ウォームねじとプロフィル形成ツールとの間で、点接触を形成するツール要素はフレキシブルに変更しなければならないウォームねじの軸方向断面の形状要素に割り付けられている。一方で、比較的長い形状要素はより生産能力の高い線接触によりプロフィル形成される。研削ウォームとプロフィルツールとの相互間の相対位置決めのために、研削ウォームのプロフィル形成に関して既知の、ストローク運動および送り運動を形成するための直線軸のほかに、プロフィル形成ツールおよび／または研削ウォームを旋回させるための旋回軸もまた使用される。

以下に本発明を図面に示す実施形態により詳細に説明する。

研削ウォームの所定の幅位置における研削ウォームねじの軸方向断面はねじ高さｈにわたり異なる形状要素に分割してもよい（図３）。ウォームねじの軸方向断面のフランク側線に対して、たとえば次の形状要素が形成される。

歯先４
半径ｒを有する歯先面取り部５
逆クラウニング半径ＨＢｒおよび圧力角α₁を有する第１のフランク領域６圧力角α₂を有する第２のフランク領域７
歯底８
各形状要素は境界を形成するそれ自身の二次元幾何形状要素（直線、円等）を表わしている。研削ウォームねじの軸方向断面のフランク側線は原理的にあらゆる形状要素で構成してもよいが、必ずしもその必要はない。研削ウォームねじの軸方向断面の簡単なケースは、（左および右フランク側線のそれぞれに対する）形状要素、すなわち歯先、フランクおよび歯底の連結から形成される。

図４に示すプロフィル形成ツールは同様に個々の要素からなる能動領域で構成されている。プロフィル形成ツールは各フランクに対し直線形状、半径形状またはその他の形状からなる幾つかの領域を有していてもよい。図４の具体例においては、能動領域は２つの直線形状フランク領域９および１０および丸い半径形状先端領域１１から構成されている。このプロフィル形成ツールにおいては、角度α_KRWZだけ異なる２つの直線形状フランク領域の勾配がとくに重要である。

この場合、提案されたプロフィル形成原理は、プロフィル形成に関して、配位マトリックス表（図５）により研削ウォームねじの軸方向断面の形状要素に対しツール要素として先端半径部を割り付けることに基づいており、これらの形状要素は自由に変更可能でなければならず（たとえば歯先面取り半径部、フランク領域の歯先または歯底逃げ面）および／またはウォームねじの軸方向断面の短い直線形状領域のみを示すものでなければならない。このとき、これらの形状要素は数回のプロフィル形成ストロークにおいて（ラインごとに）ドレッシングされる。線接触を可能にするツール要素はウォームねじの軸方向断面の長い領域（たとえばフランク領域）に対して割り付けられる。このようにして、ウォームねじ全体のラインごとのプロフィル形成に比較して、このプロフィル形成時間を実質的に短縮することが可能である。ウォームねじの軸方向断面のある形状要素（たとえば歯先および歯底）に対しては、ウォームねじの軸方向断面内におけるそれらの幾何形状配置のために、通常１つのツール要素のみを選択してもよい。したがって、このケースにおいては制限条件を守らなければならない。

プロフィル形成ツールの２つの直線形状フランク領域の両方を使用するとき、プロフィル形成ツールを傾けたりまたは図に示す旋回軸Ｆ（図４）の周りに旋回させることが必要である。この旋回により、１つのプロフィル形成ツールを用いて（たとえば歯先または歯底逃げ面を形成するために）ウォームねじの軸方向断面の異なる圧力角を有するフランク領域をプロフィル形成することが可能になる。２つの圧力角の間の差を、範囲０≦Δα≦（α₁−α₂）内で変化させることもまた可能である。ウォームねじの軸方向断面のフランク領域の２つの圧力角の間の差（α₁−α₂）は必ずプロフィル形成ツールの角度α_KRWZより小さいかまたは等しい。この旋回がいかに正確に行われるかが、以下に、ウォームねじの一方のフランク側線（たとえば左フランク）のプロフィル形成に対する加工順序により示されている（図６（Ａ）〜（Ｄ））。

プロフィル形成されるべきウォームねじの軸方向断面２は、各フランク側線に対して、５つの形状要素、すなわち歯先４、歯先面取り部５、α₁を有するフランク領域６、α₂を有するフランク領域７および歯底８から構成されている。ツール要素は配位マトリックス表によりこれらの形状要素の各々に割り付けられ、ここで基準に基づいて、プロフィル形成時間、ウォームねじ高さにおける修正の形成およびどのツール要素が使用されるかの制限条件を考慮しなければならない。この実施形態の配位マトリックス表が図５に示されている。この配位マトリックス表によれば、原理的にプロフィル形成手順はいずれの形状要素からスタートしてもよいが、歯先または歯底から開始するのが有効である。この例においては、歯先からスタートした（図６（Ａ））。配位マトリックス表により、この形状要素はツール要素の先端半径部１１によりプロフィル形成される。このために、ツールは送り増分だけ１回送られ、次にウォームねじの軸方向断面の歯先の中央からスタートしてウォームねじの歯先に沿って数回のストローク（ライン）で移動される。形状要素の端部に到達したとき、次にどの形状要素がどのツール要素でプロフィル形成されるかを確認する。この例においては、歯先面取り部５であり、歯先面取り部５は（この場合自由度の理由から）再びツールの先端領域１１でラインごとにプロフィル形成されなければならない（図６（Ｂ））。次の形状要素に接線方向に移行させるために、プロフィル形成ツールをＦ軸の周りに角度αKRWZだけ旋回させることが必要である。この形状要素もまたプロフィル形成されたとき、ウォームねじの軸方向断面の第１フランク領域６が次にプロフィル形成される。この第１のフランク領域６はかなり長い直線形状領域にわたり伸長しているので、この場合ラインごとのプロフィル形成は効率的ではない。したがって、直線軸ＵおよびＶを介して第１の直線形状ツール領域９がウォームねじの軸方向断面の第１のフランク領域６と係合する（図６（Ｃ））。ウォームねじの軸方向断面の第２のフランク領域７をプロフィル形成するとき、同様な手順が実行される。この場合、線接触プロフィルドレッシングによりプロフィル形成を行うことはさらに効率的である。しかしながら、ウォームねじの軸方向断面の第２のフランク領域７の勾配（圧力角）は第１のフランク領域６の勾配（圧力角）と異なるので、ツールの第２の直線形状領域１０が係合するように、プロフィル形成ツールは旋回軸Ｆの周りに旋回されかつ直線軸ＵおよびＶに沿って移動されなければならない（図６（Ｄ））。最後に、ウォームねじの軸方向断面の歯底領域８のプロフィル形成がプロフィル形成ツールの先端領域１１により再び行われる。このために、ツールは再びその初期位置に旋回され、それに応じて直線軸ＵおよびＶに沿って位置決めされなければならない。

ウォームねじの第２のフランク側線（この例において右フランク）は、第１のフランク側線に続いてプロフィル形成しても、または対応する軸に沿って移動可能な第２のプロフィル形成ツールを用いて第１のフランク側線と同時にプロフィル形成してもよい。

図７（Ａ）〜（Ｄ）は同様な加工手順を示している。しかしながら、この場合においては、ウォームねじの軸方向断面のフランク領域７に対して第２の直線形状ツール領域が利用可能ではない。このために、ウォームねじの軸方向断面の歯先面取り部のプロフィル形成のためにプロフィル形成ツールの旋回は必要ではなく、また形状要素７のプロフィル形成のためにツール要素の先端半径部１１が選択されなければならない。フランク領域７のプロフィル形成のためにツールの先端半径部を選択することは、とくにこの形状要素が直線的に短くかつフランク領域６および７の間の圧力角の差がα_KRWZより大きいときにとくに好ましい。

ウォームねじの軸方向断面のフランク領域の異なる圧力角の形成はプロフィル形成ツールのＦ軸を用いることにより可能であるばかりでなく、研削ウォームを旋回軸Ｃおよび／または旋回軸Ａの周りに旋回することによってもまた達成可能であることに注目すべきである（図８（Ｂ））。これらの旋回運動と共に、研削ウォームねじをプロフィル形成ツールに対して相対的に適切に位置決めするために、同時にＸおよびＹ方向に補正運動もまた必要であることは当然である。これに関して、図８（Ａ）は研削ウォームを旋回することなく圧力角α₁を有する第１のフランク領域６をプロフィル形成することを示し、図８（Ｂ）は圧力角α₂を有するフランク領域７のプロフィル形成のために研削ウォームをＣ軸の周りに旋回させることを示している。これらの旋回軸の周りに旋回させるとき、条件α₁−α₂≦α_KRWZもまた満たされなければならない。

図１は研削ウォームのプロフィル形成のためのプロフィルドレッシングの原理図である。図２は研削ウォームのラインごとのプロフィル形成の原理図である。図３は研削ウォームねじの軸方向断面の形状要素を示す図である。図４はその能動領域内に幾つかの要素を含む旋回式プロフィル形成ツールを示す図である。図５はプロフィル形成ツールの要素の、研削ウォームねじの軸方向断面の形状要素との割り付けを示す配位マトリックス表である。図６（Ａ）〜（Ｄ）は研削ウォームのフレキシブルなプロフィル形成のための加工順序の第１の例を示した図である。図７（Ａ）〜（Ｄ）は研削ウォームのフレキシブルなプロフィル形成のための加工順序の第２の例を示した図である。図８（Ａ）および（Ｂ）は研削ウォームのフレキシブルなプロフィル形成のための他の方法として研削ウォームを旋回させる例を示した図である。

符号の説明

１プロフィル形成ツール
２研削ウォーム
３ストローク運動
４研削ウォームの歯先
５研削ウォームの歯先面取り部
６，７研削ウォームの直線形状フランク領域
８研削ウォームの歯底
９，１０プロフィル形成ツールの直線または曲線セグメント
１１プロフィル形成ツールの先端面取り半径部
２０研削ウォーム
２１研削スピンドル軸
２２プロフィル形成スピンドル軸

Claims

ディスク形状のプロフィル形成ツールが回転している研削ウォームに沿って反復ストローク運動を行う一条ねじまたは多条ねじの研削ウォームのプロフィル形成方法において、ウォームねじの軸方向断面の、異なる圧力角を有する２つの形状要素以外の形状要素をプロフィル形成ツールの先端領域によりラインごとにプロフィル形成し、ウォームねじの軸方向断面の、異なる圧力角を有する２つの形状要素を形成するために、２つのプロフィル形成ストロークの間で、該２つの形状要素に対応したプロフィルを有する該プロフィル形成ツールが研削ウォームの回転軸およびプロフィル形成スピンドル軸の共通平面に直角な旋回軸（Ｆ）の周りで旋回運動の形の追加運動を行い、旋回角の大きさは希望圧力角の差（α₁−α₂）＝Δα_KRおよびプロフィル形成ツールの幾何形状に応じて決定され、プロフィル形成ツールの旋回は該旋回軸（Ｆ）に平行な第２の旋回軸（Ｃ）及び／又は垂直な第３の旋回軸（Ａ）の周りの研削ウォームの旋回運動により置き換えるかまたはこれを補充してもよいことを特徴とするプロフィル形成方法。
研削ウォームねじの軸方向断面の形状要素に、配位マトリックス表に基づいて特殊ディスク形状の個々のプロフィル形成ツール要素が割り付けられることを特徴とする請求項１記載の方法。
硬質材料の粒子で被覆された２つのフランクの各々が、プロフィル形成ドレッシング法でドレッシングするための直線または曲線セグメント（９）を軸方向断面内に有する、請求項１または２記載の方法を行うためのディスク形状プロフィルツールにおいて、ツールがラインごとのドレッシング用先端面取り半径部（１１）をさらに有することを特徴とするプロフィル形成ツール。
ツールが軸方向断面内の両方のフランクにおいて直線または曲線セグメント（９，１０）を有し、２つのセグメント（９，１０）の圧力角がある角度（α_KRWZ）をなして交差することを特徴とする請求項３のツール。