JP4863565B2 - 歯車製造装置の工具または加工物の設置方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、工作機器上において加工するために用意される工具と加工物の相対的位置を決定するための装置ならびに方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加工物の機械加工において、正確な工具の加工接触点は多くの場合工具自体が加工点を覆い隠しているために目視することができない。このことは、例えば歯車の連続創成歯切りにも該当し、とりわけ、はすば歯車の場合がそうである。この方法に使用される工具すなわち研削ウォームの特殊な形状と、この工具と加工される歯車の歯の間の接触状態のため、作業点は数学的な理論（交点法）によってのみ導出され、正確な加工接触点すなわち加工物上の噛合い点を目視して検出することは不可能である。従って、加工工程の開始点および終了点を固定するために機械が工具と加工物の相対位置を設定する必要があるが、これは視覚的手段で直接決定することはできない。
【０００３】
このような加工物を加工するために機械を設定する際、設定後における加工物のワークスピンドルに対する軸位置は通常不明であり、これは加工ドライバ、加工アーバ、スペーサカラー、および加工物自体の多様な個々の寸法に依存するためである。同様に、加工される歯車の歯の研削ウォームの加工接触点に対する軸位置を得ることも不可能であり、機械座標に対する加工物の相対位置は知られているように工具の加工接触点すなわち工具基準点であるが、これはワークスピンドルの位置の方式で数値機械制御システムによって計算される。特に、テーパ型の加工アーバを使用して作業する場合、加工物の軸位置は各設置ごとに異なったものとなり、これは口径許容差に依存するためである。
【０００４】
実用において、このようなケースでは測定表示装置等の機器を使用する傾向があり、これは工具基準点の高さを表示しこれによって加工物またはその歯の軸位置を視覚的に決定する。この方法は、精度が限られている以外にも、異なった加工物が異なった測定表示器を必要とする点において、好適なものでない。さらに、測定表示器は加工物の正確な軸位置が判定された後作業部分から離す必要がある。
【０００５】
機械加工される加工物の歯のワークスピンドルまたは機械座標システムへの軸位置を長さゲージを使用して測定し、続いて判定された寸法を工具基準点の実際位置の計算に組み入れることが提案されている。しかしながら、この方法は、測定表示器と同様に、加工部分内に基準面を必要とし、これは実際に得ることが困難であるとともに、一般的にオイルが散布されている加工部分内で不快な作業を行う必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、加工部分において手作業を行う必要がなく、また必要に応じて全ての加工物に対して同様に適用することができる、機械上において加工物の歯の軸位置を判定するとともに加工物の設置を行う装置および方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は、請求項に記載されている種々の特徴を組合わせることによって解決される。
【０００８】
ビーム面が加工物の軸に対して垂直であるとともに工具基準点を含むか、または加工物から一定の距離を有するように機械の加工部分に配置され形成するレーザラインプロジェクタを使用して、測定する加工物の周囲面に光線が照射される。このビーム面が加工物軸方向内において加工物に対して移動すると照射される光線も歯車の歯幅を横切って移動する。加工物を基準として加工プログラムの開始点を例えば加工物の歯の上端面と定義すると、開始点はレーザ光が歯の上端面と一致するものとして得られる。レーザビーム面が工具基準点を含まないようにレーザラインプロジェクタが配置されると、一致点が得られた後工具基準点とレーザビーム面との間の距離は加工物をこの距離に応じて軸方向に追加的に移動させることによって補償しなければならない。
【０００９】
次に、添付図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
【００１０】
【実施例】
本発明の第１の実施例において、図１の歯面研削装置は、機械台座１を備え、その上に第１のスライダ２と砥石主軸台３が移動可能に取り付けられている。砥石主軸台３内には、工具５を備えた工具主軸４が配置され、水平工具軸３３の周りで回転可能である。加工物軸３１の方向に移動可能な第２のスライダ７を支持するスイベルヘッド６が第１のスライダ２内に配置されるとともに、これも水平軸の周りで回転可能である。スライダ７の回転のために設けられたワークスピンドル８と滑り心受９との間に、加工物１１が取り付けられたワークアーバ１０が配置されている。加工物１１上に指向するレーザビーム１５を有するレーザラインプロジェクタ１２は、ホルダ１３を介してスイベルヘッド６に固定的に取り付けられている。レーザラインプロジェクタから放射されるレーザビーム面３０が加工物軸３１に対して垂直になると同時に工具５の工具基準点３４（図４参照）を含むか、あるいはこれから既知の距離を保持しいわゆるマシンコンスタントとなるように調整される。工具基準点３４は、工具軸３３と中央距離線３５（図４参照）との間の交点であり、この中央距離線は工具軸３３と加工物軸３１に対して垂直に交差する。
【００１１】
図１には、工具主軸４とワークスピンドル８がそれぞれ接続されている、第１および第２のモータ４３，４４、ならびに第１および第２の角度エンコーダ４５，４６が示されており、同様にフィードモータ４７，４８およびスライダ２，７の適正位置エンコーダ４９，５０が示されている。全てのモータ４３，４４，４７，４８、角度エンコーダ４５，４６、ならびに位置センサ４９，５０は、ＮＣ制御ユニット５１に接続されており、また砥石主軸台３の図示されていないフィードモータおよび主要な位置エンコーダもＮＣ制御ユニット５１に接続されている。
【００１２】
図２にはレーザ光線１４が示されており、ここにはレーザラインプロジェクタ１２によって加工物１１の周囲に形成される扇形のレーザビーム１５が示されている。加工プログラムの開始点を決定するために、第２のスライダ７は設置中に手動で移動させられ、レーザ光線１４は基準位置として定義される加工物１１の上部または下部端面１６に当接する。この位置は、例えば操作者がボタンを付勢することに応答して、“ティーチイン”方法を使用してＮＣ制御ユニット５１によって受容される。
【００１３】
本発明の第２の実施例の機械の構成において、図３に示されているように、工具１７は、スライダ２３を介して、加工物軸３１に平行に、固定された加工物１８に対して移動し、加工物軸は機械台座２２上のワークスピンドル２６内に回転のために配置されている。ここで、レーザラインプロジェクタ１２は、スライダ２３（図示されていない）に取り付けることが最適であり、さらに形成されたレーザビーム面３０は再度工具１７の基準点３４を含んでいる。この場合も、工具１７による加工の開始位置は照射されたレーザ光線１４と歯車の歯の上部または下部端面１６との交点によって得られる。
【００１４】
さらに、図３に示されているように、レーザラインプロジェクタ１２をＮＣ制御ユニット５１によって加工物軸３１に平行に移動させることができる分離された第３のスライダ２１に取り付けることも可能である。他の全ての機械動作から独立してこのスライダを移動させることができる場合、この他の全ての機械動作を使用して例えば工具５の形成等の機械上の他の操作が同時に進行している間に、加工物１８の軸位置を測定することが依然として可能である。従って、この追加的な可動スライダ２１は、同時作業シーケンスによって大幅に時間を節約することが可能となり、従って機械全体をより効率的に使用することができる。
【００１５】
加工物の軸位置を判定する場合と同じ方式で、本発明は工具の軸位置の判定にも使用することができ、この際レーザラインプロジェクタからのレーザビーム面３２とともにレーザ光線１４が工具５の周囲面上に工具軸に対して垂直に生成され、スライダ１９の軸方向への相対移動によって、このように形成されたレーザ光線を、任意に定義することができる工具上の基準点に一致させ、この点から数学的解析によって工具の実際の開始位置および終了位置が決定される。
【００１６】
図４には、本発明の両方の適用例に対するレーザラインプロジェクタのレーザビーム面３０，３２の幾何学的な位置が示されている。ここで、矢印３６は加工物軸方向の移動を示しており、矢印３７は工具軸方向の移動を示しており、さらに矢印３８は工具と加工物との間の中央距離を示している。中央距離線３５は工具基準点３４と加工物基準点３９の両方を通過しており、この中で加工物軸３１と垂直に交差する。加工物の軸位置の判定は（加工物軸３１に対して垂直である）レーザビーム面３０の加工物軸３１の方向における相対移動によって実施され、工具の軸位置の判定は（工具軸３３に対して垂直である）レーザビーム面３２の工具軸３３の方向における相対移動によって実施される。
【００１７】
レーザビーム面３０，３２は、それぞれ加工物軸３１と工具軸３３に対して垂直であり、また設置後に横切っている（斜め）２つの軸３１，３３間の最短中央距離の経路３５を含んでいることを特徴とする。
【００１８】
連続創成歯切りと同じ方式において、本発明は、例えば割り出し創成および成形研削、ホブ切り、シェービング、微細切削、および歯車ホーニング等の同様な歯車加工にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】連続創成歯切り装置に取り付けられた本発明に係る装置を示す概略構成図である。
【図２】レーザラインプロジェクタからのビーム面を加えた図１の装置の拡大詳細図である。
【図３】図１のものと異なった軸配置を有する連続創成歯切り装置を示す概略構成図である。
【図４】加工物と工具の位置が決定した際のレーザビーム面の位置を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 機械台座
２ 横送り台
３ 砥石ヘッド送り台
４ 研削盤主軸
５ 研削ウォーム
６ ターンテーブル
７ 供給スライダ
８ ワークスピンドル
９ 滑り心受
１０ ワークアーバ
１１ 加工物
１２ レーザラインプロジェクタ
１３ ホルダ
１４ 光線
１７ 工具
１８ 加工物
２１ 分離スライダ
３１ 加工物軸
３３ 水平軸
３４ 工具基準点
３５ 中央距離線
３６ 矢印
３９ 加工物基準点
４３，４４ モータ
４５，４６ 角度エンコーダ
４７，４８ フィードモータ
４９，５０ 位置エンコーダ
５１ ＮＣ制御ユニット

Claims (8)

1. 歯車形状またはウォーム形状の工具（５）によって歯車を微細加工するための機械上における加工作業の開始点および終了点を決定するために工具に対する加工物の位置設定を行う方法であり、
   レーザラインプロジェクタ（１２）からのレーザビーム（１５）によって加工物の歯上に加工物軸（３１）に対して垂直にレーザ光線（１４）を照射し、
   前記レーザ光線を相対的に軸方向移動させることによって加工物の１つまたは両方の端面（１６）に一致させ、
   その結果得られた位置をＮＣ制御ユニット（５１）に入力し、
   加工物上におけるレーザ光線（１４）の軸方向の相対移動は、加工物（１１）の加工物軸（３１）方向における軸方向移動か、またはレーザラインプロジェクタ（１２）のレーザビーム（１５）の加工物軸（３１）方向における軸方向移動のいずれかによって達成する方法。
2. 歯車形状またはウォーム形状の工具によって歯車を微細加工するための機械上における加工作業の開始点および終了点を決定するために加工物に対する工具の位置設定を行う方法であり、
   レーザラインプロジェクタ（１２）からのレーザビーム（１５）によって工具（５）の周囲面上に工具軸（３３）に対して垂直にレーザ光線（１４）を照射し、
   前記レーザ光線を相対的に軸方向移動させることによって工具（５）上の代表点に一致させ、この点から工具の実際の開始および終了点を数学的解析によって決定し、
   その結果得られた位置をＮＣ制御ユニット（５１）に入力し、
   工具（５）の周囲面上におけるレーザ光線の軸方向の相対移動は、工具（５）またはレーザラインプロジェクタ（１２）のレーザビーム（１５）のいずれかを工具軸（３３）方向において移動させることよって達成する方法。
3. 歯車形状またはウォーム形状の工具（５）によって歯車を微細加工するための機械上における加工作業の開始点および終了点を決定するために工具に対する加工物の位置設定を行う装置であり、
   機械基台（１，２２）と、
   工具軸（３３）周りで回転するよう設置された工具スピンドル（４）とを備え、この工具スピンドルは第１のモータ（４３）と第１の角度エンコーダ（４５）とに接続され、
   さらに加工物軸（３１）周りで回転するよう設置されたワークスピンドル（８，２６）を備え、このワークスピンドルは第２のモータ（４４）と第２の角度エンコーダ（４６）とに接続され、
   さらに工具スピンドル（４）とワークスピンドル（８，２６）とを互いに工具軸（３３）に平行に移動させるための第１のスライダ（２，１９）と、
   ワークスピンドル（８，２６）と工具スピンドル（４）とを互いに加工物軸（３１）に平行に移動させるための第２のスライダ（７，２３）とを備え、
   両方のスライダはそれぞれ１つのモータ（４７，４８）によって駆動し得るとともにスライド行程がそれぞれ１つの位置エンコーダ（４９，５０）によって測定され、
   全てのモータ、送り駆動要素、位置センサ、および角度エンコーダはＮＣ制御ユニット（５１）に接続され、
   装置はさらに
   レーザラインプロジェクタ（１２）を備え、
   そのレーザビーム面（３０）は加工物軸（３１）と垂直に交差するとともに、ワークスピンドル（８）に対して加工物軸（３１）に平行に移動させることができ、
   移動行程をＮＣ制御ユニット（５１）に接続された位置エンコーダ（５０）によって測定する装置。
4. ワークスピンドル（２６）は機械基台（２２）上で回転するよう設置され、工具スピンドル（４）は第１のスライダ（１９）および第２のスライダ（２３）によって機械基台（２２）に対して移動可能であり、レーザラインプロジェクタ（１２）は前記第２のスライダ（２３）に取り付けられている請求項３記載の装置。
5. 第１のスライダ（２）上にスイベルヘッド（６）が加工物軸（３１）に垂直な軸周りで回転するよう設置され、第２のスライダ（７）はスイベルヘッド（６）上のガイド内で移動可能であり、レーザラインプロジェクタ（１２）はスイベルヘッド（６）に取り付けられる請求項３記載の装置。
6. レーザラインプロジェクタ（１２）は第３のスライダ（２１）に取り付けられ、このスライダは装置の他のＮＣ軸から独立して加工物軸（３１）に平行にガイド内を移動することができる請求項３記載の装置。
7. レーザラインプロジェクタ（１２）のレーザビーム面（３０）は工具基準点（３４）に交差するか、または前記点から予め設定された距離を保持する請求項３記載の装置。
8. 歯車形状またはウォーム形状の工具（５）によって歯車を微細加工するための機械上における加工作業の開始点および終了点を決定するために加工物に対する工具の位置設定を行う装置であり、
   機械基台（１，２２）と、
   工具軸（３３）周りで回転するよう設置された工具スピンドル（４）とを備え、この工具スピンドルは第１のモータ（４３）と第１の角度エンコーダ（４５）とに接続され、
   さらに加工物軸（３１）周りで回転するよう設置されたワークスピンドル（８，２６）を備え、このワークスピンドルは第２のモータ（４４）と第２の角度エンコーダ（４６）とに接続され、
   さらに工具スピンドル（４）とワークスピンドル（８，２６）とを互いに工具軸（３３）に平行に移動させるための第１のスライダ（２，１９）と、
   ワークスピンドル（８，２６）と工具スピンドル（４）とを互いに加工物軸（３１）に平行に移動させるための第２のスライダ（７，２３）とを備え、
   両方のスライダはそれぞれ１つのモータ（４７，４８）によって駆動し得るとともにスライド行程がそれぞれ１つの位置エンコーダ（４９，５０）によって測定され、
   全てのモータ、位置エンコーダ、および角度エンコーダはＮＣ制御ユニット（５１）に接続され、
   装置はさらに
   レーザラインプロジェクタ（１２）を備え、
   そのレーザビーム面（３２）は工具軸（３３）と垂直に交差するとともに、工具スピンドル（４）に対して工具軸（３３）に平行に移動させることができ、
   移動行程をＮＣ制御ユニット（５１）に接続された位置エンコーダ（４９）によって測定する装置。

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