JP5026512B2 - 一定研削プロセスを維持する方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばドレッシングによって、砥石車径が減少するにつれて、シフト間に利用された砥石車材料の量が一定のままである、ねじ切砥石車を用いて円筒歯車を研削することに向けられている。

ねじ切砥石車を用いて円筒歯車（例えば、平歯車又ははすば歯車）を研削する際、砥石車の回転軸方向に砥石車に対して工作物を移動させる、即ち「シフト」させることが慣例である。シフトは、歯車を研削する間に行われてもよく（連続シフトとして知られている）、即ち、シフトが歯車歯の長さに沿って砥石車を往復運動させるのと同時に行われ、その結果として砥石車と工作物の間で斜めの移動がもたらされてもよい。

砥石車の軸線方向でのシフトは、また、往復運動の合間（荒研削と仕上げ研削の往復運動の合間など）に、又は最終研削の往復運動後（例えば、仕上げの往復運動の後）に行われてもよい。増分シフトとして知られているこのタイプのシフトは、通常、仕上げ研削などのために砥石車上の別の位置で工作物を位置決めする、或いは、砥石車を、１つの工作物の仕上げ研削位置から次の工作物の開始位置に再位置決めすることを意図している。増分シフトは、砥石車のどちらかの軸線方向で、いずれか又は全ての往復運動の合間に行われてもよい。

シフトは、砥石車の長さに沿って均等に摩耗を分布させ、砥石車の未使用部分を工作物と接触させるので、砥石目づまり又は研削焼けを起こすことなく短時間で最大量の金属を除去することが可能になる。砥石目づまりは、金属粒子が砥石車に付着し、それによって砥石車の気孔が塞がれて、砥石車にかかる負荷又は力が増加してしまう状態として理解されている。研削焼けは、研削プロセスの間に、歯車歯面の金属が焼き戻されるのに十分な熱が発生する状態として理解されている。重度の焼けは目で見ることができるが、ほとんどの場合、歯車が焼けてしまっているかを判断するため、特別な検出プロセスを使用しなければならない。砥石目づまりは研削焼けをも引き起こす場合がある。

砥石車の軸線に沿って開始位置から終了位置までシフトさせる際、対応する量の研削ねじ山表面積が利用される。ねじ山表面積の量は、連続シフト（ＣＳ）の量、砥石車の直径（又は半径）、及び研削ねじ山のリード角（λ）に応じて変わる。

しかし、砥石車が使用されるにつれて、研削ねじ山は摩耗するので、砥石車に周期的にドレッシングを施して研削ねじ山をその所望の形態に復元しなければならない。ドレッシングのたびに砥石車の直径は小さくなる。砥石車の直径が小さくなるにつれて、シフトにおいて利用されるねじ山表面積の量が同様に少なくなる。したがって、研削プロセスは一定ではなく、シフトごとに少なくなるねじ山表面積の量が、砥石目づまり及び／又は研削焼けの可能性を増加させ、そのことが製造される歯車の品質に影響を及ぼす場合がある。

本発明は、砥石車の直径が減少するにつれて砥石車のシフト量を調節することによって、一定研削プロセスを提供する方法を目的とする。

本発明を、単に例示として本発明を説明するための好ましい実施例を参照して説明する。

図１は、円筒歯車（例えば、平歯車又ははすば歯車）の研削プロセスの２つの運動成分を示す。第１の成分Ｚは、それによって砥石車Ｗが歯車歯（図示なし）の長さに沿って移動（即ち、往復運動）させられる、砥石車の送り運動を表す。第２の成分Ｙは、砥石車の回転軸方向でのシフトを表す。これらの運動の組み合わせによって、砥石車の端から端への斜め送り運動Ｄ（図２）が得られる。上述の運動は、砥石車と工作物の間の相対運動であって、砥石車のみの運動に限定されるものではなく、工作物の運動によって、又は砥石車と工作物両方の運動の組み合わせによって実現されてもよいことを理解されたい。

上述したように、シフトは、砥石車の長さに沿って均等に摩耗を分布させ、砥石車の未使用部分を工作物と接触させるので、砥石目づまり又は研削焼けを起こすことなく短時間で最大量の金属を除去することが可能になる。しかし、例えばドレッシングによって、砥石車の直径が減少するにつれて、シフトにおいて利用されるねじ山表面積の量も減少する。したがって、研削プロセスは一定ではなく、ねじ山表面積が減少するにつれて研削される歯車の品質が低下する。

本発明者らは、砥石車の直径（又は半径）が小さくなっても、シフト量、好ましくは少なくとも連続シフト量を調節することによって、研削プロセスを一定プロセスとして維持することができ、したがって歯車の品質を一定に維持することができることを発見している。このようにして、砥石車の寿命を通じてシフトごとのねじ山表面積の量が一定量で維持される。

砥石車が最初に使用されるとき、初期のシフト量が決定される。これは多くのやり方で行うことができる。例えば、初期の連続シフト量は、工作物のモジュール（有効径／歯数）の百分率、例えばモジュールの２０％に決定されてもよい。したがって、モジュール２．５の歯車の場合、初期の連続シフト量は０．５０ｍｍである。初期の増分シフト量については、モジュールに等しい量（ｍｍ）、例えば２．５ｍｍが利用されてもよく、初期の増分バックシフト（後述）量（ｍｍ）は、例えばモジュールの７０％（例えば、１．７５ｍｍ）に選択されてもよい。当然ながら、いずれのタイプのシフトの初期量も、数学的関係、或いは特定のメーカー又は機械工の経験及び／又は好みによって決定されてもよい。特定の初期のシフト量（連続若しくは増分）、又は初期のシフト量を決定する特定の手法は、本発明を実施するために好ましいものでも必須のものでもない。

一般的な研削及びシフト手順の一実施例を図３に示す。第１の工作物、部品＃１を、砥石車上の初期の所望位置で砥石車と接触させ、第１の荒研削パス（荒１）と、それに続く第２の荒研削パス（荒２）とを用いて研削を開始する。荒研削パスそれぞれの間、砥石車を工作物に対して連続シフト（ＣＳ）させる。第２の荒研削パスの後、仕上げ研削パス（仕上げ）を行う砥石車の長さに沿った別の位置（即ち、未使用の若しくはあまり使用されていない位置）に工作物を再位置決めする、増分シフト（ＩＳ）を行う（砥石車と部品とは接触しない）。仕上げ研削パスの間、砥石車をやはり工作物に対して連続シフト（ＣＳ）させる。部品＃１の研削プロセスが完了すると、増分バックシフト（ＩＢＳ）を行って（砥石車とは接触しない）、次の工作物、即ちこの実施例では部品＃２の初期の研削位置を確立する。工作物保持装置及び／又は砥石車は、増分バックシフト量によって規定される位置で部品＃２が砥石車と接触するようにして再位置決めされる。バックシフトは、連続シフト及び増分シフトとは逆方向で行われるので、通常、その方向とシフト量は負（−）符号規約によって表される。

砥石車がドレッシングされ、部品＃１の位置又は別の開始位置のどちらか所望の位置で、研削を再び開始できるまで、上述の手順を新たな工作物それぞれに対して繰り返す。図３には４つの部品が示されているが、図示されている部品の数は単に例示のためのものであり、砥石車のドレッシングの合間に機械加工される部品の数を示すものではないことを理解されたい。更に、部品（＃１〜＃４）は、図３の砥石車上の異なるＺ方向位置で示されているが、これもやはり例示のためであり、本発明において、多様なＺ軸開始位置が求められることを示すものではない。

本発明は、砥石車の直径（又は半径）が減少するにつれて、シフト量が増加した量に調節される、一定研削プロセスを維持することを含む。好ましくは、シフト（連続及び／又は増分）と砥石車径との関係は、一般に、次式のように表される。

式中、
Ｓ_Ａ＝新たに調節されたシフト量
Ｓ_１＝初期のシフト量
ｄ_１＝初期の砥石車径
ｄ_Ｃ＝現在の（新たにドレッシングされた）砥石車径

当然ながら、上述の関係を変化する砥石車半径の関数として同等に表すことができることは全く明白である。換言すれば、

式中、
Ｓ_Ａ＝新たに調節されたシフト量
Ｓ_１＝初期のシフト量
ｒ_１＝初期の砥石車半径
ｒ_Ｃ＝現在の（新たにドレッシングされた）砥石車半径

一例として、モジュール２．９５の歯車について、上述の百分率関係を利用して次の初期のシフト量を決定した。
初期の連続シフト量（モジュールの２０％）＝０．５９０ｍｍ
初期の増分シフト量（モジュールに等しい）＝２．９５０ｍｍ
初期の増分バックシフト量（モジュールの７０％）＝−２．０６５ｍｍ
初期の砥石車径（ｄ_ｉ）は２２０ｍｍである。

この例の場合、現在の（新たにドレッシングされた）砥石車径（ｄ_Ｃ）１９０ｍｍを選択している。式（２）の関係を利用すると、砥石車の直径が１９０ｍｍのとき、シフト量が次のように調節又は修正されることが分かる。

連続シフト（ＣＳ）

ＣＳ_Ａ＝２２０／１９０（０．５９０ｍｍ）＝０．６８３ｍｍ

増分シフト（ＩＳ）

ＩＳ_Ａ＝２２０／１９０（２．９５０ｍｍ）＝３．４１６ｍｍ

増分バックシフト（ＩＢＳ）

ＩＢＳ_Ａ＝２２０／１９０（−２．０６５ｍｍ）＝−２．３９１ｍｍ

砥石車の直径が減少するにつれて、シフト量は増加する。このようにして、砥石車径が変わっても、各シフト量と関連付けられたねじ山表面積は一定のままとなる。したがって、砥石車の寿命全体を通じて研削プロセスは一定のままとなり、したがって、砥石車の寿命を通じて歯車の品質が一貫したものになる。シフトの間、一定量のねじ山表面積を維持することを考察してきたが、ドレッシング深さが一定に保たれる限り、研削ねじ山体積の量も一定に維持されることになる。

砥石車の各ドレッシングの後、連続シフト、増分シフト、及びバックシフトの１つ若しくは複数に対する、最も好ましくは少なくとも連続シフトに対する調節されたシフト量は、ドレッシング後に認められる砥石車径（即ち、「現在の新たにドレッシングされた」砥石車径）に基づいて決定されることが好ましい。このようにして、シフトごとに利用される砥石車材料の量は一定のままとなり、研削された部品の品質が一貫したものになる。ただし、各ドレッシングの後にシフト量の１つ又は複数を調節することが好ましいものの、これは必須ではない。シフト量の調節は、例えば、２回のドレッシングごとに、又は３回のドレッシングごとに決定されてもよい。

上述の実施例は、現在の新たにドレッシングされた砥石車径ｄ_Ｃ、初期の砥石車径ｄ_１、及び初期のシフト量Ｓ_１の関係に基づいて表したものであるが、本発明はまた、現在の（新たにドレッシングされた）砥石車径ｄ_Ｃ、直前の砥石車径ｄ_Ｃ−１、及び直前のシフト量Ｓ_Ａ−１の関係に基づいて、次式のように表されてもよい。

式中、
Ｓ_Ａ＝新たに調節されたシフト量
Ｓ_Ａ−１＝直前のシフト量
ｄ_Ｃ−１＝直前の砥石車径
ｄ_Ｃ＝現在の（新たにドレッシングされた）砥石車径

更に、本発明の方法を円筒状の砥石車に関して考察してきたが、本方法は、工作物をシフトさせることが適切である、あらゆるタイプのねじ切砥石車（中空クラウニング（凹面）砥石車及び筒状クラウニング（凸面）砥石車として知られているものを含む）に対して実施される研削プロセスにも等しく適用可能であることに留意されたい。本発明は、複数の開始部分を有する砥石車にも適用可能である。

本発明の方法を、周期的なドレッシングによって生じる可能性が最も高いであろう砥石車径の減少につれて、シフト量を調節することに関して考察してきたが、本方法は逆の手法にも適用されてもよい。例えば、上述の実施例において、本発明に使用される砥石車（ｄ_１＝２２０ｍｍ）が、その最小有効径、例えば１６０ｍｍまでドレッシングされた場合、新たにドレッシングされた直径１６０ｍｍにおける調節された連続シフト量ＣＳ_Ａは０．８１１ｍｍとなる（上記の式（３）を参照）。この最小径における（又は他の任意に選択された直径における）情報を利用して、同じ歯車に対して後に続く新たな砥石車（例えば、直径＝２４０ｍｍ）の初期のシフト量が決定されてもよい。この例（連続シフトの場合）では、

式中、
ＣＳ_１＝新たな砥石車の初期のシフト量
ＣＳ_Ｃ＝現在の砥石車の現在のシフト量
ｄ_１＝新たな砥石車の直径
ｄ_Ｃ＝現在の砥石車の現在の直径
したがって、上述のパラメータに基づいて、直径２４０ｍｍの新たな砥石車の初期のシフト量は、次のようになる。
ＣＳ_１＝１６０／２４０（０．８１１ｍｍ）＝０．５４１ｍｍ
当然ながら、式（７）に表された関係も、後に続く砥石車の増分シフト（ＩＳ）及び増分バックシフト（ＩＢＳ）の初期量を決定するのに適用されてもよい。

本発明を好ましい実施例に関して記載してきたが、本発明はそれらの詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、その主題が属する技術分野の当業者には明白であるような修正を含むものとする。

研削プロセスの２つの運動成分を示す図である。 図１の運動から得られる斜め運動を示す図である。 工作物研削の間に行われるシフト手順の一例を示す図である。

Claims (13)

1. 研削の少なくとも一部の間に砥石車に対して前記砥石車の回転軸方向に歯車をシフトさせることを含む、ねじ切砥石車を用いて円筒歯車を研削する方法であって、
   一定研削方法を維持するために、前記砥石車の使用期間の間に前記砥石車の直径に応じてシフト量を変える工程を含み、
   前記使用期間の間、前記砥石車の直径が第１の寸法から減少し、前記シフト量が第１の量から増加する、方法。
2. 前記シフトが連続シフトを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記研削が荒研削及び仕上げ研削の少なくとも１つを含み、荒研削及び仕上げ研削の前記少なくとも１つの間、前記歯車が前記砥石車に対して連続シフトされる、請求項１に記載の方法。
4. 荒研削及び仕上げ研削を含み、前記荒研削及び前記仕上げ研削が前記砥石車の長さに沿った非隣接位置で実施され、前記非隣接位置の間の距離が前記砥石車の軸方向に沿った増分シフトによって規定され、前記増分シフトに沿ってシフトする間に前記歯車が前記砥石車と接触していない状態で、前記増分シフトに沿って前記砥石車に対して前記歯車がシフトされる、請求項１に記載の方法。
5. 第１の歯車を仕上げ研削し、次に第２の歯車を荒研削する工程を含み、前記仕上げ研削及び前記荒研削が前記砥石車の長さに沿った非隣接位置で実施され、前記非隣接位置の間の距離が前記砥石車の軸方向に沿った増分バックシフトによって規定され、前記増分バックシフトに沿ってシフトする間に前記歯車が前記砥石車と接触していない状態で、前記増分バックシフトに沿って前記第１又は第２の歯車用の工作物保持装置に対して前記砥石車がシフトされる、請求項１に記載の方法。
6. 一定研削方法の維持が、シフトにおいて利用される砥石車ねじ山表面積を一定に維持することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 一定研削方法の維持が、シフトにおいて利用される砥石車ねじ山体積を一定に維持することを含む、請求項１に記載の方法。
8. 研削の少なくとも一部の間に砥石車に対して前記砥石車の回転軸方向に歯車をシフトさせることを含む、ねじ切砥石車を用いて円筒歯車を研削する工程を含み、前記砥石車の直径の減少をもたらす少なくとも１つのドレッシング作業を含む前記ねじ切砥石車の使用期間全体に及ぶ、一定研削プロセスを維持する方法であって、
   シフト量を、ドレッシング前の第１の量から、前記砥石車の前記使用期間の間における前記砥石車の直径の減少に応じて規定されるドレッシング後の第２の増加した量に変える工程を含み、
   それにより、増加した前記シフト量によって一定研削プロセスが維持される、方法。
9. 一定研削プロセスの維持が、シフトにおいて利用される砥石車ねじ山表面積を一定に維持することを含む、請求項８に記載の方法。
10. 一定研削プロセスの維持が、シフトにおいて利用される砥石車ねじ山体積を一定に維持することを含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記増加したシフト量が、ドレッシング直前の前記砥石車の直径と前記ドレッシング直後の前記砥石車の減少した直径とに基づいて決定される、請求項８に記載の方法。
12. 前記増加したシフト量が、任意のドレッシング前の前記砥石車の直径と最前のドレッシング直後の前記砥石車の減少した直径とに基づいて決定される、請求項８に記載の方法。
13. 研削の少なくとも一部の間に砥石車に対して歯車をシフトさせることを含む、ねじ切砥石車を用いて円筒歯車を研削する方法であって、
    少なくとも１つのドレッシングを含む前記砥石車の使用期間の間における前記砥石車の減少した直径に応じてシフト量を変える工程を含み、
    前記使用期間の間、前記砥石車の直径が第１の寸法から減少するにつれて、前記シフト量が第１の量から増加し、それによって一定研削方法が維持される、方法。

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