JP5091164B2 - インデックス誤差の補正を完成させるインデックス法において、かさ歯車を機械加工するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、生産に関連するインデックス誤差を補正するために、インデックス法及び歯車のホイールをインデックス機械加工するための方法で、かさ歯車を機械加工するための方法に関する。

インデックス法で動作する機械ツールと、連続的に動作する機械ツールとは、本質的に異なる。インデックス法の場合、歯のすき間を機械加工して、次に、相対的に移動する。これにより、ツールは歯のすき間から移動する（いわゆる、インデックス移動，インデックス回転）。ツールに相対的な歯車のホイールの回転は、隣の歯のすき間が次に機械加工される前に、行われる。歯車ホイールは、このように、次第に加工される。インデックス法で動作する歯車切削機械は、典型的には、ツールが再び係合する前に１つ以上のインデックスに基づいてワークピースの軸を中心にワークピースを回転させるインデックス装置を備える。

最近の機械の場合、適切な移動でインデックス移動が実行されるように設けられたＣＮＣ制御器を備える。

連続インデックス法とも言われる連続的な方法は、より複雑な移動手順に基づく。その方法では、ツールと機械加工されるワークピースとは、互いに相対的な連続的なインデックス移動を実行する。インデックス移動は、複数軸を有して設けられた駆動部によって可能になる。

インデックス法は、いわゆるインデックス誤差が生じるという、不都合な点を有する。これらは、ワークピースをフライス加工することによって、歯車の切削加工をしている間に、ワークピースの温度が変化するために、生じる。温度が上昇すると、事前の設定からの偏差が生じる。誤差は、（動作中に研削オイルを使用する場合）加熱のために生じるのではなく、個々のすき間を機械加工する間にツールが摩耗することによって生じるため、インデックス誤差は、研削中にも生じる。研削ディスクは、新しいワークピースの前ごとに通常再びドレッシング処理され、その結果、同様の摩耗が各ワークピースの各すき間で生じる。

この時点までに、インデックス誤差の合計が確定され、補正に変換されるため、そのようなインデックス誤差は補正される。インデックス誤差の合計は、典型的には、歯数で割られる。それは、いわゆる線形補正である。しかしながら、線形補正の場合、すべての歯が変更され、実際に正しい位置に設けられた歯を変更することになるため、この補正は十分ではない。

従って、本発明は、かさ歯車の大量生産におけるインデックス法によって、正確にかつ自動的に製造することができるアプローチを提供することを目的とする。

この目的は、請求項１に係る方法によって、達成される。

この目的は、かさ歯車を保持するためのワークピース・スピンドルと、研削ツールを保持するためのツール・スピンドルと、シングル・パート法によってかさ歯車を機械加工するための複数の駆動部とを備える装置を用いた本発明によって達成される。本発明によると、駆動部は、機械で前に生産されたサンプル・ワークピースについて確定されたインデックス誤差がその機械において現に生産されているかさ歯車について補正されるような相対移動と部分回転とがなされるように、制御器を介して作動可能である。

この目的は、かさ歯車を機械加工するために特別な６軸の装置が使用される本発明によって達成される。その装置は、かさ歯車を保持するためのワークピース・スピンドルと、ツールを保持するためのツール・スピンドルと、ツールを使用してかさ歯車を機械加工するための駆動部とを備える。装置は、次の両歯側部同時加工法のステップを実行する。その方法では、歯のすき間を形成する歯の両側部が、各場合で、同時に加工される。その方法は、
大量生産されるかさ歯車の形状を表すマスターデータと、この目的のために必要な機械ツールの移動とを予め規定するステップと、
マスターデータに基づいて、シングル・インデックス両歯側部同時加工法において後続する機械加工を行うステップと、
ａ）機械加工の移動を実行することによって、ツールを用いてサンプル・ワークピースの１つの歯のすき間を機械加工するステップと、
ｂ）ツールを歯のすき間から移動させるために、ツールとサンプル・ワークピースとの間を相対的に移動させるステップと、
ｃ）サンプル・ワークピースを他の角度方向に移動させるインデックス回転を実行するステップと、
ｄ）ツールを用いて、サンプル・ワークピースのすべての歯のすき間が加工されるまで、ステップａ）からステップｃ）を繰り返し実行することによって、サンプル・ワークピースの他の歯のすき間を機械加工するステップと、
（例えば、歯車切削の測定中心において）サンプル・ワークピースのすべての歯のインデックス誤差を確定するステップと、
歯毎の適切なインデックス誤差の補正を確定するステップと、
補正値（インデックス角度及び／又はツールの嵌り込み深さのオフセット）を送信する又は提供するステップと、
インデックス誤差を補正する、一連のかさ歯車の大量生産に備えた補正値に基づいて６軸装置の機械データを適用するステップと、
インデックス誤差を補正されたかさ歯車のすべての歯のすき間が加工されるまで繰り返されるステップａ）からｄ）を実行することによって適用された機械データを用いてインデックス誤差を補正したかさ歯車を生産するステップとを含む。

本発明によると、制御データ又は機械データは、複数の機械加工の移動とインデックス回転とがマスターデータによって規定されたサンプル・ワークピースの生産中に設定された初期設定を改変する方法で、インデックス誤差の補正を確定することによって、改変される。

言い換えると、インデックス誤差は、６軸のうち少なくとも２つ又はすべての軸を補正する。その結果、少なくとも回転は、部分的な回転を適用することによって改変し、歯のすき間の深さは、歯から歯の機械加工の移動を適用することによって、改変する。適用は、線形の適用ではなく、本発明に係る歯又は歯のすき間ごとのそれぞれに個別の適用である。

すなわち、本発明によると、大量生産で生産されるかさ歯車の各歯又は歯のすき間は、本質的に個別に修正され、その結果、各歯又は各歯のすき間は、「正しい」点に設けられる。基準は、かさ歯車のｚ歯の１つに設けられる。この１つの歯は、インデックス誤差を補正するための擬似的な参照歯として使用される。

発明は、特に、シングル・インデックス両歯側部同時加工法におけるかさ歯車のドライ研削に関する。インデックス誤差はドライ研削において明らかであるため、本発明は特にドライ研削に適する。これは、とりわけ、ウェット研削の場合よりも研削加工中に温度が激しく上昇して、そのために機械が「所望」よりも深く削るからである。材料が熱くなると、歯のすき間は、通常大きくなる。生産方法に応じて、ワークピースの温度は、開始時の室温から機械加工の終了時近くの４０〜５０°の間にまで変化する。

本方法は、歯車ホイールの研削におけるインデックス誤差の補正にも適する。研削中、研削ディスクには、コンポーネントを機械加工する前に、ドレッシング処理される。研削加工中、研削ディスクは、高さ及び幅方向に摩耗し、その結果、歯のすき間はさらに浅く狭くなる。次のコンポーネントを機械加工する前に、研削ディスクはドレッシング処理される。補正の方法は、この場合にも適用できる。

サンプル・ワークピースでのインデックス誤差を確定した後、上述のように、深い切削又は浅すぎる切削を大量生産において補正するために、インデックス角度τ（インデックス回転）及び／又は嵌り込み深さ（機械加工の移動）がどれだけ改変される必要があるかが、コンピュータによって確定される。

さらに、好ましい実施の形態は、特許請求の範囲に記載の独立した請求項から推定される。

本発明の実施の形態について、本明細書では図を参照して詳細に説明する。

関連する文献及び特許においても使用される用語は、本出願に関連して使用される。しかしながら、これらの用語の使用は、理解を助けるために過ぎない。本発明及び特許請求の範囲の保護範囲に係る思想が限定されるものではない。本発明は、他の用語システムや他の分野に、制限なく移転され得る。用語は、他分野に従って用いられ得る。

本発明に係る第１装置２０を図１に示す。本発明に係る機械２０は、全体的に又は部分的に、例えば、上述の出願ＤＥ１９６ ４６ １８９ Ｃ２に記載のまがりかさ歯車を生産するためのコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械に対応する。それは、回転軸１７を中心にフェース・カッター・ヘッド２４を回転させるための駆動モータ４１を備える。モータ４１とフェース・カッター・ヘッド２４とは、第１スライド４４に配置される。第１スライド４４は、マシン・ツール・ハウジング３６の上で側方に案内し、かつ、高さ方向（Ｚ軸と平行）に移動可能である。マシン・ツール・ハウジング３６は、次に、マシン・ツール・ベッド４７の上で水平方向（Ｘ軸と平行）に移動可能である。マシン・ツール・ベッド４７の上には、さらに、第２スライド４５が配置される。第２スライド４５は、ワークピース・スピンドル４９とワークピース３１とを保持して垂直軸Ｃを中心に回転可能なワークピース・キャリア４８を備える。ワークピース３１は、ワークピース・キャリア４８に設けられ、それによって、ワークピース３１は、水平軸３２を中心に回転できる。第２スライド４５は、水平方向（Ｙ軸と平行）に移動可能であり、マシン・ツール・ハウジング３６のＸ軸と第１スライド４４のＺ軸とに垂直な方向にも移動可能である。これらのマシン・ツール・コンポーネントは、このように、本発明に係るインデックス補正を用いるシングル・インデックス法における回転プロセスによって、かさ歯車を生産するための機械的要求を備える。本発明に係る機械と従来の機械との決定的な違いは、スイッチ・キャビネット３３の中に収納されたＣＮＣ制御器の改変した制御手段を含む。本発明によると、制御手段は、少なくとも１つのサンプル・ワークピースを生産した後に新しい制御データを取り込む制御器を備える。新しい制御データは、次に、インデックス誤差を補正したかさ車の大量生産のために使用される。

本発明によると、かさ車の歯のすき間は、送り込み移動の後に機械加工される。この手順は、マシニング・プロシージャと言われ、対応する移動は、マシニング移動である。次に、歯のすき間からツールを移動させるために、ツールとワークピースとの間での相対的な移動が生じる。この相対的な移動は、傾斜移動、又は並進移動と傾斜移動とを組み合わせた移動である。

相対的な移動により、直前に加工された隣接する歯の側面に衝突することなく、ツールは、歯のすき間から移動する。本発明によると、インデックス回転は、ワークピースの回転軸を中心に行われ、ツールは、再び送り込まれる。このインデックス回転は、インデックス誤差を補正するために、サンプル・ワークピースに行った対応部分の回転に関連して僅かに変化する。

ＣＮＣ制御器を備える、本発明に係る機械２０において、インデックス誤差の補正は、「電子的に」、すなわち、個々の移動手順を適切に適応させることによって、行われる。

本発明に係る制御器は、実際に大量生産を開始する前に改変した制御データを読み込み、次に、機械データ（すなわち、個々の軸方向の移動を実現するデータ）を適応させるように、プログラムされている。

ＣＮＣ制御器が備える実施の形態は、特に好ましくは、特別なソフトウェア・モジュール（例えば、図１のソフトウェア・モジュール１１）であり、それによって、矢印１２によって図１に模式的に示すように、改変した制御データを機械ツールに取得させることが可能になる。

本発明に係る装置２０に対応するブロック図を図２に示す。装置２０は、図２の機能ブロックとして示されるように、６つの駆動部（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｂ，Ｃ及びＡ１）を有する。駆動部の各々は、ＣＮＣ制御器４０によって制御される。図示する例では、ＣＮＣ制御器４０と駆動部との間の接続は、双方向矢印によって示される。双方向矢印は、駆動部が制御器４０にフィードバックできることを示す。回転駆動部Ｂ，Ｃ，Ａ１は、トルクに関するフィードバックを与えてもよく、すなわち、例えば、角度エンコーダが、角度方向を制御器４０に伝達するために使用される。例えば、駆動部Ｘ，Ｙ，Ｚは、距離又は方向エンコーダを介して制御器へ情報を戻し伝える。実施の形態に示すように、制御器４０は、ソフトウェア・モジュール４２に接続される。このソフトウェア・モジュール４２によると、データ・メモリ５１へのアクセスが可能になり、例えば、制御器４０によって変換可能なデータ形式が提供される。

本発明によると、例えば、ソフトウェア・モジュール４２は、所定の制御データ４５に基づいて１つ以上のサンプル・ワークピースを生産できるように設けられる。これらの制御データ４５は、例えば、接続４６を介したコンピュータ又は他のシステムによって予め決定される。装置２０がこれらの制御データ４５を直接的に変換する目的で設計される場合、制御データ４５は、メモリ５１に格納され、装置２０を直接的に制御するために使用されてもよい。この目的のために、データは、４７で示す接続を介してメモリ５１から回収される。しかしながら、実施の形態に基づいて、他の形式のデータを、制御データの代わりにメモリ５１に転送することも考えられる。例えば、ソフトウェア・モジュール４２は、生産の移動を実行する前に、接続４４を介してこれらのデータを取得し、制御情報又は制御データ４８に変換するように、使用されてもよい。

図１との接続において説明したように、実施の形態において、好ましくは、ＣＮＣ制御器４０は、特別なソフトウェア・モジュール（例えば、ソフトウェア・モジュール１１）を備える。それによって、矢印１２によって図２に模式的に示すように、ＣＮＣ制御器４０が測定機械ツール１０からデータを取得することが可能になる。ソフトウェア・モジュール１１は、大量生産のための改変した制御データ４８’を確定する。

代わりに、制御器４０は、測定機械ツール又は測定機械ツールに接続されたコンピュータ（例えば、図２に示すようなコンピュータ５０）から改変した制御データ４５’を取得するか又は読み込む。これらの改変した制御データ４５’は、制御データ４５をメモリ５１に上書きしてもよい。この代替例を、図２では点線で示す。この場合、改変した制御データ４５’は、大量生産のために使用される。

図３は、正面断面における、かさ歯車のピニオンＫ１の詳細を示す図である。本発明に係るインデックス誤差の確定については、本図に準拠して説明する。ＤＩＮ標準によると、１つは、最後の歯の番号７から始まる。すべてのインデックス誤差は、この歯７（参照歯）を基準に測定される。歯７の右側（凹）部から歯１の右側（凹）部までのインデックス角度が、ＲＦ_１によって示され、歯７の左側（凸）部から歯１の右側（凸）部までのインデックス角度が、ＬＦ_１によって示される。他の歯のインデックス角度は、同様に、第７歯を基準にして測定される。線Ｓ１及びＳ２の各々は、理想的な場合又は設定点の場合を示しており、偏差がない場合である。角度偏差の正負は、「−」と「＋」の符号で示される。矢印Ｕは、回転方向を示す。

図４Ａは、左（凸）歯側部について、歯から歯に蓄積するインデックス誤差の概要を示す。この例は、歯数ｚ＝１２のかさ歯車である。図４Ａでは歯に番号を付す。１２番目及び最後の歯は、先の場合と同様に参照歯である。蓄積したインデックス偏差を、線Ｌ１で示す。すべての歯１から１１までが、左歯側部にインデックス誤差を有する。

図４Ｂは、図４Ａに示すものと同じかさ歯車のピニオンの右（凹）歯側部で歯から歯に蓄積するインデックス誤差の概要を示す。図４Ｂでも歯に番号を付す。蓄積したインデックス偏差を、線Ｒ１で示す。例示では、すべての歯１から７までが右歯側部にインデックス誤差を有する。

図４Ｃは、図４Ａ及び図４Ｂに係るかさ歯車のピニオンの歯のすき間に関して蓄積したインデックス誤差の概要を示す。歯のすき間の幅は、ダブルＴ形状のストロークの長さによって示され、歯のすき間は、ダブルＴ形状のストロークの上下端の配置によって、示される。１２番目の歯のすき間は、正しいすき間の幅と位置を有することを示す。他のすべての歯のすき間は、偏差を示す。

図４Ａから４Ｃまでに示す図がサンプル・ワークピースの複製品である場合、その後に大量生産されるかさ歯車のピニオンは、図５Ａから５Ｃまでに示すようになる。大量生産を開始する前に、インデックス誤差は、上述のように修正される。

図５Ａは、大量生産されるかさ歯車のピニオンの右（凸）歯側部について、歯から歯に蓄積するインデックス誤差の概要を示す。蓄積したインデックス偏差を線Ｌ１’で示す。歯１から３だけが、左歯側部に視認できるインデックス誤差をなお有する。

図５Ｂは、大量生産されるかさ歯車のピニオンの右（凸）歯側部について、歯から歯に蓄積するインデックス誤差の概要を示す。蓄積したインデックス偏差を線Ｒ１’で示す。すべての歯のインデックス偏差が、この側部では非常に小さい。

図５Ｃは、大量生産されたかさ歯車のピニオンの歯のすき間に関して蓄積したインデックス誤差の概要を示す。他のすべての歯のすき間は、その位置における僅かな誤差を示す。すき間の幅は、ほぼ理想的である。

もちろん、発明は個々のかさ歯車を生産するために使用されてもよい。

本発明の好ましい実施の形態において、インデックス誤差を確定するために使用される数学的なアプローチを、図６Ａから６Ｃに示す。１つは、歯のすき間から始まる。しかし、同じアプローチが歯を用いて行われてもよい。図６Ａにおいて、参照歯に関する歯のすき間の左側を線Ａ_ｌａｓｔで示し、他の歯（ｎ番目の歯）に関する歯のすき間の左側を線Ａｎで示す。ｎ番目の歯のすき間は、はるか上方に位置付けられ、幾分小さいすき間の幅を有する。方法の中間ステップを図６Ｂに示す。補正した又は集成した歯のすき間であるため、歯のすき間Ａｎは、左方へシフトしてＡ’ｎで示される。２つの歯のすき間の中心線が一致するように、シフトは行われる。半径方向における嵌り込み深さＵ（Ｂ＝０，Ｘ）の方向が、確定される。側面部の半径方向の相互の距離Ｘが、確定されてもよい。

最後のすき間は、線Ａ_ｌａｓｔで示され、線Ａｎで示すｎ番目のすき間の設定点に対応する。２つの側部の偏差は、各場合にｆｕで示される。偏差の値は、図４Ａ及び４Ｂの測定ログに示す偏差に対応する。

ｎ番目のすき間は、深さの変化Ｘ（嵌り込む移動）とワークピースの回転Ｂ（インデックス移動）とを介して、（図６Ａ及び６Ｂに示す）偏差ｆｕがゼロになるようにシフトする。

上述のように、インデックス誤差は、少なくとも一時的に装置２０にリンクして、閉じたループを形成する歯車切削の測定中心１０で確定される。インデックス誤差の確定は、サンプル・ワークピースのすべての歯に対して個別に行われ、インデックス誤差は、ニュートラルデータ又はマスターデータに関連付けて測定される。

適切なインデックス誤差の補正に関する本発明に係る確定は、両側面部（凹部及び凸部）に対する、１つの歯当たりのインデックス誤差の合計に基づいており、上述のように、常に最後の歯に関連付けられる。そこでは、偏差がゼロに設定される。機械又は制御データは、閉じたループに適用される。そのため、補正値（オフセット）又は補正因子は、オンラインで装置２０に伝達され、これらは機械ツール又は制御データに組み込まれ／適用される。このことは、歯車切削の測定中心１０だけが、補正値（オフセット）又は補正因子を伝達することを意味する。

本発明によると、測定中心１０は、インデックス誤差を確定するための新規な方法を実行する一方で、補正値又は補正因子を確定するように設けられる。さらに、測定中心１０は、これらの補正値（オフセット）又は補正因子をインターフェース又は接続１２を介して適切な形式で装置２０へ伝達するように、設けられる。

好ましくは、歯は、すき間の位置及びそれらの深さを除いて、変更しない。これは、好ましくは、図６Ａ及び図６Ｃに示すようなコンピュータが重ね合わせた三角形によって行われる。インデックス誤差の補正は、歯のすき間毎に実行され、その結果、各個別の歯のすき間が、必要に応じて、最後の歯のすき間に相対的に表されて、位置付けられる。

好ましい実施の形態の場合、許容誤差が予め決められ、許容誤差の外側にある歯又は歯のすき間だけが、個別に修正される。

６つの軸を有する本発明に係るフライス盤のかさ歯車の図。 本発明に係る装置の模式的なブロック図。 本発明に係る正面断面及びインデックス誤差の確定における、かさ歯車の詳細を示す図。 左（凸）歯側部について、歯から歯に蓄積するインデックス誤差の概要を示す図。 右（凹）歯側部について、歯から歯に蓄積するインデックス誤差の概要を示す図。 歯のすき間に関して蓄積したインデックス誤差の概要を示す図。 本発明に係る補正後の左（凸）歯側部について、歯から歯に蓄積するインデックス誤差の概要を示す図。 本発明に係る補正後の右（凹）歯側部について、歯から歯に蓄積するインデックス誤差の概要を示す図。 本発明に係る補正後のすき間に関して蓄積したインデックス誤差の概要を示す図。 本発明に係る補正のさらに詳細を示す。

Claims (8)

1. かさ歯車（３１）を保持するためのワークピース・スピンドル（２１）と、ツール（２４）を保持するためのツール・スピンドル（４２）と、シングル・インデックス両歯側部同時加工法でツール（２４）を使用してかさ歯車（３１）を機械加工するための複数の駆動部（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｂ，Ｃ，Ａ１）とを備える装置（２０）を用いる、インデックス誤差を補正したかさ歯車（３１）を生産するための方法であって、
   大量生産されるかさ歯車（３１）の形状を表すマスターデータと、必要な機械ツールの移動とを予め規定するステップと、
   マスターデータに基づいて後続する機械加工を行うステップと、
   ａ）機械加工の移動を実行することによって、ツール（２４）を用いてサンプル・ワークピースの歯のすき間を機械加工するステップと、
   ｂ）ツール（２４）を歯のすき間から移動させるために、ツール（２４）とサンプル・ワークピースとの間を相対的に移動させるステップと、
   ｃ）サンプル・ワークピースを他の角度方向に移動させるインデックス回転を実行するステップと、
   ｄ）ツール（２４）を用いて、サンプル・ワークピースのすべての歯のすき間が加工されるまで、ステップａ）からステップｃ）を繰り返し実行することによって、サンプル・ワークピースの他の歯のすき間を機械加工するステップと、
   サンプル・ワークピースを計測システム（１０）に移動させるステップと、
   サンプル・ワークピースのすべての歯のインデックス誤差を確定するステップと、
   サンプル・ワークピースの１つの歯又は歯のすき間を基準として用いて、歯毎又は歯のすき間毎の補正値を確定するステップと、
   補正値を転送又は取得するステップと、
   インデックス誤差を補正した少なくとも１つのかさ歯車の生産に備えて、補正値に基づいて装置（２０）の機械データを適用するステップと、
   インデックス誤差を補正されたかさ歯車（３１）のすべての歯のすき間が加工されるまで繰り返されるステップａ）からｄ）を実行することによって適用された機械データを用いてインデックス誤差を補正した少なくとも１つのかさ歯車を生産するステップとを含む、
   ことを特徴とするインデックス誤差を補正したかさ歯車（３１）を生産するための方法。
2. 各歯又は各歯のすき間において個別の修正を実行する
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 許容誤差が予め決定され、許容誤差の範囲外である歯又は歯のすき間にのみ個別の修正を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. かさ歯車のフライス加工法である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. かさ歯車のドライ・フライス加工法である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
6. かさ歯車の研削法である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
7. 研削ディスクを用いたかさ歯車の研削法である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
8. 研削ディスクはドレッシング処理される
   ことを特徴とする請求項７に記載の方法。

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