JP5399026B2 - ベベルギアを非連続的に研磨する方法、およびこれに関連する多軸研磨装置を制御するソフトウェア - Google Patents

Description

本願発明は、ベベルギアおよびクラウンギアの非連続的に研磨する方法に関する。

非連続的手法（間欠割出法）を用いてベベルギアの歯を研磨する方法であって、単動型割出法と呼ばれるものがいくつかある。本願発明は、ベベルギア、すなわちピニオンおよびクラウンギアを非連続的に研磨する方法に関し、その歯の間隔はチップ除去法（たとえばミリング）を用いて事前に形成されている。

これまで製造されるギアホイールに対する負荷容量、精度、および静音動作性に関する要請が高まるにつれ、それらの製造方法が改善され、最適化されてきた。

単動型割出法においては、研磨ディスクを用いて１つの歯間（歯と歯の間のギャップ）を仕上げ加工した後に、次の歯間の仕上げ加工を行う。この目的のために、ドレッシング処理可能な研磨ディスクが用いられることが好ましい。単動型割出法でマシン加工されたピニオン（ドライブベベルギアともいう）およびクラウンギアを研磨するとき、マシン加工プロセスの最初の段階で、新たにドレッシング処理した研磨ディスクに不均衡な摩耗が生じ、これは急激摩耗という。一方、この研磨ディスク摩耗は、研磨ディスクの形状が変化したことに起因するものである。したがって、マシン加工装置のデータを設定することにより、研磨ディスクの形状変化に対して補償しなければ、歯の厚みにも変化をもたらすことになる。たとえば自動車用のベベルギアの大量生産に際して適用される補償の態様は、研磨ディスクの特定の規制値により実現することができる。対応する線形補償が図２に図示されている。

一方しかしながら、歯面（歯フランク）の表面状態（マイクロ形状）の変化は急激摩耗により生じるものである。新たにドレッシング処理した研磨ディスクを用いて生産された最初の波面は、同じ研磨ディスクを用いて後で生産された波面の表面状態とは異なる。こうしたマイクロ形状のばらつきは、大量生産時に用いられる短いサイクル期間においては許容されるが、特に静音駆動性のベベルギアに対しては悪影響を与える。

すべての波面に対して理想的な表面品質を必要とするベベルギアにおいて、これまでの研磨加工方法は複数のステップで行われ、余分な時間を必要とするものであった。

したがって、本願発明の目的は、最も簡便な手段で、サイクル期間を大幅に長期化することなく、すべての波面に対して理想的な表面品質を有するようにベベルギアを製造する方法、およびこれに関連するソフトウェアを提供することにある。

この目的は、主要クレームの特徴を備えた方法により実現される。この方法によれば、研磨ディスクをドレッシング処理した後、いくつかの人工的歯間（仮想的歯間ともいう）をワークピース上に作製し、できるだけ速やかに急激摩耗を克服する。このように作製された人工的歯間の表面状態は、これ以降に作製された歯間のものとは異なる。ただし、人工的歯間は、後に歯間を作製する際に、再加工あるいはポスト加工処理され、これらの歯間は他の歯面の表面と同一または実質的に同一の歯面を有する。

換言すると、本願発明は、研磨ディスクが急激摩耗段階を克服した後に、研磨ディスクを用いてすべての歯間を加工する前に、先にワークピースを加工した１つまたはそれ以上の前駆歯間システムに依拠するものである。

本願発明によれば、新たにドレッシング処理された研磨ディスクが規制位置に配置されたとき、これらの人工的歯間すなわち前駆歯間システムをマシン加工する。すなわち、このときの研磨ディスクは、急激摩耗段階を克服した後で歯間内をプランジング処理してマシン加工する際の規制位置ほど深くプランジング処理することはない。

本願発明に係る方法の有用な実施形態および／または関連するソフトウェアは、従属クレームの主題を構成するものである。

添付図面を参照して、本願発明に係る例示的な実施形態について以下詳細に説明する。

本願明細書で用いられる用語は、当業者により用いられるものである。しかし、これらの用語を用いるのは、より十分な理解を得るためである。本願発明に係るアイデアおよび特許クレームの保護範囲は、特定の用語の選択により限定されるものではない。本願発明は、さらなる手段を加えることなく、他の用語システムおよび／または専門的分野に置き換えることができる。かかる用語は、しかるべく、そして他の専門的分野に応じて用いられるものである。

具体的なＣＮＣ制御螺旋ベベルギア研磨マシン１０が図１に示されている。ベベルギアマシンツールは、既知のマシンとは対照的なものであり、研磨マシン１０は、垂直方向の研磨スピンドル（Ａ１軸）を有する。マシン加工されるワークピースは、Ｂ軸上に載置される。ただし、以下説明する本願発明は、他の研磨マシンを用いても同様に実施することができる。

最初に説明したように、研磨ディスクは摩耗するものである。図２に関連して、研磨ディスクは、ドレッシング処理した後、急激摩耗しないもの、あるいは急激摩耗する段階を経過したものであると仮定する。ただし、それでも研磨ディスクは「通常」摩耗が生じ、この摩耗を補償することができ、ｎ個の歯を有する歯車のｎ個の歯間をマシン加工するとき、それぞれの歯間に対して、対応する補償（規制値を用いて）を行う。各歯間とともに減少する補償値が図２の上側に図示されている。図示された補償は、いわゆる線形補償と呼ばれ、傾斜した破線で表されている。研磨ディスクの「通常」の摩耗は本質的に線形であるので、線形補償が用いられる。研磨ディスクは、基本的に極めて単純に、歯間を製造するにつれて徐々に小さくなるので、規制値はこれに応じて減少させる必要がある。対応する研磨ディスクのプランジング深さが図２の下側の図面に示されている。水平ラインＴは、理想的な研磨ディスクの深さを示し、まったく摩耗しない場合のものである。研磨ディスクは、上述の「通常」摩耗に起因して、歯間を製造するにつれて、若干より深くワークピースにプランジング処理する必要があり、これは連続的に下降する破線Ｔ１で図示されている。

図２より、さらなる効果を理解することができる。研磨ディスクは、歯間内をプランジング処理する際、いわゆる変位（リセットされた力）を受けるので、単純に計算して実際に必要とされる深さより多少深くプランジング処理しなければならない。（符号１で指定された）第１の歯間に対して、研磨ディスクは深さＴより若干深くプランジング処理する必要があり、これが微小コラム２１で示されている。換言すると、（破線で示す）有効深度Ｔ１は、深さＴから始まるのではなく、むしろ研磨ディスクが所定圧力をもって歯間内をプランジング処理するようにマシンデータを設定する必要がある。

上述のように、研磨ディスクは摩耗すると時々ドレッシング処理される。ドレッシング処理は、研磨ディスクの耐用期間が許せば、しばしばワークピースをマシン加工する毎に、時々いくつのワークピースをマシン加工した後に行われる。研磨ディスクのプロファイル処理（ドレッシング処理）は、図示された研磨マシン１０内のダイヤモンドドレッシングロールを用いて制御されたＣＮＣ工程で行われる。ドレッシング処理のために研磨ディスクの固定を解除しないでも済むように、関連するドレッシングデバイス１１を研磨マシン１０上に配設してもよい。

ドレッシング処理の後、研磨ディスクには、いわゆる急激摩耗が生じ、これは線形ではなく、「通常」摩耗に比して実質的により強く発現する。

したがって、本願発明によれば、急激摩耗を補償することができる別のアプローチが行われる。新たにドレッシング処理された研磨ディスクを使用し始めるとき、浪費される時間をできるだけ短くして、新たにドレッシング処理された研磨ディスクを用いてできるだけ数多くの歯間を製造する。

ｎ個の歯およびｎ個の歯間を有する歯車をマシン加工することについて再び説明する。１０個（ｎ＝１０、ｎは０以上の整数）の歯および１０個の歯間を有する歯車に関連する具体例が図３に示されている。研磨ディスクは、ｎ個の歯間のそれぞれに対して連続的に所定のプランジング深度までプランジング処理を行う。新たにドレッシング処理された研磨ディスクであるとき、次の手法が用いられる。
ａ）歯車のマシン加工の最初の段階で、研磨ディスクは、ｎ個の歯間のうちｍ個の歯間に対しては、通常の所定プランジング深度に対応する所定の第１の規制値を用いてプランジング処理を行う。このとき、ｍは１、２または３であり、ｎより小さい。このステップはプレマシン加工（前マシン加工）ともいう。このプレマシン加工は、図３において黒塗りブロックで図示され、この具体例ではｍは２である。
ｂ）残りの［ｎ−ｍ］個（すなわち８個）の歯間は、通常の所定プランジング深度を用いて連続的にマシン加工される。３個目〜１０個目の歯間の通常のプランジング処理が白抜きのブロック（図２と同様）で図示されている。
ｃ）最後に、再びｍ個の歯間についてポストマシン加工（後マシン加工）され（図３のハッチングしたブロックで図示）、ポストマシン加工において、通常の所定プランジング深度に対応する第２の規制値を用いて、ｍ個の歯間内にプランジング処理を行う。

研磨ディスクのそれぞれのプランジング深度は、図３の下側にあるグラフに図示されている。水平ラインＴは、理想的なプランジング深度の深さを示し、まったく摩耗しない場合のものである。研磨ディスクは、上述の「通常」摩耗に起因して、歯間を形成する毎に、若干より深くワークピースにプランジング処理する必要があり、これは連続的に下降する破線Ｔ１で図示されている。上述のように、研磨ディスクが新たにドレッシング処理された後、本願発明に係るプレマシン加工法が実施される。プレマシン加工において、研磨ディスクは、ｎ個の歯間のうちｍ個の歯間について通常のプランジング深度ほどあまり深くプランジング処理を行わない。適当な規制値を設定するとき、ドレッシング補償が適用される。新たにドレッシング処理された研磨ディスクを用いてプレマシン加工する際に、外見上必要なものより多くの材料を歯間から研磨しないようにすることができる。さらに、これらの追加的なプレマシン加工ステップにより、研磨ディスクを急激摩耗から通常摩耗に速やかに移行させることができる。新たにドレッシング処理された研磨ディスクを用いたプレマシン加工法は、特定のワークピースに対して実施され、別のワークピースに対しては実施されない点が重要である。すなわち、新規にドレッシング処理された研磨ディスクはプレマシン加工することにより生産性が改善される。

図３の下側にあるグラフ中の黒塗りブロックにより示唆されるように、最初の２つの歯間１，２（ｍ＝２のとき）についてプレマシン加工した後、白抜きブロックで示すように、研磨ディスクを用いて歯間３〜１０をマシン加工する。歯間１０を形成した後、ワークピースを研磨マシン１０の軸Ｂの周りで回転させて、最初の歯間を再び研磨ディスクでプランジング処理して、この歯間の仕上げのマシン加工を行う。仕上げ加工は、図３の下側のグラフのハッチングしたブロックで示されている。最初の歯間は、プレマシン加工法の範囲ですでに実質的に仕上げ処理されているので、研磨ディスクはさほど深くプランジング処理する必要はない。一方、研磨ディスクの表面形状は通常摩耗により変化してしまったことに留意する必要がある。したがって、図３の下降線Ｔ２で示すように、第１および第２の歯間の仕上げのマシン加工（ポストマシン加工）に際しては、再び線形補償が行われる。ただし本願発明によれば、ポストマシン加工において補償することは必ずしも必要ではない。

要約すると、本願発明によれば、特定の数ｍ（ｍ＝１，２，３）の歯間に対して特定の規制値を用いたプレマシン加工が行われた後に、その後の歯間に対して通常のマシン加工が行われる。通常のマシン加工が完了した時点で、ｍ個の歯間に対してポストマシン加工を行う。本願発明によれば、歯間のマシン加工は、単動型割出法により、すなわち非連続的手法で行われる。

ＣＮＣプログラマブル研磨マシン１０であることに起因して、プログラミングの際に、ｎ個の歯間を作製することに加え、ｍ個の仮想的な歯間を定義するように研磨マシン１０を準備（プログラム）することができる。このとき、仮想的な歯間の周縁位置がｎ個のうちの１つの歯間の周縁位置と一致するようにしておく必要がある。

図１に示すような複数の軸を制御するソフトウェアを有する研磨マシン１０が特に好適である。ソフトウェアの処理実行中、研磨マシン１０によりステップ毎に（段階的に）処理される場合には、本発明に係る前記ステップが、新たにドレッシング処理された研磨ディスクを使用した後、または研磨マシン１０でドレッシング処理した後の最初の段階で実効処理されるように、ソフトウェアはマシン加工シーケーンスを制御する。

研磨マシン１０は、次には新たにドレッシング処理された研磨ディスクが使用されることを示す信号または対応する情報を受信することが特に望ましい。図１の実施例として示す研磨マシン１０において、研磨ディスクのドレッシング処理は研磨マシン１０で行われるものであるので、この信号を研磨マシン１０により生成するようにしてもよい。

研磨マシン１０は、前記ステップａ）〜ｃ）による補償を実行する補償モードに自動的に変更するように設計されることが好ましい。

上述の方法は、ベベルギアのピニオンおよび／またはクラウンギアをマシン加工する上で極めて有用である。

複数の軸が表示されたベベルギア研磨マシンを示す概略図である。 線形補償を用いた従来式の研磨手順を示す概略図である。 線形補償および付加的補償を有する本願発明に係る研磨手順を示す概略図である。

符号の説明

１０：ベベルギア研磨マシン、１１：ドレッシングデバイス。

Claims (11)

1. 多軸研磨マシン（１０）上にあるｎ個の歯およびｎ個の歯間を有する歯車の歯面をチップ除去するマシン加工方法であって、
   ドレッシング処理可能な研磨ディスクは、ｎ個の歯間を１つずつ単動型割出法でマシン加工し、ｎ個の歯間のそれぞれを所定のプランジング深度（Ｔ１）でプランジング処理するものであり、
   前記研磨ディスクが新たにドレッシング処理された場合、
   ａ）前記研磨ディスクを用いて、歯車のマシン加工の最初の段階で、ｎ個の歯間のうちｍ個の歯間について、これらが所定プランジング深度（Ｔ１）より浅いプランジング深度を有するように、所定の第１の規制値を用いてプランジング処理して、プレマシン加工するステップと（このとき、ｍは１、２または３である。）、
   ｂ）残りの（ｎ−ｍ）個の歯間について、通常の所定プランジング深度（Ｔ１）を用いて連続的にマシン加工するステップと、
   ｃ）最後に、前記研磨ディスクを用いて、再びｍ個の歯間について、第２の規制値を用いてプランジング処理して、ポストマシン加工するステップとを有することを特徴とするマシン加工方法。
2. 請求項１に記載のマシン加工方法であって、
   所定のプランジング深度（Ｔ１）を設定するとき、線形補償が適用され、
   所定のプランジング深度（Ｔ１）は、線形補償された結果、少なくとも前記ステップｂ）において、マシン加工した歯間毎に微少量だけ増大することを特徴とするマシン加工方法。
3. 請求項１または２に記載のマシン加工方法であって、
   第１の規制値を設定するとき、ドレッシング補償が適用され、
   ドレッシング補償された結果、研磨ディスクがドレッシング処理された直後の前記ステップａ）のプレマシン加工ステップにおいて、ｍ個の歯間のうちの第１の歯間が第２の歯間より大きい規制値でマシン加工されることを特徴とするマシン加工方法。
4. 請求項１または２に記載のマシン加工方法であって、
   研磨マシン（１０）は、ｎ個の歯間をマシン加工することに加え、ｍ個の仮想的な歯間を定義し、仮想的な歯間の周縁位置がｎ個のうちの１つの歯間の周縁位置と一致するようにプログラムされることを特徴とするマシン加工方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１に記載のマシン加工方法であって、
   研磨マシン（１０）は、次に使用される研磨ディスクが新たにドレッシング処理されたものであることを示す信号または対応する情報を生成または受信し、
   研磨マシン（１０）は、前記ステップａ）〜ｃ）による補償を実行する補償モードに自動的に変更することを特徴とするマシン加工方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１に記載のマシン加工方法であって、
   歯車は、ベベルギアのピニオンおよび／またはクラウンギアであることを特徴とするマシン加工方法。
7. 多軸研磨マシン（１０）を制御するためのソフトウェア（２０）であって、
   研磨マシン（１０）は、ｎ個の歯およびｎ個の歯間を有する歯車の歯面を単動型割出法でチップ除去するマシン加工するように設計され、
   ドレッシング処理可能な研磨ディスクは、ｎ個の歯間を１つずつ非連続的にマシン加工するものであり、
   ソフトウェア（２０）は、その実行中、新たにドレッシング処理された研磨ディスクが研磨マシン（１０）に装着されたとき、
   ａ）歯車のマシン加工の最初の段階で、ｎ個の歯間のうちｍ個の歯間について、これらが所定プランジング深度（Ｔ１）より浅いプランジング深度を有するように、所定の第１の規制値を用いてプランジング処理して、プレマシン加工するステップと（このとき、ｍは１、２または３である。）、
   ｂ）残りの（ｎ−ｍ）個の歯間について、通常の所定プランジング深度（Ｔ１）を用いて連続的にマシン加工するステップと、
   ｃ）最後に、前記研磨ディスクを用いて、ｍ個の歯間について、第２の規制値を用いてプランジング処理して、ポストマシン加工するステップと、
   を実行するように研磨マシン（１０）のマシン加工シーケンスを制御することを特徴とするソフトウェア。
8. 請求項７に記載のソフトウェアであって、
   ソフトウェアはプログラム可能であり、このとき
   所定のプランジング深度（Ｔ１）を設定するとき、線形補償が適用され、
   所定のプランジング深度（Ｔ１）は、線形補償された結果、少なくとも前記ステップｂ）において、マシン加工した歯間毎に微少量だけ増大するようにプログラムすることができることを特徴とするソフトウェア。
9. 請求項７または８に記載のソフトウェアであって、
   第１の規制値を設定するとき、ドレッシング補償が適用され、
   ドレッシング補償された結果、研磨ディスクがドレッシング処理された直後の前記ステップａ）のプレマシン加工ステップにおいて、ｍ個の歯間のうちの第１の歯間が第２の歯間より大きい規制値でマシン加工されるようにプログラムすることができることを特徴とするソフトウェア。
10. 請求項７または８に記載のソフトウェアであって、
    ｎ個の歯間をマシン加工することに加え、ｍ個の仮想的な歯間を定義し、仮想的な歯間の周縁位置がｎ個のうちの１つの歯間の周縁位置と一致するようにプログラムすることができることを特徴とするソフトウェア。
11. 請求項７または８に記載のソフトウェアであって、
    新たにドレッシング処理された研磨ディスクが利用されるか否かを設定するルーチンを有し、このルーチンにより、研磨ディスクが新たにドレッシング処理されたことを認識または検出した後、研磨マシンを補償モードに変更することを特徴とするソフトウェア。

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