JP5518310B2 - 不連続輪郭研磨用工具および方法 - Google Patents

Description

本出願は、２００７年８月２４日出願のドイツ特許出願第102007040894.5号における優先権の利益を主張する。

本発明は、外側および／または内側に歯付けされた円筒形ギヤの不連続輪郭研磨用工具、および、外側および／または内側に歯付けされた円筒形ギヤの不連続輪郭を研磨する方法に関するものである。

本発明方法および工具は、特に寸法の大きな被加工品の分野において、ギヤ直径が１メートルを超える例えば風力発電システムや造船等で用いられるような、円筒形ギヤの不連続輪郭研磨に用いられる。近年、このようなギヤに対する大きな需要がある。これらのギヤの多くは、非常に高価である。多くの場合、被加工品は不連続輪郭研磨により機械加工される。研磨焼けすることなく、短時間で上記ギヤの機械加工を求める要請がある。あいにく、限界値を超えた時に、研磨焼けにつながる技術的プロセス・パラメータの電流限界値が存在しない。かかる限界値の欠如はプロセスの安全性の欠如を引き起こす。

整形することのできない不連続輪郭研磨用工具は公知である。かかる工具は、複数のディスクから構成され、従って工具セットに相当する。これらの工具は、短時間の機械加工が可能であるが、耐用年数の終わりには取り扱いや準備に多大の労力を要し、各ギヤの形状に合わせて特別に設計および製作されなければならない。更に、粗加工および仕上げ加工のために工具の様々な要求を満たすべく、被膜の仕様の選択に際し妥協が求められる。１つにはこれらの欠陥があるため、上記工具は寸法が大きい被加工品の分野に使用されていない。

このような状況は本発明によって達成される目的につながり、それは、大きな円筒形ギヤの不連続輪郭研磨における現状技術に対して機械加工時間を大幅に低減する、および／または、プロセスの安全性を大幅に向上させ、その際に工具をそれぞれの機械加工作業に適合できる、方法およびそれに必要な工具を開発するということである。

本発明の第一の特徴によれば、工具を整形して再輪郭付与することができる。工具の軸線方向における個々の輪郭の形状は、工具の少なくとも２つを超えるフランク、好ましくは全てのフランクが被加工品フランクの粗加工に用いられるように、また、仕上げ加工時に、粗加工のみに供され、再輪郭付与されるフランクが十分後退していて、仕上げ加工時にこれらのフランクが被加工品フランクと接触しないように、設計される。

本発明の別の特徴によれば、仕上げ加工に供されるフランクが特に仕上げ加工に適する仕様のディスクの一部をなすが、一方、本発明工具の残るディスクが特に粗加工に適する仕様をなすように、工具は作成される。粗加工するために、仕上げ加工に供され再輪郭付与されるディスクが十分後退していて、これらのディスクは被加工品フランクと接触しない。仕上げ加工するために、再輪郭付与される粗加工フランクが十分後退していて、これらのフランクは被加工品フランクと接触しない。

本発明の更に別の特徴によれば、工具を整形して再輪郭付与することができ、粗加工するために少なくとも２つのフランクが用いられ、粗加工後には仕上げ加工に供された工具フランクから摩耗部分を取り除くことができ、仕上げ加工を必要としないフランクは仕上げ加工の時に被加工品フランクと接触しないように再輪郭付与される。一群の被加工品フランクの粗加工および／または仕上げ加工後に、被加工品は、粗加工および／または仕上げ加工時に作動状態にあり２で割り切れる工具フランクの数に応じて、回転させられる。

本発明の更に別の特徴によれば、工具を整形して再輪郭付与することができ、１つのディスクにある２つのフランクのみが被加工品の仕上げ加工に用いられる。このディスクは特に仕上げ加工に適した仕様をなすが、一方、残るディスクは特に粗加工に適した仕様をなす。粗加工するために、仕上げ加工に供され再輪郭付与されるディスクが粗加工するに十分後退していて、ディスクは被加工品フランクと接触しない。仕上げ加工するために、再輪郭付与による粗加工フランクが十分後退していて、これらのフランクは被加工品フランクと接触しない。

本発明の更に別の特徴によれば、工具を整形して再輪郭付与することができ、少なくとも２つのディスクにあるフランクのみが仕上げ加工に用いられる。これらのディスクは特に仕上げ加工に適した仕様をなすが、一方、残るディスクは特に粗加工に適した仕様をなす。仕上げ加工に供され再輪郭付与されるディスクが粗加工するに十分後退していて、これらのディスクは被加工品フランクと接触しない。仕上げ加工するために、再輪郭付与による粗加工フランクが十分後退していて、これらのフランクは被加工品フランクと接触しない。

また、粗加工および仕上げ加工に分離した工具を使用することも可能である。

以下に、単なる一例として提示される添付図面を見ながら、本発明を説明する。図１〜図７は平ギヤ付きの被加工品に係合する工具を示すが、その工具は、はすばギヤの加工に用いることもできる。図１〜図７は本体が基本的に共通した工具を示しているが、本発明は分離したディスクから組み立てられる工具も考えられる。以下の説明において、２つのフランクを加工することのできるディスクを「広いディスク」という。他のディスクは、研磨に適したフランクがそれぞれ１つしかなく、「狭いディスク」という。

現状技術によれば、再輪郭付与される研磨ディスクの１つだけが、寸法が大きい被加工品の分野で用いられている。その目的のために、整形に好都合な技術的価値を選択することによって、ディスクは粗加工および仕上げ加工工程の双方の要件に適合する。できるだけ短い製造時間を守るために、可能な最大相対体積除去速度が用いられる。体積除去速度が増大するにつれて、研磨焼けの危険性も増大する。実際、相対体積除去速度の上記相反する効果は大きな問題である。

相対体積除去速度に関しては、研磨焼け形成の明確な限界を示す特性値ではない。これは、研磨焼けを形成する全ての公知の影響、例えば、被加工品の硬度、ディスクの前進、冷却用潤滑剤等が、一定に保持される場合でさえも当てはまる。にもかかわらず、より好適な状態のプロセスを評価する可変項目が今日まで存在しないため、上記可変項目が実際に用いられている。

次に、製造時間ひいては機械加工時間を短縮、および／または研磨焼けの危険性を低減する方法を示す。工具の２つのフランクのみが同時に切削を行う現状技術によれば利用可能であるのに対し、明らかにより多くの工具フランクが、特に粗加工時に、本発明工具および本発明方法を用いる被加工品に同時に係合する。被加工品の全てのフランクに一定の遊びを見込むとともに、現状技術に対応する技術的条件下に本発明に従って加工すると、本発明工具および本発明方法を用いるときの粗加工時に作動状態にあって、因数２で割り切れる工具フランクの数に応じて、粗加工時の製造時間が変化する。これは平ギヤ装置に当てはまる。はすばギヤ付き円筒形ギヤを機械加工する際に、製造時間をかなり短縮することもできる。

本明細書で述べた大きな被加工品を用いると、粗加工に要する製造時間の割合が仕上げ加工に要する割合よりも明確に大きいという事実により、本発明の利点が強調される。現状技術と比較してより短い時間で、省かれた製造時間を被加工品の機械加工に使用することができる。現状技術に対応する製造時間を保持することや、このようにして研磨焼けの危険性を低減することも可能である。実際、２つの手段の組合せを明確に理解するであろう、そして、このようにして製造時間および研磨焼けの危険性をある程度低減するであろう。

図１〜図７は別々に設計された工具５の概略図を示す。工具５は軸２周りに回転可能な工具用スピンドル３に保持される。参照番号１は機械の中心線を示す。工具５は工具ホルダー４に収容される。図１，２の実施例において、工具は狭いディスク７間に対称的に位置する広いディスク６を有する。工具５は機械の中心線１に対して鏡面対象に設計されている。中心線上の広いディスク６は２つのフランク９，１０があるのに対し、２つの狭いディスク７は各々研磨に適した１つのフランク１５しかない。図１に示す粗加工工程では、工具５のフランク９，１０，１５が、外側に歯付けされる被加工品たる被加工品８のフランク１３を機械加工する。

図１の粗加工工程では、工具フランク９，１０，１５の全てが被加工品フランク１３に係合している。仕上げ加工時（図２）には、広いディスク６の工具フランク９，１０のみが被加工品フランク１３を機械加工するのに対し、狭いディスク７の工具フランク１５は再輪郭付与により被加工品フランク１３から離れて間隙が設けられている。この工具５を用いて、被加工品８の隣接する歯１６の被加工品フランク１３を機械加工する広いディスク６の２つの工具フランク９，１０で、仕上げ加工が同時に行われる。従って、被加工品８の仕上げ加工は現状技術と同じ状況に相当する。このため、現状技術から公知のフランクの修正を公知の手段を用いて生み出すこともできる。

図５，６の工具５では、仕上げ加工に用いられる工具５のフランク９，１０が工具セットの隣接するディスク６にある（図６）。これは、状況がこの点において現状技術と比べて異なることを意味する。複雑なフランクの修正によりギヤを作り出すためには、この種の工具は現状技術に対して修正されたソフトウェアを必要とする。

機械の中心線１にやはり対象に設計された図３，４の工具５は、工具セットの狭いディスク７間に配設された３つの隣り合って相隔たる広いディスク６を有する。広いディスク６の工具フランク９，１０および狭いディスク７の工具フランク１５は、粗加工工程時に被加工品フランク１３に係合している。仕上げ加工時（図４）には、中心線上の広いディスク６のフランク９，１０のみが被加工品フランク１３に係合しているのに対し、他のディスク６，７のフランク９，１０，１５は被加工品フランク１３から離れて間隙が設けられている。図２の実施例と同様に、フランク９，１０は工具セットの同じディスク６にある。

図５，６の工具５では、２つの狭いディスク７間に配設された２つの中央の広いディスク６が設けられている。先の実施例に対応して、広いディスク６はそれぞれ２つのフランク９，１０を有するのに対し、狭いディスク７にはやはりそれぞれ１つの工具フランク１５しかない。粗加工時（図５）には、ディスク６，７およびその工具フランク９，１０，１５は被加工品フランク１３に係合している。仕上げ加工時（図６）には、２つの中央の広いディスク６の直接隣接するフランク９，１０のみが、被加工品の歯１６の２つの被加工品フランク１３に係合している。２つのディスク６の他のフランク９，１０は、被加工品フランク１３と接触していない。

図面に示されていない工具を設計することも可能である。例えば、２つよりも多い狭いディスク７を工具５に設けることが可能である。２つよりも多い工具フランク９，１０を仕上げ加工に用いることも可能である。しかし、このための１つの条件は、極く簡単なフランクの変更が被加工品８に求められるとともに、ギヤ装置の幾何学的品質について法外な要求がなく、被加工品の歯数が多いことである。というのは、さもなければ、様々なフランク１３における切削要件があまりにも異なるであろうし、工具５の同じ半径方向の前進にもかかわらず、異なったフランク粗さ、異なる斜面縦断形の狂い、および単一ピッチの狂いが生じるであろう、からである。

円筒形ギヤの輪郭研磨に関連して複雑な係合条件がある。このような状況において、被加工品フランク１３の接線と接線の接点における回転工具軸２の法線との角度である開き角度δ（図３）に、特別な意味がある。この角度は、被加工品フランク１３の基底１１と先端１２との間で、更に機械の中心線１に対する接点の接触位置により変化する。上記角度δがより小さいと、係合状態はあまり好ましくない。図３は被加工品８の２つの左フランク１３の上記角度δを示している。図３において、角度δは、図面の右側が約３０°であり、左側が僅か約１０°である。図３の図面の左側では、角度δが有用な機械加工を行うには小さすぎする。これは、工具５との接触がこれでは望ましくないからである。従って、対応する歯溝１４に狭いディスク７のみが設けられている。狭いディスク７は被加工品の右フランク１３とのみ接触し、十分に大きな開き角度がある。

図７は、本発明方法が内側のギヤ装置の機械加工にも使用できることを示している。工具５は、１つの広いディスク６および２つの狭いディスク７を有する。工具５は被加工品８の粗加工の状態を示している。狭いディスク７の２つの工具フランク１５および広いディスク６のフランク９，１０は、被加工品フランク１３と接触している。外側に歯付けされる被加工品に関して図１，２で説明したのと同様に、図７の工具も内側に歯付けされる被加工品におけるフランクの仕上げ加工に用いることができる。これを受けて、狭いディスク７の工具フランク１５は十分に後退していて、広いディスク６の工具フランク９，１０のみが隣接する被加工品の歯１６の被加工品フランク１３と接触している。

図１〜図７の工具が、一連の分離したディスクまたはディスク・セットから組み立てられる、即ち共通の基体から製造されない限りにおいて、粗加工および／または仕上げ加工に用いられるディスクは、研磨材の仕様を異にすることがある。

一実施の形態（図示せず）において、粗加工および仕上げ加工に異なる工具が用いられる。これらの工具は、それぞれの機械加工作業にとって材質および表面特性に関する仕様が異なる。異なる工具を一緒にスピンドルに収容して、機械加工を行う加工位置に移動させることができる。それぞれの作動を行う工具を変えることも可能である。仕上げ加工用工具は２つ以上のフランクを有することができる。本発明によれば、粗加工用工具は軸線方向に並列して配設された複数の輪郭を有し、これらの輪郭は、工具スピンドルの適当な箇所に配設されるとともに別々に輪郭付与された、研磨ディスクの輪郭と同じように設計される。

整形装置（truer）のトロイダル表面領域のみが従来の工具の輪郭付与に用いられているため、これらの整形装置は著しく摩耗されやすく、輪郭付与工程に時間がかかる。また、工具の整形および／または再輪郭付与では、明らかにより大きな容積を工具から離れて機械加工しなければならないので、上記装置の特性は本発明方法に対して顕著である。トロイダル表面領域に直接隣接する整形装置の円筒表面領域の追加部分を輪郭付与工程に用い得ることで、上記特性は著しく改善される。

回転軸線２４を有する整形装置１７（図８）が、新たな工具の輪郭付与および／または再輪郭付与に用いられる（例えば、ギヤ装置の形状を変える被加工品とともに使用）。一般に、これらの工具は、工具フランク毎にトロイダル表面領域１８および／または２１の１つのみと協同して作動する。工具は、基底から先端まで「点接触」しながら、数回の加工工程でそれぞれの工具フランクの輪郭を形成する。従って、トロイダル表面領域１８，２１は大きな摩耗を受け、機械加工時間が長い。これらの状態は、トロイダル表面領域１８，２１の１つに加えて、直接隣接する円筒表面領域１９をも整形に用いることで、かなり改善される。研磨ディスク５から材料を除去する円筒表面領域１９を使用可能にするには、大きな遊びが必要とされ、整形工程を先端から基底に向かって実施しなければならない（図８の矢印、参照）。

整形装置１７は、半径方向の前進運動、即ち工具５の回転軸２に対して半径方向に前進運動を実行できるか（図８の矢印、参照）、あるいは、研磨工具５のフランク９および／または１０における最終的な外形と平行な進路を通って進むことができる。半径方向の前進運動において、半径方向の前進量はフランク９，１０の望ましい最終的な外形に適合する。図８は、工程段階の終りにおける、および、フランク９を機械加工する際の更なる工程段階の終りにおける小さな切削面２２，２３で、整形装置１７を示している。この種の整形では、それぞれの工具フランクの最終的な外形は段階的に近似される。

工具フランク１０は、整形装置１７の第二トロイダル表面領域２１と直接隣接する円筒表面領域１９とにより、工具フランク９の機械加工に対応して鏡面対象に機械加工される。その後、ここで説明された粗加工の整形の後に、仕上げ加工の整形が続く。これは、工具フランク毎にトロイダル表面領域１８，２１の１つのみを用いて、公知の方法で実施される。

好ましい実施例を参照して本発明を説明してきたが、当然のことながら、本発明はその詳細に限定されるものではない。本発明は、添付の特許請求の範囲の精神および範囲から逸脱することなく、主題に関連する当業者にとって明白と思われる修正を包含することを意図するものである。

１つの広いディスクと２つの狭いディスクを有する粗加工時の本発明工具を示す。 同じディスクにある工具フランクが仕上げ加工に用いられる、仕上げ加工時の図１の工具を示す。 ３つの広いディスクと２つの狭いディスクを有する粗加工時の本発明工具を示す。 同じディスクにある工具フランクが仕上げ加工に用いられる、仕上げ加工時の図３の工具を示す。 ２つの広いディスクと２つの狭いディスクから構成される粗加工時の本発明工具を示す。 隣接するディスクにある工具フランクが仕上げ加工に用いられる、仕上げ加工時の図５の工具を示す。 １つの広いディスクと２つの狭いディスクから構成される内側ギヤ装置の粗加工時における本発明工具を示す。 広いディスクを例として、整形装置により工具の輪郭付与工程を概略的に示す。

Claims (11)

1. 回転対称に作成されて、軸線方向に並列して配設された複数の輪郭を軸線方向断面に有し、該輪郭が、工具スピンドルの適当な箇所に配設されるとともに一連のディスクを形成する、別々に輪郭付与された研磨ディスクの輪郭と同じように設計される、外側および／または内側に歯付けされた円筒形ギヤの不連続輪郭研磨用工具において、
   工具（５）を整形して再輪郭付与することができ、少なくとも２つのフランクが粗加工に用いられるように、かつ、粗加工のみに供され再輪郭付与されるフランクが仕上げ加工時に十分後退していて、仕上げ加工時にこれらのフランクが被加工品フランクと接触しないように、個々の輪郭形状が決定されることを特徴とする不連続輪郭研磨用工具。
2. 少なくとも輪郭領域に、工具（５）が共通の基体から構成される請求項１に記載された不連続輪郭研磨用工具。
3. 工具（５）が分離して製造された複数のディスクから組み立てられる請求項１に記載された不連続輪郭研磨用工具。
4. 工具の軸線方向に並列して配設されるとともに一連のディスクを形成する、複数個輪郭付与された研磨ディスクから構成される、外側および／または内側に歯付けされた円筒形ギヤの不連続輪郭研磨用工具において、
   工具（５）を整形して再輪郭付与することができ、仕上げ加工に供されるフランクが特に仕上げ加工に適した仕様のディスク（６）の一部をなすが、一方、残るディスク（７）が特に粗加工に適した仕様をなすように、個々のディスク形状が決定されるとともに、粗加工するために、仕上げ加工に供され再輪郭付与されるディスクが十分後退していて、これらのディスクは被加工品フランク（１３）と接触せず、また、仕上げ加工するために、再輪郭付与される粗加工フランク（１５）が十分後退していて、これらのフランクは被加工品フランク（１３）と接触しないことを特徴とする不連続輪郭研磨用工具。
5. 一組に並列して配設された複数の輪郭ディスクの形状から構成される包絡面形状を有する工具を用いて、外側および／または内側に歯付けされた円筒形ギヤの不連続輪郭を研磨する方法において、
   工具（５）を整形して再輪郭付与することができ、粗加工するために少なくとも２つフランクが用いられ、粗加工後には仕上げ加工に供された工具フランクから摩耗部分が取り除かれ、仕上げ加工に必要でないフランクが仕上げ加工時に被加工品フランク（１３）と接触しないように再輪郭付与されるとともに、一群の被加工品フランクの粗加工および／または仕上げ加工後に、とりわけ粗加工および／または仕上げ加工の際に作動状態にあり２で割り切れる工具フランクの数に応じて、被加工品が回転させられる（割出し工程）ことを特徴とする不連続輪郭を研磨する方法。
6. 仕上げ加工時に被加工品フランク（１３）と接触しないが、次の粗加工工程に必要な位置を取るように、仕上げ加工に必要でないフランクが再輪郭付与される請求項５に記載された不連続輪郭を研磨する方法。
7. 工具（５）の整形および／または再輪郭付与が加工機上でなされる請求項５に記載された不連続輪郭を研磨する方法。
8. 仕上げ加工するために、ギヤ装置の全ての必要なフランクの修正を生み出せるように、ディスク・セットの同じディスク（６）にある工具（５）のフランク（９，１０）のみが用いられる請求項５に記載された不連続輪郭を研磨する方法。
9. 仕上げ加工するために、ディスク・セットの１以上のディスク（６）にある工具（５）のフランク（９，１０）のみが用いられる請求項５に記載された不連続輪郭を研磨する方法。
10. 工具の軸線方向に並列して配設されるとともに一連のディスクを形成する、複数個輪郭付与された研磨ディスクから構成される工具を用いて、外側および／または内側に歯付けされた円筒形ギヤの不連続輪郭を研磨する方法において、
    工具を整形して再輪郭付与することができ、１つのディスク（６）にある２つのフランクのみが仕上げ加工に用いられ、該ディスクは特に仕上げ加工に適した仕様をなすが、一方、残るディスクは特に粗加工に適した仕様をなし、仕上げ加工に供され再輪郭付与されるディスクが粗加工する際に十分後退していて、ディスクは被加工品フランク（１３）と接触せず、仕上げ加工するために、再輪郭付与による粗加工フランクが十分後退していて、これらのフランクは被加工品フランク（１３）と接触しないことを特徴とする不連続輪郭を研磨する方法。
11. 工具の軸線方向に並列して配設されるとともに一連のディスクを形成する、複数個輪郭付与された研磨ディスクから構成される工具を用いて、外側および／または内側に歯付けされた円筒形ギヤの不連続輪郭を研磨する方法において、
    工具を整形して再輪郭付与することができ、少なくとも２つのディスク（６）にあるフランクのみが仕上げ加工に用いられ、該ディスクは特に仕上げ加工に適した仕様をなすが、一方、残るディスクは特に粗加工に適した仕様をなし、仕上げ加工に供され再輪郭付与されるディスクが粗加工する際に十分後退していて、これらのディスクは被加工品フランク（１３）と接触せず、仕上げ加工するために、再輪郭付与による粗加工フランクが十分後退していて、これらのフランクは被加工品フランク（１３）と接触しないことを特徴とする不連続輪郭を研磨する方法。

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