JP5785552B2 - Machine and method for grinding a workpiece - Google Patents

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Description

本発明は工具研削盤などの工作機械を対象とし、詳細には、回転切削工具の二番取りされた歯プロファイルを研削するための多軸、高精度のコンピュータ制御工作機械を対象とする。   The present invention is directed to a machine tool such as a tool grinder, and more specifically, to a multi-axis, high-precision computer-controlled machine tool for grinding a second-tooth profile of a rotary cutting tool.

歯車用ホブ、ウォーム・ギア・ホブ、直角法線ピッチが一定のホブ、及び、8モジュールを超えるモジュール・サイズのミリング・カッタなどの、切削工具の歯プロファイルを研削する際、フランク(flank)及び先端部フィーチャの両方の歯プロファイル全体を仕上げるのに多数の研削砥石が使用される。モジュール・サイズが8から約16まで増大すると、仕上げられた歯の所望される再研削寿命及びプロファイルの歯元における歯溝の幅に応じて、研削に対して異なる手法が使用され得る。歯の再研削寿命又はカムにより二番取りされた歯面の長さは、長さとの比較において比較的小さい直径を有する鉛筆形状のテーパ形円錐の研削砥石を使用することにより最大化され得る。歯面の二番取りされた長さは、ホブねじの歯のつる巻き線(tooth helix)又はミリング・カッタの場合には割り出し位置に沿ってラジアルカムが逃げ面を研削する際の、隣接する次の歯に対する研削砥石の干渉点によって決まる。   When grinding tooth profiles of cutting tools, such as gear hobs, worm gear hobbs, hobbs with a constant normal normal pitch, and milling cutters with module sizes greater than 8 modules, A number of grinding wheels are used to finish the entire tooth profile of both tip features. As the module size increases from 8 to about 16, different approaches can be used for grinding, depending on the desired regrinding life of the finished tooth and the width of the tooth gap at the root of the profile. The tooth re-grinding life or the length of the tooth surface taken by the cam can be maximized by using a pencil-shaped tapered cone grinding wheel having a relatively small diameter compared to the length. The number of the toothed surface is the next to the next when the radial cam grinds the flank along the index position in the case of a tooth helix of a hob screw or in the case of a milling cutter. It depends on the point of interference of the grinding wheel with respect to the teeth of the wheel.

歯溝の幾何形状によっては、考慮しなければならない、研削のための表面速度の実際的な限界値、及び、鉛筆形状の砥石の先端部の曲げ強さ/剪断強さの脆弱性が存在する。鉛筆形状の砥石での研削における実際的な使用制限に対応する際、幅との比較において比較的大きい直径を有するカップ形状の研削砥石を使用する別の研削プロセスが採用されてよい。研削の表面速度及び歯の歯元部分を研削する砥石の部分の強度は解決される。しかし、カップ形状の研削砥石の欠点は、その直径が大きいため、上述したカムにより二番取りされた歯面の干渉点までの長さが制限されることである。モジュール・サイズが16モジュールを超えて最大で50モジュールまで増大すると、説明したように砥石が隣接する歯に干渉するため、カップ形状の砥石の使用は制限される。ほとんどの場合、再研削寿命に対して歯の十分な二番取りされた長さをもたらすために、16モジュールを超える基準寸法のホブ歯サイズに対しては鉛筆形状のテーパ形円錐の研削砥石が使用されなければならない。   Depending on the geometry of the tooth gap, there are practical limits on the surface speed for grinding and the weakness of the bending / shear strength of the tip of a pencil-shaped wheel that must be taken into account. . In addressing practical use restrictions in grinding with a pencil-shaped wheel, another grinding process may be employed that uses a cup-shaped grinding wheel having a relatively large diameter compared to the width. The surface speed of grinding and the strength of the part of the wheel that grinds the root part of the tooth are solved. However, a disadvantage of the cup-shaped grinding wheel is that its diameter is large, so that the length to the interference point of the tooth surface second picked up by the cam described above is limited. As the module size increases beyond 16 modules to a maximum of 50 modules, the use of cup-shaped wheels is limited because the wheels interfere with adjacent teeth as described. In most cases, a pencil-shaped taper-cone grinding wheel is used for hob tooth sizes of more than 16 modules in order to provide sufficient double-taken length of teeth for re-grinding life. Must be used.

現在の工具製造の通例では、歯フランク、歯先の丸み、及び、歯先の外径を複数(最大5回)のセットアップで個別に研削するために複数の研削砥石及び研削砥石形状から作られるプロファイルを組み合わせることを用いる。CNC機械の動作技術及び回転式の形直し/ドレッシング装置を用いると、例えば歯底部分の半径/斜面、歯の圧力角の側面(tooth pressure angle flank)、歯先の丸み、及び、歯先の外径といったような、複数のフィーチャを具体化するために、上述した鉛筆形状又はカップ形状の研削砥石の外形を作ることが可能である。言及する例では、仕上げ研削プロセスは、2つの鉛筆形状又はカップ形状の研削砥石のみのプロファイルを組み合わせることにまで縮小され得る。音響による接触感知を用いるRenishaw 3−Dなどのプローブを使用してプロファイルを検査することが、左側及び右側の歯基準点に対して研削砥石を相対的に位置決めすることを補助し、更には、必要な歯プロファイル及び歯厚を得るためにプロファイルを組み合わせることを補助する。   In current tool manufacturing practice, tooth flank, tip roundness, and tooth tip outer diameter are made from multiple grinding wheels and grinding wheel shapes to individually grind in multiple (up to 5 times) setups Use combining profiles. Using CNC machine operating technology and rotary reshaping / dressing equipment, for example, the radius / slope of the root part, the tooth pressure angle side, the roundness of the tip, and the tip roundness In order to embody a plurality of features, such as the outer diameter, it is possible to create the above-described pencil-shaped or cup-shaped grinding wheel outline. In the example mentioned, the finish grinding process can be reduced to combining two pencil-shaped or cup-shaped grinding wheel only profiles. Inspecting the profile using a probe such as Renishaw 3-D with acoustic contact sensing helps position the grinding wheel relative to the left and right tooth reference points, and Assist in combining the profiles to obtain the required tooth profile and tooth thickness.

上記のことから、多くの工具製造用設備は、鉛筆形状の砥石又はカップ形状の砥石のいずれかに専用の複数の研削盤を使用する。少数例において、鉛筆形状の砥石又はカップ形状の砥石のいずれかの物理的向きに対応できるようにスピンドル組立体及び駆動機構を交換することを可能にする工作機械デザインが採用されている。たいていの場合、鉛筆形状の砥石のみでの研削又はカップ形状の砥石のみでの研削で可能であるような物理的向きを有する専用の機械を使用することが必要である。すべてではないがほとんどの場合、工作機械上でのカムによる二番取り動作(cam relief motion)では、カムによる二番取りの径方向動作を行うために1つの軸が使用されるが、これは機械の融通性を制限してしまう。   From the above, many tool manufacturing facilities use a plurality of grinders dedicated to either a pencil-shaped grindstone or a cup-shaped grindstone. In a few examples, machine tool designs are employed that allow the spindle assembly and drive mechanism to be interchanged to accommodate the physical orientation of either a pencil-shaped wheel or a cup-shaped wheel. In most cases, it is necessary to use a dedicated machine with a physical orientation that is possible with grinding only with a pencil-shaped wheel or with only a cup-shaped wheel. In most, if not all, cam relief motions on a machine tool, a single axis is used to perform the radial action of the cam second take. Limiting machine flexibility.

Buckingham、Earl、Spur Gears、McGraw−Hill Book Co.Inc.、NY、1928年Buckingham, Earl, Spur Gears, McGraw-Hill Book Co. Inc. NY 1928

本発明は、角度を付けて位置決めする(旋回する)ことができ、それによって、2種類の研削法に対応するために研削スピンドル組立体を交換すること又は機械構成を修正することが必要なく、或いは、スピンドルを再方向付けするために追加の機械軸を使用することが必要なく、ホブ及びミリング・カッタの二番取りされた歯の幾何形状を研削するためにカップ形状の研削砥石及び鉛筆形状の研削砥石の両方を使用するという融通性をもたらす、角度を有する向きのスピンドルを備える、工作機械を対象とする。   The present invention can be positioned (turned) at an angle, thereby eliminating the need to replace the grinding spindle assembly or modify the machine configuration to accommodate two different grinding methods, Alternatively, a cup-shaped grinding wheel and pencil shape to grind the second tooth geometry of the hob and milling cutter without the need to use additional machine axes to redirect the spindle Machine tools with an angularly oriented spindle that provide the flexibility of using both grinding wheels.

カップ形状の研削砥石とユニバーサル・モジュール・サイズのホブ歯のプロファイルとの、設定進み角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the setting advance angle of a cup-shaped grinding wheel and the profile of a hob tooth of a universal module size. カップ形状の研削砥石とユニバーサル・モジュール・サイズのホブ歯のプロファイルとの、設定進み角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the setting advance angle of a cup-shaped grinding wheel and the profile of a hob tooth of a universal module size. カップ形状の研削砥石とユニバーサル・モジュール・サイズのホブ歯のプロファイルとの、設定進み角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the setting advance angle of a cup-shaped grinding wheel and the profile of a hob tooth of a universal module size. 鉛筆形状の研削砥石とユニバーサル・モジュール・サイズのホブ歯プロファイルとの、設定進み角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the setting advance angle of the grinding wheel of a pencil shape, and the hob tooth profile of a universal module size. 鉛筆形状の研削砥石とユニバーサル・モジュール・サイズのホブ歯プロファイルとの、設定進み角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the setting advance angle of the grinding wheel of a pencil shape, and the hob tooth profile of a universal module size. 鉛筆形状の研削砥石とユニバーサル・モジュール・サイズのホブ歯プロファイルとの、設定進み角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the setting advance angle of the grinding wheel of a pencil shape, and the hob tooth profile of a universal module size. インボリュート・ヘリコイドに沿った、ホブの前部プロファイルから後部プロファイルまでの径方向カムによる二番取り動作に関連する設計図である。FIG. 6 is a design diagram associated with a second scrambling operation with a radial cam from the front profile to the rear profile of the hob along the involute helicoid. 一定の法線ピッチのホブ歯プロファイルの前部から後部への圧力角の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the pressure angle from the front part of the hob tooth profile of a fixed normal pitch to the rear part. 機械の主要構成要素と、ホブのワークピースと、鉛筆形状の研削砥石を使用するように方向付けられた研削砥石スピンドル組立体との関係及びカムによる二番取りの方向を示す図である。FIG. 3 shows the relationship between the main components of the machine, the hob workpiece and the grinding wheel spindle assembly oriented to use a pencil-shaped grinding wheel and the direction of the second take by the cam. 機械の主要構成要素と、ホブのワークピースと、カップ形砥石を使用するように方向付けられた研削砥石スピンドル組立体との関係及びカムによる二番取りの方向を示す図である。FIG. 3 shows the relationship between the main machine components, the hob workpiece, and the grinding wheel spindle assembly oriented to use a cup-shaped wheel and the direction of the second take by the cam. 機械の中で動作位置にある本発明の研削スピンドル組立体を示す、範囲を拡大した図である。FIG. 3 is an enlarged view showing the grinding spindle assembly of the present invention in an operating position in the machine. 研削スピンドル装着インターフェースと保管ステーションとの間で研削砥石パック及び冷却剤マニホルドを交換するための、機械ベースに取り付けられた自動砥石交換ユニットを示す、範囲を拡大した図である。FIG. 5 is an enlarged view showing an automatic wheel changing unit mounted on a machine base for changing a grinding wheel pack and coolant manifold between a grinding spindle mounting interface and a storage station.

本発明のいずれかの特徴及び少なくとも1つの構成を詳細に説明する前に、本発明が、その用途において、以下の説明に記載される又は図面に示される構成及び構成要素の配置の詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は別の構成が可能であり、種々の形で実施又は実行され得る。また、本明細書で使用される表現及び用語は説明を目的としており、限定するものとしてみなされるべきではないことを理解されたい。   Before describing in detail any feature and at least one configuration of the present invention, the present invention is limited in its application to the details of configuration and component arrangement set forth in the following description or illustrated in the drawings. Please understand that it is not. The invention is capable of other configurations and may be practiced or carried out in various ways. It should also be understood that the expressions and terms used herein are for purposes of illustration and should not be considered limiting.

本明細書での「備える」、「有する」及び「含む」並びにその語尾変化の使用は、以下に記載される項目及びその均等物更には追加の項目を包含することを意味する。方法又はプロセスの要素を特定するのに使用される文言は単に特定するためのものであり、それらの要素が特定の順番で実施されるべきであることを示すような意味ではない。   The use of “comprising”, “having” and “including” and endings thereof herein is meant to encompass the items described below and equivalents thereof as well as additional items. The language used to identify elements of a method or process is for identification only and does not indicate that the elements are to be performed in a specific order.

図面を説明する際、以下では、上側、下側、上方、下方、後方、底部、頂部、前部、後部などの方向に対して言及がなされ得るが、都合上、それらの言及は図面(標準的に見る)を基準にしてなされる。これらの方向は、文字通りの意味にとられたり、本発明を何らかの形態に限定したりすることを意図しない。更に、本明細書では、説明のために「第1の」、「第2の」、「第3の」などの用語が使用されるが、これらは重要度又は意義を示したり含意したりすることを意図しない。   In describing the drawings, in the following, reference may be made to directions such as top, bottom, top, bottom, back, bottom, top, front, back, etc., but for convenience these references are To see). These directions are not meant to be taken literally or to limit the invention to any form. Further, in the present specification, terms such as “first”, “second”, “third” and the like are used for explanation, but these indicate importance or significance. Not intended.

図1(a)、1(b)及び1(c)は、1条又は多条のねじ山経路4に沿った一連の連続したホブ歯3のうちの1つのインボリュート・ヘリコイド2に沿って接触しているカップ形状の研削砥石1の場合の、座標系にある研削砥石の角度関係を示しており、ホブ歯3は、ねじ山のインボリュート・ヘリコイド2と直線又は螺旋状の溝6とが交差することによって画定される切削面のところに前部プロファイル5を有し、更に、インボリュート・ヘリコイド2に沿った研削砥石1と隣接するホブ歯9との干渉点8により長さが制限される歯の位置の、研削寿命の終期近くにおける二番取りされた後部プロファイル7を有する。図1(a)、1(b)及び1(c)で定義される関係は、研削スピンドル組立体の固定角HA(角度10)、研削砥石の圧力角PA(角度11)及びホブ歯の軸平面圧力角APA(角度12)、前方から見たインボリュート・ヘリコイド13の進み角LAS1及びLAS2、及び、前方から見た研削ヘッド組立体の旋回装置取付角の設定値14、並びに、座標系に対する二番取りの方向15である。   1 (a), 1 (b) and 1 (c) contact along an involute helicoid 2 of one of a series of continuous hob teeth 3 along a single or multi-threaded thread path 4. FIG. The angle relationship of the grinding wheel in the coordinate system in the case of the cup-shaped grinding wheel 1 is shown, and the hob tooth 3 has a thread involute helicoid 2 and a straight or spiral groove 6 intersecting. A tooth having a front profile 5 at the cutting surface defined by and having a length limited by an interference point 8 between the grinding wheel 1 along the involute helicoid 2 and the adjacent hob tooth 9 At the end of the grinding life near the end of the grinding life. The relationships defined in FIGS. 1 (a), 1 (b) and 1 (c) are: a grinding spindle assembly fixed angle HA (angle 10), a grinding wheel pressure angle PA (angle 11) and a hob tooth axis. The plane pressure angle APA (angle 12), the advance angles LAS1 and LAS2 of the involute helicoid 13 seen from the front, the set value 14 of the turning device mounting angle of the grinding head assembly seen from the front, and two values for the coordinate system It is the direction 15 of the taking.

図2(a)、2(b)及び2(c)は、1条又は多条のねじ山経路19に沿った一連の連続したホブ歯18のうちの1つのインボリュート・ヘリコイド17に沿って接触している鉛筆形状又は円錐形状の研削砥石16の場合の、座標系にある研削砥石の角度関係を示しており、ホブ歯18は、ねじ山のインボリュート・ヘリコイド17と直線又は螺旋状の溝21とが交差することによって画定される切削面のところに前部プロファイル20を有し、更に、インボリュート・ヘリコイド17に沿った研削砥石16と隣接するホブ歯24との干渉点23により長さが制限される歯の位置の、研削寿命の終期近くにおける二番取りされた後部プロファイル22を有する。図2(a)、2(b)及び2(c)で定義される関係は、研削スピンドル組立体の固定角25、研削砥石上で形直し/ドレッシングされる圧力角PAとホブ歯の軸平面圧力角APA(角度27)との差の角度B(角度26)、前方から見たインボリュート・ヘリコイド28の進み角LAS1及びLAS2、及び、前方から見た研削ヘッド組立体の旋回装置取付角の設定値29、並びに、座標系に対する二番取りの方向30である。   2 (a), 2 (b) and 2 (c) contact along an involute helicoid 17 of one of a series of consecutive hob teeth 18 along a single or multiple thread path 19. In the case of a pencil-shaped or conical-shaped grinding wheel 16, the angle relationship of the grinding wheel in the coordinate system is shown, and the hob tooth 18 has a threaded involute helicoid 17 and a linear or spiral groove 21. Has a front profile 20 at the cutting surface defined by the crossing and further limited in length by an interference point 23 between the grinding wheel 16 along the involute helicoid 17 and the adjacent hob tooth 24. It has a doubled rear profile 22 near the end of the grinding life of the tooth position being made. The relationships defined in FIGS. 2 (a), 2 (b) and 2 (c) are: the fixed angle 25 of the grinding spindle assembly, the pressure angle PA reshaped / dressed on the grinding wheel and the axis plane of the hob teeth. Setting of the difference angle B (angle 26) from the pressure angle APA (angle 27), the advance angles LAS1 and LAS2 of the involute helicoid 28 seen from the front, and the turning device mounting angle of the grinding head assembly seen from the front A value 29 and a second direction 30 with respect to the coordinate system.

図3は、インボリュートを修正して又は修正せずに理論上の歯プロファイルからのずれを減少させるために研削砥石の幾何形状を最適化するのに使用される設計図と、歯の圧力角の接合体接触点(conjugant contact point)に対するホブ歯研削砥石の固有誤差とを定義している。デザイン設計図は、前部31セクション、カムによる二番取り32セクションの中間点、及び、後部33セクションのところで画定される。関連する公称のホブ歯先円半径34、公称のホブ中間点半径35、及び、鋭化寿命の端部の公称のホブ半径36が更に示されている。   FIG. 3 shows a blueprint used to optimize the grinding wheel geometry to reduce deviation from the theoretical tooth profile with or without modification of the involute and the tooth pressure angle. It defines the inherent error of the hob tooth grinding wheel with respect to the joint contact point. The design blueprint is defined at the front 31 section, the midpoint of the cammed second section 32 and the rear 33 section. The associated nominal hob tip circle radius 34, nominal hob midpoint radius 35, and nominal hob radius 36 at the end of the sharpening life are further shown.

図4は、通常の工作機械による製造法によって作られるインボリュート・プロファイルのホブ歯の場合の特有の誤差を示している。理論上、ホブが前方から後方に研削される毎に新たな別のホブが作られる。研削されたホブは、新しいホブとして、概略の形までしか歯車を切削しない。また、更にホブが後方に研削されると、誤差が増大する。図4は、説明のためにインボリュートの修正を行っていない、ホブ歯のインボリュート・ヘリコイド・プロファイルの2つの軸方向セクションを示しており、ここでは、歯のインボリュート・ヘリコイドに沿って、新しいホブの理論上の正確な前部位置37、及び、研削寿命の終期近くにおける研削された後部位置38を示している。元々固定された幾何学的プロファイルを有する研削砥石又は成形工具が、機械が二番取り動作することにより、固定された経路で駆動されて、セクション37及び38の両方においてこのヘリコイド表面に接触しようとするとき、固有誤差39(誤差A及び誤差B)が生じる。   FIG. 4 shows the specific error in the case of an involute profile hob tooth produced by a conventional machine tool manufacturing method. Theoretically, every time the hob is ground from front to back, another new hob is created. The ground hob only cuts the gear to a rough shape as a new hob. Further, when the hob is further ground backward, the error increases. FIG. 4 shows two axial sections of a hob tooth involute helicoid profile without any involute correction for illustration purposes, where the new hob along the tooth involute helicoid is shown. A theoretically exact front position 37 and a ground rear position 38 near the end of the grinding life are shown. A grinding wheel or forming tool with an originally fixed geometric profile is driven in a fixed path by the machine taking a second action to attempt to contact this helicoid surface in both sections 37 and 38. In this case, an inherent error 39 (error A and error B) occurs.

上述した固有誤差の問題の認識及び解決の試みが、「Buckingham、Earl、Spur Gears、McGraw−Hill Book Co.Inc.、NY、1928年」から知られており、ここでは、インボリュート・ヘリコイドの特別な性質を利用してホブの歯面を二番取りすることが考察されている。開示される方法では、二番取りされた面と研削砥石との間の接点がインボリュート・ヘリコイドの直線状の母線となり、二番取りされた面自体がインボリュート・ヘリコイドとなる。しかし、この方法は、セミトッピングの傾斜、インボリュートの修正、及び、プロチュバランスなどの、修正を行わない。微細なピッチのホブの場合は固有誤差は無視され得、低品質の粗いピッチのホブの場合でも誤差の大きさは重要ではない。精密なホブの場合、固有誤差の箇所は以下の方程式で特定され得る:   An attempt to recognize and solve the inherent error problem described above is known from “Buckingham, Earl, Spur Gears, McGraw-Hill Book Co. Inc., NY, 1928”, where the involute helicoid special It has been considered that the tooth surface of the hob is secondly taken advantage of this property. In the disclosed method, the contact between the second picked surface and the grinding wheel becomes a linear bus of the involute helicoid, and the second picked surface itself becomes the involute helicoid. However, this method does not make corrections, such as semi-topping slope, involute correction, and protubal balance. In the case of a fine pitch hob, the inherent error can be ignored, and the magnitude of the error is not important even in the case of a low quality coarse pitch hob. For a precision hob, the inherent error location can be specified by the following equation:

ファクターQが20より大きい場合、これは、直線の軸方向プロファイルを有するホブが真のインボリュート・プロファイルを実際上有する歯車を切削する概略的な範囲を示している。ファクターQが減少すると、ホブ歯の軸方向プロファイルがより湾曲していき、固有誤差の潜在性が増大する。   If the factor Q is greater than 20, this indicates the approximate range in which a hob with a linear axial profile cuts a gear that actually has a true involute profile. As factor Q decreases, the axial profile of the hob teeth becomes more curved and the potential for inherent errors increases.

修正された歯のインボリュート・ヘリコイドとの研削砥石の接触パターン、設定角度、及び、研削砥石のオフセット値をコンピュータ解析することにより、研削プロセスを最適化して固有誤差を減少させることができるが、固有誤差を排除することはできない。二番取りプロセス中に圧力角の関係を変更するために機械が修正動作することにより、固有誤差を許容可能なレベルにまで最小化することができ、それにより、より精密でより長寿命のホブが得られる。本発明の研削砥石ヘッド組立体40(図6)は、固有誤差を最小化するために、二番取り動作に同期した研削砥石の振動動作を実現し得る。   By analyzing the grinding wheel contact pattern with the modified tooth involute helicoid, the set angle, and the grinding wheel offset value, the grinding process can be optimized to reduce the inherent error. Errors cannot be excluded. The corrective action of the machine to change the pressure angle relationship during the second process can minimize the inherent error to an acceptable level, thereby providing a more precise and longer life hob. Is obtained. The grinding wheel head assembly 40 (FIG. 6) of the present invention can realize the vibration operation of the grinding wheel synchronized with the second picking operation in order to minimize the inherent error.

本発明の研削盤のCNCコントローラ(Fanuc 160iBのコンピュータ制御装置など)は、研削ヘッド組立体が研削用のカップ形砥石を使用するために水平方向の平面付近に位置決めされている場合に水平方向の平面内で移動する1つの軸から、ラジアルカム又はオフセットラジアルカムによる二番取り動作を行うように、或いは、研削ヘッド組立体が研削用の鉛筆形砥石を使用するために垂直方向の平面付近に位置決めされている場合にカムによる二番取り動作を実現するために複数の軸を使用して、垂直方向の平面に対して複合角度で、ラジアルカム又はオフセットラジアルカムによる二番取り動作を行うように、動作可能である。更に、研削ヘッド組立体は、ラジアルカム又はオフセットラジアルカムによる二番取り動作に重ね合わせて研削砥石に振動動作を伝えることができ、この振動動作は、ホブ歯プロファイルの圧力角に対する研削砥石の旋回の向きを変更する働きをし、それにより、二番取りされた歯プロファイルの前部及び中間点に対してホブ歯の後部のところの歯圧力角が減少する。この動作により、本発明の以前のホブ研削では作られ得ないような一定の歯直角法線ピッチのホブを製造することが可能となる。   The CNC controller (such as a Fanuc 160iB computer controller) of the grinding machine of the present invention can be used in the horizontal direction when the grinding head assembly is positioned near a horizontal plane in order to use a grinding cup-type wheel. Positioning near a vertical plane so as to perform a double cam action with a radial cam or offset radial cam from one axis moving in a plane, or to use a pencil-type grinding wheel for grinding Use multiple shafts to achieve a second take action by a cam, and a second take action by a radial cam or an offset radial cam at a compound angle with respect to a vertical plane, It is possible to operate. In addition, the grinding head assembly can transmit a vibration motion to the grinding wheel superimposed on a second picking motion by a radial cam or an offset radial cam, and this vibration motion is a function of turning the grinding wheel with respect to the pressure angle of the hob tooth profile. It serves to change the orientation, thereby reducing the tooth pressure angle at the rear of the hob teeth relative to the front and middle points of the doubled tooth profile. This operation makes it possible to produce hobbs with a constant tooth normal normal pitch that cannot be made with previous hob grinding of the present invention.

図5は、テーブル41と、直接モータ駆動主軸台42と、回転センタの心押台43と、アーバ組立体を載荷するのを補助するための振れ止44と、工作物保持アーバ45(図6)と、ホブのワークピース46と、リニア・モータ駆動の長手軸方向摺動組立体47と、リニア・モータ駆動の垂直方向摺動組立体48と、リニア・モータ駆動の水平径方向送込み摺動組立体49と、鉛筆形砥石で研削するように方向付けられた研削スピンドル旋回組立体50と、工具スピンドル65を備える、傾斜した(好適には25度)研削スピンドル・ハウジング51と、スピンドル装着式アダプタ66を備える鉛筆形研削砥石52と、を有する本発明の機械を示している。ベクトル53は、方向の二番取り動作(すなわち、カムによる二番取り動作)の合成角を示す。主軸台42及び長手方向軸摺動体47がホブねじのリードを発生させ、垂直方向摺動組立体48及び水平方向摺動組立体49が組み合わさってカムによる二番取り動作53を発生させ、またカムによる二番取り動作53に重ね合わされる研削砥石旋回組立体50の任意選択の振動が圧力角のプロファイルの固有誤差を最小化するには、5つの軸を同期させる必要がある。 FIG. 5 shows a table 41, a direct motor drive headstock 42, a rotating center tailstock 43, a steady rest 44 to assist in loading the arbor assembly, and a workpiece holding arbor 45 (FIG. 6). ), A hob workpiece 46, a linear motor driven longitudinal slide assembly 47, a linear motor driven vertical slide assembly 48, and a linear motor driven horizontal radial feed slide. A moving assembly 49, a grinding spindle turning assembly 50 oriented to be ground with a pencil-shaped wheel, a tilted (preferably 25 degrees) grinding spindle housing 51 with a tool spindle 65, and a spindle mounting 1 shows a machine of the present invention having a pencil grinding wheel 52 with a type adapter 66. A vector 53 indicates a composite angle of the direction second counting operation (that is, the cam second counting operation). The headstock 42 and the longitudinal shaft sliding body 47 generate hob screw leads, and the vertical sliding assembly 48 and the horizontal sliding assembly 49 combine to generate a cam numbering action 53, and In order for the optional vibration of the grinding wheel turning assembly 50 superimposed on the cam picking operation 53 to minimize the inherent error in the pressure angle profile, the five axes need to be synchronized.

図6は、機械テーブル41と、直接モータ駆動主軸台42と、回転センタの心押台43と、ワークピース・スピンドル67と、アーバ組立体を載荷するのを補助するための振れ止44と、工作物保持アーバ45と、ホブのワークピース46と、リニア・モータ駆動の長手軸方向摺動組立体47と、リニア・モータ駆動の垂直方向摺動組立体48と、リニア・モータ駆動の水平径方向送込み摺動組立体49と、カップ形状の砥石で研削するように方向付けられた研削スピンドル旋回組立体50と、工具スピンドル65を備える、傾斜した(好適には25度)研削スピンドル・ハウジング51と、スピンドル装着式アダプタ66を備えるカップ形状の研削砥石55とを示している。ベクトル56は、径方向の二番取り動作(すなわち、カムによる二番取り動作)の合成角を示す。カムねじが二番取りをすることにより、主軸台42及び長手軸方向摺動体47がホブねじのリードを発生させるように位置決めされ、また、水平方向摺動組立体49がカムによる二番取り動作56を発生させるように位置決めされるには、3つの軸を同期させる必要がある。研削砥石旋回組立体50のオフセットのセットアップ角度及び垂直軸48の高さは、カップ形砥石で研削するときのカムによる二番取り・プロセスの間は固定した位置で保持される。 FIG. 6 includes a machine table 41, a direct motor driven headstock 42, a rotating center tailstock 43, a workpiece spindle 67, and a steady rest 44 to assist in loading the arbor assembly, Workpiece holding arbor 45, hob workpiece 46, linear motor driven longitudinal slide assembly 47, linear motor driven vertical slide assembly 48, linear motor driven horizontal diameter A tilted (preferably 25 degrees) grinding spindle housing comprising a directional feed slide assembly 49, a grinding spindle turning assembly 50 oriented to grind with a cup-shaped wheel, and a tool spindle 65 51 and a cup-shaped grinding wheel 55 having a spindle mounting adapter 66 are shown. A vector 56 represents a combined angle of the radial second numbering operation (that is, the second numbering operation by the cam). When the cam screw is second picked, the headstock 42 and the longitudinal slide body 47 are positioned so as to generate the hob screw lead, and the horizontal slide assembly 49 is second picked by the cam. To be positioned to generate 56, the three axes need to be synchronized. The offset set-up angle of the grinding wheel turning assembly 50 and the height of the vertical shaft 48 are held in a fixed position during the second camping process during grinding with the cup-type grinding wheel.

垂直方向の動作のために装着される研削砥石ヘッド組立体40は好適には、研削砥石のプロファイル、カッタのねじ山のリード及び研削スピンドルの向きに応じて所望される通りに設定される合成角度まで、少なくともプラス又はマイナス120度の垂直の円弧面を自動で揺動することができる、可変速の高周波研削スピンドルを有する。研削スピンドル・ハウジング51は、研削砥石ヘッド40の垂直の旋回平面から固定された角度位置で方向付けられ、好適には垂直平面から約25度であり、ここでは、研削砥石の位置がワークピースに接近しており、工具スピンドル65の直接駆動式のモータがワークピースから離れている。 The grinding wheel head assembly 40 mounted for vertical motion is preferably a composite angle set as desired depending on the grinding wheel profile, cutter thread lead and grinding spindle orientation. Until now, it has a variable-speed high-frequency grinding spindle capable of automatically swinging a vertical arc surface of at least plus or minus 120 degrees. The grinding spindle housing 51 is oriented at a fixed angular position from the vertical pivot plane of the grinding wheel head 40 and is preferably about 25 degrees from the vertical plane, where the position of the grinding wheel is relative to the workpiece. Approaching, the direct drive motor of the tool spindle 65 is away from the workpiece.

工具スピンドル65の好適な25度の向きは、カップ形状の研削砥石55(図6)を使用する場合に研削スピンドルのモータ・ハウジング51とワークピースの外径との間に追加のクリアランスを形成し、この場合、研削砥石ヘッド40が水平方向の平面からプラス又はマイナス約30度のところに位置決めされ、ここでは、二番取り研削は、回転動作及び長手方向動作と組み合わせて迅速な水平方向動作を使用する。好適な25度で方向付けられた研削スピンドルはまた、垂直平面からプラス又はマイナス約40度に位置決めされる研削砥石ヘッド40を備えるように、鉛筆形状の研削砥石52(図5)を補助することができ、それにより、二番取り研削動作が、回転動作及び長手方向動作との組み合わせで迅速な垂直方向動作及び水平方向動作の両方を使用するようになる。記載される動作に加えて、研削砥石ヘッド組立体は、二番取り動作中に、設定された角度位置からプラス又はマイナス約3.5度で振動することができ、それにより、二番取りされたホブ歯のフランクの後部更には前部において修正された歯プロファイルの圧力角を有するような、粗い基準寸法の直角法線ピッチのホブが得られる。研削スピンドルは固定された25度の向きが好適であるが、本発明はそれのみに限定されない。別の角度の向きも企図され、本開示の範囲に含まれる。 The preferred 25 degree orientation of the tool spindle 65 creates an additional clearance between the motor housing 51 of the grinding spindle and the outer diameter of the workpiece when using a cup-shaped grinding wheel 55 (FIG. 6). In this case, the grinding wheel head 40 is positioned at a plus or minus about 30 degrees from the horizontal plane, where the double grinding is combined with a rotary action and a longitudinal action for a quick horizontal action. use. A suitable 25 degree oriented grinding spindle also assists the pencil shaped grinding wheel 52 (FIG. 5) with a grinding wheel head 40 positioned about 40 degrees plus or minus from the vertical plane. So that the double grinding operation uses both rapid vertical and horizontal motions in combination with rotational and longitudinal motions. In addition to the operations described, the grinding wheel head assembly can oscillate at a plus or minus about 3.5 degrees from the set angular position during the second picking operation, so that it is double picked. A rough normal dimension right angle normal pitch hob is obtained which has a modified tooth profile pressure angle at the back and even the front of the flank of the hob teeth. The grinding spindle is preferably a fixed 25 degree orientation, but the invention is not so limited. Other angular orientations are also contemplated and are within the scope of this disclosure.

図7は、研削砥石交換キャビネット57と、傾斜した研削スピンドル51を含む研削砥石旋回組立体50と、セットアップ機能及び検査機能のためのプローブ58(例えば、Renishaw 3D)と、テーブルに装着される回転ドレッサ(砥石修正装置)組立体59と、を含む追加の機械構成を示している。ホブの自動研削工程及び複数の砥石プロファイルを組み合わせる工程には、好適には、スピンドル・アダプタに装着される研削砥石パックを機械運転時に交換することと、プローブ58を用いて、歯溝のそれぞれの歯フランク上のピッチ点を基準にして研削砥石の位置を概して決定することと、研削砥石プロファイルの位置がホブのその時点の歯プロファイルに接触していることを確認するために音響接触感知を用いることと、テーブルに装着されるドレッサ59を使用する多数の研削砥石技術(CBNなどの超砥粒を含む)において研削砥石プロファイルを生成するために、音響接触感知を用いて、機械軸を使用して外形を作ることと、砥石プロファイルを組み合わせるために及び誤差の修正のために、研削されたプロファイルをプロービング・システム58を用いて測定することと、プロファイルの誤差を修正するために自動で分析してフィードバックすることとが含まれる。   FIG. 7 shows a grinding wheel changing cabinet 57, a grinding wheel turning assembly 50 including an inclined grinding spindle 51, a probe 58 (eg, Renishaw 3D) for setup and inspection functions, and a rotation mounted on the table. And an additional mechanical configuration including a dresser (grindstone correcting device) assembly 59. For the hob automatic grinding process and the process of combining a plurality of wheel profiles, it is preferable to replace the grinding wheel pack attached to the spindle adapter during machine operation and to use the probe 58 to Use acoustic contact sensing to determine generally the position of the grinding wheel relative to the pitch point on the tooth flank and to confirm that the position of the grinding wheel profile is in contact with the current tooth profile of the hob And using a mechanical axis with acoustic contact sensing to generate a grinding wheel profile in a number of grinding wheel technologies (including superabrasives such as CBN) using a dresser 59 mounted on the table. Probing the ground profile to combine the profile with the wheel profile and to correct errors And measuring using a-system 58 includes a be feedback analyzed automatically to correct the errors in the profiles.

図8は、回転式ラック61上に装着される複数のステーションを備える砥石及び冷却剤マニホルドの自動交換装置60の実例を示しており、この回転式ラック61は、研削スピンドル・アダプタに組み付けられた砥石パック(集合的に62)及び付随する冷却剤マニホルド63を保管する。プログラム可能な摺動組立体64が、研削スピンドル51とラック61上の複数のステーションとの間で砥石パック62及び冷却剤マニホルド63を同時に交換することを促進する。ホブ又はミリング・カッタを完全に自動で研削するのを促進するために、砥石及び冷却剤マニホルドの自動交換装置60(キャビネット57内に位置する)が工作機械に取り付けられる。この砥石及び冷却剤マニホルドの自動交換装置は、付随する冷却剤マニホルドを備えるスピンドル・アダプタ上に装着される多数の研削砥石を設置することができ、また、この装置と研削スピンドルとの間で冷却剤マニホルドを備える研削砥石パックを自動で交換することができ、それにより、ホブ又はミリング・カッタの歯プロファイル全体を仕上げるのに必要となる多数の砥石が自動で提供される。この砥石及び冷却剤マニホルドの自動交換装置の中のステーションの標準の数は好適には8であるが、空間的制約によってのみ使用が制限される又は使用可能な冷却剤マニホルドを備える使用可能な砥石パックの数を増大させるためにマガジン保管装置が砥石及び冷却剤マニホルドの自動交換装置に接続されてもよい。複数の研削砥石に対して歯溝の位置決めセッティングを行うために、更には、形直し/ドレッシングのためのプロファイル経路の自動修正フィードバックを用いて研削後に検査を行うために、プロービング・システム(例えば、Renishaw 3D)が組み込まれる。現在国際的に受け入れられているホブ及びミリング・カッタのAGMA標準規格及びDIN規格に従って研削されたプロファイルの品質を測定して報告することも企図される。 FIG. 8 shows an example of a grindstone and coolant manifold automatic changer 60 comprising a plurality of stations mounted on a rotating rack 61, which is mounted on a grinding spindle adapter. Store the grinding wheel pack (collectively 62) and the accompanying coolant manifold 63. A programmable sliding assembly 64 facilitates simultaneous exchange of the grindstone pack 62 and coolant manifold 63 between the grinding spindle 51 and multiple stations on the rack 61. A grindstone and coolant manifold automatic changer 60 (located in the cabinet 57) is attached to the machine tool to facilitate fully automatic grinding of the hob or milling cutter. This automatic wheel and coolant manifold changer can install a number of grinding wheels mounted on a spindle adapter with an associated coolant manifold, and between this device and the grinding spindle. The grinding wheel pack with the agent manifold can be replaced automatically, thereby automatically providing a number of wheels required to finish the entire tooth profile of the hob or milling cutter. The standard number of stations in this grindstone and coolant manifold automatic changer is preferably 8, but usable grindstones with coolant manifolds that are limited or only usable due to space constraints A magazine storage device may be connected to the grindstone and coolant manifold automatic changer to increase the number of packs. Probing systems (e.g., to perform post-grinding inspection with automatic correction feedback of profile paths for reshaping / dressing to perform tooth gap positioning settings for multiple grinding wheels Renishaw 3D) is incorporated. It is also contemplated to measure and report the quality of ground profiles in accordance with the currently accepted internationally accepted hob and milling cutter AGMA and DIN standards.

本発明の機械は、複数の直線の溝又は螺旋状の溝(刃溝)によって画定される歯切削面を備える約8から約50モジュール歯サイズの範囲内にある、好適には200mmの外径を超える1条又は多条ホブを研削することができる。本機械はまた、歯が軸方向に割り出しされ、複数の直線の溝又は螺旋状の溝によって画定される歯切削面を備える、好適には200mmを越える大型のミリング・カッタを二番取り研削することができる。本機械は、好適には、ホブ又はミリング・カッタの各歯プロファイルを二番取り研削するために、回転動作、垂直方向動作、水平方向動作、長手方向動作、及び、研削ヘッド旋回動作を定義通りに組み合わせた、グラス・スケールによる精密な位置フィードバックを用いる、リニア・モータにより直接に駆動される高速応答のプログラム可能な軸を組み込む。テーパ状の外径又は外形が作られた外径を有するホブ及びミリング・カッタも研削され得る。左フランク及び右フランク、歯先の丸み並びに歯先円直径を仕上げるために各歯溝を研削するのに、複数の研削砥石が必要となる場合がある。   The machine of the present invention is in the range of about 8 to about 50 module tooth sizes with a tooth cutting surface defined by a plurality of straight or spiral grooves (blade grooves), preferably an outer diameter of 200 mm More than 1 or multiple hobs can be ground. The machine also secondarily grinds a large milling cutter, preferably over 200 mm, with a tooth cutting surface with the teeth indexed axially and defined by a plurality of straight or spiral grooves. be able to. The machine preferably has a rotational motion, a vertical motion, a horizontal motion, a longitudinal motion, and a grinding head swivel motion as defined to pre-grind each tooth profile of the hob or milling cutter. Incorporates a fast response programmable axis driven directly by a linear motor, using precise position feedback with a glass scale in combination with Hobs and milling cutters having tapered outer diameters or outer diameters that are contoured can also be ground. Multiple grinding wheels may be required to grind each tooth space to finish left and right flank, tip roundness and tip circle diameter.

好適な実施例を参照して本発明を説明してきたが、本発明がこれらの好適な実施例の特色のみ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精神及び範囲から逸脱することなく主題が関連する、当業者には明白であろう修正形態を含むことを意図される。   Although the invention has been described with reference to preferred embodiments, it should be understood that the invention is not limited to the features of these preferred embodiments. The present invention is intended to include modifications which will be apparent to those skilled in the art to which the subject matter pertains without departing from the spirit and scope of the appended claims.

Claims (15)

回転切削工具を研削するための機械であって、
テーブルと、
ワークピースの軸を中心に回転切削工具を回転させるためのワークピース・スピンドルと、
工具の軸を中心に工具を回転させるための工具スピンドルと、
前記ワークピース・スピンドルに面する第1の側面を有する垂直方向摺動組立体と
を有し、
前記工具スピンドルが、前記第1の側面上に位置し、前記垂直方向摺動組立体の前記第1の側面に沿って垂直方向に移動可能であり、前記工具スピンドルが、前記第1の側面に対して概して垂直に延在する旋回軸を中心に旋回することができ、
前記工具スピンドルが、前記第1の側面に対して傾斜して所定の傾斜角度で方向付けられる、機械。
A machine for grinding rotary cutting tools ,
Table,
A workpiece spindle for rotating the rotary cutting tool about the workpiece axis;
A tool spindle for rotating the tool about the tool axis;
A vertical sliding assembly having a first side facing the workpiece spindle;
The tool spindle is located on the first side and is vertically movable along the first side of the vertical sliding assembly, and the tool spindle is on the first side. Can pivot about a pivot axis extending generally vertically to the
The machine wherein the tool spindle is tilted relative to the first side and oriented at a predetermined tilt angle.
前記垂直方向摺動組立体が前記テーブル上に位置し、前記テーブルの長手方向及び前記テーブルの幅方向のうちの少なくとも1つにおいて移動可能である、請求項1に記載の機械。   The machine of claim 1, wherein the vertical sliding assembly is located on the table and is movable in at least one of a longitudinal direction of the table and a width direction of the table. 前記傾斜角度が25度である、請求項1に記載の機械。   The machine of claim 1, wherein the tilt angle is 25 degrees. 前記工具が鉛筆の先端部の形状の研削砥石を有する、請求項1に記載の機械。   The machine of claim 1, wherein the tool has a grinding wheel in the shape of a pencil tip. 前記工具がカップ形状の研削砥石を有する、請求項1に記載の機械。   The machine of claim 1, wherein the tool has a cup-shaped grinding wheel. 前記工具スピンドルが旋回組立体内に位置し、前記旋回組立体上プローブが位置決めされる、請求項1に記載の機械。 The machine of claim 1, wherein the tool spindle is located in a pivot assembly and a probe is positioned on the pivot assembly. 複数の工具保管ステーションを有する砥石及び冷却剤マニホルドの自動交換装置をさらに含む、請求項1に記載の機械。   The machine of claim 1, further comprising a grindstone and coolant manifold automatic changer having a plurality of tool storage stations. 前記ワークピースに対して、前記工具の径方向のカム動作及びオフセット径方向のカム動作のうちの少なくとも1つの実現するように動作可能である、請求項1に記載の機械。   The machine of claim 1, wherein the machine is operable to achieve at least one of a radial cam action and an offset radial cam action of the tool relative to the workpiece. 径方向のカム動作及びオフセット径方向のカム動作のうちの前記少なくとも1つに重ね合わせて、前記工具の振動動作を追加で伝えるようにさらに動作可能である、請求項8に記載の機械。   The machine of claim 8, further operable to superimpose the at least one of a radial cam motion and an offset radial cam motion to further convey a vibration motion of the tool. 前記回転切削工具が1条ボブ、多条ホブ又はミリング・カッタを有する、請求項1に記載の機械。 The machine according to claim 1, wherein the rotary cutting tool has a single-row bob, a multi-row hob or a milling cutter. 研削盤上で研削砥石を用いて回転切削工具を研削する方法であって、
ワークピースの軸を中心に前記回転切削工具を回転させるステップと、
工具の軸を中心に前記研削砥石を回転させるステップと、
互いに垂直な最大で3方向において、前記回転切削工具と前記研削砥石との間で相対運動を行わせるステップと、
旋回軸を中心に前記研削砥石を旋回させるステップであって、前記旋回軸が前記研削盤上の垂直方向摺動組立体の垂直方向に方向付けられた第1の側面に対して垂直であり、前記第1の側面が前記回転切削工具に面し、前記研削砥石が前記第1の側面に対して傾斜して所定の傾斜角度で方向付けられる、ステップと、
前記研削砥石及び前記回転切削工具を互いに係合させて、径方向のカム動作及びオフセット径方向のカム動作のうちの少なくとも1つを実行するために前記研削砥石及び前記回転切削工具を互いに対して移動させ、それにより、前記回転切削工具の歯に逃げ面を設ける、ステップと
を含む、方法。
A method of grinding a rotary cutting tool using a grinding wheel on a grinder,
Rotating the rotary cutting tool about the axis of the workpiece;
Rotating the grinding wheel about the axis of the tool;
Causing relative movement between the rotary cutting tool and the grinding wheel in a maximum of three directions perpendicular to each other;
Pivoting the grinding wheel about a pivot axis, wherein the pivot axis is perpendicular to a first side oriented in a vertical direction of a vertical sliding assembly on the grinder; The first side faces the rotary cutting tool and the grinding wheel is tilted relative to the first side and is oriented at a predetermined tilt angle; and
Engaging the grinding wheel and the rotary cutting tool with each other to move the grinding wheel and the rotary cutting tool relative to each other to perform at least one of a radial cam operation and an offset radial cam operation. Moving , thereby providing a clearance surface on the teeth of the rotary cutting tool .
前記研削砥石を振動させるステップと、前記振動を径方向のカム動作及びオフセット径方向のカム動作のうちの前記少なくとも1つに重ね合わせるステップとをさらに含む、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, further comprising vibrating the grinding wheel and superimposing the vibration on the at least one of a radial cam operation and an offset radial cam operation. 前記傾斜角度が25度である、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein the tilt angle is 25 degrees. 前記研削砥石が、鉛筆の先端部の形状の研削砥石又はカップ形状の研削砥石のうちの1つを有する、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein the grinding wheel comprises one of a pencil-shaped grinding wheel or a cup-shaped grinding wheel. 前記回転切削工具が1条ボブ又は多条ホブ又はミリング・カッタを有する、請求項11に記載の方法。 The method according to claim 11, wherein the rotary cutting tool comprises a single-row bob or a multi-row hob or a milling cutter.
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