JP6006302B2 - 外歯用スカイビング加工方法およびスカイビングツールを有する装置 - Google Patents

Description

本発明は、外歯構造または他の外側周期的構造をスカイビング加工するスカイビング加工方法およびスカイビングツールを有する装置に関する。

ギヤホイールの製造方法がいくつか存在する。チップ（切りくず）除去加工におけるソフトプレ機械加工は、ホブ加工、ギヤ形削り加工（ｇｅａｒ ｓｈａｒｐｉｎｇ）、平削り加工（ｐｌａｎｉｎｇ）、スカイビング加工（ｓｋｉｖｉｎｇ）（英語では重スカイビング加工（ｐｏｗｅｒ ｓｋｉｖｉｎｇ）と呼ばれる）に分けられる。ホブ加工およびスカイビング加工は、以下に説明されるように、いわゆる連続的な方法である。

チップ発生加工におけるギヤホイールの作製は、断続的なインデックス（ｉｎｄｅｘｉｎｇ）プロセスまたは単一のインデックスプロセスと、連続的なインデックスプロセスまたは表面ホブ加工（ｆａｃｅ ｈｏｂｂｉｎｇ）とときどき呼ばれる連続的な方法とに分けられる。

連続的な方法において、例えば、ツールは、ワークピースの側面を切削するためのカッターを有する。ワークピースは、連続的にクランプされた状態で、すなわち連続するプロセスにおいて切削される。連続的な方法は、ツールと加工対象のワークピースとが連続的に相対的にインデックス動作を実行する複雑な連動シーケンスに基づいている。インデックス動作は、対応する装置の複数の駆動軸を連動させてツールとワークピースを連動させることによって行われる。

単一のインデックスプロセスにおいて、１つの歯間ギャップが加工された後、次の歯間ギャップを加工する前に、例えば、ツールを相対移動させるとともに、ツールに対してワークピースを回転させるいわゆるインデックス動作（インデックス回転）が実行される。このようにして、ギヤホイールが段階的に作製される。

上述したギヤ形削り加工は、図１に概略的に示すように、形削りツール１の回転軸Ｒ１とワークピース２の回転軸Ｒ２との間の交角（すなわち軸の交角）がゼロ度であるため、円筒状ギヤトランスミッションによって説明するまたは表すことができる。軸の交角がゼロ度になる場合、２つの回転軸Ｒ１、Ｒ２は平行に延在する。ワークピース２と形削りツール１は、それぞれ回転軸Ｒ１、Ｒ２を中心として連続的に回転する。回転動作に加えて、形削りツール１は、図１に示す矢印Ｓ_ｈｘ方向のストローク動作を実行し、このストローク動作によってワークピース２からチップを取り除く。

上述した方法、すなわちスカイビング加工について再び取り上げる。この基礎は約１００年前にさかのぼる。これに関する最初の出願ＤＥ２４３５１４は１９１２年にさかのぼる。この初期の創造的な考えや研究の後、スカイビング加工には更なる進展がなかった。これまでは、スカイビング加工に適したツール形状を見出すためには、いくぶんかの経験に基づく複雑なプロセスが必要とされていた。

１９８０年代の中期において、スカイビング加工は再び取り上げられる。今日のシミュレーション方法や現代的な装置のＣＮＣ制御が登場するまでは、さらに加えて、高い耐久性を備える今日のツール材料や、非常に高い静剛性および動剛性と高パフォーマンスな同期性を備える装置が登場するまでは、スカイビング加工の原理は、生産的で再現可能なロバストな方法として実行される可能性がなかった。

図２Ａは、スカイビング加工中において、スカイビングツール（いわゆるスカイビングホイール）１０の回転軸Ｒ１とワークピース２０の回転軸Ｒ２との交角Σがゼロと異なる場合を示している。そのため、スカイビングツール１０とワークピース２０との間の相対動作は、回転に関する成分（回転成分）と前進に関する成分（並進成分）とに分解することができるらせん動作である。ヘリカルギヤトランスミッションの作製は、回転成分がローリングに対応し、前進成分がフランクの滑りに対応する技術的な且つ特別な推法（ａｎａｌｏｇｏｎ）を駆使することとみなすことができる。軸の交角Σの絶対値が大きいほど、ワークピース２０の加工に必要な並進成分は増加する。これにより、ワークピース２０の歯フランクの方向に向かうスカイビングツール１０の刃先の移動成分が生じる。したがって、スカイビング加工中、同等のヘリカルギヤの相互に噛み合うギヤホイールのくしで梳くような相対動作の滑り成分が切削動作を実行するために利用される。ただし、スカイビング加工においては、低速な軸方向の送りＳ_ａｘ（軸方向送り）が必要であり、ギヤ形削りに代表的な削り動作（すなわち押す動作）が実施される。したがって、スカイビング加工においては、戻りストローク動作が生じない。

スカイビング加工における切削速度は、スカイビングツール１０およびワークピース２０の回転速度と回転軸Ｒ１、Ｒ２の間の軸の交角Σとの影響を直接的に受ける。軸の交角Σと滑り成分は、材料が最適な切削速度で加工されるような所定の回転速度のために選択される。

動作シーケンスと確立されたスカイビング加工方法のさらなる詳細は、上述した図２Ａの概略図から分かる。図２Ａは、円筒状ワークピース２０上の外歯をスカイビング加工する様子を示している。ワークピース２０とツール１０（ここでは円筒状スカイビングツール１０）は、図２Ａに示すように、例えば角速度をω_１、ω_２に基づいて、反対方向に回転する。

さらなる相対動作が加えられる。ツール１０を用いてワークピース２０の歯幅全体を加工するためには、上述した軸方向送りＳ_ａｘが必要とされる。軸方向送りにより、ツール１０は、ワークピース２０の回転軸Ｒ２と平行な方向に、ワークピース２０に対してシフトされる。ツール１０のこの移動方向は、図２ＡにおいてＳ_ａｘで示されている。ワークピース２０にらせん状の歯を形成することが望まれる場合（すなわちβ_２≠０）、差動送りＳ_Ｄが、軸方向送りＳ_ａｘに重ね合わせられる。差動送りは、図２Ａに示すように、回転軸Ｒ２を中心とするワークピース２０の追加的な回転に対応する。計算点ＡＰでの差動送りＳ_Ｄと軸方向送りＳ_ａｘは、ワークピース２０に対するツール１０の結果として生じる送りが発生した歯のギャップの方向になるように、互いに調整されている。径方向送りＳ_ｒａｄが、ワークピース２０の歯の頂部に影響するために使用されてもよい。

スカイビング加工において、切削速度ベクトルｖ_ｃは、実質的に、ツール１０の回転軸Ｒ１の速度ベクトルｖ_１とワークピース２０の回転軸Ｒ２の速度ベクトルｖ_２との差である。それらの速度ベクトルは、軸の交角Σによって互いに対して傾いている。ベクトルｖ_１はツールの外周での速度ベクトルであり、ベクトルｖ_２はワークピース２０の外周での速度ベクトルである。スカイビング加工プロセスにおける切削速度ｖ_ｃは、同等のヘリカルギヤにおける軸の交角Σと回転速度とによって変更されてもよい。スカイビング加工において、軸方向送りＳ_ａｘは、上述したように相対的に低速であり、切削速度ｖ_ｃにほんのわずかの影響を与えるにすぎず、無視することができ、それゆえ、ベクトルｖ_１、ｖ_２、ｖ_ｃを示す図２Ａに図示されなくてもよい。

図２Ｂは、円錐状のスカイビングツール１０を用いてワークピース２０の外歯をスカイビング加工する様子を示している。図２Ｂにおいて、軸の交角Σ、切削速度ベクトルｖ_ｃ、ツール１０の外周での速度ベクトルｖ_１、ワークピース２０の外周での速度ベクトルｖ_２、ツール１０のねじれβ_１、ワークピース２０のねじれβ_２が示されている。ここで、図２とは異なり、ねじれβ_２はゼロではない。図２Ｂにおいて、ツール１０の歯ヘッド（ｔｏｏｔｈ ｈｅａｄ）が符号４で示されている。また、図２Ｂにおいて、歯ブレスト（ｔｏｏｔｈ ｂｒｅａｓｔ）が符号５で示されている。２つの回転軸Ｒ１、Ｒ２は交差していないが、互いに対してねじれの位置に配置されている。円錐状のスカイビングツール１０の場合、逃げ角を与えるスカイビングツール１０の傾きが必要がないため、計算点ＡＰは、通常、２つの回転軸Ｒ１、Ｒ２の接続垂線上に選択される。計算点ＡＰは、いわゆる接触点と一致する。同等のヘリカル形成ギヤの回転円周は、この計算点ＡＰ上で互いに接触し合う。

スカイビング加工の場合、幾何学的に決定された少なくとも１つの刃先を有するツールが使用される。図２Ａおよび図２Ｂには、刃先／複数の刃先は示されていない。刃先、その隣接するチッピング面（ｃｈｉｐｐｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）および逃げ面の形状や配置については、実際には具体的な実施を考慮する必要がある。

図２Ａに示す例において、スカイビングツール１０は、直線歯を備えるスプールホイールの形状を備える。図２Ａに示すベース本体の外形は円筒形状である。しかしながら、図２Ｂに示すように、円錐状（いわゆる錐体状）であってもよい。スカイビングツール１０の１つまたは複数の歯が刃先の全長に沿って係合するため、ツール１０の歯それぞれは刃先で十分な逃げ角を必要とする。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、直線歯またはヘリカル歯を備える円錐状スカイビングツール１０の場合、スカイビングツール１０の基本形状が円錐であるために、スカイビングツール１０は、構造的な逃げ角を備える。すなわち、円錐状スカイビングツール１０のヘッド（ｈｅａｄ）での且つフランク上の逃げ角が、スカイビングツール１０の形状によって決定されている。しかしながら、円錐状のスカイビングツール１０の刃先の形状は、とにかく再研磨できるように、ある条件を満たす必要がある。図３Ａおよび図３Ｂにおいては、ワークピース２０の外歯を形成するときの円錐状スカイビングツール１０が示されている。円錐状のスカイビングツール１０のカッターヘッドでのいわゆる構造上の逃げ角α_Ｋｏが図３Ｂにおいて確認できる。軸の交点ＡＫと、スカイビングツール１０の回転円周とワークピース２０の回転円周との接触点ＢＰは、図３Ａにおいては一致し、回転軸Ｒ１、Ｒ２の接続垂線ＧＬ（図３Ａ、３Ｂでは視認可能に示されていない）上に存在する。

以前のスカイビング加工方法の独自の調査により、スカイビングツール１０のデザインによってはスカイビングツール１０に大きな摩耗が生じることがわかっている。それゆえ、スカイビングツール１０の摩耗を減らすことが可能な、スカイビングツール１０の耐久性を向上させるための解決方法が求められている。スカイビングツール１０の摩耗を減らす場合、例えば、可能な限り多くの切歯をツール１０に設けることが考えられる。それにより、スカイビング加工はより経済的になり、それは、ワークピース２０の歯の形成の製造コストがツールのツール寿命に実質的に影響されるからである。可能な限り多くの切歯をツール１０に設けた場合、スカイビングツール１０は可能な限り大きく構成する必要がある。特に使用する加工装置によってスカイビングツール１０の使用可能なサイズには限界がある。正確に言えば、装置の作業スペース、軸の可動距離、および軸の配置によって限界がある。

作業スペースの限界によって生じる問題について、既に説明した図３Ａおよび図３Ｂを参照しながら以下に詳細に説明する。これらの２つの図において、歯直角モジュールが８ｍｍ、歯数が２５、ねじれ角β_２がゼロであるＤＩＮ８８７に準拠する外歯を備えるワークピース２０が示されている。ねじれ角β_２は図示されていない。このワークピース２０は、共通の円錐状（アウター）スカイビングツール１０（傾いていない）を用いて且つ軸の交角Σが２５度の状態でスカイビング加工されたものである。ここでは、ワークピース２０の回転円周の直径は２００ｍｍである。使用する加工装置の軸間距離方向の作業スペースＡＲは６００ｍｍである。これらのスペースの限界状況を原因として、回転円周が可能な限りの大きさで３８８ｍｍの場合には、円錐状（アウター）スカイビングツール１０は最大で４４個の切歯を有することができる。ここでは、軸間距離ＡＡは約２９４ｍｍである。

装置における軸間距離および軸の移動距離の限界によって生じる問題について、図４Ａおよび図４Ｂを参照しながら、以下に詳細に説明する。図３Ａおよび図３Ｂと同一の外歯が、共通の円錐状（アウター）スカイビングツール１０（傾いていない）を用いて且つ軸の交角Σが２５度の状態で機械加工される。ここでは、ワークピース２０の回転円周の直径は２００ｍｍである。作業スペースの限界に加えて、使用する加工装置の移動距離により、許される最大軸間距離ＡＡは２００ｍｍである。そして、使用する（アウター）スカイビングツール１０において、ツールの回転円周の可能な最大直径は約１９４ｍｍであり、最大切歯数は２２である。したがって、この例において、（アウター）スカイビングツール１０の最大寸法は、図３Ａおよび図３Ｂに示す例に比べて半分である。ここでは、軸間距離ＡＡは約１９７ｍｍである。

スカイビングツール１０のツール寿命を向上させる場合、上述したように切歯数を増加させてもよい。理想的には、切歯数を増加させるだけでなく、スカイビングツール１０に粉砕再生可能な（ｒｅｇｒｉｎｄａｂｌｅ）カッターバーを搭載する。カッターバーはその切歯を再研磨することができる、またはカッターバーは必要な場合に交換することができる。このことは、費用対効果の改善に貢献する。ここで、例えば、名称が「Ｗａｌｚｓｃｈａｌｗｅｒｋｚｅｕｇ ｍｉｔ Ｍｅｓｓｅｒｓｔａｂｅｎ（英語名称：ｓｋｉｖｉｎｇ ｔｏｏｌ ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ｃｕｔｔｅｒ ｂａｒｓ）」の２０１１年５月６日に出願されたドイツ実案出願ＤＥ２０２０１１０５００５４．３に記載するように、カッターバーのカッターシャフトの非常に複雑な配置によってカッターバーを高密度にまとめることができる。

代わりとして、カッターシャフトを貫通させてカッターバーを高密度にまとめることを回避するために、スカイビングツール１０の一部分を用いて作業を行うことが可能である。すなわち、スカイビングホイール全体に全ての切歯を形成するのではなく、例えば第２または第３それぞれのみに形成してもよい。それにより、ツールのツール寿命にとってデメリットである、切歯の実数が減少される。

本発明は、歯車またはワークピース１つあたりの生産コストを減らすことができる歯車または他の外側周期的構造の歯面のチップ発生加工のための方法および装置を提供することを目的とする。

特に、使用する加工装置の作業スペースや移動距離について制限があっても、可能な限り多くの歯数を確保して高寿命を実現することに関する。

特に、ツールのツール寿命を改善することによってツールコストを可能限り低く抑えることに関する。

好ましくは、スカイビングツールの切歯が、粉砕再生可能なカッター（例えばカッターバー形状）が挿入されることによって形成される。

この目的は、本明細書でいうインサイドスカイビング加工を用いる本発明によって解決される。

インサイドスカイビング加工は、外歯などのような、回転対称であって周期的である外側構造の製造に使用できる。

インサイドスカイビング加工において、その特徴的な構成形状を原因としてインサイドスカイビングリング（ｉｎｓｉｄｅ ｓｋｉｖｉｎｇ ｒｉｎｇ）と呼ばれるスカイビングツールが使用される。

本発明は、スカイビングツールを用いて、回転対称の外側周期的構造を備えるワークピースをスカイビング加工するための方法および装置に関する。第１の回転軸を中心としてスカイビングツールを回転させる工程と、連動して第２の回転軸を中心としてワークピースを回転させる工程と、第２の回転軸に平行な方向に、ワークピースに対してスカイビングツールを軸方向に送る動作を実行する工程と、を実行する。スカイビング加工中、２つの回転軸が、軸の交角を用いて互いに対してねじれの位置にあるように設定される。スカイビングツールは、インサイドスカイビングリングであって、内部スペースを画定し、複数の切歯を有する。切歯それぞれに、少なくとも１つの刃先と、切削ヘッドの１つの先端と、１つのすくい面とが設けられている。全ての切歯のすくい面が、第１の回転軸に対して回転対称に、インサイドスカイビングリングの前面または前側錐面に配置されている。そして、全ての切歯の切削ヘッドの先端が内部スペースに、すなわち第１の回転軸の方向に向いている。

本発明にかかるインサイドスカイビング加工は、歯または他の外側周期的構造が完成するまでワークピースの外側で材料が連続的に切削されるようにワークピースとインサイドスカイビングリングとの間の相対動作シーケンス（いわゆる相対動作）が実行されることを特徴とする。

好ましくは、すくい面は、インサイドスカイビングリングの回転軸に対して回転対称に、前側錐面に配置される。代わって前面であってもよい。

本発明によれば、ドイツ特許出願ＤＥ３９１５９７６Ａ１の技術的な教示にしたがった例えば歯の頂部に影響を与えるために、径方向の動作が、インサイドスカイビングリングの相対送り動作に重ねられてもよい。

インサイドスカイビング加工は、歯が形成されていないワークピース、好ましくは軽機械加工に使用されてもよい。

インサイドスカイビング加工は、歯が形成される前のワークピース、好ましくは軽機械加工の後に使用されてもよい。

インサイドスカイビング加工中、回転中のインサイドスカイビングリングは、第２の回転軸の方向に、回転中のワークピースに対して軸方向の送り動作を実行する。軸方向の送り動作は、切削方向に対して同一方向にまたは反対方向の動作である。

本発明によれば、歯のギャップは直接的に全深さにすることが可能であるが、多重切削戦略（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｙ）を用いる場合はその必要はない。

インサイドスカイビング加工は、多重切削式スカイビング加工の枠組みに適用可能である。本発明によれば、径方向の動作が軸方向の動作に重ねられてもよく、それにより、多重切削戦略が実行される、または国際特許出願ＷＯ２０１０／０６０７３３Ａ１の技術的教示に従って内向き歯溝または外向き歯溝が形成される。

本発明によれば、インサイドスカイビングリングの特別な構造的形状によって多くの切歯が設けることができるために、スカイビングツールとして機能するインサイドスカイビングリングのツール寿命は大きく向上する。特に、スカイビングツール用の実際の加工装置に上記の限界があっても以前よりは、多くの切削プレートまたはカッターバーをインサイドスカイビングリングに設けることができる。

インサイドスカイビング加工において、インサイドスカイビングリングの回転軸は、ワークピースの回転軸に対して、すなわち軸の交角Σが常にゼロと異なるように、ねじれの位置に設定される。

なお、例えば、ヨーロッパ特許庁に２０１１年５月２６日に出願された本出願人の並行出願である出願番号ＥＰ１１１６７７０３．５に記載するように、インサイドスカイビングリングは、スカイビング加工中、ワークピースに向かって傾むくことができる、またはワークピースから離れるように傾くことができる。

インサイドスカイビング加工は、連続的にチップを除去する方法に関連する。

好ましくは、全ての実施の形態において、他のスカイビングツールと大きく異なる、ディスク状のインサイドスカイビングリングが使用される。

本発明によれば、インサイドスカイビングリングは、ディスク状のツール部を備える。ディスク状のツール部は切歯形状に形成された切削ヘッドを備える。切歯は、インサイドスカイビングリングの回転軸の方向に、内部スペースに向かって真っすぐにまたは斜めに突出する。

本発明に係るディスク状インサイドスカイビングリングは、いわゆるバルクツール（ｂｕｌｋ ｔｏｏｌ）として実現されてもよく、すなわち、本質的にワンピースで実現されたツールに関連する。バルクツールの場合、切歯はツールの一体的な構成要素である。本発明の全ての実施の形態において、切歯がインサイドスカイビングリングの回転軸の方向に内部スペースに向かって真っすぐにまたは斜めに突出するように、カッター、好ましくはカッターバー形状のカッターが挿入状態で搭載された環状（ほぼディスク状）の切削ヘッドベース本体を備える切削ヘッド式インサイドスカイビング（ここではカッターバー式インサイドスカイビングリング）が特に好ましい。本発明の実施の形態は、切歯がインサイドスカイビングリングの回転軸の方向に内部スペースに向かって真っすぐにまたは斜めに突出し、切削プレートが搭載された環状（ほぼディスク状）の切削ヘッドベース本体を備える切削プレートツールとして構成されることも可能である。

従来のスカイビング加工と比較した場合、本発明は、以下に要約した状態で列記した複数の利点を提供する。
−ツールのツール寿命が長くなる。
−ツールの費用が下がる。
−ツールの破損が減少する。
−装置の機械加工部のために必要なスペース（軸間距離および／または作業スペースの寸法）が減少する。
−費用対効果が向上する。
−高い接触比によって各切歯が長く係合し、チップ形成条件が向上する。

本発明に係る方法は、ドライ加工およびウェット加工の両方で実行してもよい。

本発明に係る方法は、軽機械加工および／または重機械加工に使用されてもよい。

本発明のさらなる詳細および効果が、実施例に基づいて、また図面を参照しながら、以下に説明される。全ての概略的な図面において、表現をシンプルにするために、ワークピースおよびスカイビングツールは、回転円周上の状態が（ワークピースが回転円筒状に）省略されている。しかし、歯の高さを備える歯全体に関して、表現された状態は有効である。
ギヤ形成中において、外歯を備えるワークピースと係合する円筒状の外側輪郭を備える成形ホイール（ｓｈａｐｉｎｇ ｗｅｅｌ）を概略的に示す図 スカイビング加工中において、外歯を備えるワークピースと係合する円筒状の外側輪郭を備える、直線歯型のスカイビングホイールを概略的に示す図 スカイビング加工中において、外歯を備えるワークピースと係合する円錐状の外側輪郭を備える、ヘリカル歯型のスカイビングホイールを概略的に示す図 外歯を備えるワークピースをスカイビング加工中の円錐状スカイビングツールにおける軸の交差の射影（接触面の射影）を概略的に示し、その軸の交角が従来の方法で決定されている図 図３Ａの円錐状スカイビングツールおよびワークピースの軸の交差の側方射影（接触面の側方射影）を概略的に示す図 外歯を備えるワークピースをスカイビング加工中の円錐状の（アウター）スカイビングツールにおける軸の交差の射影（接触面の射影）を概略的に示し、その軸の交角が２５度に設定されている図 図４Ａの円錐状（アウター）スカイビングツールおよびワークピースの軸の交差の側方射影（接触面の側方射影）を概略的に示す図 外歯を備えるワークピースをスカイビング加工中の本発明に係る円錐状のインサイドスカイビングリングの軸の背部側側方射影を概略的に示し、その軸の交角が２５度に設定されている図 図５Ａの円錐状インサイドスカイビングリングおよびワークピースの接触面の側方射影を概略的に示す図 大きいネガティブな傾斜角δ＝−２５度でいわゆる接触面に対するインサイドスカイビングリングを概略的に示す図 大きいポジティブな傾斜角δ＝２５度でいわゆる接触面に対するインサイドスカイビングリングを概略的に示す図 ワークピースをスカイビング加工中の円筒状のインサイドスカイビングリングを概略的に示し、軸の有効交角が３０度に設定されているとともにインサイドスカイビングリングが１５度の傾斜角でワークピースから離れるように傾いている図 ワークピースをスカイビング加工中の円錐状のインサイドスカイビングリングを概略的に示し、軸の有効交角が３０度に設定されているとともにインサイドスカイビングリングがー２０度の傾斜角でワークピースに向かって傾いている図 インサイドスカイビングリングとワークピースの回転円周とを特に概略的に示し、インサイドスカイビングリングの３本のカッターバーのみが示されている図 本発明に関連して使用することができる円錐状のインサイドスカイビングリングを特に概略的に示し、インサイドスカイビングリングがカッターバーを搭載し、そのすくい面が前側錐面上に位置する（実際には、インサイドスカイビングリングが図よりは大きい直径を備える）図 図１１Ａに示すインサイドスカイビングリングとともに外歯を備える円筒状のワークピースを特に概略的に示し、傾斜角δが−２０度に設定されている図 本発明に関連して使用することができる円錐状の側面剥離リング（ｓｉｄｅ ｐｅｅｌｉｎｇ ｒｉｎｇ）を特に概略的に示し、インサイドスカイビングリングがカッターバーを搭載し、そのすくい面が前側錐面上に位置する（実際には、インサイドスカイビングリングが図よりは大きい直径を備える）図 図１２Ａに示すインサイドスカイビングリングとともに外歯を備える円筒状のワークピースを特に概略的に示し、傾斜角δが２０度に設定されている図 直線歯を備えるワークピースをスカイビング加工中のインサイドスカイビングリングの一部を斜め下から見た概略的な斜視図であって、インサイドスカイビングリングのいくつかのカッターバーのみが示されているとともに、インサイドスカイビングリングの環状のベース本体が省略されている図 直線歯を備えるワークピースをスカイビング加工中のインサイドスカイビングリング（バルクツール）の一部を斜め下から見た概略的な斜視図であって、インサイドスカイビングリングとワークピースそれぞれが断面で示されている図 外歯を備えるワークピースの歯を形成中のインサイドスカイビングリングを有する、本発明に係る装置の斜視図 図１５Ａに示す本発明に係る装置において、ツールスピンドルに対するインサイドスカイビングリングの好ましいクランプ形態を詳細に示す図

本明細書においては、関連する公表物や特許内の用語が使用されている。しかしながら、これらの用語は単により良い理解のために使用されているに過ぎないことに留意すべきである。創意や特許請求項の範囲は、これらの特別に選択された用語によって解釈されるものに限定されない。本発明は、他のシステムの専門用語および／または技術分野に関係なく変更することができる。他の技術分野においては、これらの用語は類似して使用される。

回転対称の外側周期的構造は、例えば、外歯を備えるギヤホイールである。しかしながら、例えば、ブレーキディスク、クラッチ、またはギヤトランスミッションの構成要素などであってもよい。インサイドスカイビングツールは、特に、ピニオンシャフト、ワーム、リングギヤ、歯車ポンプ、リング状ジョイントハブ（リング状ジョイントは、例えば、ディファレンシャルギヤから車輪に動力を伝達するための自動車の部分に使用されている）、スプラインシャフトジョイント、ベルトプーリーなどの作製に適している。本明細書において、周期的構造は、すなわち周期的に繰り返される構造である。

以下、主としてギヤホイール、歯、および歯間ギャップについて説明する。しかしながら、上述したように、本発明は、他の周期的構造を備える他の構成部品でも可能である。この場合、これらの他の構成部品は歯間ギャップではなく、例えばねじ溝やうねに関する。

単純化のために、全ての図面において、回転円周や回転表面での構成が省略されている。それゆえ、図面には、対応する回転体が示されている。

本明細書内でインサイドスカイビング加工と呼ばれる本発明に係るスカイビング加工は、インサイドスカイビングリング１００を用いて回転対称の外側周期的構造を備えるワークピース５０をスカイビング加工するように構成されている。本明細書内で使用されているインサイドスカイビングリング１００は、例えば図５Ｂに明確に示すように、環状のベース本体１１２を備える。

インサイドスカイビングリング１００は、（ほぼ円形状の）内部スペース１１３を画定するインサイドツールに関する。インサイドスカイビングリング１００は、ワークピース５０を切削加工するための刃先が設けられた複数の切削ヘッド１１１（図５Ａおよび図５Ｂには示されていない）を有する。切削ヘッド１１１それぞれは、すくい面（図１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ、１３、１４において符号１２１が付されている）を備える。すくい面は、回転軸Ｒ１に対して回転対称に、前側面（いわゆる前面ＳＥ）または前側錐面ＫＥ上に配置されている（それぞれが、必要に応じてステップ角ずつ前面ＳＥまたは錐面ＫＥに対して傾いている）。図１０において、前面ＳＥは、２つの同心円Ｋ１およびＫ２によって定義されている（円Ｋ２は、ツール１００の回転円周Ｗ１に対応してもよい）。２つの同心円Ｋ１およびＫ２は、例えば、インサイドスカイビングリング１００の環状ベース本体１１２の外径ＤＡと内径ＤＩに相当してもよい。

すくい面１２１は、ツール１００の回転軸Ｒ１に対して回転対称に、前側錐面上に配置されている。これに代わって、前面であってもよい。

すくい面１２１は、平面としてまたはわずかに湾曲した面として切削ヘッド１１１に形成されてもよい。すくい面１２１は、わずかに凸状であってもよい。

ほとんどの場合（すなわち、全ての実施の形態の場合）、スカイビング加工において、切削方向、言い換えると切削速度ベクトルｖ_ｃは、ツール１００の回転軸Ｒ１と９０度異なる角度を包含する。２つの包含される角度の鋭角の方は、好ましくは６０度以下、特に好ましくは４５度以下である。

複雑な運動学を原因として、チップ切削中に刃先に生じるベクトルである刃先先端の切削速度ベクトルは、スカイビング加工中における計算点ＡＰでの切削速度ベクトルｖ_ｃから逸脱する可能性がある。しかしながら、この逸脱は、有効切削速度ベクトルに関して以下に列記することが言えるので大きくはない（この列記については、本発明の全ての実施の形態にあてはまる）。
−有効切削速度ベクトルが、ツール１００の回転軸Ｒ１に対して９０度異なる角度を包含する。
−２つの包含される角度の鋭角な方は、好ましくは約６０度以下、特に好ましくは約４５度以下である。

図５Ａおよび図５Ｂにおいて、一例のインサイドスカイビングリング１００は、概略的な形態で示されており、円錐状の内側マントル表面を備える。内側マントル表面（いわゆる錐面１１４）が円錐状であることは、図５Ａから認識することができる。内側マントル表面の円錐形状は、図３Ｂからわかるように、構造的な逃げ角を提供する役割をする。したがって、円錐状のインサイドスカイビングリング１００は、円錐状の内側マントル表面を備える。

図５Ａおよび図５Ｂの例は、図３Ａ、３Ｂ、４Ａ、および４Ｂに示す外歯と同一の外歯に対するスカイビング加工を考慮するために、意図的に選択されている。さらに、軸の交角Σが２５度の状態で加工されている。ワークピース５０の回転円周の直径は２００ｍｍである。使用する加工装置の軸距離方向の作業スペースＡＲは６００ｍｍである。使用する加工装置の移動距離は、最大２００ｍｍの軸間距離ＡＡを可能にする。

このような一例の配置において、回転円周が可能な限り大きくて約４９４ｍｍであってリング強度ＲＳが５０ｍｍである場合、円錐状のインサイドスカイビングリング１００は、内側を向いて且つ切歯形状に形成されたトータル５６個の切削ヘッド１１１を有する。軸間距離ＡＡは、約１４７ｍｍである。

例えば図３Ａおよび図３Ｂと比較すると、内側に向いた５６個の切歯１１１を備えるインサイドスカイビングリング１００が使用される場合、ツール寿命が２７％以上増加することが予測される。例えば図４Ａおよび図４Ｂと比較すると、ツール寿命は、約１５５％以上増加することが予測される。

本発明に係るインサイドスカイビングリング１００のさらなる利点は、切歯１１１の係合中におけるオーバーラップ量が大きいことである。その結果として、係合距離が長くなり、それにより良好なチップ形成条件を得ることができる。

本発明の全ての実施の形態において、２つの回転軸Ｒ１、Ｒ２は互いに対してねじれの位置にある。軸の交角Σは、常にゼロと異なる。

好ましくは、インサイドスカイビング加工中、本発明に係るインサイドスカイビングリング１００は、ワークピース５０に向かって傾いてもよい、またはワークピース５０から離れるように傾いてもよい。ツール１００の傾きは任意である。ほとんどの場合は、衝突を避けるために行われる。なお、これにより、以下の利点が提供される。
−離れるように傾くことにより、円筒状の（アウター）スカイビングホイールからわかるように、再研磨中に同一の刃先輪郭を可能にする円筒状のインサイドスカイビングホイール１００を可能にする。
−向かうように傾くことにより、全体的に配置された再研磨可能なカッターバーが可能になる。

傾斜角δは、図６および図７に基づいて定義される。

図６は、いわゆる接触面ＢＥに対するインサイドスカイビングリング１００を概略的に示している。図６によれば、接触面ＢＥに対する向かう方向の傾き（δ＜０）が特に示されている。ツールの回転軸Ｒ１は、刃先半空間（刃先半空間については後述にて定義される）内で接触面ＢＥと交差する。

図７は、いわゆる接触面ＢＥに対するインサイドスカイビングリング１００を概略的に示している。図７によれば、接触面ＢＥに対する離れる方向の傾き（δ＞０）が特に示されている。ツールの回転軸Ｒ１は、チップ半空間（チップ半空間については後述にて定義される）内で接触面ＢＥと交差する。

傾斜角δがゼロの場合、インサイドスカイビングリング１００の回転軸Ｒ１は接触面ＢＥに対して距離をあけて平行である、すなわち、回転軸Ｒ１は交差点ＳＰで接触面ＢＥに交差しない。

好ましくは、傾斜角δは、−３０度から＋３０度の範囲内である。

以下において、スカイビング加工中におけるインサイドスカイビングリング１００の傾きのいくつかの例が説明されている。

図８において、円筒状のインサイドスカイビングリング１００（いわゆるシリンダーリング）が示されており、離れるように傾いている。軸の有効交角Σ_ｅｆｆは３０度であって、傾斜角δが１５度である。運動学的に発生する逃げ角は、切削ヘッドでは約１５度であって、フランクでは約７．５度である。円筒状インサイドスカイビングリング１００は、実質的に円筒状の内側マントル表面１１４を備える。接続垂線ＧＬは、図示するように、ワークピース５０の上方に配置されている。厳密に言えば、接続垂線ＧＬは、インサイドスカイビングリング１００の刃先半空間内に配置されている。

離れるように傾く円筒状および円錐状のインサイドスカイビングリング１００はスカイビングツール１００として適しており、離れるように傾くことにより、インサイドスカイビングリング１００とワークピース５０との衝突が生じない。

図９において、円錐状のインサイドスカイビングリング１００が示されており、向かうように傾いている。軸の有効交角Σ_ｅｆｆは３０度であって、傾斜角δが−２０度である。円錐状インサイドスカイビングリング１００は、実質的に円錐状の内側マントル表面１１４を備える。円錐状インサイドスカイビングリング１００は向かうように傾くスカイビングツール１００として適しており、その理由は、そうでなければ衝突が生じるからである。接続垂線ＧＬは、図示するようにワークピース５０の下方に配置されており、それゆえ見えていない。厳密に言えば、接続垂線ＧＬは、インサイドスカイビングリング１００のチップ半空間内に配置されている。

本発明によれば、切削ヘッド１１１それぞれ、言い換えると切歯それぞれは、内部スペース１１３内に突出し、第１の回転軸Ｒ１の方向に向いている切削ヘッド先端１２２を備える。本発明に係るインサイドスカイビングリング１００のこの態様は、例えば図１０から見て取ることができる。図１０では、簡素化するために、複数のカッターバー１２０の内の３つのみが図示されている。図示する例において、全てのカッターバー１２０の長手軸ＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３は、共通の点で回転軸Ｒ１と交差する。しかしながら、全てのカッターバー１２０の長手軸ＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３が第１の回転軸Ｒ１の方向に斜めに向き、回転軸Ｒ１と接触しないことが考えられる。同様に、長手軸ＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３が１つの平面状に存在する必要はない。

このことは、一体化された切削ヘッド１１１を備えるバルクツール（例えば図１４参照）にもあてはまる。また、ここでは、長手軸（図１４において、１つの長手軸ＬＡのみが示されている）は回転軸Ｒ１の方向に延在する。これらは回転軸Ｒ１に交差する、または回転軸を越える。これらは１つの平面上に存在する必要はない。

全ての実施の形態において、切削ヘッド１１１は、ベース本体１１２の材料の少なくとも一部分から外へ内部スぺース１１３に向かって突出する。

図１１Ａにおいて、円錐状のインサイドスカイビングリング１００は、概略的に示され、スカイビング加工のための本発明に関連して使用することができる。図１１Ａに概略的に示すように、スカイビングツール１００は、カッター、好ましくはカッターバー１２０形状のカッターを挿入状態で備える環状のベース本体１１２を有するツールである。インサイドスカイビングリング１００は、ツールスピンドル（ここでは図示せず）によって装置２００に動作可能に接続されている。インサイドスカイビングリング１００のツールスピンドル１７０への好ましい形態のクランプの詳細は、図１５Ｂから見て取れる。ここで、カッターバー１２０のすくい面１２１は前側錐面ＫＥ上に配置され、その回転軸はインサイドスカイビングリング１００の回転軸Ｒ１と一致する。ワークピース５０は、スカイビング加工中、少なくとも部分的にインサイドスカイビングリング１００の内部スペース１１３内に配置される。実際には、インサイドスカイビングリング１００の内径ＤＩおよび外径ＤＡは、図１１Ａに示すものよりはかなり大きい。切歯１１１や他の突起物を含むトータルのインサイドスカイビングリング１００の内径が、最小の内径としてみなされる。

好ましくは、本発明の全ての実施の形態において、インサイドスカイビングリング１００の最小内径は、加工されるワークピース５０の外径に対して少なくとも１．５倍大きい。特に好ましくは、インサイドスカイビングリング１００の最小径は、加工されるワークピース５０の外径ＤＷＡに対して少なくとも２倍大きい。ワークピース５０を衝突することなく受け入れるための好適な内径ＤＩの要件に加えて、軸の交角Σと傾斜角δ（ゼロと異なる場合）の定義中も、ワークピース５０とツール１００との衝突が生じないように注意すべきである。内径ＤＩ、最小内径、軸の交角Σ、および傾斜角δ（ゼロと異なる場合）の規定に加えて、内側マントル表面１１４が、衝突を回避するために、円錐状（図１１Ａに示すように）であってもよい。図１１Ａに係るインサイドスカイビングリング１００は、ワークピース５０に向かって傾く場合（すなわちδがゼロ度より小さい）に特に適する。

図１１Ｂでは、図１１Ａのインサイドスカイビングリング１００とともに円筒状のワークピース５０が示されており、−２０度の傾斜角δが規定されている。インサイドスカイビングリング１００は、内側衝突輪郭として内側マントル表面を備える。−２０度のδで円筒状のワークピース５０に向かって大きく傾いているにもかかわらず、インサイドスカイビングリング１００とワークピース５０とが衝突しないような内側衝突輪郭が選択されている。図１１Ｂにおいて、スカイビングリング１００とワークピース５０の大きさは、図１１Ａに比べてより実物に相当する。

図１２Ａにおいて、円錐状のインサイドスカイビングリング１００は、概略的に示され、スカイビング加工のための本発明に関連して使用されてもよい。図１２Ａに概略的に示すように、スカイビングツール１００は、カッター、好ましくはカッターバー１２０形状のカッターを挿入状態で備える環状のベース本体１１２を有するツールである。インサイドスカイビングリング１００は、図示しないツールスピンドルによって動作可能に装置２００に固定されている。カッターバー１２０のすくい面１２１は、前側錐面ＫＥ上に配置され、その回転軸はインサイドスカイビングリング１００の回転軸Ｒ１と一致する。ワークピース５０（図示せず）は、スカイビング加工中、少なくとも部分的にインサイドスカイビングリング１００の内部スペース１１３内に配置される。実際には、インサイドスカイビングリング１００の内径ＤＩおよび外径ＤＡは、図１２Ａに示すものよりはかなり大きい。

図１２Ａのツール１００は、円錐状の内側マントル表面１１４を備える。図１２Ａに係るインサイドスカイビングリング１００は、ワークピース５０から離れるように傾く場合（すなわちδがゼロより大きい）に特に適する。

図１２Ｂでは、図１２Ａのインサイドスカイビングリング１００とともに円筒状のワークピース５０が示されており、２０度の傾斜角δが規定されている。インサイドスカイビングリング１００は、内側衝突輪郭として内側マントル表面を備える。インサイドスカイビングリング１００とワークピース５０との衝突が生じないような内側衝突輪郭が選択され、そのために、カッターバーは、最適に保持される、すなわちベース本体１１２から可能な限り小さく突出する。図１１Ａおよび図１１Ｂのツール１００の内側マントル表面１１４は、図１２Ａおよび図１２Ｂのツール１００のものとは逆の円錐状である。

向かって傾く場合、インサイドスカイビングリング１００は、好ましくは、衝突を避けるために円錐状に形成される。離れるように傾く場合、インサイドスカイビングリングは、円錐状に形成される必要はない。この場合、例えば円筒状に形成されてもよい。図１２Ａおよび図１２Ｂにおいて、インサイドスカイビングリング１００は、衝突を回避するために円錐状ではないが、それは、離れるように傾くことによって十分なスペースが利用でき、カッターバー１２０がより良く保持／受容されるからである。

図１３は、直線歯を備えるワークピース５０をインサイドスカイビング加工中のインサイドスカイビングリングの１００の一部を概略的に示す斜視図であって、インサイドスカイビングリング１００のいくつかのカッターバー１２０を示している。歯５１と歯５１の間の歯間ギャップ５２とが、直線歯を備えるワークピース４０上にて略完成している。インサイドスカイビングリング１００の環状のベース本体１１２は省略されている。図１３に基づけば、カッターバー１２０のシャフト（長方形の断面を備えた状態で示されている）は、問題なく且つ衝突することなく環状のベース本体１１２に配置することが可能であることがわかる。図１３において、２つの円Ｋ１、Ｋ２は円弧によって示されている。円Ｋ１、Ｋ２は、図１０に関連して上述したように、前面ＳＥを定義する。図１３において、１つのカッターバー１２０には、切歯１１１、すくい面１２１、および長手軸ＬＡが示されている。切歯１１１のすくい面１２１は、図に示す例においては、前面ＳＥに対してわずかに傾いている。

図１４は、バルクツールとして形成され、スプール歯を備えたワークピース５０をインサイドスカイビング加工中のインサイドスカイビングリング１００の一部を斜め上から見た概略的な斜視図である。ここでは、スカイビングリング１００とワークピース５０は断面で示されいる。歯５１と歯５１の間の歯間ギャップ５２とが、直線歯を備えるワークピース５０状にて略完成している。ここでは、切歯１１１は、インサイドスカイビングリング１００の環状のベース本体１１２に一体化された部分である。図１４において、１つの切歯１１１には、すくい面１２１と長手軸ＬＡが示されている。切歯１１１のすくい面１２１は、図に示す例においては、前面ＳＥに対してわずかに傾いている。

図１３および図１４に基づけば、全ての切歯１１１がインサイドスカイビングリング１００の内側マントル表面上に形成されている場合、本発明に係るインサイドスカイビング加工において、１つ以上の切歯１１１が常にワークピース５０の対応する歯間ギャップ５２に係合して切削することがわかる。

インサイドスカイビング加工は、
−第１の回転軸Ｒ１を中心としてインサイドスカイビングリング１００を回転させるステップと、
−連動して第２の回転軸Ｒ２を中心としてワークピース５０を回転させるステップと、
−第２の回転軸Ｒ２に平行な方向に、ワークピース５０に対してインサイドスカイビングリング１００を軸方向に送る動作ＶＢを実行するステップと、を含む。

スカイビング加工中、２つの回転軸Ｒ１、Ｒ２は、軸の交角Σを用いて互いに対してねじれの位置にされる。

インサイドスカイビング加工は、インサイドスカイビングリング１００が内部スペース１１３を画定し且つ複数の切歯１１１を有することを特徴とする。少なくとも１つの刃先、１つの切削ヘッド先端１２２、および１つのすくい面１２１が切歯１１１それぞれに設けられている。全ての切歯１１１のすくい面１２１が、第１の回転軸Ｒ１に対して回転対称に、インサイドスカイビングリング１００の前面ＳＥまたは前側錐面ＫＥ上に配置されている。切歯１１１は、内部スペース１１３内に突出し、第１の回転軸Ｒ１の方向に向いている。

本発明によれば、ワークピース５０に対するインサイドスカイビングリング１００の軸方向の送りＶＢにより、切削方向とは反対方向の送りモーションまたは位置合わせされた送りモーションが発生する。図１３および図１４において、送りモーションＶＢの方向が示されている。図１５Ａの例によって示されるように、装置２００は、ＣＮＣ−制御部２０１によって適切な動作を発生させる。

全ての実施の形態において、軸の有効交角Σ_ｅｆｆは、好ましくは、−６０°≦Σ_ｅｆｆ≦６０°、Σ_ｅｆｆ≠０°である。軸の有効交角Σ_ｅｆｆの絶対値は４〜４５度の間が特に好ましい。

第１の回転軸Ｒ１を中心とするインサイドスカイビングリング１００の回転と、第２の回転軸Ｒ２を中心とするワークピース５０に回転と、ワークピース５４０に対するスカイビングツール１００の送り動作ＶＢとがＣＮＣ制御によって重ね合わせられると、インサイドスカイビングリング１００の切歯１１１の切削スカイビング動作が生じる。

インサイドスカイビング加工を開始するとき、インサイドスカイビングリング１００は、径方向外側から内側にワークピース５０の材料に向かって移動することができる、または、インサイドスカイビングリング１００は、軸方向に、すなわちワークピース５０の前側５３から移動することができる。図５Ａおよび図５Ｂにおいて、例えば。上方の前面には符号５３が、下方の前面には符号５４が付されている。

以下の段落において、本発明に係るインサイドスカイビング加工に関してさらなる説明を行う。

基本的には、インサイドスカイビング加工において、インサイドスカイビングリング１００とワークピース５０との間の相対動作は、ヘリカルギヤ、すなわちジェネレーションヘリカル型ギヤトランスミッションに対応する。ヘリカルギヤは、空間的なトランスミッションギヤに関連する。

インサイドスカイビング加工プロセスの基本的なデザインは、トランスミッションギヤのデザインのように、いわゆる計算点ＡＰで生じる（例えば図２Ｂ参照）。本明細書においては、基本的なデザインという用語は、ワークピース５０に対するインサイドスカイビングリング１００の空間的な配置や動作の定義（運動学的な定義）を言及するものであり、また、回転円周の直径、錐角、ねじれ角などのインサイドスカイビングリング１００の幾何学的な基礎量の定義（基礎的なツール形状の定義）を言及するものであると理解される。

計算点ＡＰにおける幾何学的および運動学的な噛み合い条件は可能な限り最適化される。噛み合い条件は、計算点ＡＰからの距離が増加すると変化する。この場合、スカイビング加工は、刃先の移動中に噛み合い条件が変化する、非常に複雑なプロセスで表現される。しかしながら、噛み合い条件の変化は、計算点ＡＰでの噛み合い条件を介して選択的に影響を受ける。

したがって、計算点ＡＰでの噛み合い条件の正確なデザインは、スカイビング加工プロセスのデザインにおいて、かなり重要である。

（軸の配置に関連する用語）
軸の配置の定義に必要ないくつかの用語が存在する。これらの用語を以下の表に示す。

（スカイビングツールとワークピースとの間の接触に関する用語）
スカイビングツールとワークピースとの間の接触について説明するために必要ないくつの用語が存在する。これらの用語を以下の表に表す。

（さらなる射影）
本発明を説明するために、さらに異なる射影が使用される。その射影を以下の表３にて説明する。

非平面状の歯の場合、以下の数式３が、回転軸Ｒ１、Ｒ２の空間的配置を表す角度の関係を示しており、個々の量を変更する際に重要な役割する。

軸の交角Σは軸の有効交角Σ_ｅｆｆと傾斜角δとに分解される。その軸の有効交角Σ_ｅｆｆは、回転中のスカイビングツール１００と回転中のワークピース５０との間の切削速度ベクトルｖ_ｃでの相対的な切削動作を生み出すための決定パラメータである。平面状の歯の場合、軸の有効交角Σ_ｅｆｆと傾斜角δは定義されるが、数式３を満たしていない。

本発明によれば、傾斜角δを規定することができ、その絶対値はゼロ度と異なる、言い換えると、接触面ＢＥ（２つの速度ベクトルｖ_２およびｖ_１を含む）に対するツール基準面、すなわちスカイビングツール１００の傾きがネガティブまたはポジティブである。

本発明によれば、全ての実施の形態において、インサイドスカイビングリング１００は、切歯１１１上に形成された刃先とすくい面とを備える。例えば図１０、１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ、１３、および１４からわかるように、切歯１１１は、内側にまっすぐまたは斜めに突出する。切歯１１１のすくい面１２１は、インサイドスカイビングリング１００の前面ＳＥまたは前側錐面ＫＥ上に実質的に形成される。しかしながら、すくい面１２１を前面ＳＥまたは錐面ＫＥに対して傾ける（傾斜させる）ことにより、好ましくは切削方向に対して直交するようにすくい面を配置してもよい。

インサイドスカイビング加工は、歯が形成されていないワークピース５０に対して、好ましくは軽機械加工の枠組みの中で行うことが可能である。

インサイドスカイビング加工は、前もって歯が形成されたワークピース５０に対して、好ましくは軽機械加工の後に行ってもよい。すなわち、インサイドスカイビング加工は、重機械加工や仕上げ加工のために行われてもよい。このようなスカイビング加工は、ここでは、インサイド重スカイビング加工（ｉｎｓｉｄｅ ｈａｒｄ ｓｋｉｖｉｎｇ）と呼ばれる。

一方、インサイドスカイビング加工は、多重切削のスカイビング加工の枠組みの中で行われてもよい。

このような多重切削のスカイビング加工の枠組みにおいて、いくつかのアプローチが可能である。ワークピース５０上の周期的構造は、２つの切削フェーズまたは２つ以上の切削フェーズによって生み出されてもよい。第１の切削フェーズ中、ギャップまたは溝が５０％の深さに切削される。次に、インサイドスカイビングリング１００が、完全な深さのために、ワークピース５０の回転軸Ｒ２の方向にさらに内側に径方向にセットされる。そして、第２の切削フェーズにおいて、完全な深さに切削される。

本発明の全ての実施の形態において、インサイドスカイビングリング１００の回転円周の直径ｄ_ｗ１は、ワークピース５０の回転円周の直径ｄ_ｗ２に比べてかなり大きい。好ましくは、ワークピース５０の回転円周直径ｄ_ｗ２は、インサイドスカイビングツール１００の回転円周直径ｄ_ｗ１の６０％に比べて小さい。

好ましくは、切削ヘッドツールとして形成された本発明に係る全てのインサイドスカイビングリング１００における全てのカッターバー１２０の長手軸ＬＡ１、ＬＡ２３、ＬＡ３は、３つのカッターバー１２０に基づく図１０に示すように、回転軸Ｒ１の方向に内側に向いている。このことは、図１４に示すバルクツールにも当てはまる。

本発明に係るインサイドスカイビング加工用にデザインされた装置２００は、一対の軸Ｒ１、Ｒ２それぞれの動作を同調させることができるＣＮＣ制御部２０１を有する。ＣＮＣ制御部２０１は、装置２００の一部であってもよく、または、装置２００に通信接続可能２０２に外部に設けられてもよい。対応する装置２００は、外歯を備えて重スカイビング加工されるワークピース５０（図１５Ａにおいて、ワークピース５０は内部スペース７１内に配置されているために見えていない）に対するインサイドスカイビングリング１００の送り動作ＶＢを実行するために、”軸を電子的または制御的に連動させる” いわゆる”電子歯車列（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｇｅａｒ ｔｒａｉｎ）”を有する。機械加工中におけるインサイドスカイビングリング１００とワークピース５０の連動は、ヘリカルギヤの相対動作と同様にインサイドスカイビングリング１００とワークピース５０とが相対動作するように実行される。電子歯車列、すなわち電子的または制御的な軸の連動は、装置２００の少なくとも２つの軸の回転周波数に関して同期することができる。本明細書においては、少なくともツールスピンドル１７０の回転軸Ｒ１がワークピーススピンドル１８０の回転軸Ｒ２に対して連動される。また、好ましくは、全ての実施の形態において、ツールスピンドル１７０の回転軸Ｒ１は、方向Ｒ２への軸方向の送り動作ＶＢに連動される。この軸方向の送り動作ＶＢは、動作２０４（鉛直）と動作２０８（水平）を重ねることによって生じる。さらに、ワークピーススピンドル１８０は、ピボット軸ＳＡと平行な（回転）カートリッジ２０５により、矢印２０６に示すように、直線的にシフトすることができる。さらにまた、ワークピーススピンドル１８０と一体のカートリッジ２０５とワークピース５０は、ピボット軸ＳＡを中心として、矢印２０７に示すように回転することができる。軸の交角Σは、ピボット軸ＳＡを中心として回転することによって設定することができる。軸間距離ＡＡは、直線的なシフト動作２０７によって設定される。

好ましくは、装置２００は、図１５Ａおよび図１５Ｂに示すように、鉛直な配置に基づいて使用される。このような鉛直配置において、ワークピース５０とワークピーススピンドル１８０に対して上方にインサイドスカイビングリング１００とツールスピンドル１７０が配置される、またはその逆に配置される。スカイビング加工中に生じるチップは、重力の影響によって下方向に落下し、例えば図示しないチップベッドを介して除去することができる。それゆえ、図１５Ａおよび図１５Ｂに示す配置が特に好ましく、その理由は、ツール１００とツールスピンドル１７０によって形成されたチップが内部スペース１７１内に落下しないからである。

また、装置２００は、本発明に係るインサイドスカイビング加工用にデザインされ、正しく幾何学的および運動学的に複雑な加工設定と上述の軸の軸動作とを行う。好ましくは、全ての実施の形態において、装置は６軸を有する。以下の軸動作が好ましい。
−第１の回転軸Ｒ１を中心とするスカイビングツールの回転
−第２の回転軸Ｒ２を中心とするワークピース５０の連動回転
−スイベル軸を中心とする回転動作
−２０４に平行な直線鉛直方向動作
−２０６に平行な直線水平方向動作
−２０８に平行な直線水平方向動作

図１５を見れば、ツールスピンドル１７０および／または対応するアダプタは、好ましくは回転体形状の中空体（例えば、中空シリンダ）としてデザインされていることがわかる。ツールスピンドル１７０および／または対応するアダプタは、好ましくはカップ形状を備える。インサイドスカイビングリング１００は、ツールスピンドル１７０および／または対応するアダプタに固定される。図１５Ｂには、インサイドスカイビングリング１００がツールスピンドル１７０の構成部品および／または対応するアダプタに固定されている実施の形態が示されている。カッターバー１２０のための対応する受け入れ開口が、ツールスピンドル１７０および／または対応するアダプタに直接設けられてもよい。図１５を見れば、カッターバー１２０のシャフトがツールスピンドル１７０の材料および／または対応するアダプタから径方向外側に突出していることがわかる。

カップ形状のツールスピンドル１７０および／またはカップ形状のアダプタは、バルクツールとして実装されてもよく、また切削プレートを搭載してもよい。

カップ形状のツールスピンドル１７０および／またはカップ形状のアダプタは、別体の環状のインサイドスカイビングリング１００に固定するようにデザインされてもよい。

インサイドスカイビング加工の特殊な配置により、インサイドスカイビングリング１００の最大外径と同じ（すなわち、切削ピース１１１、言い換えるとカッターバー１２０とともにベース本体１１２の直径ＤＡに関する）大きさである、第１の回転軸Ｒ１から第２の回転軸Ｒ２向かう軸間距離の方向に最大寸法を備える作業スペースＡＲを有する装置であれば十分である。

全ての実施の形態において、インサイドスカイビング加工はドライ加工またはウェット加工が可能であり、ドライ加工としてインサイドスカイビング加工を使用するのが好ましい。

インサイドスカイビング加工の適応範囲は、広く、また異なる回転対称の複数の周期的構造の製造の用途にまで及ぶ。

１ 成形ホイール
２ ワークピース
４ 歯ヘッド
５ 歯ブレスト
６ 切削歯／ヘッド
１０ スカイビングツール
２０ （スカイビング加工される）ワークピース
５０ （スカイビング加工される）ワークピース
５１ 歯
５２ 歯間ギャップ
５３ 上方の前側
５４ 下方の前側
１００ スカイビングツール／インサイドスカイビングリング
１１１ 切歯／切削ヘッド
１１２ 環状のベース本体
１１３ 円形状の内部スペース
１１４ 内側マントル表面
１２０ カッターバー
１２１ すくい面
１２２ 切削ヘッドの先端
１７０ ツールスピンドル
１７１ 内部スペース
１８０ ワークピーススピンドル
２００ 装置
２０１ ＣＮＣ制御
２０２ 通信接続
２０３ 直線送り
２０４ 垂直方向動作成分
２０５ （回転）キャリッジ
２０６ 直線シフト（水平方向動作）
２０７ 回転動作
２０８ 直線水平方向移動
α_Ｋｏ 構造逃げ角
ＡＡ 軸間の中心間距離
ＡＫ 軸の交点
ＡＰ 計算点
ＡＲ 作業スペース
ＢＰ 接触点
β_１ ツールのねじれ角
β_２ ワークピースのねじれ角
δ 傾斜角
ｄ_ｗ１ ツールの回転円周径
ｄ_ｗ２ ワークピースの回転円周径
ＤＡ 外径
ＤＩ 内径
ＤＷＡ 外径
ＧＬ 接続垂線
ＧＬＦ１ 接続垂線の射影点
ＧＬＦ２ 接続垂線の射影点
ＧＬＶ 接続垂線ベクトル
Ｋ１ 同心円
Ｋ２ 同心円
ＫＥ 前側錐面
ＬＡ 長手軸
ＬＡ１ 長手軸
ＬＡ２ 長手軸
ＬＡ３ 長手軸
ＬＦ１ 正射影
ＬＦ２ 正射影
ｎ 接触面法線ベクトル
ｎ_１ ツールの回転速度
ｎ_２ ワークピースの回転速度
Ｒ１ ツールの回転軸（ツール軸）
ｒ_１ ツール１００の接触半径ベクトル
Ｒ２ ワークピースの回転軸（ワークピース軸）
ｒ_２ ワークピース５０の接触半径ベクトル
ＲＳ リング強度
ＳＡ ピボット軸
ＳＥ 前面
Ｓ_ｈｘ ストローク動作
Ｓ_ａｘ 軸送り
Ｓ_ａｘ 軸送りベクトル
Ｓ_Ｄ 差動送り
Ｓ_ｒａｄ 径送り
ＳＰ 交点
Σ_ｅｆｆ 軸の有効交角
Σ 軸の交角
ＶＢ 送り動作
ｖ_ｃ 切削速度の絶対値
ｖ_ｃ 切削速度ベクトル
ｖ_１ スカイビングツールの速度ベクトルの絶対値
ｖ_１ スカイビングツールの速度ベクトル
ｖ_２ ワークピースの速度ベクトルの絶対値
ｖ_２ ワークピースの速度ベクトル
Ｗ１ ツールの回転円周
Ｗ２ ワークピースの回転円周
ω_１ 軸Ｒ１を中心とする回転
ω_２ 軸Ｒ１を中心とする回転

Claims (18)

1. 回転対称の外側周期的構造（５１、５２）を備えるワークピース（５０）を複数の刃先を有するスカイビングツールを用いてスカイビング加工する方法において、
   第１の回転軸（Ｒ１）を中心としてスカイビングツールを回転させ、
   連動して第２の回転軸（Ｒ２）を中心としてワークピース（５０）を回転させ、
   第２の回転軸（Ｒ２）に平行な方向に、ワークピース（５０）に対してスカイビングツールを軸方向に送る動作（ＶＢ）を実行し、
   ２つの回転軸（Ｒ１、Ｒ２）が、軸の交角（Σ）を用いて互いに対してねじれの位置にあるように設定され、
   スカイビングツールが、インサイドスカイビングリング（１００）であって、内部スペース（１１３）を画定し、複数の切歯（１１１）を有し、
   切歯（１１１）それぞれに、少なくとも１つの刃先、１つの切削ヘッド先端（１１２）、および１つのすくい面（１２１）が設けられ、
   全ての切歯（１１１）のすくい面（１２１）が、第１の回転軸（Ｒ１）に対して回転対称に、インサイドスカイビングリング（１００）の前面（ＳＥ）または前側錐面（ＫＥ）上に配置され、
   切歯（１１１）が内部スペース（１１３）内に突出し、且つ第１の回転軸（Ｒ１）方向に向いている、方法。
2. すくい面（１２１）それぞれが、前面（ＳＥ）または前側錐面（ＫＥ）に対して傾いた状態で配置されている、請求項１の方法。
3. インサイドスカイビングリング（１００）が、円筒状または円錐状である内側輪郭または内側マントル表面（１１４）備える環状のベース本体（１１２）を有する、請求項１または２の方法。
4. すくい面（１２１）が、複数の平面としてまたは複数の曲面として形成されている、請求項１〜３のいずれか一項の方法。
5. ワークピース（５０）が外径（ＤＷＡ）を備え、
   インサイドスカイビングリング（１００）が、ワークピース（５０）の最大の外径（ＤＷＡ）に対して少なくとも１．５倍大きい最小の内径を備える、請求項１〜３のいずれか一項の方法。
6. ワークピース（５０）が回転円周の直径（ｄｗ２）を備え、
   インサイドスカイビングリング（１００）が、ワークピース（５０）の回転円周の直径（ｄｗ２）に対して少なくとも１．５倍大きい回転円周の直径（ｄｗ１）を備える、請求項１〜３のいずれか一項の方法。
7. 最小内径が、ワークピース（５０）の最大の外径（ＤＷＡ）に対して少なくとも２倍の
   大きさである、請求項５の方法。
8. インサイドスカイビングリング（１００）の回転円周の直径（ｄｗ１）が、ワークピース（５０）の回転円周の直径（ｄｗ２）に対して少なくとも２倍の大きさである、請求項６の方法。
9. インサイドスカイビングリング（１００）が、スカイビング加工中、ワークピース（５０）に向かうようにまたはワークピース（５０）から離れるように傾いている、請求項１〜８のいずれか一項の方法。
10. 回転対称の外側周期的構造（５１、５２）を備えるワークピース（５０）をスカイビングツールを用いてスカイビング加工する装置（２００）において、
    スカイビングツールを固定するためのツールスピンドル（１７０）と、
    ワークピース（５０）を固定するためのワークピーススピンドル（１８０）と、
    送り動作（ＶＢ）を連動して実行するための、且つ、ツールスピンドル（１７０）とスカイビングツール（１００）とを第１の回転軸（Ｒ１）を中心として回転させつつ、ワークピーススピンドル（１８０）とワークピース（５０）とを第２の回転軸（Ｒ２）を中心として回転させるための数値制御駆動部と、を有し、
    スカイビングツールが、インサイドスカイビングリング（１００）形状であって、内部スペース（１１３）を画定し、複数の切歯（１１１）を有し、
    切歯（１１１）それぞれに、少なくとも１つの刃先、１つの切削ヘッド先端（１２２）、および１つのすくい面（１２１）が設けられ、
    全ての切歯（１１１）のすくい面（１２１）が、第１の回転軸（Ｒ１）に対して回転対称に、インサイドスカイビングリング（１００）の前面（ＳＥ）または前側錐面（ＫＥ）上に配置され、
    切歯（１１１）が内部スペース（１１３）内に突出し、且つ第１の回転軸（Ｒ１）の方向に向いており、
    装置（２００）は数値制御部（２０１）を有するまたは数値制御部（２０１）に接続可能であって、
    数値制御部（２０１）がスカイビング加工中に軸の交角（Σ）を規定することにより、スカイビング加工中において、２つの回転軸（Ｒ１、Ｒ２）を互いに対してねじれの位置にあるように（一方に傾くように）設定されている、装置。
11. インサイドスカイビングリング（１００）は、円形状の内部スペース（１１３）を画定する、請求項１０の装置（２００）。
12. すくい面（１２１）それぞれが、前面（ＳＥ）または前側錐面（ＫＥ）に対して傾いた状態で配置されている、請求項１０または１１の装置（２００）。
13. ワークピース（５０）が最大の外径（ＤＷＡ）を備え、
    インサイドスカイビングリング（１００）が、ワークピース（５０）の外径（ＤＷＡ）に対して少なくとも１．５倍大きい最小内径を備える、請求項１０〜１２のいずれか一項の装置（２００）。
14. ワークピース（５０）が回転円周の直径（ｄｗ２）を備え、
    インサイドスカイビングリング（１００）が、ワークピース（５０）の回転円周の直径（ｄｗ２）に対して少なくとも１．５倍大きい回転円周の直径（ｄｗ１）を備える、請求項１０〜１２のいずれか一項の装置（２００）。
15. 最小内径が、ワークピース（５０）の最大の外径（ＤＷＡ）に対して少なくとも２倍の大きさである、請求項１３の装置（２００）。
16. インサイドスカイビングリング（１００）の回転円周の直径（ｄｗ１）が、ワークピース（５０）の回転円周直径（ｄｗ２）に対して少なくとも２倍の大きさである、請求項１４の装置（２００）。
17. 数値制御部（２０１）は、スカイビング加工中、インサイドスカイビングリング（１００）をワークピース（５０）に向かってまたはワークピース（５０）から離れるように傾けるように構成され、
    傾斜角（δ）が−３０度から３０度の範囲内で規定可能である、請求項１０〜１６のいずれか一項の装置（２００）。
18. インサイドスカイビングリング（１００）が最大外径（ＤＡ）を備え、
    装置（２００）が、第１の回転軸（Ｒ１）から第２の回転軸（Ｒ２）に向かう軸間距離の方向についてインサイドスカイビングリング（１００）の最大外径に比べて最大５０％大きい最大寸法を備える作業スペース（ＡＲ）を有する、請求項１０〜１７のいずれか一項の装置（２００）。

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