JP6022550B2 - 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、歯構造または他の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）、（重）スカイビング加工（ｓｋｉｖｉｎｇ）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。

チップ除去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（重）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２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（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方法のさらなる詳細は、図２の概略図から分かる。図２は、既述したように、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、軸方向送りＳ_ａｘが必要とされる。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。径方向送りＳ_ｒａｄは、ライニング動作として実行されてもよい。径方向送りＳ_ｒａｄはまた、ワークピース２０の歯の凸部に作用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。軸方向送りＳ_ａｘは、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２に図示されなくてもよい。

図３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３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のカントβ_１、ワークピース２０のカントβ_２が示されている。ここで、図２とは異なり、カントβ_２はゼロではない。図３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３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、互いにねじれ配置されている（一方に傾いている）。円錐状のスカイビングツール１０の場合、底刃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生産性を高めるためには、例えばドライ加工用の硬質金属などの最新の切削材料が可能な限り多く利用される場合、スカイビングツールとワークピースとの間の相対動作の滑り成分は、十分に高速な切削速度を生じさせる必要がある。スカイビング加工において、切削速度ｖ_ｃは、同等のヘリカルギヤの回転速度、ワークピースおよびツールの有効半径、および回転軸Ｒ１、Ｒ２の交差角Σによって直接的に影響を受ける。この場合、可能な回転速度は、使用されている加工装置（スカイビング装置）の許容回転周波数によって制限される。ワークピースのサイズは、一定に予め決められている。ツールの可能なサイズは、使用される加工装置（スカイビング装置）の作業空間によって制限されるとともに、内歯の場合には、その固有歯の内部空間によって制限される。それゆえ、十分に高速な切削速度が、多くの場合、対応する軸の交角Σを大きくすることによってのみ生み出される。

しかしながら、軸の交角Σは、実際には任意に決めることはできない。なぜなら、重なる異なる動作のベクトルを考慮するほかに、多数の他の態様を強制的に考慮する必要がある。この考慮しなければない他の態様については、以下の段落で説明する。

スカイビング加工において、ツール１０は、幾何学的に決定された刃先を少なくとも１つ有する。図２および図３においては、１つの／複数の刃先は示されていない。これらの態様に含まれる刃先の形状および配置については、実際には具体的な設計を考慮する必要がある。

さらに、スカイビング加工において、ツール自体が極めて重要である。図２に示す例において、スカイビングツール１０は、スプール歯を備えるスプールホイールの形状を備える。図２に示すように、本体の外形は、円筒状である。しかしながら、図３に示すようにテーパー状（いわゆる円錐状）でも可能である。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、刃先で十分な底刃逃げ角を必要とする。

図４Ａおよび図４Ｂに示すように、スプール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、構造的な底刃逃げ角（すくい角）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底刃逃げ角が、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４Ａおよび図４Ｂ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すくい角α_Ｋｏが図４Ｂ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の回転円周との交点は、図４Ａにおいては一致し、回転軸Ｒ１、Ｒ２の接続垂線ＧＬ（図４Ａ、４Ｂでは視認可能に示されていない）上に存在する。

図５においては、スプール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と円筒状のワークピース２０が示されている。回転軸Ｒ１、Ｒ２は互いに対してねじれ配置されているが、図５では、平行に見えるように視点が選択されている。図５では、２つの軸Ｒ１、Ｒ２の接続垂線ＧＬが見て取れる。接触点ＢＰは、図５に示すように接続垂線ＧＬ上に位置する。

図６Ａおよび６Ｂにおいて、円筒状のスカイビングツール１０と外歯が形成されたワークピース２０が示されている。スカイビングツール１０は、ワークピース２０の回転軸Ｒ２に対してねじれの位置に配置されるとともに（図６Ａに示すように対応する軸の交角Σに基づいて）、離れる方向に小さい角度α_Ｋｉだけ傾くようにワークピース２０に対して配置されている（図６Ｂ参照）。スカイビングツール１０の離れる方向への傾きにより、ヘッドの刃先を示す図６Ｂに示すように、α_Ｋｉの有効すくい角が生じる。また離れる方向への傾きにより、ツールの側面の刃先それぞれに有効すくい角が生じる。しかしながら、これらの有効すくい角は、ヘッド刃先に生じる有効すくい角に比べて小さい。一般に、これらの有効すくい角は半分の大きさである。

図６Ａおよび図６Ｂに示すようにスプール歯またはヘリカル歯を備える円筒状スカイビングツール１０の場合、このようなスカイビングツール１０は、ヘッドまたはフランクのいずれにも、いわゆる構造上のすくい角を備えていない。このような円筒状のスカイビングツール１０が従来の方式でクランプされた場合、すくい角は存在しない。上述したように、スカイビングツール１０が離れる方向に傾くことによって運動学上のすくい角が生じる。実際には、スカイビングツール１０の離れる方向の傾きは機械加工において偏心にスカイビングツール１０をクランプすることによって実現され、それにより、軸の交点ＡＫからすくい面がオフセットされる。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、スカイビングツール１０の離れる方向の傾きにより、回転軸Ｒ１、Ｒ２の接続垂線上に存在していない。対応するオフセットはすくい面オフセットｅと呼ばれ、図６Ａから見て取れる。スカイビングツール１０がさらに離れる方向に傾くと、有効すくい角は大きくなる。スカイビング加工に必要とされるすくい角は、３〜５度の範囲である。これらのすくい角を規定するために、スカイビングツール１０は、通常、最大１０度まで傾ける必要がある。

図７Ａおよび７Ｂには円筒状のインナーリング３１を備える一例のワークピース３０が示されており、図７Ａの上方視図ではインナーリング３１は円として表現されている。このインナーリングの内側に、円錐状のスカイビングツール１０を用いたスカイビング加工によって内歯が形成される。ここでは、ワークピース３０の回転円周の径ｄ_ｗ２に対するワークピース３０の歯の幅の比は、約０．６２である。十分な切削速度ｖ_ｃを達成するためには、軸の有効交角Σ_ｅｆｆは少なくとも２６度にする必要がある。図７Ａおよび図７Ｂにおいては、軸の有効交角Σ_ｅｆｆが２６度である状態が示されている。図７Ａおよび図７Ｂの両方からわかるように、円錐状スカイビングツール１０は、２６度の軸の有効交角Σ_ｅｆｆの場合、通常のこれまでの傾いていないクランプではインナーリング３１に衝突しうる。図７Ａおよび図７Ｂにおいて、衝突領域が楕円ＫＢによって概略的に示されている。

図８Ａおよび図８Ｂには円筒状のインナーリング３１を備える一例のワークピース３０が示されており、図８Ａ上方視図ではインナーリング３１は円として表現されている。このインナーリング３１の内側に、円筒状のスカイビングツール１０を用いたスカイビング加工１０によって内歯が形成される。また、十分な切削速度ｖ_ｃを達成するためには、軸の有効交角Σ_ｅｆｆは少なくとも２６度にする必要がある。図８Ａおよび図８Ｂにおいては、軸の有効交角Σ_ｅｆｆが２６度であって、傾斜角δが１２度である状態が示されている。図８Ａおよび図８Ｂの両方からわかるように、傾斜角δが１２度に規定されているにもかかわらず、この配置では円筒状スカイビングツール１０がインナーリング３１に衝突しうる。図８Ｂにおいて、衝突領域は、楕円ＫＢによって概略的に特徴付けされている。

図９Ａおよび図９Ｂには第１の円筒状部２１および第２の円筒状部２２を備える一例のワークピース２０が示されている。円錐状のスカイビングツール１０を用いたスカイビング加工によって第１の円筒状部２１に外歯が形成される。ワークピース２０は、例えば異なる径の断面を備えるシャフトであってもよい。十分な切削速度ｖ_ｃを達成するためには、軸の有効交角Σ_ｅｆｆは少なくとも１８度にする必要がある。図９Ａおよび図９Ｂの両方からわかるように、円錐状スカイビングツール１０（ここでは１０度の錐角を備える）は、１８度の軸の有効交角Σ_ｅｆｆの場合、通常のクランプではワークピース２０の第２の円筒状部２２に衝突しうる。図９Ｂにおいて、衝突領域は、楕円ＫＢによって概略的に特徴付されている。

第１の円筒状部２１および第２の円筒状部２２を備える図９Ａおよび図９Ｂに係るワークピース２０が図１０Ａおよび図１０Ｂに示されており、円錐状のスカイビングツール１０を用いたスカイビング加工によって第１の円筒状部２１に外歯が形成されている。ここでは、図９Ａおよび図９Ｂに示すものと似た円錐状のスカイビングツール１０が使用され、本ケースの場合、スカイビングツール１０は２０度の錐角を備える。ここではまた、十分な切削速度ｖｃを実現するためには、軸の有効交角Σ_ｅｆｆは少なくとも１８度にする必要がある。スカイビングツール１０は、−１０度の傾斜角でワークピース２０に向かって傾いている。図１０Ａおよび図１０Ｂの両方からわかるように、円錐状スカイビングツール１０は、図示するクランプ状態の場合、ワークピース２０の第２の円筒状部２２に衝突しうる。このタイプのクランプは、本願の出願人によって同日に提出され、名称が「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（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｋｉｖｉｎｇ ａｎｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ａ ｓｋｉｖｉｎｇ ｔｏｏｌ）」の並行するヨーロッパ特許出願から知られている。図１０Ｂにおいて、衝突領域は、楕円ＫＢによって概略的に特徴付されている。

また、円筒状のスカイビングツール１０では、ワークピースから離れるように傾ける必要がある場合、それを原因とする悪い状況として、衝突が起こりうる。

本発明は、ギヤホイールまたは他の周期的構造の歯面のチップ除去加工、特に小さいオーバーラン量のみを許容するワークピースの機械加工に適した方法および装置を提供することを目的とする。

本発明はまた、内歯を備えるギヤホイールまたは内側に配置された他の周期的構造の歯面のチップ除去加工のための方法および装置の提供することを目的とする。特に、ワークピースが使用されるツールのサイズに対して相対的に小さい内径を備え、および／または加工が行われる内部空間が窮屈な状況である、ワークピース上の内歯または内側に配置された他の周期的構造の機械加工に関する。この場合において特に可能な限り高速な切削速度を達成することに関する。

特に、ツールとともに剥離ノズル（ｐｅｅｌｉｎｇ ｎｏｚｚｌｅ）、すなわちツールスピンドルがワークピースのインナーリング内に大きく突き出る場合における、ワークピースの内側に配置されている内歯または他の周期的構造の機械加工に関する。この場合において特に可能な限り高速な切削速度を達成することに関する。

特に、直径に比べて相対的に大きい歯幅を備えるワークピースの内側に配置されている内歯または他の周期的構造の機械加工に関する。また、可能な限り大きい軸の有効交角備える可能な限り大きいツールを使用しなければならない窮屈な状況であっても、可能な限り高速な切削速度を達成することに関する。

特に、ワークピース内への剥離ノズルの必要突入深さと内径の比が２未満であるインナーリングを備えるワークピースの内側の内歯または他の周期的構造の機械加工に関する。

また、方法および対応する装置は、ロバストであって、連続生産、例えば自動車産業での使用に適したものにすべきである。

本目的は、本明細書で言う改良されたスカイビン加工方法による本発明に従って達成される。改良されたスカイビング加工方法は、外側および内側の回転対称の周期的構造の製造に適した連続的な切削方法に関連する。よく知られたスカイビング加工（ホブピーリング（ｈｏｂ ｐｅｅｌｉｎｇ））が示すものとして、ホブ加工方法が関連される。正確には、連続的なホブ加工による歯の形成方法が関連される。本明細書において、スカイビング加工は、説明のためにおよびトレインの作成のデザインのために、ヘリカルギヤの運動学と比較される。

方法は、スカイビングツールを用いて回転対称の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ようにデザインされている。このスカイビング加工方法においては、
スカイビングツールが第１の回転軸を中心として連続的に回転し、
ワークピースがスカイビングツールと同期して第２の回転軸を中心として連続的に回転し、
回転中のスカイビングツールが回転中のワークピースに対する相対移動を実行し、
スカイビング加工中においてスカイビングツールの傾斜がポジティブまたはネガティブに設定され、その角度は１５度より大きく、
第１の回転軸が第２の回転軸に対してねじれの位置ある。

スカイビングツールとワークピースとの連動回転動作により、ヘリカルギヤの相対動作に対応するまたはヘリカルギヤに近似する、スカイビングツールとワークピースの相対動作が生じる。

機械加工中、スカイビングツールは、ワークピースから離れるように明らかに傾いている、またはワークピースに向かうように明らかに傾いている。

好ましくは、全ての実施の形態において、全ての実施の形態において、スカイビングツールは、ワークピース上の歯または周期的構造から離れるように明らかに傾いている、もしくは、ワークピース上の歯または周期的構造に向かうように明らかに傾いている。

傾斜角δの絶対値は、１５度から４５度の角度範囲、好ましくは２０度から３５度の角度範囲であるのが好ましい。

ワークピースが、例えば周縁に内側カラーまたは外側カラーを備える部品、または、例えば連続的ではない中空円筒（出口のない全体（ｂｌｉｎｄ ｗｈｏｌｅ））内の機械加工される内側の回転対称な周期的構造に関する構成部など、小さなオーバーラン量のみ許容するワークピースに関連するとき、本発明は適用可能である。

本発明の改良されたスカイビング加工方法は、衝突が生じない予め決められて調整された方法で実行されるワークピースとスカイビングツールとの間の相対動作シーケンス（いわゆる相対動作）によって特徴付けされている。

対応する改良されたスカイビング加工方法は、連続的な切削方法に関する。よく知られたスカイビング加工（ホブピーリング（ｈｏｂ ｐｅｅｌｉｎｇ））が示すものとして、ホブ加工方法が関連される。正確には、連続的なホブ加工による歯の形成方法が関連される。

好ましくは、全ての実施の形態において、フロントカッターヘッドツール（ｆｒｏｎｔ ｃｕｔｔｅｒ ｈｅａｄ ｔｏｏｌ）とは大きく異なる、スカイビングホイールのようなスカイビングツールが使用される。

本発明によれば、スカイビングツールは、外に向かって斜めに突出した切歯形状に形成された刃先を備えるスカイビングホイール状のツール部を備える。

本発明によれば、スカイビングツールは、外側の周期的構造の製造において好ましく使用され、カッティングホイール形状、好ましくは、ディスク型カッティングホイール、シャンク型カッティングホイールまたは深座ぐり型カッティングホイール（例えば、ＤＩＮ３９７２またはＤＩＮ５４８０に準拠する）形状を備えるスカイビングホール状のツール部を有する。

本発明によれば、剥離ノズルは内側の周期的構造の製造において好ましく使用され、そのノズルの一方側はワークピースのインナーリング内に十分に到達できるように（すなわち、可能な限り深く突入できるように）長く、他方側は剥離ノズルがスカイビング加工に必要な剛性を持つように可能な限り大きい（軸）径を備える。

好ましくは、内歯を形成する全ての実施の形態において、スカイビンツールは、ツールスピンドルおよび／またはアダプタと一体になって大きな突入深さを備えるノズルのような形状を備える。

本発明によれば、剥離ノズルは、ディスク型ジェネレーティングカッター（ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｃｕｔｔｅｒ）、シャンク型ジェネレーティングカッター、または深座ぐり型ジェネレーティングカッター（例えば、ＤＩＮ３９７２またはＤＩＮ５４８０に準拠する）形状を備えるスカイビングホイール状のツール部を有する。

なお、本発明によれば、全ての実施の形態において、軸の有効交角Σ_ｅｆｆは、十分な切削速度が達成できるように可能な限り大きく設定される。この態様は、ワークピースが小さいサイズである場合に特に役に立つ。歯の直径が一定に決定され且つ装置の最大回転周波数も固定されているため、軸の有効交角Σ_ｅｆｆを十分に大きくすることが重要である。

本発明に係るスカイビングツールは、いわゆる大型ツール、すなわち本質的に一体的に実装されているツールとしてデザインされている、または、カッター、好ましくはバー状のカッターが挿入されたカッターヘッドベース本体を備えるカッターヘッドツール（本明細書では、バー状カッター型スカイビングツールと称する）として実装されるようにデザインされている。

本発明によれば、好ましくは全ての実施の形態において、スカイビングツールは、いわゆる構造上のすくい角を備える。すなわち、すくい角は、運動学を考慮することにより、スカイビングツールの形状によって決定される。

本発明は、好ましくは、いわゆるフィッティングインターフェース輪郭（例えば衝突フランク）を備え、それにより多くの場合において従来のスカイビング加工方法では製造できない構成部品に使用される。

本発明は、傾斜角δの絶対値が１５度以上に設定されているという特徴に基づいている。すなわち、スカイビングツールは、従来のスカイビング加工方法に比べて大きく傾いている。

説明または請求したような改良されたスカイビング加工方法を用いることにより、大きく異なる歯構造または他の周期的に繰り返す構造を製造することができる。

すくい面オフセットｅが、ワークピースの円筒状歯のために規定されている。

改良されたスカイビング加工において、歯または他の周期的構造が完全に形成されるまで、材料は段階的に除去される。

本発明に係る方法は、ドライ加工またはウエット加工の両方において実行可能である。

改良されたスカイビング加工は、外歯のみの製造のために利用できない。改良されたスカイビング加工は、内歯の製造のために有利に利用できる。

改良されたスカイビング加工は、ワークピースを熱処理する前のプレ歯形成および熱処理後の歯仕上げの両方に利用できる。すなわち、スカイビング加工は、ソフトな機械加工とハードな機械加工（精密加工）の両方に利用できる。

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（すなわち、図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂ、１０Ａおよび１０Ｂの衝突表現においても）、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プッシングホイール（ｐｕｓｈｉｎｇ 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、スプール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４Ａ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さらなる円錐状のスカイビングツールであって、従来の方法でワークピースに対して傾いていないスカイビングツ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筒状のスカイビングツールにおける軸の交差の射影を概略的に示し、従来の方法でスカイビングツールが小さい角度でワークピースから離れるように傾けられ、その結果としてすくい面がオフセットしている図 図６Ａの円筒状スカイビングツール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 内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を概略的に示し、軸の有効交角Σ_ｅｆｆが２６度に設定され、その結果としてスカイビングツールとワークピースが衝突している図 図７Ａ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背部側側方射影を概略的に示し（接触面の背部側側方射影を示し）、衝突部を明りょうに示している図 内歯を備えるワークピースをスカイビング加工中の円筒状スカイビングツールを概略的に示し、そのスカイビングツールが軸の有効交角Σ_ｅｆｆが２６度で且つ傾斜角が１２度の状態で傾き、それにもかかわらず結果として、スカイビングツールとワークピースが衝突している図 図８Ａの円筒状スカイビングツールおよびワークピースの接触面の背部側側方射影を概略的に示し、衝突部を明りょうに示している図 外歯を備えて小さくオーバーランした状態のワークピースをスカイビング加工中の円錐状のスカイビングツールの軸の交差の側方射影（接触面の側方射影）を概略的に示し、軸の有効交角Σ_ｅｆｆが１８度に決定され、スカイビングツールとワークピースとの間で衝突が生じている図 衝突をより明確に示す、図９Ａの円錐状スカイビングツールとワークピースを概略的に示す図 外歯を備えて小さくオーバーランした状態のワークピースをスカイビング加工中のさらなる円錐状スカイビングツールの接触面の側方射影を概略的に示し、軸の有効交角Σ_ｅｆｆが１８度に設定され、スカイビングツールがワークピースに対して−１０度の傾斜角δで傾き、それにもかかわらず結果としてスカイビングツールとワークピースが衝突している図 衝突をより明確に示す、図１０Ａの円錐状スカイビングツールとワークピースを概略的に示す図 外歯に関する接触面ＢＥと関連するいくつかの角度とベクトルとを示す図 傾斜角δが−２５度と大きくネガティブである状態で接触面に対する円錐状スカイビングツールを概略的に示す図 傾斜角δが２５度と大きくポジティブである状態で接触面に対する円錐状スカイビングツールを概略的に示す図 外歯を備える円筒状ワークピースを改良されたスカイビング加工中の円錐状スカイビングツールを概略的に示し、そのスカイビングツールがワークピースに向かって大きく傾いている（傾斜角δが−２０度、錐角が３０度）図 図１４Ａの円錐状スカイビングツールおよびワークピースのさらなる概略図 図１４Ａ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射影を概略的に示す図 図１４Ａ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を概略的に示す図 図１４Ａの円錐状スカイビングツール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 内歯を備える円筒状ワークピースを改良されたスカイビング加工中の円筒状スカイビングツールを概略的に示し、そのスカイビングツールがワークピースから離れるように傾いている（傾斜角δが２０度）図 図１５Ａの円錐状スカイビングツールとともにワークピースの軸の交差のさらなる背部側側方射影を示す図 外歯を備えて小さくオーバーランした状態の円筒状ワークピースを改良されたスカイビング加工中の円錐状スカイビングツールを概略的に示し、そのスカイビングツールがワークピースに向かって大きく傾いている（傾斜角δが−２４度、錐角が３４度）図 図１６Ａの円錐状スカイビングツールおよびワークピースのさらなる概略図 スカイビングツールの一実施の形態の斜視図 円錐状のテーパーを備え、傾斜角δが−２０度の本発明に関連して使用することができるスカイビングツールを概略的に示す図 外歯を備える円筒状ワークピースとともに図１８Ａのスカイビングツールを概略的に示し、傾斜角δが−２０度に規定されている図 外歯を備える円筒状ワークピースとともにスカイビングツールを概略的に示し、傾斜角δが＋２０度に決定されている図 ジェネレーティングカッター型大型ツール形状であって、傾斜角δが約−２０度での使用に適したスカイビングツールを概略的に示す図 大型ツール状ジェネレーティングカッター形状であって、大きいポジティブの傾斜角δでの使用に適したさらなるスカイビングツールを概略的に示す図 外歯を備える円筒状ワークピースとともに図２１Ａのスカイビングツールを概略的に示し、傾斜角δが＋２０度に規定されている図 大型ツール状ジェネレーティングカッター形状であって、大きいネガティブの傾斜角δでの使用に適したさらなるスカイビングツールの概略図 外歯を備える円筒状ワークピースとともに図２２Ａのスカイビングツールを概略的に示し、傾斜角δが−２０度に決定されている図 内歯を備えるワークピースをスカイビング加工中のスカイビングツールを有する本発明に係る装置の斜視図

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。

回転対称の周期的構造は、例えば、内歯および／または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。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、スライドカラー、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。

本発明によれば、いわゆる改良されたスカイビング加工方法においては、ワークピース５０または６０に向かってスカイビングツール１０が大きく傾いている、あるいはワークピース５０または７０から離れるように大きく傾いている。まず、以下においては、傾いた状態で行われるスカイビング加工プロセスのデザインの基礎が説明される。

基本的には、スカイビング加工中におけるスカイビングツール１００とワークピース５０、６０、７０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。

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。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、６０、７０に対するスカイビングツール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、例えば直径や傾斜角などのスカイビングツール１００の幾何学的な基礎パラメータの定義（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。

従来より、基本的なツール形状（例えば直径や傾斜角）は、傾いたツールを用いるスカイビング加工プロセスのデザインにおいて傾いていないツールの計算点ＡＰでの噛み合い条件を考慮することによって定義されていた。そのように決定されたツールは、次にすくい面オフセットによって傾いた姿勢にされた。それに関して、結果として得られる正確な刃先形状の決定する異なる方法が知られている。運動学的なすくい角の規定する場合に一般的な１０度以下の傾斜角δの場合、この方法が合理的である。なぜなら、ｃｏｓ（１０度）≒０．９８であるために、軸の有効交角Σ_ｅｆｆと軸の交角Σの偏差が非常に小さく無視できるからである。この場合、傾いていないツールと傾いたツールの噛み合い条件はわずかに異なる。

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。

改良されたスカイビング加工方法は、以下のように進められる。傾斜角δの絶対値が増加すると、軸の有効交角Σ_ｅｆｆと軸の交角Σの偏差が増加する。傾斜角δの絶対値が１５度より大きい場合、傾いていないツールと傾いたツールの噛み合い条件は大きく異なる。傾いていない状態のスカイビングツール１００のデザインが大きく傾いたスカイビングツール１００を用いる加工のための十分に良好な切削条件を生み出さないことは調査によって示されている。したがって、スカイビングツール１００の回転円周の直径ｄ_ｗ１の決定のために軸の有効交角Σ_ｅｆｆに代わって軸の有効交角Σがデザインにおいて使用されている場合、例えば、切削速度ベクトルｖ_ｃが製造される歯間ギャップのカント方向を示していることを考慮した”切削方向条件”が無視される。

本発明によれば、大きく傾く場合（大きい傾斜角の場合）の所望の空間的配置を考慮したスカイビングツール１００の直接設計が提案される。この目的を達成するために、計算点ＡＰでの噛み合い条件は、空間ギアトランスミッションの接触面ＢＥにおける切削条件を考慮してデザインされなければならない。

（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。

（すくい面のオフセット）

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。

一般化されたこの式において、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。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、６０、７０との間の相対的な切削動作を生み出すために決定される量である。しかしながら、平面状の歯の場合、軸の有効交角Σ_ｅｆｆと傾斜角δは、数式３を満たすことなく、定義される。

（接触面の条件）
改良されたスカイビング加工方法のデザインにおいて、接触面ＢＥ内に位置する計算点ＡＰでの噛み合い条件が考慮される。図１１は、外歯の場合の接触面ＢＥを示している。

ここで、
・Ｒ１およびＲ２はスカイビングツール１００とワーク５０、７０の回転軸であり、
・Σ_ｅｆｆは軸の有効交角であり、
・β_２はワークピース５０、７０のカント角であり、
・数式４は仮想の傾いた円柱状スカイビングツール１００の接触面ＢＥに射影されたカントβ１であって数式５を見たし、
・速度ベクトルｖ１、ｖ２は、接触点ＢＰでのスカイビングツール１００とワークピース５０、７０それぞれの速度ベクトルであり、
・接触点ＢＰでの切削速度ベクトルはｖ_ｃ＝ｖ_１−ｖ_２である。

改良されたスカイビング加工プロセスの基本的なデザインにおいて、スカイビングツール１００の回転円周ｄ_ｗ１の直径は、結果として生じる切削速度ベクトルｖｃが発生するギャップの方向を示すように、理想的に定義される。言い換えると、図１１に示すように、それは、射影された回転軸Ｒ２を備えるワークピース５０、７０のカント角β_２を当然ながら包含する。回転円周の直径ｄ_ｗ１が数式６に従う場合、この条件は満たされる。

ここで、ｎ_１およびｎ_２は、スカイビングツール１００とワークピース５０、７０の回転周波数であって、数式７に示すように歯の数の比に従う。

ここで、ｚ_１およびｚ_２は、スカイビングツール１００とワークピース５０、６０、７０それぞれの歯の数である。

したがって、数式８に示すような切削速度が生じる。

仮想の傾いた円柱状スカイビングツール１００のカント角β_１は数式９の条件を満足する。

全ての３つの数式において、軸の有効交角Σ_ｅｆｆが挿入されており、ツールが傾く場合、すでに述べた数式３に従うように軸の交角Σと異なる。

すでに述べたように、傾斜角δが約１０度以下の相対的に小さい絶対値である場合、この差は無視できる。したがって、このように小さい角度δの場合、ツールの基礎的な形状のデザインは、傾いていない軸姿勢を用いて実施することができる。この場合、上述の式において、Σ_ｅｆｆ＝Σ、δ＝０に設定される。この方法は、これまでの従来の方法に対応する。

傾斜角δが大きい絶対値を備える場合、受け入れ可能な切削条件につながるデザインを行うときに、軸の有効交角Σ_ｅｆｆと軸の交角Σとの間の差は無視できなくなる。したがって、上述の式に基づいてデザインを実行する必要がある。

本発明によれば、傾斜角δの絶対値は常に１５度より大きい、言い換えれば、接触面（２つの速度Ｖベクトルｖ_２、ｖ_１が広がる）に対するツールの基準面の傾き、すなわちスカイビングツール１００の傾きが大きくポジティブであるまたは大きくネガティブである。それゆえ、本発明は、ワークピース５０、６０、７０に向かうようなまたは離れるようなスカイビングツール１００の大きな傾きに関する。

図１２は、いわゆる接触面ＢＥに対する円錐状スカイビングツール１００を概略的に示している。図１２は、特に接触面ＢＥに向かう傾きを示している。

図１３は、いわゆる接触面ＢＥに対する円錐状スカイビングツール１００を概略的に示している。図１３は、特に接触面ＢＥから離れる傾きを示している。

図１２および図１３に基づいて、傾斜角δの姿勢（方向）はよく示されている。

傾斜角δがネガティブである場合、計算点ＡＰと接触点ＢＰは、図１４Ｂに示すように、接続垂線ＧＬ上に位置しない。接続垂線ＧＬは、外歯の場合にはカッター半空間内に存在し、内歯の場合にはチップ半空間に存在する。接触面ＢＥは、ワークピース基準面に直交するが、ツール基準面には直交しない。ワークピース５０、６０、７０の回転軸Ｒ２は、接触面ＢＥと平行である。しかしながら、スカイビングツール１００の回転軸Ｒ１は、カッター半空間内で接触面ＢＥと交差する。ワークピース５０、６０、７０が円筒状の歯を備える場合、接触半径ベクトルｒ_１、ｒ_２は、例えば図１４Ｂに示すように、傾斜角δを囲んでいる。ほとんどの場合、傾斜角δがスカイビングツール１００の接触半径ベクトルｒ_１と接触面法線ベクトルｎとに囲まれる角度であるということが可能である。この段落に記載されている関係は、ワークピースに向かってツール１００が傾くときのみに適用できることに注意する。

ワークピースから離れるようにツール１００が傾く場合、上述の表や数式に基づいて、対応する関係を決定することができる。

好ましくは、全ての実施の形態において、軸の有効交角Σ_ｅｆｆは、−６０°≦Σ_ｅｆｆ≦６０°である。

本発明によれば、ワークピースに向かって傾く場合、すくい面オフセットｅは、円筒状内歯の場合には負であり、円筒状外歯の場合には正である。ワークピースから離れるように傾く場合、すくい面オフセットｅの符号は逆になる。本発明によれば、ワークピースに向かって傾く場合、底刃逃げ角（すくい角）をスカイビングツール１００に構造的に設ける必要がある。加えて、円筒状構造部に向かって（すなわちワークピース５０、６０、７０に向かって）ツールの刃先が傾くことによるすくい角の減少を補償する必要がある。ワークピースから離れる方向に傾く場合、構造的すくい角を設ける必要はない。

図１４Ｅの接触面の側方射影は、スカイビングツール１００がワークピースに向かって傾く場合における、運動学的に発生するネガティブのすくい角α_Ｋｉと構造的なツールのすくい角α_Ｋｏの合計である、運動学的―構造的なヘッドすくい角α_ＫｉＫｏを示している。

本発明によれば、いわゆるワークピース５０、６０、７０をスカイビング加工するための改良されたスカイビング加工方法が関連され、そこにおいては、スカイビングツール１００を用いてワークピース５０、６０、７０上に回転対称の周期的構造、例えば外歯または内歯が作製される。

図１４Ａから図１４Ｅに示すように、また、図１５Ａ、図１５Ｂと図１６Ａ、図１６Ｂ（これらの図は回転体（ホブ体）を占めす概略図である）の２つのさらなる例に基づいて、改良されたスカイビング加工方法は、特に、スカイビング加工中においてワークピース５０、６０、７０との衝突を回避するように背面に向かって傾斜する衝突輪郭をスカイビングツール１００が備えることによって特徴付けされている。この要件は、ワークピース５０、７０に向かって大きく傾く場合に適用され、すなわち、ネガティブの傾斜角δが大きい絶対値を備える場合に適用される。

ワークピース５０、６０、７０から離れるように大きく傾く場合において、すなわち、大きくポジティブな傾斜角δの場合、スカイビングツール１００は好ましくは衝突輪郭を備え、概略的な例に基づく図１９に示すように、ワークピースに向かって大きく傾くスカイビングツール１００の衝突輪郭のために逆方向に進む。図１９において、ベース本体１１０の側面がワークピース５０の円筒状側面に対して略平行に移動するように、錐角λが設定されている。

図２０は、本発明に関連して使用することができる、さらなるスカイビングツール１００を示している。図示するスカイビングツール１００は、ジェネレーティングカッター形状を備える。ここでは、切歯１１１がスカイビングツール１００の一部である大型ツールに関連する。このスカイビングツール１００は、２４個の切歯１１１を有する。図２０では、その１つに符号が付されている。スカイビングツール１００のベース本体は、錐台形状のディスク形状または錐台形状のプレート形状を備える。

図２１Ａは、本発明に関連して使用することができる、さらなるスカイビングツール１００を示している。ここでは、切歯１１１のすくい面は錐体の表面上に設けられている（結果的に傾いている）。図２１Ｂは、円筒状ワーク５０と係合した状態の図２１Ａのスカイビングツール１００を示している。ここでは、スカイビングツール１００は、大きな傾斜角δでワークピース５０から離れるように傾いている。ここでは、その傾斜角δは約２０度である。

図２１Ａおよび図２１Ｂに示すスカイビングツール１００は、スプール歯を備える円錐状ホイール形状であって、その円錐状ホイールの歯が切歯１１１に相当する。すくい面は小径を備える前側に配置されている。厳密に言えば、すくい面は追加の錐体、すなわち錐体の表面に配置されている（適切な場合、後者に対して傾いている）。

図示されているスカイビングツール１００のカント角は０度である。カント角が０度と異なる場合、対応するスカイビングツール１００は、ヘリカル歯を備えた円錐状ホイールのベース形状を備える。

図２２Ａは、本発明に関連してい使用することができる、さらなるスカイビングツール１００を示している。ここでは、切歯１００のすくい面は錐体の表面に配置されている（適切であれば傾いている）。図２２Ｂは、円筒状ワークピース５０に係合した状態の図２２Ａのスカイビングツール１００を示している。ここでは、スカイビングツール１００は大きい傾斜角δでワークピース５０に向かって傾いている。ここでの傾斜角δは、約−１８度である。

図２２Ａおよび図２２Ｂに示すスカイビングツール１００は、スプール歯を備える円錐状ホイール形状を備え、その円錐状ホイールの歯が切歯１１１に相当する。すくい面は、大径を備える前側に配置されている。厳密に言えば、すくい面は追加の錐体、すなわち錐体の表面に配置されている（適切な場合、後者に対して傾いている）。

図示されているツール１００のカント角は０度である。カント角が０度と異なる場合、対応するスカイビングツールは、ヘリカル歯を備えた円錐状ホイールのベース形状を備える。

好ましくは、スカイビングツール１００は、錐体状、円錐状、または双曲線状の衝突輪郭を備える。

スカイビング加工中において、
ワークピース５０、７０に対するスカイビングツール１００の相対移動が連動的に実行され、
第１の回転軸Ｒ１を中心としてスカイビングツール１００が回転されるとともに第２の回転軸Ｒ２を中心としてワークピース５０、７０は回転され、
スカイビング加工中はスカイビングツール１００の傾斜角δがポジティブまたはネガティブに設定され、その角度の絶対値が１５度より大きく、
第２の回転軸Ｒ２に対して第１の回転軸Ｒ１がねじれの位置にあって、２つの回転軸Ｒ１、Ｒ２が互いにねじれの位置にあるように、
これらの工程が同時にまた協調して実行される。

図１４Ａは、背面側に傾斜した（円錐状の）衝突輪郭を備える適切なスカイビングツール１００が、外歯を備えた円筒状ワークピース５０に対して改良されたスカイビング加工を実行している様子を概略的に示している。例えば、δが−２０度、錐角が３０度に維持されている。したがって、スカイビングツールはワークピース５０に向かって大きく傾いている。図１４Ａは、上方から見た円筒状のワークピース５０を示している。ワークピース５０の上面５１は、図面の平面内に存在する。スカイビングツール１００は、図面に概略的に示されているツールスピンドル１７０に支持されている。

図１４Ｂは、図１４Ａに示す集まりを別の方向から見た図である。図１４Ｂにおいて、接続垂線ＧＬと、スカイビングツール１００の回転円周Ｗ１とワークピース５０の回転円Ｗ２との接触点ＢＰとを確認することができる。半径ベクトルｒ_１を備えるスカイビングツール１００の回転円周Ｗ１と半径ベクトルｒ_２を備えるワークピース５０の回転円周Ｗ２との接触点に接触点ＢＰが位置する。

図１４Ｃは、図１４Ａに示す集まりにおける軸の交差の射影を示す図である。図１４Ｃにおいて、軸の交角Σを確認することができる。接続垂線ＧＬは、図１４Ｃの図面に対して直交しており、そのため軸の交点ＡＫに縮小している。

図１４Ｄは、図１４Ａに示す集まりにおける軸の交差の側方射影を示している。図１４Ｄにおいて、２つの軸Ｒ１、Ｒ２の軸の射影は、図面に対して平行である。接続垂線ＧＬは、図面上に位置する。

図１４Ｅは、図１４Ａの集まりの接触面の側方射影を示している。図１４Ｅは、回転円周Ｗ１、Ｗ２の接触点ＢＰとワークピースに向かうツールの大きな傾きとを示している。

好ましくは、全ての実施の形態において、傾斜角δの絶対値は１５度から４５度の範囲内である。特に、絶対値は２０度から３５度の角度範囲が好ましい。

図１４Ａ〜図１４Ｅに示すスカイビングツール１００のテーパー状の衝突輪郭は、円錐状のベース本体によって実現される。なお、スカイビングツール１００のベース本体が、衝突を回避するために、小さいテーパー部分をさらに備えてもよい。傾斜角δがネガティブである場合には衝突輪郭は背面側に傾斜（テーパー）しており、傾斜角δがポジティブである場合には衝突輪郭は前面側に傾斜（テーパー）している。傾斜角δがポジティブの場合、テーパー状衝突輪郭は任意である。これに対して、傾斜角δがネガティブの場合、背面側に傾斜している衝突輪郭が義務的に必要である。

スカイビングツール１００の円錐状のベース本体の錐角は、ここでは例えば３０度である。傾斜角δや他の要件を考慮に入れてスカイビングツール１００の刃先の領域における頂部側の有効すくい角が正（ポジティブ）である場合には、錐角は他の値であってもよい。

図１５Ａは、内歯を備える円筒状ワークピース７０に対する改良されたスカイビング加工における、円筒状のスカイビングツール１００（ここでは剥離ノズル形状）を示している。スカイビングツール１００は、ワークピース７０から大きく離れるように傾いている（傾斜角δが２０度）。ワークピース７０は、本明細書の導入部で衝突について考察されたものと同じである。図１５Ａでは、上方から見た対応するインナーリング７１が円として示されている。図１５Ｂは、スカイビングツール１００とワークピース７０の接触面の背部側から見た概略図である。図に示す配置において、例えば図７Ａ〜図８Ｂとは異なり、ワークピース７０のインナーリング７１内が窮屈なスペースの状況にもかかわらず衝突は生じていない。図１５Ａおよび１５Ｂに示す例に基づけば、特にインナーリングを備えるワークピース７０上の内歯および他の内側の周期的構造の機械加工において、ワークピース７０内への剥離ノズル、すなわちスカイビングツール１００の必要突入深さと内径の比が２未満であるインナーリングの場合、離れるように大きく傾くことが特に適切であることがわかる。改良されたスカイビング加工はまた、インナーリングの内部に深く配置された内歯に適している。突入深さの用語は、歯の幅を含むだけでなく、トータルの配置、すなわちインナーリングにおける歯の軸方向位置も考慮している。

本発明によれば、図１６Ａおよび１６Ｂに基づいて説明される配置によると、大きくネガティブに傾くことによって衝突を回避することが可能である。図１６Ａには、外歯を備えた円筒状のワークピース６０に対する改良されたスカイビング加工において、背面側に傾斜している衝突輪郭（ここでは円錐状）を備える適切なスカイビングツール１００が概略的に示されている。ワークピース６０は図９Ａおよび９Ｂに示すワークピース２０に対応する。ワークピース６０は第１の円筒状部６１と第２の円筒状部６２とを有する。第１の円筒状部６１の外歯は、円錐状のスカイビングツール１００を用いたスカイビング加工によって機械加工される。例えば、Σ_ｅｆｆが１８度、δが−２４度、錐角が３４度に維持されている。したがって、スカイビングツール１００は、ワークピース６０に向かって大きく傾いている。図１６Ｂは、図１６Ａに示す円錐状スカイビングツール１００とワークピース６０を示すさらなる概略図である。

好ましくは、全ての実施の形態が大きなネガティブの傾斜角δを備える場合、スカイビングツール１００のベース形状における側面形状は、背面側に傾斜した衝突輪郭を備える。このために、側面形状またはベース形状は、例えば円筒状部と錐台状部とから構成することができる。好ましくは、スカイビングツール１００における少なくともスカイビングホイール状部１０１が、例えば図１２、１３、１４Ａ〜１４Ｅ、１６Ａ、１６Ｂ、１８Ａ、１８Ｂ、２０、２２Ａ、２２Ｂに示すようなテーパー状の衝突輪郭を備える。

図１７は、離れるように約１６度の角度で大きく傾く場合に使用できる好適な実施の形態のスカイビングツール１００を示している。スカイビングツール１００は、特に、ワークピース５０、７０上の回転対称な周期的構造（例えば図２に示すような配置における）を改良されたスカイビング加工によって製造するようにデザインされている。スカイビングツール１００は、中心回転軸Ｒ１を備える円筒形状および／または錐体形状のベース本体１１０を有する。ベース本体１１０は、複数の受け入れ孔１１２を備える。図１７は、全ての受け入れ孔１１２にバー状のカッター１２０が装着されている構成を示している。図に示す例において、スカイビングツール１００には２３個のバー状カッターが装着されている。ベース本体１１０の内部内に向かって斜めに延在する受け入れ孔１１２は、前面１１３上の挿入孔から始まり、ワークピースに向かって方向付けされている。ベース本体１１０の前面１１３からワークピースに向かって方向付けされているので、例えば、ツールスピンドル１７０上にスカイビングツール１００を固定するために、ベース本体１１０の対応する中央穴１１５を介してねじ１１６をツールスピンドル１７０のインナースレット（ｉｎｎｅｒ ｔｈｒｅａｔ）にねじ留めすることが可能である。

好ましくは、全ての実施の形態において、スカイビングツール１００は、１つまたは２つの貫通孔１１７がベース本体１１０の側面に形成されていることを特徴とする。これらの貫通孔１１７は、ベース本体１１０にバー状カッター１２０を固定するためにデザインされている。

スカイビングツール１００は、図１７に示すように、ベース本体１１０に加えてアダプタ１３０を有することができる。

図１８Ａは、傾斜角δが−２０度の発明に関連して使用することができる円錐状のテーパーを備えるスカイビングツール１００の概略図である。図１８Ａ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、好ましくはバー状のカッター１２０を挿入状態で備える切削ヘッドベース本体１１０（ここでは、錐台（円錐台）状部１６０）を有する、いわゆる切削ヘッドツールに関連する。スカイビングツール１００は、装置２００に対して、特有の動作ができるように固定されている。図１８Ａおよび１８Ｂにおいて、ベース本体１１０、すなわち錐台（円錐台）状部１６０の側面がワークピース５０の円筒状側面と略平行になるように、錐角λは選択されている。

図１８Ｂは、図１８Ａに示すスカイビングツール２００とともに円筒状のワークピース５０を概略的に示している。また、傾斜角δが−２０度に規定されている状態を示している。スカイビングツール１００は、δ＝−２０°で大きく傾いていてもワークピース５０に対してスカイビングツール１００が衝突しないように選択された衝突輪郭を備える。

なお、スカイビングツール１００は、例えば図２０に示すような任意の他の形状であってもよい。図２０は、ジェネレーティングカッター形状を備えるスカイビングツールを示している。ここでは、切歯１１０がスカイビングツール１００の一部である大型ツールに関係している。このスカイビングツールは、２４個の切歯１１１を有する。図２０では、その１つに符号が付されている。スカイビングツール１００のベース本体は、錐台形状のディスク形状または錐台形状のプレート形状を備える。

本発明に係る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、内歯を備えてスカイビング加工されるワークピース７０に対するスカイビングツール１００の相対移動を実行するために、”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スカイビングツール１００とワークピース７０の連動は、ヘリカルギヤの相対動作と同様にスカイビングツール１００とワークピース７０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、ワークピーススピンドルの回転軸Ｒ２はＲ１方向の軸送り２０３に連動される。図２３において、軸送り２０３の動作は、矢印２０４によって示されている。さらに、ワークピーススピンドルは、回転軸Ｒ２と平行なカートリッジ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７０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。

好ましくは、装置２００は、図２３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、６０、７０とワークピーススピンドル１８０に対して上方にスカイビングツール１００とツールスピンドルが配置される、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、重力の作用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。

また、装置２００は、本発明に係る改良された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。５軸は既に説明されている。６番目の軸として、スカイビングツール１００に対してワークピース５０、６０、７０を直線的に相対移動させることができる軸があってもよい。この直線的な相対移動は、図２３において、矢印２０８によって示されている。

改良されたスカイビング加工方法は、全ての実施の形態において、ドライ加工またはウェット加工に適用することができる。ドライスカイビング加工が好ましい。

全ての実施の形態において、ワークピース５０、６０、７０は、予め歯を備えてもよく、または歯がなくてもよい。歯がないワークピースの場合、スカイビングツール１００は、大きい材料に対して加工を行う。

全ての実施の形態において、ワークピース５０、６０、７０は、後加工されてもよく、好ましくは、艶出し加工が行われる。

本明細書で説明された改良されたスカイビング加工は、高い生産性と適応性を提供する。

改良されたスカイビング加工の適応範囲は、広く、また回転対称の周期的構造の製造にまで及ぶ。

本明細書で説明された改良されたスカイビングツールは、高速な材料除去を可能にする。同時に、歯のフランクや他の機械加工された表面上に有益な表面構造を形成することが可能である。

改良されたスカイビング加工においては、歯、歯間ギャップ、または他の周期的構造が完全に形成されるまで、ワークピース５０、６０、７０から段階的に材料が除去される。

改良されたスカイビング加工は、加工時間に関して大きなポテンシャルを有する高パフォーマンスな方法に関連する。サイクルタイムが低いことに加えて、ツールコストも相対的に低い。これら全てのことが、改良されたスカイビング加工の費用効果に寄与する。

１ プッシングホイール
２ ワークピース
４ 歯ヘッド
５ 歯ブレスト
１０ スカイビングツール
２０ （スカイビング加工され、外歯を備える）ワークピース
２１ 第１の円筒状部
２２ 第２の円筒状部
３０ （スカイビング加工され、外歯を備える）ワークピース
３１ 円筒状インナーリング
５０ （スカイビング加工される）ワークピース
６０ （スカイビング加工される）ワークピース
６１ 第１の円筒状部
６２ 第２の円筒状部
７０ （スカイビング加工され、内歯を備える）ワークピース
７１ インナーリング
１００ スカイビングツール
１１０ ベース本体
１１１ 切歯
１１２ 受け入れ孔
１１３ 前面
１１５ 中央穴
１１６ ねじ
１１７ 貫通孔
１２０ カッターバー
１３０ アダプター
１６０ 錐台（円錐台）状部
１７０ ツールスピンドル
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 軸送り
２０４ 軸送り動作
２０５ キャリッジ
２０６ 直線的シフト
２０７ 回転動作
２０８ 直線的相対移動
α_Ｋｉ ヘッド刃先のすくい角
α_Ｋｏ 構造的すくい角
α_ＫｉＫｏ 運動学的構造的ヘッドすくい角
ａ 軸間距離（軸距離）
ＡＫ 軸の交点
ＡＰ 計算点
ＢＥ 接触面
ＢＰ 接触点
β_１ ツールの傾斜角
数式４ 接触面ＢＥに射影されたカント角β_１
β_２ ワークピース５０、６０、７０のカント角
δ 傾斜角
ｄ_ｗ２ ワークピースの回転円周径
ｅ すくい面オフセット
ＧＬＦ１ 回転軸Ｒ１上の接続垂線の足
ＧＬＦ２ 回転軸Ｒ２上の接続垂線の足
ＧＬＶ 接続垂線ベクトル
ＫＢ 衝突部
ＬＦ１ 正射影
ＬＦ２ 正射影
λ 錐角
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１０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、６０、７０の接触半径ベクトル
Ｓ_ｈｘ ストローク動作
Ｓ_ａｘ 軸送り
Ｓ_Ｄ 差動送り
Ｓ_ｒａｄ 径送り
Σ_ｅｆｆ 軸の有効交角
Σ 軸の交角
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
ＷＫ 回転円周
Ｗ１ スカイビングツール１００の回転円周
Ｗ２ ワークピース５０、６０、７０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
ｚ_１ スカイビングツール１００の歯数
ｚ_２ ワークピース５０、７０の歯数
ｘ，ｙ、ｚ 座標系の軸

Claims (18)

1. 回転対称の周期的構造を備えるワークピース（５０、６０、７０）をスカイビングツール（１００）を用いてスカイビング加工するスカイビング加工方法であって、
   スカイビング加工中において、ワークピース（５０、６０、７０）に対するスカイビングツール（１００）の相対移動と、第１の回転軸（Ｒ１）を中心とするスカイビングツール（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、６０、７０）の回転とを連動させ、
   スカイビング加工中のスカイビングツール（１００）の傾斜角（δ）がポジティブまたはネガティブに設定され、その絶対値が１５度以上であり、スカイビング加工中において第１の回転軸（Ｒ１）が第２の回転軸（Ｒ２）に対してねじれの位置にある、スカイビング加工方法。
2. スカイビングツール（１００）とワークピース（５０、６０，７０）の連動が、スカイビング加工中におけるスカイビングツール（１００）とワークピース（５０、６０、７０）との間の相対動作がヘリカルギアの相対動作に対応するように実行される、請求項１のスカイビング加工方法。
3. 機械加工中においてスカイビングツール（１００）はワークピース（５０、６０、７０）に向かう方向に傾いており、
   その傾斜角（δ）が−１５度から−４５度の範囲内である、請求項１または２のスカイビング加工方法。
4. 機械加工中においてスカイビングツール（１００）はワークピース（５０、６０、７０）から離れる方向に傾いており、
   その傾斜角（δ）が＋１５度から＋４５度の範囲内である、請求項１または２のスカイビング加工方法。
5. スカイビングツール（１００）が複数の切歯（１１１）を有し、
   各切歯（１１１）が構造的なすくい角を備える、請求項１〜３のいずれか一項のスカイビング加工方法。
6. 運動学的かつ構造的ヘッドすくい角（αＫｉＫｏ）が、運動学的に生じるネガティブのすくい角（αＫｉ）とツールの構造的すくい角（αＫｏ）の合計である、請求項３のスカイビング加工方法。
7. 回転対称の周期的構造が、ワークピース（５０、６０、７０）の内歯または外歯を含む歯に関連する、請求項１〜６のいずれか一項のスカイビング加工方法。
8. ワークピース（５０、６０、７０）が円筒形状のワークピースである場合、第１および第２の回転軸に接続する垂線（ＧＬ）方向に見たときにおける第１および第２の回転軸の交点（ＡＫ）とスカイビングツールとの間の距離であるすくい面オフセット（ｅ）が規定されている、請求項１〜７のいずれか一項のスカイビング加工方法。
9. ワークピース（５０、６０、７０）が、ワークピースとスカイビングツールとの衝突を回避するオーバーラン量でスカイビングツールに対してオーバーランするワークピース（６０）である、請求項１〜８のいずれか一項のスカイビング加工方法。
10. ワークピース（５０、６０、７０）がインナーリング（７１）を有するワークピース（７０）であって、
    ワークピース（７０）のインナーリング（７１）内へのスカイビングツールの必要突入深さに対する内径の比が２未満である場合、スカイビングツール（１００）として剥離ノズルが使用される、請求項１〜７のいずれか一項のスカイビング加工方法。
11. 回転対称の周期的構造を備えるワークピース（５０、６０、７０）をスカイビングツール（１００）を用いてスカイビング加工するための装置（２００）であって、
    スカイビングツール（１００）と、
    スカイビングツール（１００）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、７０）を固定するためのワークピーススピンドル（１８０）と、
    相対動作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、連動してワークピーススピンドル（１８０）とワークピース（５０、６０、７０）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、
    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）は、スカイビング加工中においてツール（１００）の傾斜角δをその絶対値が１５度以上になるように規定し、且つスカイビング加工中において第１の回転軸を第２の回転軸に対してねじれの位置に配置するように構成されている、装置（２００）。
12. スカイビングツール（１００）は、外側に向かって斜めに突出する切歯（１１１）形状で形成された刃先を備えるスカイビングホイール状のツール部（１０１）を有する、請求項１１の装置（２００）。
13. スカイビングツール（１００）は、ジェネレーティングカッター形状、深座ぐり型ジェネレーティングカッター形状、またはシャンク型ジェネレーティングカッター形状を備えるスカイビングホイール状のツール部（１０１）を有する、請求項１１の装置（２００）。
14. 数値制御部（２０１）は、スカイビング加工中においてスカイビングツール（１００）をワークピース（５０、６０、７０）に向かう方向に傾けるように構成され、
    その傾斜角（δ）が−１５度から−４５度の範囲である、請求項１１の装置（２００）。
15. 数値制御部（２０１）は、スカイビング加工中においてスカイビングツール（１００）をワークピース（５０、６０、７０）から離れる方向に傾けるように構成され、
    その傾斜角（δ）が＋１５度から＋４５度の範囲である、請求項１１の装置（２００）。
16. ６軸を有する装置に関連する、請求項１１〜１５のいずれか一項の装置（２００）。
17. スカイビングツール（１００）が、大型ツールまたはバー状カッターを備えるスカイビングホイールに関連する、請求項１１〜１５のいずれか一項の装置（２００）。
18. 数値制御部（２０１）が、請求項１〜１０のいずれか一項の方法を実行するように構成されている、請求項１１〜１５のいずれか一項の装置（２００）。

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