JP6280987B2

JP6280987B2 - 歯付き加工物を微細機械加工する方法および装置、並びに、装置を制御するプログラム

Info

Publication number: JP6280987B2
Application number: JP2016526715A
Authority: JP
Inventors: ライヘルトゲルハルト; フンケウォルター; シャウアルアンゲルベルト
Original assignee: ザグリーソンワークス
Priority date: 2013-07-17
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2034-07-11
Also published as: KR101903507B1; EP3022001B1; US9796030B2; EP3022001A2; JP2016525022A; DE102013011941A1; WO2015008128A3; CN105377491B; KR20160029798A; CN105377491A; US20160151847A1; WO2015008128A2

Description

本発明は、歯付き加工物を、この加工物と相互歯係合でかみ合う歯付き仕上げ工具を使用して微細機械加工する方法であって、仕上げ工具がドレッシングプロセスにかけられ、このドレッシングプロセスでは、互いに歯係合した仕上げ工具および歯付きドレッシング工具が、それらの工具の対応するそれぞれの歯車軸を軸に回転し、これらの対応するそれぞれの歯車軸が、互いに対して、ゼロとは異なる中心距離およびゼロとは異なる軸交差角で配置される方法に関する。加えて、本発明はさらに、この方法を実行する能力を有する装置、並びに、この装置をしかるべく制御する制御プログラムに関する。

このような方法の例を示すと、ドレッシング可能なホーニング環を用いた歯車ホーニングのプロセスが、知られている慣習である。ホーニング環は、加工中の歯付き加工物のための仕上げ工具を表す。ホーニング環のためのドレッシング工具は、外歯付きダイヤモンドドレッシング歯車の形態を有し、ドレッシングプロセスでは、この歯車が、ホーニング環の内歯付きプロファイルとかみ合う。歯車のこの対では、ゼロでない角度で互いに交差する仕上げ工具およびドレッシング工具の対応するそれぞれの歯車軸が、ドレッシングプロセスのための相対送り込み運動が中心距離の方向に起こるような方式で、互いに対する最大中心距離のところに配置される。

歯車軸が互いに対してこのように配置されると、ドレッシングプロセスにおいてドレッシング工具の幾何形状が仕上げ工具に転写される。続いて、同じ相対位置に、加工物が、仕上げ工具とかみ合い係合するように置かれた場合、同じ歯面幾何形状が加工物に転写される。しかしながら、歯車伝動装置内での加工物の使用はしばしば、歯車歯に対して歯面修整がなされることを必要とする。特に、荷重下にあるアクスルシャフトの曲りに対処するため、円錐形の歯面修整が必要とされる。しかしながら、これは、ドレッシング工具を高価なものにし、その生産を複雑にする。さらに、それぞれの歯面修整に対して別個のドレッシング工具が利用可能でなければならない。あるいは、歯面修整は、相対位置に対する適当な調整と、加工物の加工における歯車軸の追加の運動とによって達成されることができる。これは、歯車軸の制御においてそれに対応した高いレベルの複雑さを伴う。さらに、インターフェアリングコンタの意味で、その歯車プロファイルが肩によって隣接する加工物の機械加工では、縦ホーニングのために必要とされる加工物歯車軸の方向の直線運動の範囲が制限される。一方、このような直線運動が起こらず軸の送り込みだけが起こっている純粋な送り込みホーニング単独では、その結果として、表面粗さがより大きくなる。

本発明の目的は、上に記載された方法と同じ包括的な種類の方法であって、仕上げ面の品位に優れた円錐形に修整された歯面を有する加工物を生産する複雑さおよびコストを低減させる方法を提案し、さらに、この方法に従って制御される装置、並びに必要な能力を有する制御プログラムを提供することである。

方法を指向する観点から、本発明は、この課題を、仕上げ工具およびドレッシング工具の歯車軸が、互いに対して、最大中心距離の位置から低減された中心距離の位置へオフセットされた位置に配置されるという着想によって解決する。

本発明に従ってオフセットされたドレッシング工具を用いてドレッシングプロセスを実行する結果として、仕上げ工具の歯の対応する修整が得られる。ドレッシング工具および未だドレッシングされていない仕上げ工具の歯付き周囲が、偏差のない円筒形である好ましいケースでは、本発明に基づくドレッシング位置が、仕上げ工具の円錐形の歯面修整を生み出す。したがって、ドレッシング工具の歯厚は、（歯すじ凸性を無視すれば、）歯の幅全体にわたって一定であり、ドレッシングされた仕上げ工具の歯のアデンダム修整は歯幅全体にわたって変化する。仕上げ工具の半径方向にドレッシング工具の送り込みを実行するのが最もよいが、例えば中心距離に対して直角な方向の送り込みだけで機能することも可能である。

偏差のない円筒形である歯車歯形を有するドレッシング工具を使用するときには、ドレッシングプロセスにおいて、ドレッシング工具の歯車軸に対して平行な重ね合わされた成分を、前者の運動に加えると特に有利である。縦ストロークホーニングにおける加工物の縦送りとして特に知られているこのような重ね合わせは、ドレッシングプロセスにおいて、仕上げ工具の仕上げ面の品位を、縦送りなしでまたは極めて低減された縦送りで加工物の後続の仕上げ操作が実行される場合であっても仕上げられた加工物表面が顕著により良好な表面粗さを有するような方式で、向上させる。

有利な実施形態では、互いにかみ合い係合した仕上げ工具とドレッシング工具の間の相対運動に、ドレッシング工具の歯車軸に対して直角な運動成分が重ね合わされる。これは特に、ドレッシングプロセスにおいて、ドレッシング工具が、最大中心距離の位置からオフセットされているにもかかわらず、仕上げ工具との線接触を維持する場合に実現されることができる。

実用上特に重要な実施形態では、加工物が、ドレッシングされた仕上げ工具を用いて、本質的に仕上げ工具の歯車軸と加工物の歯車軸の間の最大中心距離の位置で機械加工されるような方式で、ドレッシングされた仕上げ工具を用いた加工物の仕上げが実行される。このことは、この位置における中心距離がその正確な最大値にあるか、または加工物の歯の通常の歯面修整の生成のために必要な程度だけ後者から外れていることを意味する。その結果、ドレッシング工具のオフセットされた位置の結果としてドレッシングプロセスにおいて得られた、仕上げ工具の円錐形に修整された歯車幾何形状が、加工物に転写される。

この転写プロセスは、加工物の機械加工において、加工物と仕上げ工具の対応するそれぞれの歯車軸間の軸交差角が、ドレッシングプロセスにおいて使用されたドレッシング工具と仕上げ工具の歯車軸間の軸交差角に対応する値に設定されるような方式で実行されることができる。この場合、加工物歯の右歯面および左歯面の円錐は、ドレッシングホイールの歯の円錐と同じ対称性を有する。一方、加工物の機械加工において、加工物と仕上げ工具の歯車軸間の軸交差角が、ドレッシングプロセスにおいて使用されたドレッシング工具と仕上げ工具の歯車軸間の軸交差角からオフセットされた値に設定される手順に従うこともできよう。これは、加工物の歯の右歯面および左歯面の対応するそれぞれの円錐が互いに対称でないという結果を有する。

装置を指向する観点から、本発明の課題は、歯付き加工物に対して仕上げ操作を実行する装置であって、それ自体の歯車軸を軸に回転可能な歯付き仕上げ工具と、それ自体の歯車軸を軸に回転可能な歯付きドレッシング工具と、これら２つの歯車軸の相対位置を設定する装置と、該設定する装置を制御する役目を果たす制御装置を備える装置において、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法が実行されることを可能にする設定を実行する能力を有するように制御装置が設計されているという際立つ特徴を有する装置によって解決される。

この装置内の軸の配置は、ドレッシング工具と機械加工される加工物とが、それらの対応するそれぞれの歯車軸を軸とした回転の際に加工物スピンドルによって交互に支持され、微細機械加工工具を形成するホーニング環が、その歯車軸を軸とした回転の際にピボット軸受装置によって支持される、従来のホーニングマシンの標準幾何形状に従うことができる。それらの歯車軸を軸とした回転のために、それぞれの軸に対して別個の駆動源が提供されることができる。あるいは、それらの軸のうちの１つの軸だけがそれ自体の駆動源を有し、他の軸を軸とした回転は、微細機械加工工具とドレッシング工具の間または微細機械加工工具と加工物の間のかみ合い係合に沿ってとられる結果として起こる。本発明の着想はさらに、それによって加工物スピンドルと微細機械加工工具の回転軸間の軸交差角が所望の大きさに設定されることができる旋回装置を含む。加えて、この配置は、これらの２つの回転軸間の中心距離の設定を可能にする直線変位軸を含む。最後に、これらの２つの軸の相対位置は、中心距離に対して横断方向に広がる平面内で調整可能である。これらの能力を有するシステムは、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法を実行する際に必要とされる相対位置が、微細機械加工工具とドレッシング工具の間並びに微細機械加工工具と機械加工される加工物の間に設定されることを可能にする。

好ましくは、それを介してこれらの設定がなされることができる制御装置は、プログラムの指令の下で動作する。したがって、この制御装置は、対応する制御プログラムをロードすることによって、この方法の所望の変法を実行するようにプログラムされることができる。

本発明のさらに際立った特徴、詳細および利点は、添付された図面に示された例示的な詳細を通して本発明が提示される以下の説明から明らかになろう。

従来の歯車ホーニングマシンの軸の幾何学的配置を示す図である。ドレッシングプロセスにおけるホーニング環とドレッシング工具の間の相対位置を概略的に表す図である。機械加工プロセスにおけるホーニング環と加工物の間の相対位置を概略的に表す図である。ホーニング環とドレッシング工具の異なる相対位置を概略的に表す図である。

図１において、参照符号Ｃ₁は加工物スピンドルの回転軸を識別し、加工物スピンドル上には、外歯付き加工物または外歯付きドレッシング工具の歯付き周囲の軸（本明細書では歯車軸とも呼ばれる）が回転軸Ｃ₁と一致するような方式で、加工物またはドレッシング工具が締め付けられることができる。さらに、参照符号Ｃ₂は、歯付きホーニング工具の回転軸を識別し、歯付きホーニング工具は、仕上げ工具の役目を果たし、その歯車軸が回転軸Ｃ₂と一致するような方式で回転可能に支持される。したがって、以下では、これらの２つの歯車軸も同じくＣ₁およびＣ₂として識別される。

回転軸または歯車軸Ｃ₁とＣ₂の間の交差角は、旋回軸Ａを軸とした旋回運動を介して調整可能である。さらに、これらの２軸間の中心距離も、中心距離の方向に走る直線変位軸Ｘに沿って調整可能である。Ｘ軸に対して横断方向に広がる平面内において、これらの２つの回転軸または歯車軸Ｃ₁とＣ₂の相対位置は、直線変位軸Ｘおよび回転軸Ｃ₁に対して横断方向に走る直線変位軸Ｙに沿って、並びに回転軸Ｃ₁に対して平行に走る直線変位軸Ｚに沿って調整可能である。

軸のこの系において、図２ａおよび２ｂの図平面はＸ／Ｙ平面に対して平行に広がり、視線は、Ｚ軸に対して平行に導かれる。円形の微細機械加工工具１０を形成するホーニング環の半径方向平面は、軸交差角によって、回転軸Ｃ₁の半径方向平面に対して平行に広がるＸ／Ｙ平面に対して傾けられているため、微細機械加工工具１０は、図２ａおよび２ｂにおいて実際には円形に見えず、その円形の形状の楕円形の投影として見えるはずである。しかしながら、これらの図面は純粋に概略的性質のものであり、軸交差角は通常小さいため、この細かな点は、単純にするために無視されている。

図２ａおよび２ｂの表示では、回転軸Ｃ₁およびＣ₂がＸ／Ｙ平面に対して直交して走っている。これに応じて、加工物スピンドルに締め付けられた歯付きドレッシング工具の歯車軸Ｃ₁と微細機械加工工具１０の歯車軸Ｃ₂との間の中心距離ａは、図２ａに示されているように、Ｘ軸に対して平行に延びる。同様に、図２ｂに示されているように、加工物スピンドルに締め付けられた加工物１２の歯車軸Ｃ₁と微細機械加工工具１０の歯車軸Ｃ₂の間の中心距離も、Ｘ軸に対して平行に走る。

図２ａおよび２ｂから明らかだが、中心距離は、ドレッシングプロセスまたは機械加工プロセスにおいて微細機械加工工具１０とドレッシング工具１１または微細機械加工工具１０と加工物１２の対応するそれぞれの歯付き輪郭がそこで互いにかみ合う歯車軸Ｃ₁、Ｃ₂の相対位置に依存する。図示された例では、微細機械加工工具１０の歯車軸Ｃ₂がＸ／Ｙ平面内で延び、ドレッシング工具１１の歯車軸Ｃ₁または加工物１２がＺ軸に対して平行に延びる。図２ｂは、最大中心距離ａ’の位置を示す。この場合、中心距離は、Ｙ／Ｚ平面に対して直角に配向された微細機械加工工具１０の動径ベクトル上にある。

ドレッシングプロセスにおいて、微細機械加工工具１０およびドレッシング工具１１の対応するそれぞれの歯車軸Ｃ₂およびＣ₁は、互いに対して、最大中心距離ａ’の位置からオフセットされた低減された中心距離ａの位置に設定される。これが図２ａに示されている。この図面のＸ／Ｙ／Ｚ基準系において、ドレッシング工具の歯車軸Ｃ₁は、Ｘ／Ｙ平面内で、図２ｂに示された最大中心距離ａ’の位置に比べてオフセットされている。ドレッシング工具１１は、好ましくは、その歯車軸Ｃ₁の方向のストローク運動を実行する。加えて、微細機械加工工具１０との線接触を維持し、および／またはクラウニングの所望の量を生成するために、Ｘ／Ｙ平面に対して平行に導かれた運動成分が、知られている方法で重ね合わされることができる。

図２ａに示されたドレッシングプロセスとは対照的に、ドレッシングされた微細機械加工工具１０を用いた加工物１２の機械加工は、図２ｂに示された位置、すなわち微細機械加工工具１０の歯車軸Ｃ₂と加工物１２の歯車軸Ｃ₁の間の最大中心距離ａ’の位置で行われる。

図３は、図２ａに類似したドレッシングプロセスの図を表しているが、１、２および３の番号が付けられた３つの異なる位置にドレッシング工具１１が描かれているという違いがある。これらの３つの位置の下方には、ドレッシングされた微細機械加工工具上に生成された対応するそれぞれの歯すじ形状ｌ₁、ｒ₁；ｌ₂、ｒ₂；ｌ₃、ｒ₃が示されている。図２ａおよび２ｂの場合と同様に、図３のドレッシング工具１１の歯車軸Ｃ₁はＺ軸に対して平行に走っているが、微細機械加工工具１０の歯車軸Ｃ₂は、Ｙ／Ｚ平面内において軸交差角の量だけ時計回りに斜めに向けられている。

円筒形の歯付き周囲を有するドレッシング工具１１が最大中心距離の位置１に配置された場合、歯面凸性を無視すれば、ドレッシングされた微細機械加工工具１０の歯は、歯幅全体にわたって一定のアデンダム修整を有し、アデンダム修整の値はゼロであることもできる。この場合、左右の歯すじｌ₁、ｒ₁は、図３に示されているように互いに対して平行である。対照的に、ドレッシング工具１１が、最大中心距離の位置１からオフセットされた低減された中心距離のうちの１つの位置２または３に配置されている場合、結果として生じる歯面修整ｌ₂、ｒ₂およびｌ₃、ｒ₃は円錐形になる。ドレッシングプロセスの間、軸交差角が変更されないままにされる場合、左歯面と右歯面の対応するそれぞれの修整は互いに対称形となろう。図３のＸ／Ｙ／Ｚ系に対する軸交差角は正の値を有するため、位置２におけるドレッシング工具１１の侵入深さは、図を見ている人に面した微細機械加工工具１０の側の方が、図を見ている人から遠い方の側よりも浅い。したがって、歯厚は、図３の歯すじｌ₂、ｒ₂によって視覚化されているように、微細機械加工工具１０の軸の方向に低下する。一方、位置３では、ドレッシング工具１１の侵入深さが、図を見ている人に面した微細機械加工工具１０の側でより深い。したがって、歯厚は、図３の歯すじｌ₃、ｒ₃によって視覚化されているように、微細機械加工工具１０の軸の方向に増大する。

Ｃ₁ 工具スピンドルの回転軸
Ｃ₂ ホーニング工具の回転軸
Ａ旋回軸
Ｘ中心距離の方向の直線運動軸
Ｙ直線運動軸
Ｚ直線運動軸
１０微細機械加工工具
１１ドレッシング工具
ａドレッシング工具軸の中心距離
ａ’ 加工物軸の中心距離
１２加工物
ｌ₁、ｌ₂、ｌ₃、ｒ₁、ｒ₂、ｒ₃ 歯面プロファイル

Claims

歯付き加工物（１２）を、前記加工物（１２）と相互歯係合でかみ合う歯付き仕上げ工具（１０）を使用して微細機械加工する方法であって、前記仕上げ工具（１０）がドレッシングプロセスにかけられ、前記ドレッシングプロセスでは、互いに歯係合した前記仕上げ工具（１０）および歯付きドレッシング工具（１１）が、それらの工具の対応するそれぞれの歯車軸（Ｃ₂、Ｃ₁）を軸に回転し、前記対応するそれぞれの歯車軸（Ｃ₂、Ｃ₁）が、互いに対して、ゼロとは異なる中心距離（ａ）およびゼロとは異なる軸交差角で配置される方法において、前記仕上げ工具（１０）および前記ドレッシング工具（１１）の前記歯車軸（Ｃ₂、Ｃ₁）は、互いに対して、最大中心距離（ａ’）の位置から低減された中心距離（ａ）の位置へオフセットされた位置に配置されることを特徴とする方法。
前記仕上げ工具（１０）の歯付き輪郭は内歯付き輪郭であり、前記ドレッシング工具（１１）の歯付き輪郭は外歯付き輪郭であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記仕上げ工具（１０）の歯付き輪郭は外歯付き輪郭であり、前記ドレッシング工具（１１）の歯付き輪郭は内歯付き輪郭であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記仕上げ工具（１０）は環形のホーニング工具であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
歯すじ凸性を無視すれば、前記ドレッシング工具（１１）の歯厚は、歯幅全体にわたって一定であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
前記ドレッシング工具（１１）と前記仕上げ工具（１０）の間の相対運動に、前記ドレッシング工具（１１）の前記歯車軸（Ｃ₁）に対して平行な重ね合わされた運動成分が加えられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
前記ドレッシング工具（１１）と前記仕上げ工具（１０）の間の相対運動に、前記ドレッシング工具（１１）の前記歯車軸（Ｃ₁）に対して直角な重ね合わされた運動成分が加えられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
ドレッシングされた前記仕上げ工具（１０）を用いた前記加工物（１２）の前記機械加工のために、前記加工物（１２）および前記仕上げ工具（１０）の対応するそれぞれの歯車軸（Ｃ₁、Ｃ₂）は、互いに対して、前記仕上げ工具（１０）と前記加工物（１２）の中心距離（ａ’）が前記ドレッシングプロセスにおいて前記ドレッシング工具（１１）の前記歯車軸および前記仕上げ工具（１０）の前記歯車軸が置かれた中心距離（ａ）とは異なるような方式で置かれることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
前記加工物（１２）は、ドレッシングされた前記仕上げ工具（１０）を用いて、本質的に前記仕上げ工具（１０）の前記歯車軸（Ｃ₂）と前記加工物（１２）の前記歯車軸（Ｃ₁）の間の最大中心距離（ａ’）の位置で機械加工されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
前記加工物（１２）の前記機械加工のために、前記加工物（１２）と前記仕上げ工具（１０）の前記歯車軸（Ｃ₁、Ｃ₂）間の前記軸交差角は、前記ドレッシングプロセスにおいて前記ドレッシング工具（１１）および前記仕上げ工具（１０）の前記歯車軸（Ｃ₁、Ｃ₂）が置かれた前記軸交差角に対応する値に設定されることを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
前記加工物（１２）の前記機械加工のために、前記加工物（１２）と前記仕上げ工具（１０）の前記歯車軸（Ｃ₁、Ｃ₂）間の前記軸交差角は、前記ドレッシングプロセスにおいて前記ドレッシング工具（１１）および前記仕上げ工具（１０）の前記歯車軸（Ｃ₁、Ｃ₂）が置かれた前記軸交差角に対してオフセットされた値に設定されることを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
機械加工プロセスにおいて互いにかみ合い係合した前記仕上げ工具（１０）と前記加工物（１２）の間の相対運動に、前記歯車軸（Ｃ₁、Ｃ₂）の方向の運動成分が重ね合わされることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
歯付き加工物（１２）を微細機械加工する装置であって、それ自体の歯車軸（Ｃ₂）を軸に回転可能な歯付き仕上げ工具（１０）と、それ自体の歯車軸（Ｃ₁）を軸に回転可能な歯付きドレッシング工具（１２）と、前記歯車軸（Ｃ₁、Ｃ₂）間の相対位置を設定する装置と、該設定する装置を制御する役目を果たす制御装置とを備える装置において、前記制御装置は、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法が実行されることを可能にする設定を実行する能力を有するように設計されていることを特徴とする装置。
前記制御装置は、プログラムの指令の下で動作することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法を実行する際に、請求項１４に従いプログラム制御される制御装置を動作させるプログラムコードを含むことを特徴とするソフトウェアプログラム。