JP6731847B2 - 歯車の歯を機械加工するための歯切り盤および方法 - Google Patents

Description

本発明は、歯切り工具のための工具ホルダを含み、かつ搬送器（carrier）上に回転可能に取り付けられて、工具軸が望ましい方向に設定され得るようにする組立体と、さらに組立体が、それにより望ましい角度位置に設定され得る作動デバイスと、組立体が、設定された角度位置から外れないように固定され得るようにする固定デバイスとを備える、その工具軸周りの回転運動で駆動される歯切り工具を用いて歯車の歯を機械加工するための歯切り盤に関する。さらに、本発明はまた、歯車の歯を機械加工する方法に関する。

この包括的な説明を満たす歯切り盤は、例えば、いわゆる６軸ホブ盤として以前から知られている。このタイプのホブ盤の典型的な構成は以下のように説明され得る。ワークに関連する部分では、これらの機械は、機械ベッド上の軸受で支持され、かつ回転運動で駆動されるワーク主軸を有し、ワークはワーク主軸にクランプされ、そのワーク主軸の軸が、ホブ盤の第１の機械軸を表す。５個の他の機械軸は、工具に関連する機械の部分に配置される。

機械ベッドにより支持され、かつ送込みを行うように働く水平往復台の直線運動軸は、ホブ盤の第２の機械軸を構成し、また水平往復台により支持された垂直往復台の直線運動軸は、このタイプの歯切り盤における前進運動を行うように働く第３の機械軸を構成する。

工具ヘッドは垂直往復台上に回転可能に取り付けられる。この回転可能に支持する接続の回転軸は、ホブ盤の第４の運動軸を表し、それは、ホブ軸の方向を、加工すべき歯車の歯の望ましいねじれ角に適合するように設定すべく働く。工具ヘッドの回転可能な取付けは、工具ヘッドが、特に、その運動軸がホブ盤の第５の運動軸を構成するさらなる直線往復台により、さらに直線的なシフト運動を行うことができるように構成される。したがって、シフトがそれに沿って行われるこの第５の運動軸は、その方向が工具の回転軸周りの回転と共に変化するので、空間内で固定されない。通常、第５の運動軸は、ホブの回転軸と一致する。最後に、ホブ盤の第６の機械軸は、ホブそれ自体を担持する、駆動される回転工具主軸の回転軸である。

機械軸が、完全にコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）下にある工作機械を開発する以前は、機械加工プロセス、すなわち、ワークの回転用およびホブの回転用の２つの主軸は、工具を係合させるための正しい幾何学的条件を保証するように、互いに対して機械的に結合されていた。一方、歯を正しくかみ合わせるための軸の各回転位置の必要な同期化は、当技術分野で知られたＣＮＣにより電子的に行われる。

同様に、ワークとホブ加工工具の相互の空間位置を互いに対して設定するように働く２次的な機械軸、すなわち、前述の第２の機械軸から第５の機械軸（送込み運動、前進運動、回転位置、およびシフト運動）は、コンピュータ数値制御下で、サーボモータにより駆動される。多くの場合、いわゆる直接駆動が大部分の軸に対して使用されるが、それは、コンピュータ制御されたサーボモータと運動が作動される機械軸との間に、伝達ユニットが介在しないことを意味する。

最近のホブ盤は、したがって、サーボ駆動モータを備えた６軸ＣＮＣ工作機械として特徴付けることができる。

本発明は、特に構造的な剛性に関して、上記で述べた種類の歯切り盤に対してさらなる改良を行う目的を有する。

この課題は、上記で述べた種類の歯切り盤のさらに進歩させたバージョンによって本発明により解決されるが、それは、本質的に、組立体に回転できないように結合され、かつ作動デバイスの機能的な要素である突き出しアームにより特徴付けられる。

本発明は、工具ホルダの旋回運動のためにこれまで使用された駆動機構は、駆動機構により、かつ必要な接続により占められる空間のため、機械の剛性を損なっているという観察により動機付けられたものである。普通であれば直接駆動により占められるはずの空間に配置された変速装置など、介在される伝達装置を有する駆動機構に対しても、同様の課題が適用される。

本発明は、この駆動機構がそれ自体、運動伝達の経路において、突き出しアームにより置き換え可能であるという観察にさらに基づく。特に、フルターンもしくはそれより少ない場合であっても、回転させる機能は省略され得る。突き出しアームの結合は、工具ホルダと同じ組立体領域に直接配置されることが好ましい。突き出しアームは、例えば、シフト軸方向に方向付けることもできる。簡単に言うと、回転可能な支持は、したがって駆動される回転支持ではなく、主として、自由に回転する支持であるに過ぎない。

回転可能な支持の領域で、それにより節約された空間は、この空間がさらなる補強機構に利用可能になるため、機械全体に対してより剛性のある設計を実現可能にする。

好ましい実施形態では、回転可能に支持された組立体は、往復台構成上に取り付けられ得る。具体的には、搬送器は、特に垂直往復台である第１の直線往復台とすることができる。したがって、さらなる機械軸の従来使用される構成はまた、本発明により提案される構成と互換性を保ったままである。

特に好ましい実施形態では、歯切り盤の動作位置における第１の直線往復台の駆動源は、作動デバイスの機能要素である。言い換えると、このさらなる進歩された実施形態によれば、回転位置の設定が、往復台構成の直線往復台の駆動により実現されるので、この回転運動に対する直接駆動の概念だけではなく、一般にこの軸に対する専用駆動の概念が放棄される。

このさらなる態様がまた開示され、かつ作動デバイスの運動がどのように伝達されるかとは無関係に、本発明の保護下に置かれる。したがって、本発明はまた、歯切り工具のための工具ホルダを含み、かつ搬送器上に回転可能に取り付けられて、工具軸が望ましい方向に設定され得るようにする組立体と、さらに組立体がそれにより望ましい角度位置に設定され得る作動デバイスと、組立体が、設定された角度位置から外れないように固定され得るようにする固定デバイスとを備える、その軸工具軸周りの回転運動で駆動される歯切り工具を用いて歯車の歯を機械加工するための歯切り盤を、独立して保護を受けるのに値するものとして開示し、ここで、搬送器は、駆動源により移動可能な少なくとも１つの直線往復台を含み、また歯切り盤は、本質的に、歯切り盤の動作位置における直線往復台の駆動源が、作動デバイスの駆動源を形成するという機能により特徴付けられる。

突き出しアームによる組立体への力／トルク伝達は、突き出しアームがレバーとして作用して、非回転接続の反対側で突き出しアームの端部に元々導入され得る実施形態が考えられるが、作動デバイスが、非回転接続の反対側の突き出しアームの端部と協動するカウンター軸受（counter bearing）を備える実施形態が好ましい。カウンター軸受は、同様に作動デバイスの機能要素であり、また反作用力の形で、組立体の回転を可能にする反力を送達するが、元の原因である駆動力源の直接の結果は、組立体それ自体の直進運動である。

この好ましい変形形態のさらなる発展形では、カウンター軸受と突き出しアームの端部との間の協動が、転がり支持の形で行われる。これは、摩耗を低減し、かつ作動デバイスの機能要素の動作寿命を長くする。

特に好ましい実施形態では、歯切り盤の第２の動作位置においては、第１の直線往復台の駆動源は、作動デバイスの機能要素として動作しない。したがって、第２の動作位置では、固定デバイスからは独立している組立体の角度位置の、モータ駆動の調整は可能ではない。第２の動作位置の好ましい使用は、歯切り工具を用いて歯付きワークを機械加工するためのものである。

好ましい実施形態では、第１の動作位置と第２の動作位置の間の移行は、第１の直線往復台の運動方向を横断する、第１の直線往復台とカウンター軸受との間の相対運動により行われる。

この構成では、第１の直線往復台は、回転可能な組立体に対する搬送器構造が、横送り往復台として構成されるように、さらなる直線往復台により、特に水平往復台により支持され得る。第１の動作位置と第２の動作位置との間の移行のための相対運動が、第２の直線往復台の運動により行われる場合、後者は、一方で送込み運動を、他方で２つの動作位置の間の移行を駆動する、２つの機能に割り当てられる。

組立体に対して設定され得る角度位置が少なくとも９０°の範囲を含む場合、かつ特に、工具軸に対して設定され得る方向が、水平に対して少なくとも±４５°の範囲を含む場合、実際的に有利であることが分かる。このことは、工具ヘッドを担持する組立体を回転させるのに必要な直線的な移動距離を短縮する。それに加えて、第１の直線往復台の移動方向におけるカウンター軸受の長さは、直線往復台の移動経路の範囲の中央にまで達することが好ましいと考えられる。したがって、垂直に向いたワークの主軸を有する垂直フライス盤の例では、カウンター軸受と突き出しアームの間の係合は、移動の戻り点、すなわち、範囲の両端に対する高さよりも、第１の直線往復台の垂直の移動範囲の中間点に近い高さのレベルで行われることが好ましい。

特に好ましい実施形態では、歯切り盤はホブ盤として構成され、その場合、工具ホルダは、ホブを保持するための工具ヘッドとして設計される。しかし、本発明はまた、他の歯切り盤で、例えば、創成研削で、パワースカイビングで、またはさらに歯車形削りで（後者の場合、Ｙ／Ｚ平面ではなくＸ／Ｚ平面における回転を用いる）、使用されると有利である。

本発明はまた、方法志向の観点から特許保護下に置かれる。したがって、本発明はまた、その工具軸周りの回転運動で駆動される歯切り工具を用いて歯付きワークを機械加工するための方法に関し、後者は所定の方向を有する、また本方法は、方向の設定および固定を含み、方向の設定は、回転可能に支持された組立体と、共同して回転運動を行うように結合された突き出しアームの支援で行われるという特徴的な機能を備え、ここで、工具軸の方向は、前記組立体に対して回転可能ではない。

特に好ましい実施形態では、工具軸の方向の設定は、歯切り工具と歯付きワークの間の相対運動に使用される駆動機構の支援で行われる（工具軸の方向が固定される）。上記で説明したように、この機能はまた、この駆動機構と回転可能な組立体の間の解放可能な結合の性質とは無関係に行われ得る。

その結果、本発明はまた、後者の所定の方向で、その工具軸周りの回転運動で駆動される機械加工工具を用いて歯車の歯を機械加工するため方法を提供し、第１のステップとして、工具軸は所定の方向に設定され、かつ固定され、次に歯切り工具と歯付きワークの間の相対運動が、機械加工前に、かつ／または機械加工中に実行され、方法の特徴付けられた機能は、本質的に、工具軸の方向の設定および相対運動の実行が、同じ駆動機構により作動されることである。

本発明のさらに特徴的な機能、細部、および利点は、添付図面の以下の説明から明らかになろう。

本発明の基礎となる原理を概略的に示す図である。 本発明に従って構成された工具ホルダに対する支持構成の断面図である。

図１は、Ｘ方向（図面の平面に対して直角）に移動可能な水平往復台４０と、ワーク主軸の方を向いている水平往復台４０の側部に配置された垂直往復台５０とから構成される横送り往復台を概略的に示している（後者は図面に示されていない）。垂直往復台は、垂直に、すなわち、Ｚ方向に移動可能である。

垂直往復台５０は、ホブ加工工具ヘッド（図面に示されていない）がさらなるシフト往復台により従来方法でその上に配置される組立体６０を回転可能に支持する。水平往復台４０の運動軸Ｘに直交して延びる平面に対してホブ加工工具ヘッドにより保持されるホブの回転軸の方向は、組立体６０の回転軸によってのみ変更され得る。ホブ軸は、突き出しアーム７０が組立体の外に突き出す方向に対して、例えば、平行に方向付けられ得る。図１ａは、この方向Ｙが、水平に、かつ水平往復台４０の運動軸Ｘに対して直角に延びる状況を示している。

工具軸の角度位置、すなわち、運動方向Ｘに直交して延びる平面における方向Ｙの向きを設定するために、水平往復台４０は、突き出しアーム７０がポスト８０の上に配置される位置へと移動される。好ましくは、垂直往復台５０は、その自由端に近い突き出しアーム７０が、ポスト８０の上端に配置されたボールジョイント上に載る位置へと移動される。組立体６０が、最新の従来方法で、ホブ加工工具ヘッドを固定するのに利用可能な固定デバイス（図示せず）によりその現在の角度位置になお固定されている間に、この動作のすべてが行われる。あるいは、ポストが水平往復台上に配置され、かつ後者に対して移動可能であることも考えられる。その場合、工具軸の方向の設定は、水平往復台の任意の位置で行われ得る。

突き出しアームがボールジョイント上に載ったとき、例えば、図１で示すように工具軸が水平である角度位置で、固定された状態は解放される。

次に、工具軸は、図１ｃで示すように上方向に垂直往復台を移動させることにより、時計回りに（図１ａで示された位置から開始して）、または図１ｂで示すように下方向に垂直往復台５０を移動することにより、反時計回りに回転させることができる。

組立体６０の望ましい角度位置が達成され、かつ組立体６０の角度位置を検出するセンサ（図示せず）から、この結果に対する信号がホブ盤の制御デバイスにより受け取られると直ちに、固定デバイスが活動化されて、組立体６０は設定された角度位置に固定される。示された例では、突き出しアーム７０およびポスト８０が互いに協動できるようにする、水平往復台４０の移動位置により決定されるこの第１の動作位置では、組立体６０の角度位置の設定は、したがって、好ましくは垂直往復台５０のＣＮＣベースの作動により行われ得る。

歯切り盤の第２の動作位置におけるワークの機械加工に関して、水平往復台４０は、ワーク主軸の方向で示された移動位置から移動され、したがって、この第２の動作位置における垂直往復台５０は、ポスト８０により妨げられず、かつその移動軸Ｚに沿って自由に移動する、すなわち、ホブ加工動作のためにワーク軸に対して平行な、標準の送込み運動を行うことができる。

突き出しアーム７０を用いると、組立体６０を、直接駆動に結合すること、または駆動される回転支持体により、これらの機械で通常実現されるそれ自体の駆動源に接続される歯車列に結合することはもはや必要のないことは明らかである。

本発明は、例示された実施形態により示された歯切り盤の構成に限定されない。例えば、ポスト８０はまた、ボールジョイント８２を含めずに設計することも可能であり、またはポスト８０それ自体が移動可能であるように設計され得るが、これには、さらなる駆動機構が必要になるはずである。後者の場合、ポスト８０は、例えば、望遠鏡と同様に折り畳み可能に、または第２の動作位置にある機械ベッド（図示せず）の中に完全に後退可能であるように設計することもできる。

さらに第１の動作位置において、垂直往復台の運動は、例えば、歯車／ラック構成によるなど、異なる方法で組立体に伝達され得る。第１の動作位置から第２の動作位置に変更するには、歯車係合の結合が解除される必要がある。係合の解除は、例えば、作動レバーを用いるなど、手動で実施でき、またはさらなる駆動機構の使用を回避すべきである場合、水平往復台４０の運動にその係合解除を結合することにより自動で実施することもできる。

図２は、回転可能に支持された部材１を断面図で示す。自由な側１ｂは、通常の方法で、例えば、工具主軸でホブ加工工具ヘッド（図示せず）を締結するように働く。

非回転部材２における部材１の回転支持体は、駆動機構、または駆動機構に結合された伝達装置の存在により、その構造的な強度に関して損なわれることはない。機械加工動作中に、ダイヤフラムスプリング４として構成された固定デバイスは、領域１２の部材１が、部材２上に載っており、かつ後者に押し付けられているので、部材１が部材２に対して確実にもはや回転できないようにする（第２の動作位置）。部材１が、部材２に対して軸方向（Ｘ）に移動されたとき、摩擦ベースの接続は解放され、部材１は、部材２に対して、図１のコンテキストで述べたように望ましい角度位置へと回転され得る。

本例における部材２は、垂直往復台（図２の描画平面に対して直角な運動方向Ｚ）の一部であり、それは、次いで、従来の慣行と一致するように、半径方向往復台３（運動方向Ｘ）上に移動可能に支持される。センサ５は、部材２に対する部材１の角度位置を示し、この情報を機械の制御装置（図示せず）に送る。

部材１を部材２内に支持するための構成は、駆動機構のための、または例えば、ウォーム歯車伝達装置など、伝達装置を用いた駆動に接続するための場所をもはや残す必要がないので、支持体は、本発明の主要な利点である大幅に高めた構造的な剛性を用いて設計され得る。さらなる利点として、本発明は、この実施形態では、垂直往復台を作動させるように働く駆動機構が、部材２に対する部材１の角度位置を変更するためにも使用され得るという前述の可能性を提供し、それは駆動機構全体を節約する。

本発明は、図面の説明で提示された実施形態の例に限定されない。そうではなくて、前述の説明ならびに添付の特許請求の範囲の特徴は、個々に、または組み合わせて、その様々な実施形態において本発明を実現するための本質的なものであり得る。

Claims (5)

1. その工具軸周りの回転運動で駆動される歯切りホブ加工工具を用いて歯車の歯をホブ加工するための歯切り盤であって、
   前記歯切りホブ加工工具のための工具ホルダを含み、かつ搬送器（５０、４０）上に回転可能に取り付けられて、前記工具軸（Ｙ）が望ましい角度位置に設定され得るようにする組立体（６０）と、
   作動デバイスであって、前記組立体が、前記工具軸（Ｙ）の前記角度位置に従って、望ましい角度位置に設定され得る作動デバイスと、
   固定デバイスであって、前記組立体が、設定された角度位置から外れないように固定され得るようにする固定デバイスとを備え、
   前記作動デバイスは、
   回転できない接続により前記組立体に結合される突き出しアーム（７０）と、
   非回転接続の反対側にある前記突き出しアームの端部と協働するカウンター軸受（８２、８０）と、
   前記搬送器である、第１の垂直往復台（５０）であって、
   前記歯切り盤の標準の送込み運動における、角度設定位置である第１の動作位置における前記第１の垂直往復台の駆動により前記作動デバイスが作動し、
   前記歯切り盤の標準の送込み運動における、加工位置である第２の動作位置における前記第１の垂直往復台の駆動により前記作動デバイスが作動しない、
   第１の垂直往復台（５０）と、
   を備える歯切り盤。
2. 前記協動は、転がり支持の形で行われることを特徴とする請求項１に記載の歯切り盤。
3. 前記第１の垂直往復台（５０）は、第２の水平往復台（４０）により支持されることを特徴とする請求項１に記載の歯切り盤。
4. 前記第１の動作位置と前記第２の動作位置との間の移行は、前記第１の垂直往復台（５０）とカウンター軸受（８２、８０）との間の相対運動により行われることができ、前記相対運動は、前記第１の垂直往復台（５０）を支持する第２の水平往復台の運動により行われ得ることを特徴とする請求項１に記載の歯切り盤。
5. 前記工具軸に対して設定され得る角度位置は、水平方向に対して少なくとも±４５°の範囲を含むことを特徴とする請求項１に記載の歯切り盤。

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