JPH0771773B2 - How to chamfer gear tooth edges - Google Patents

How to chamfer gear tooth edges

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JPH0771773B2
JPH0771773B2 JP60178449A JP17844985A JPH0771773B2 JP H0771773 B2 JPH0771773 B2 JP H0771773B2 JP 60178449 A JP60178449 A JP 60178449A JP 17844985 A JP17844985 A JP 17844985A JP H0771773 B2 JPH0771773 B2 JP H0771773B2
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tool
chamfer
gear
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width
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レオン・ハロルド・セイテルマン
エドワード・ジヨン・カヴエカス
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ユナイテツド・テクノロジ−ズ・コ−ポレイシヨン
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、歯車の歯の側面(端面)の面取りすることに
係り、一層詳細には、平歯車の側面を面取りする方法に
係る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to chamfering a side surface (end surface) of a tooth of a gear, and more particularly to a method for chamfering a side surface of a spur gear.

発明の背景 歯車、スプラインなどの歯の鋭いエッジを面取りするこ
とにより堅牢性及び係合の容易性の利点が得られること
は多年にわたり良く認識されている。例えばやすりによ
り手作業で面取りする以前の退屈な方法は、専用の歯車
面取り盤の導入により克服されてきた。
BACKGROUND OF THE INVENTION It has been well recognized for many years that chamfering the sharp edges of teeth, such as gears, splines, provides the benefits of robustness and ease of engagement. For example, the tedious method of manually chamfering with a file has been overcome by the introduction of a dedicated gear chamfering machine.

もちろん、歯車の歯に所望の均等な面取り部を形成する
のに使用可能と考えられる面取り盤は多く存在する。場
合によっては、所望の面取りが冷間加工により達成され
てきた。一層好ましくは、面取りは、平面の切削工具の
円形運動を利用する面取り盤により達成されている。本
発明に関連する一つの面取り盤は米国特許第3,286,593
号に記載されている。他の面取り盤はシェフフィールド
(Sheffield)マシンと呼ばれているものである。この
ような面取り盤は、往復円弧運動をする切削工具(若し
くはカッタ)を使用するよう構成されている。かかる面
取り盤では、切削工具の各前進行程に於て面取り部が形
成され、各後退工程の間に歯車が歯の新たな部分をカッ
タに向けるように設定される。本発明は、このように面
取りされる歯の側面に対してほぼ垂直な平面内で工具が
円弧を描くような揺動する形式の面取り盤に特に適合し
たものである。歯車の歯は若干複雑なインボリュート形
状を有し、また切削工具の運動は横方向の円形運動であ
るので、かかる工具のジオメトリは簡単に決定できるも
のではない。従って、面取り盤用の切削工具の製造は熟
練した工具・型製造者に任されている。切削工具を製造
する熟練した技術は、先輩及び自己の経験及び判断に基
づいたものである。切削工具を製作する際には、本質的
に“試行錯誤”の手順が用いられているのである。すな
わち、技能者は最初の工具を製造するのに自己の経験に
頼っているのである。例えば、切削工具の円弧運動の接
線は歯端の平面に対し45゜傾斜しているので、歯車形状
の45゜投影が用いられることがある。工具製造者は次い
で工具を実際の面取り盤に取付け、実際の歯車でその切
削作用をテストする。形成された面取り部を観察し、結
果が不完全な場合には、所望の仕様の面取り部が得られ
るまで工具の輪郭を、反復して修正する。
Of course, there are many chamfers that could be used to create the desired uniform chamfers on the gear teeth. In some cases, the desired chamfer has been achieved by cold working. More preferably, the chamfering is accomplished by a chamfering disk that utilizes the circular motion of a planar cutting tool. One chamfer related to the present invention is U.S. Pat. No. 3,286,593.
No. Another chamfering machine is called a Sheffield machine. Such a chamfering machine is configured to use a cutting tool (or cutter) that makes a reciprocating arc motion. In such a chamfering machine, a chamfer is formed in each forward stroke of the cutting tool and the gears are set so that during each retraction step the gears direct new parts of the teeth towards the cutter. The present invention is particularly adapted to a chamfering machine of the type in which a tool oscillates in an arc in a plane substantially perpendicular to the side surface of the chamfered tooth. Since the gear teeth have a slightly complicated involute shape and the movement of the cutting tool is a lateral circular movement, the geometry of such a tool is not easily determinable. Therefore, the production of cutting tools for chamfering machines is left to the skilled tool / die manufacturer. Skilled techniques for manufacturing cutting tools are based on the experience and judgment of seniors and self. When making a cutting tool, essentially a "trial and error" procedure is used. That is, the technician relies on his experience to make the first tool. For example, a 45 ° projection of the gear shape may be used because the tangent to the circular motion of the cutting tool is inclined 45 ° to the plane of the tooth tip. The tool manufacturer then mounts the tool on the actual chamfering machine and tests its cutting action on the actual gear. Observe the chamfer formed and if the result is incomplete, iteratively modify the contour of the tool until the chamfer with the desired specifications is obtained.

精密且つ高性能な機械では、面取り幅に関する仕様を比
較的厳密にすることができる。例えば、直径約11インチ
(28cm)で歯数69の典型的な歯車の面取り部は、0.040
±0.010インチ(0.102±0.025cm)の面取り幅を有して
いることが要求されることであろう。典型的には、面取
り部は硬化に先立って歯車上に設定される。続いて更に
歯車に於ける物質を除去することにより歯車が仕上げら
れると、比較的小さい面取り部が残留する。従って、面
取り部の位置は所望の目的を達成するために、正確に設
定されなければならない。技能者の能力が熟練したもの
であっても、工具の製造は退屈で労力のかかる工程であ
る。工具形状が確定されるに至るまでに実際の歯車が製
造されなければならず、このことは生産の遅延に通ず
る。高価な歯車部品が試行錯誤による工具製造過程で消
費されなければならない。また、完全な面取りは稀にし
か達成されない。往々にして面取りの質が或る程度の不
完全であっても、経済性とのかねあいで、許容されなけ
ればならないのである。
Precision and high performance machines can have relatively tight specifications regarding chamfer width. For example, a typical gear chamfer with a diameter of about 11 inches (28 cm) and 69 teeth is 0.040
It would be required to have a chamfer width of ± 0.010 inches (0.102 ± 0.025 cm). Typically, the chamfer is set on the gear prior to hardening. When the gear is subsequently finished by further removing material in the gear, a relatively small chamfer remains. Therefore, the position of the chamfer must be precisely set to achieve the desired purpose. Manufacture of tools is a tedious and labor intensive process, even if the technician is skilled. By the time the tool geometry is determined, the actual gear must be manufactured, which leads to production delays. Expensive gear parts must be consumed during the trial and error tool manufacturing process. Also, perfect chamfers are rarely achieved. Even if the quality of chamfering is incomplete to some extent, it must be allowed in consideration of economical efficiency.

発明の開示 本発明の目的は、歯車に一層精密且つ均等な面取り部を
形成すること、また実際の歯車部品及び工具により実験
を行う必要なしに直接的に歯車面取り工具の寸法を決定
するための手段を提供することである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION It is an object of the present invention to form more precise and uniform chamfers in gears and to determine the dimensions of gear chamfering tools directly without the need to experiment with actual gear parts and tools. To provide the means.

本発明によれば、工具の寸法は、s寸法の使用を含む手
順を経て決定され且つ最適化される。s寸法とは、工具
がその湾曲した切削経路に沿って運動する際に、工具に
より形成される面取り部の向かい合うエッジの一方又は
双方から測定される関数である。s寸法は、面取り部上
に位置する内接円の半径に等しく、従って測定点に於て
面取り部を横切る最小距離である。好ましくは、s寸法
は、面取り部の向かい合うエッジの双方を基準とする。
s寸法は、工具の切削縁の点の湾曲した経路が面取り部
のエッジと交わるところに対として求められる。本発明
の最適な実施態様では、種々の工具のプロフィルの形状
により得られるs寸法を面取り幅許容誤差及び正規若し
くは平均面取り幅に合せるために、反復最適化プロセス
が用いられる。出発点としては、面取り幅を零にする工
具のプロフィルの寸法をとり、その後に面取り幅を増や
す方向に反復することが好ましい。
According to the invention, the tool dimensions are determined and optimized through a procedure involving the use of the s dimension. The s dimension is a function measured from one or both of the opposite edges of the chamfer formed by the tool as the tool moves along its curved cutting path. The s dimension is equal to the radius of the inscribed circle located on the chamfer and is therefore the minimum distance across the chamfer at the measurement point. Preferably, the s dimension is referenced to both opposite edges of the chamfer.
The s dimension is determined as a pair where the curved path of the cutting edge point of the tool intersects the chamfer edge. In the preferred embodiment of the invention, an iterative optimization process is used to match the s-dimensions obtained with different tool profile shapes to the chamfer width tolerance and the normal or average chamfer width. As a starting point, it is preferable to take the dimension of the tool profile that makes the chamfer width zero and then repeat in the direction of increasing the chamfer width.

本発明を実施すれば、非常に精密に均等な面取り部を形
成する工具が、試行錯誤テスト或いは工具製造者による
補正なしに製造される。許容誤差が満足されるだけでな
く、所望の正規寸法が本質的に達成される。
By practicing the present invention, a tool that produces a very precisely uniform chamfer is manufactured without trial and error testing or compensation by the tool manufacturer. Not only are the tolerances met, but the desired regular dimensions are essentially achieved.

本発明の前記及び他の目的、特徴及び利点は以下にその
好ましい実施例を図面により詳細に説明するなかで一層
明らかになるであろう。
The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent in the following detailed description of the preferred embodiments thereof with reference to the drawings.

発明を実施するための最良の形態 本発明を、シュフフィールド・モデル(380デバーリン
グマシン(シェフフィールド・カンパニー、以前はデイ
トン(Dayton)、オハイオ州)で通常の平歯車を切削す
る場合について説明する。しかしながら、工具、工具運
動及び加工片の間の関係が前記と類似の問題を生ずる他
の形式の歯車、スプラインなどを面取りするのに、本発
明が適用可能であることは理解されよう。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention is described for the case of cutting a normal spur gear on a Schufffield model (380 Deburring Machine (Cheffield Company, formerly Dayton, Ohio). However, it will be appreciated that the present invention is applicable to chamfering other types of gears, splines, etc. where the relationship between the tool, tool motion and work piece creates problems similar to those described above.

以下の説明は数学的記述で行われ、本発明による方法は
ディジタル計算機を使用して最も容易に実施される。反
復最適化は計算機によってのみ効率的に実行されるけれ
ども、効率と最高の精度を必要としなければ、本発明に
よる方法が手作業によっても実行され得ることは理解さ
れよう。本発明の数学的記述が理解されれば、それが従
来の技能者の実験及び経験による方法には用いられてい
なかった測定及びパラメータの使用を含んでいることも
理解されよう。
The following description is given in mathematical description, and the method according to the invention is most easily implemented using a digital computer. Although the iterative optimization is efficiently performed only by a computer, it will be appreciated that the method according to the invention can also be performed manually if it does not require efficiency and highest precision. Once the mathematical description of the present invention is understood, it will also be understood that it involves the use of measurements and parameters not used in conventional empirical and empirical methods.

第1図には、直角座標軸x、y及びzを有する平歯車20
が示されている。平歯車20は、歯24と交わる側面(又は
端面)22、23を有する。第1図及び第2図の双方を参照
すると、各々の歯はその有効プロフィル面100、100′に
特有のインボリュート形状を有する。歯の各々のプロフ
ィル面は隅面102に移行している。隣接する歯は歯元面1
04により接続されている。各歯の歯先32には歯先面106
が存在する。プロフィル面100と隅面102と歯元面104の
半分とは(時には歯先面106の一部分を含めて)以下で
は一括して歯のフランク26と呼ぶ。本発明は、フランク
と歯車の側面との交わりにより形成されるエッジ108の
面取り部48の加工に係るものである。シェフフィールド
盤の使用時には、隣接する歯の向かい合うフランク26、
26′に形成されるエッジは、第1図及び第3図に示され
るように、切削工具(若しくはカッタ)28の運動により
面取りされる。
FIG. 1 shows a spur gear 20 having Cartesian axes x, y and z.
It is shown. The spur gear 20 has side surfaces (or end surfaces) 22 and 23 that intersect the teeth 24. Referring to both FIGS. 1 and 2, each tooth has an involute shape characteristic of its effective profile surface 100, 100 '. The profile surface of each of the teeth has transitioned to the corner surface 102. Adjacent teeth have root surface 1
Connected by 04. Tooth tip 32 of each tooth has a tooth tip surface 106
Exists. The profile surface 100, the corner surface 102, and half of the root surface 104 (sometimes including a portion of the addendum surface 106) are collectively referred to below as the tooth flank 26. The present invention relates to the processing of the chamfered portion 48 of the edge 108 formed by the intersection of the flank and the side surface of the gear. When using the chef field board, flanks of adjacent teeth facing each other 26,
The edges formed on 26 'are chamfered by the movement of a cutting tool (or cutter) 28, as shown in FIGS.

第1図を参照すると、工具は円形経路30を描く切削運動
を行い、隣接する歯の歯先32から歯元34へかけてのフラ
ンクから漸進的に材料を除去する。切削作動が完了する
と、工具ビットの回転の中心の位置が、工具が面取り盤
に組込まれた際の位置に対して変化するため、カッタは
少し異なる経路36上にて帰還する。
Referring to FIG. 1, the tool performs a cutting motion that describes a circular path 30 to progressively remove material from the flanks of adjacent teeth from tip 32 to root 34. When the cutting operation is completed, the position of the center of rotation of the tool bit changes with respect to the position when the tool is installed in the chamfering machine, so that the cutter returns on a slightly different path 36.

第3図を参照すると、歯車20は、その中心線37の周りに
回転し得るように、面取り盤ベース39に付設されたポケ
ット状の取付具41に取付けられた状態で示されている。
歯車は、その歯のすべてが面取りされるように、工具28
の運動と連動したステッピング運動で回転する。第3図
からわかるように、切削工具の運動は、面取り盤に取付
けられている歯車の下側側面22を面取りするように行わ
れる。反対側の側面23を面取りするためには、歯車が取
外され、側面23を面取り盤のベースに向けて取付具に取
付けられる。
Referring to FIG. 3, the gear 20 is shown mounted to a pocket-shaped fixture 41 attached to the chamfering base 39 so that it can rotate about its centerline 37.
The gear has a tool 28 so that all of its teeth are chamfered.
It rotates by stepping motion that is linked to the motion of. As can be seen in FIG. 3, the movement of the cutting tool is such that the lower side 22 of the gear mounted on the chamfer is chamfered. To chamfer the opposite side 23, the gear is removed and attached to the fixture with side 23 facing the base of the chamfering machine.

工具28は歯車に対して多様な運動が可能なように保持具
38のなかに保持されている。第一に、工具28はその長手
方向軸線Lに沿って軸線方向に調節ナット40により運動
し得るように構成されている。第二に、工具保持具38
は、工具軸線を歯車20の直径(y軸)に沿う線上に位置
させるべく、紙面と垂直な方向にスライド42に対して運
動し得るように構成されている。第三に、スライド42
は、歯車に対して円弧経路30を離隔若しくは近接させる
べく、ねじ44により運動し得るように構成されている。
第四に、工具はピボット45、46の周りの回転により紙面
内で回転経路に沿って運動し得るように構成されてい
る。ピボット点の調節により工具は前記の偏心経路30、
36に沿って運動し得る。このような偏心円形運動機構は
機械工具の分野の当業者に良く知られている。
The tool 28 is a holder for allowing various movements with respect to the gear.
Held in 38. First, the tool 28 is configured to be movable axially along its longitudinal axis L by an adjusting nut 40. Second, the tool holder 38
Is configured to be movable with respect to the slide 42 in a direction perpendicular to the plane of the drawing in order to position the tool axis on a line along the diameter of the gear wheel 20 (y axis). Third, slide 42
Is configured to be movable by a screw 44 to move the arcuate path 30 away from or closer to the gear.
Fourth, the tool is configured to be able to move in the plane of the paper along a path of rotation by rotation about the pivots 45,46. By adjusting the pivot point, the tool can move the eccentric path 30,
Can exercise along 36. Such eccentric circular motion mechanisms are well known to those skilled in the field of machine tools.

第4図〜第8図には、本発明の説明に使用される用語の
いくつかが示されている。第4図は、第3図にも示され
ている歯車20と切削工具28との間の関係を示す別の図で
ある。工具28には、長手方向軸線Lが設定される。長手
方向軸線Lは、工具28の円弧経路30上の工具28と歯車20
とが接する或いは交差することとなる部分に於ける該経
路30の接線に平行である。この軸線Lに垂直な面を垂直
面Nとする。工具28の前面Fは、垂直面Nに対して角度
αだけ傾斜している。工具28の輪郭垂直面Nに投影した
際の形状が本明細書で説明する「工具のプロフィル」と
して定義される。点P(,,)の経路30はピボッ
ト点(,ya,za)の周りの半径riの曲線により描かれ
る。歯車20は主軸線x、y及びz(ここでxは第4図の
紙面に対して垂直な方向)を有する。工具ビットも軸線
x、y及びzを有する。ここで、工具ビットの軸線xは
歯車の軸線xと平行になるように定義されている。工具
の軸線y(yf及びyn)及び軸線zは主軸線y及びzに対
して傾けられている。
FIGS. 4-8 show some of the terms used to describe the present invention. FIG. 4 is another view showing the relationship between the gear 20 and the cutting tool 28, which is also shown in FIG. A longitudinal axis L is set on the tool 28. The longitudinal axis L is the tool 28 and the gear 20 on the arc path 30 of the tool 28.
It is parallel to the tangent line of the path 30 at the portion where and meet or intersect. A surface perpendicular to the axis L is a vertical surface N. The front face F of the tool 28 is inclined with respect to the vertical face N by an angle α. The shape of the tool 28 when projected onto the vertical plane N of the contour is defined as the "tool profile" described in this specification. The path 30 of the point P (,,) is drawn by a curve of radius ri around the pivot point (, ya, za). Gear 20 has principal axes x, y and z, where x is the direction perpendicular to the plane of the paper of FIG. The tool bit also has axes x, y and z. Here, the axis x of the tool bit is defined to be parallel to the axis x of the gear. The tool axis y (yf and yn) and axis z are tilted with respect to the principal axes y and z.

第5図及び第6図には、第4図に示されている歯車及び
工具ビットをそれぞれ矢印A及びBの方向に見た図が示
されている。第5図及び第6図は、歯車及び工具ビット
の軸線yが同一平面内にあり且つ軸線xが平行であるこ
とを示すため、意図的に図面内で垂直方向に並べられて
いる。第6図は、「工具プロフィル」として定義される
形状を示す。切削工具の面上の点Piは、歯車の同一の座
標すなわちdxを有する位置に於てのみ材料を切削するこ
とができる。この約束により、先ずそれがフランク26′
に到達する時に、次いでそれが歯車の側面22を貫くと
き、点Pの位置を定義することができる。
FIGS. 5 and 6 show views of the gear and the tool bit shown in FIG. 4 in the directions of arrows A and B, respectively. 5 and 6 are intentionally aligned vertically in the drawings to show that the axes y of the gears and tool bits are in the same plane and the axes x are parallel. FIG. 6 shows a shape defined as a "tool profile". A point Pi on the surface of the cutting tool can only cut the material at a position having the same coordinates of the gear, dx. With this promise, it's Frank 26 'first
The position of the point P can be defined on reaching, then as it penetrates the side 22 of the gear.

第7図には、歯車の歯元面104、34に於て幅cを有する
面取り部48が示されており、この面取り部は、x−yn座
標系内で座標(i,i)(i=1,2…,n)を有する点P
iの集合により定義されている垂直断面を有する切削工
具によって切削される。切削工具の面Fは、垂直面Nと
角度αをなしているので、切削工具の面の点は、面Fの
x−yf座標系内で座標(i,i・secα)を有する。
隣接した歯24の歯元面に形成される面取り部48は、図示
されているように、幅cを有することが望まれていると
する。従って、x、y、z座標系内のカッタ面F上の点
座標(i、i、i)は下式の関係を満足する。
FIG. 7 shows a chamfer 48 having a width c at the tooth root surfaces 104 and 34 of the gear, which chamfer is in the x-yn coordinate system at coordinates (i, i) (i. = 1,2 ..., n)
It is cut by a cutting tool having a vertical section defined by the set of i. Since the surface F of the cutting tool makes an angle α with the vertical surface N, the point of the surface of the cutting tool has the coordinates (i, i · secα) in the x-yf coordinate system of the surface F.
It is assumed that the chamfered portion 48 formed on the root surface of the adjacent tooth 24 is desired to have the width c as shown in the drawing. Therefore, the point coordinates (i, i, i) on the cutter surface F in the x, y, z coordinate system satisfy the following equation.

i=xi=i i+c・cosθ=yi・cosβ =i・secα・cosβ i=yi・sinβ =−i・secα・sinβ ここで β=(π/2)−α−θ 従って、下式が得られる i=i i=i・secα・sin(α+θ)−c・cosθ i=−i・secα・cos(α+θ) 従って、切削工具の面Fについてこれらの式は歯車の側
面22(ここではz=0)と交わり及び歯車フランク26、
26′との交わりについて解くことができる。切削工具は
軸線y=ya、z=zaの周りを回転により運動するので、
点Piまでの距離riは下式で表される。
i = xi = ii + c * cos? = yi * cos? = i * sec? * cos? i = yi * sin? =-i * sec? * sin? Where β = (? / 2)-?-? i = i i = isecαsin (α + θ) -ccosθ i = -isecαcos (α + θ) Therefore, for the face F of the cutting tool, these equations are used for the side face 22 (here, z = 0 ) And gear flank 26,
Can solve the relationship with 26 '. Since the cutting tool moves by rotation around the axes y = ya and z = za,
The distance ri to the point Pi is expressed by the following equation.

ri=[(ya−yi)+(za−zi)1/2 従って、点Pi及び歯車の側面22の交わりについて下式が
得られる。
ri = [(ya-yi) 2 + (za-zi) 2 ] 1/2 Therefore, the following equation is obtained for the intersection of the point Pi and the side surface 22 of the gear.

xi=xi yi=ya±(ri2−za21/2 zi=0 ここで、yiの符号は、図面中に示されている物理的問題
と矛盾しないように且つ不適当な解を避けるように、yi
が零に近いほうの値となるように選択される。
xi = xi yi = ya ± (ri 2 −za 2 ) 1/2 zi = 0 where the sign of yi is consistent with the physical problem shown in the drawing and avoids inappropriate solutions Like, yi
Is chosen to be closer to zero.

同様に、切削工具の面Fと歯車フランク26、26′との交
わりを決定することを考える際、x=xiについて、もし が、(連続した歯車の歯上のいくつかのデータ点につい
ての部分線形補間により決定される)歯車の歯上の点の
座標であれば、フランクはz>0に対して形態 の点を含んでいることが分かる。切削工具の面の点Piは でフランクと交わり、ここで点Piまでの距離riは下式で
表わされる。
Similarly, when considering the intersection of the face F of the cutting tool with the gear flanks 26, 26 ', for x = xi, If is the coordinates of the points on the teeth of the gear (determined by partial linear interpolation for some data points on the teeth of the consecutive gear), then the flank forms for z> 0. It can be seen that it includes the point. The point Pi on the surface of the cutting tool is Intersect with Frank, where the distance ri to the point Pi is expressed by the following equation.

上記と同様に、ziの小さいほうの値が選択される。 Similar to the above, the smaller value of zi is selected.

この時点で、歯車の側面及びフランクとの切削工具の交
わりの集合が定義され、部分線形補間により、側面及び
フランクの各々に於ける面取り部の向かい合うエッジ5
0、52を定義する二つの空間曲線が得られる。このこと
により、面取り幅cの変動を示すパラメータの評価が可
能になる。簡単化のために、典型的な側面についての交
わり50をUi=(xi,yi,0)により、また典型的なフラン
クについての交わり52を により示す。従って、UiとVjとの間の距離は下式で表わ
される。
At this point, a set of cutting tool intersections with the flanks and flanks of the gear are defined, and by partial linear interpolation, the facing edges 5 of the chamfers on each of the flanks and flanks are defined.
Two spatial curves are obtained that define 0,52. As a result, it becomes possible to evaluate the parameter indicating the variation of the chamfer width c. For simplification, the intersection 50 for a typical flank is Ui = (xi, yi, 0), and the intersection 52 for a typical flank is Indicated by. Therefore, the distance between Ui and Vj is expressed by the following equation.

jに関してdijの最小値が見出され得る。すなわち、 が見出される。こうしてuiは、(xi,yi,0)に於て歯車
の側面から測った面取り部表面を横切る最短距離であ
る。
A minimum value of dij can be found for j. That is, Is found. Thus ui is the shortest distance across the chamfer surface measured from the side of the gear at (xi, yi, 0).

同様に、フランクについての交わりViに沿った点 から測った面取り部の幅viが下式で表わされる。Similarly, the points along the intersection Vi for Frank The width vi of the chamfered portion measured from is expressed by the following equation.

更に考えると、前記の面取り幅関数(以下、s長さ又は
s寸法とする)u(x)及びv(x)は、必ずしも同一
でなく、面取り部の長さ方向に沿って延びている中心軸
線に対して垂直な寸法とも必ずしも同一ではないことは
理解されよう。このことは、第8図の例に於て模式的に
明らかにされている。切削工具の経路30′上を移動する
切削工具上の点Pは、先ずフランクの面取り部のエッジ
52、Vに沿って歯と接触し、最後に側面のエッジ50、U
に於て歯と接触する。両点はy軸線から同一のx方向距
離54、56に位置している。向かい合うエッジからのs寸
法58、60はずれて見える。また、それらは内接円半径で
あるので、図示されているものよりも更に不均等な面取
り部については、s寸法は不平行となることが理解され
よう。もちろん、それらは、面取り部の対応する向かい
合ったエッジを基準としているので、所与の面取り部上
で物理的に測定可能である。それらを用いることは、面
取り幅、特に歯車の歯の歯先32及び歯元34の付近の面取
り幅に対象を限れば、本発明の目的を達成する上で賢明
である。もしs寸法が所望の面取り部許容誤差の範囲の
なかにあれば、工具は、その歯車について満足のいくも
のとすることができる。しからざる場合には、必要な条
件が満足されるまで、工具が変更される。すなわち、条
件式 cmin≦u(x)≦cmax 及び cmin≦v(x)≦cmax (ここで、cmin及びcmaxはそれぞれの規定された最小及
び最大面取り幅) の少なくとも一つが満足されなければ、カッタのジオメ
トリが修正されなければならない。
Considering further, the chamfer width functions (hereinafter referred to as s length or s dimension) u (x) and v (x) are not necessarily the same, and the center extending along the length direction of the chamfered portion. It will be appreciated that the dimensions perpendicular to the axis are not necessarily the same. This is clarified schematically in the example of FIG. The point P on the cutting tool moving on the path 30 'of the cutting tool is the edge of the chamfer of the flank.
52, V to contact the teeth, and finally the side edge 50, U
Comes into contact with the teeth. Both points are located at the same x-direction distance 54, 56 from the y-axis. The s dimension 58, 60 from the facing edge appears to be off. It will also be understood that, as they are inscribed circle radii, the s dimension will be non-parallel for chamfers that are more uneven than shown. Of course, they are physically measurable on a given chamfer because they are referenced to corresponding opposite edges of the chamfer. It is advisable to use them for achieving the object of the present invention, if the object is limited to the chamfer width, particularly the chamfer width near the tips 32 and roots 34 of the gear teeth. If the s dimension is within the desired chamfer tolerance range, then the tool can be satisfactory for that gear. If this is not the case, the tool will be changed until the necessary conditions are met. That is, at least one of the conditional expressions c min ≤ u (x) ≤ c max and c min ≤ v (x) ≤ c max (where c min and c max are defined minimum and maximum chamfer widths, respectively) If not satisfied, the cutter geometry has to be modified.

カッタの形状を改善するためのいくつかの方法が、状況
に応じて可能である。たとえば、もしu(x)及びv
(x)の双方が或るiについてのx=xiに関してcmax
りも大きければ、面取り幅か明らかにxiに於て過大であ
り、カッタのジオメトリは、一層少ない材料を切削する
ように変更されなければならない。すなわち、対応する
yiが減ぜられる。
Several ways to improve the shape of the cutter are possible, depending on the situation. For example, if u (x) and v
If both (x) are greater than c max for x = xi for some i, then the chamfer width or apparently is too large in xi, the cutter geometry is modified to cut less material. There must be. That is, corresponding
yi is reduced.

一層良好な解決策は、変数として全てのyiを取扱い、問
題を最適化問題の一つとして取扱うことである。すなわ
ち、yiは下記の関数が最小値となるように選定される。
A better solution is to treat all yi as variables and treat the problem as one of the optimization problems. That is, yi is selected so that the following function has the minimum value.

ここで である。fは二乗の和であるから、f≧0である。u
(x)及びv(x)の双方が、規定された若しくは所望
の面取り幅の許容誤差の範囲のなかにあるときには、方
形括弧内の項はいずれも正でなく、従ってfは零であ
る。
here Is. Since f is the sum of squares, f ≧ 0. u
When both (x) and v (x) are within the specified or desired chamfer width tolerances, none of the terms in square brackets are positive, so f is zero.

最も洗練された手順は、変数として全てのyiを考え、束
縛のない最小化問題を解くことにより、最小のfを決定
することである。しかし、それよりも小さい集合のデー
タ点(例えば50点)を使用し、切削工具の表面Fを記述
するべくスプラインフィットを生ずるように、この縮小
された集合の点をパラメータ的にフィットし、このスプ
ラインフィットに内挿されたデータ点(xi,yi)の集合
に相応する関数fを決定し、またfを最小化するべくこ
の縮小された集合の変数を修正するほうが計算上かなり
効率的である。
The most sophisticated procedure is to determine the minimum f by considering all yi as variables and solving an unconstrained minimization problem. However, using a smaller set of data points (eg 50 points), and parametrically fitting this reduced set of points to produce a spline fit to describe the surface F of the cutting tool, It is computationally more efficient to determine the function f corresponding to the set of data points (xi, yi) interpolated to the spline fit, and to modify this reduced set of variables to minimize f .

上記のフィットを実現するための本発明による過程は、
ディジタル計算機のプログラミングに適したフローチャ
ートとして第9図及び第10図に示されている。チャート
を参照すると、開始ステップ62〜66は、零のs長さ(及
び零の面取り幅)を生ずる最初の切削工具の発生を含ん
でいる。工具設計者の経験又は他の計算に基づく他の開
始点も使用され得るが、零のs長さのプロフィル面が、
特に簡便な出発点である。ここに記載されている手順
は、その容易な決定を可能にし、またこのアプローチは
工具製作者の判断を必要としない。最適化ステップ68〜
86では、ステップ72の“良度"fの決定を行うサブステッ
プに於て面取り部が許容誤差内の幅を有するようにする
だけでなく、面取り部をエッジ及び表面に沿って平滑化
し、その幅を正規(すなわち最大及び最少の平均)幅に
近付けることを可能にする。従って、試行錯誤の方法に
より製造可能であった工具よりも実質的に良好な工具が
製造される。インクレメンタルな反復ステップ74〜82
は、カッタの垂直のプロフィル面に沿う所望の数の点に
ついて繰り返される。本願発明者は50の点を用い、ステ
ップ84で5〜10開の更新を繰り返すことにより満足し得
る結果を見出した。しかし、利用可能な計算時間及び得
られる結果の質によっては、これらの値とは異なる値を
用いることもできる。ステップ86に於て、結果が出力さ
れ、それに従って工具の製造及び歯車の面取りを行うこ
とができるようになる。もちろん、出力された結果以外
の追加的な出力及び可視的表示が前記手順の種々のステ
ップで用いられ得る。また、所望であれば、完全な解を
得るのに先立って、工具のプロフィル面の特定の領域の
最適化を可能にするべく、工具設計者が前記ステップを
操作することができるようにするための手段が設けられ
てよい。
The process according to the invention for achieving the above fit is
A flowchart suitable for programming a digital computer is shown in FIGS. 9 and 10. Referring to the chart, the starting steps 62-66 include the generation of the first cutting tool that produces a zero s length (and zero chamfer width). Although other starting points based on tool designer experience or other calculations may be used, a zero s-length profile surface is
A particularly convenient starting point. The procedure described here allows its easy determination, and this approach does not require the toolmaker's judgment. Optimization step 68 ~
At 86, in addition to ensuring that the chamfer has a width within a tolerance in the substep of determining the "goodness" f of step 72, the chamfer is smoothed along edges and surfaces to Allows the width to be close to the normal (ie maximum and minimum average) width. Therefore, substantially better tools are produced than those that could be produced by trial and error methods. Incremental iterative steps 74-82
Is repeated for the desired number of points along the vertical profile plane of the cutter. The present inventor has used 50 points and found satisfactory results by repeating the updating of 5 to 10 openings in step 84. However, different values may be used, depending on the available calculation time and the quality of the results obtained. At step 86, the results are output and the tooling and gear chamfering can be performed accordingly. Of course, additional outputs and visual displays other than the output results may be used at various steps in the procedure. Also, if desired, to allow the tool designer to manipulate the steps to allow optimization of a particular area of the tool's profile surface prior to obtaining a complete solution. Means may be provided.

以上に於ては本発明を特定の好ましい実施例について詳
細に説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が
可能であることは当業者にとって明らかであろう。
Although the present invention has been described in detail above with respect to specific preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various embodiments are possible within the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の説明中に定義されている座標軸を記入
してある歯車の斜視図である。 第2図は第1図中の歯車の歯のいくつかを一層詳細に示
す斜視図である。 第3図は歯車面取り盤及び歯車の一部の簡単化した図で
あり、第1図と共に、工具の往復円形運動による歯車の
面取りの仕方を示している。 第4図は第3図中の歯車及びカッタの関係を一層詳細に
示す図である。 第5図及び第6図はそれぞれ歯車の側面及びカッタの垂
直平面の関係を示す図であり、y軸が同一平面内にあり
且つx軸寸法が双方に対して同一であることを示してい
る。 第7図はy−z平面に沿う歯車の断面図であり、歯元に
於てカッタにより形成される面取り部を示している。 第8図は面取り部を示し且つ一点に於て向かい合うs寸
法を物理的に示す歯車の斜視図である。 第9図及び第10図は本発明による工具が製造されるステ
ップを示すフローチャートである。 20……歯車,22、23……歯車の側面、24……歯車の歯,2
6、26′……歯車フランク,28……工具,30……工具の円
形経路,32……歯先,34……歯元,36……工具経路,38……
保持具,39……面取り盤ベース,40……調節ナット,41…
…取付具,42……スライド,44……ねじ,45、46……ピボ
ット、48……面取り,50、52……面取りのエッジ,54、56
……x距離,58、60……s寸法,100、100′……有効プロ
フィル面,102……隅面,104……歯元面,106……歯先面,1
08……エッジ
FIG. 1 is a perspective view of a gear having coordinate axes defined in the description of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing some of the teeth of the gear in FIG. 1 in more detail. FIG. 3 is a simplified view of the gear chamfering disk and a part of the gear, and together with FIG. 1, shows how to chamfer the gear by the reciprocating circular motion of the tool. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the gear and the cutter in FIG. 3 in more detail. 5 and 6 are views showing the relationship between the side surface of the gear and the vertical plane of the cutter, respectively, showing that the y-axis is in the same plane and the x-axis dimension is the same for both. . FIG. 7 is a sectional view of the gear along the yz plane, showing a chamfered portion formed by a cutter at the tooth base. FIG. 8 is a perspective view of a gear showing a chamfered portion and physically showing the s dimension facing each other at one point. 9 and 10 are flow charts showing the steps for manufacturing a tool according to the present invention. 20 …… Gear, 22, 23 …… Gear side, 24 …… Gear tooth, 2
6, 26 ′ …… Gear flank, 28 …… Tool, 30 …… Circular path of tool, 32 …… Tooth tip, 34 …… Root of tooth, 36 …… Tool path, 38 ……
Retainer, 39 …… Chamfer base, 40 …… Adjusting nut, 41…
… Mounting fixture, 42 …… Slide, 44 …… Screw, 45,46 …… Pivot, 48 …… Chamfer, 50,52 …… Chamfer edge, 54,56
…… x distance, 58, 60 …… s dimension, 100, 100 ′ …… Effective profile surface, 102 …… Corner surface, 104 …… Root surface, 106 …… Tooth surface, 1
08: Edge

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】歯車の歯の各々に於ける、実質的にx−y
平面内にある前記歯車の側面とそれに対して実質的にほ
ぼ垂直にz軸方向に延びている前記歯車のフランクとの
交わりにより形成されている歯車の歯のエッジ上に、y
−x平面に対して垂直な軸線の周りに円形運動をする切
削工具を使用して、該エッジの長さ方向に沿って所望の
最大面取り幅と最小面取り幅との間の範囲内におさまる
幅寸法を有する面取り部を形成する方法であって、最初
の工具のプロフィルを選定する過程と、前記最初の工具
のプロフィルにより形成されることとなる面取り部の長
さ方向に沿う多数の点に於て、前記面取り部の一方のエ
ッジからそれに向かい合うエッジ上の最も近い点までの
前記面取り部を横切る距離として定義されるs寸法を決
定する過程と、前記多数の点の各々に於て所望の面取り
幅と前記s寸法を比較する過程と、それ以前の工具のプ
ロフィルとは異る別の工具のプロフィルを選定し、選定
された工具のプロフィルについて、形成されることとな
る面取り部の長さ方向に沿った多数の点に於てs寸法を
決定し、該s寸法と前記所望の面取り幅とを比較するこ
とを前記所望の最大面取り幅と最小面取り幅との間の範
囲内におさまるs寸法を与える工具プロフィル(最終の
工具のプロフィル)が決定されるまで反復する過程と、
前記最終の工具のプロフィルを実質的に有する工具を製
造する過程と、こうして製造された前記工具を使用して
歯車の歯の面取りを行う過程とを含んでいることを特徴
とする歯車歯エッジの面取り方法。
1. Substantially xy at each of the gear teeth.
On the edge of the tooth of the gear formed by the intersection of the side of the gear in the plane and the flank of the gear extending substantially perpendicular to it in the z-axis, y
A width that falls within the range between the desired maximum chamfer width and the minimum chamfer width along the length of the edge, using a cutting tool that makes a circular movement about an axis perpendicular to the x-plane. A method of forming a chamfer having dimensions, comprising the steps of selecting a profile of a first tool and a number of points along the length of the chamfer to be formed by the profile of the first tool. Determining the s dimension defined as the distance across the chamfer from one edge of the chamfer to the closest point on the opposite edge, and the desired chamfer at each of the plurality of points. A process of comparing the width and the s dimension and a profile of another tool different from the profile of the tool before that are selected, and the length of the chamfered part to be formed for the selected tool profile. It is within the range between the desired maximum chamfer width and the minimum chamfer width to determine the s dimension at a number of points along the direction and to compare the s dimension with the desired chamfer width s. An iterative process until the dimensioning tool profile (final tool profile) is determined,
A gear tooth edge characterized by including the steps of manufacturing a tool having substantially the profile of the final tool, and chamfering the teeth of the gear using the tool thus manufactured. Chamfer method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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