JP6744096B2 - 歯の創成または機械加工のための方法および歯切り盤 - Google Patents

Description

本発明は、その回転軸線を中心とする回転運動で駆動される歯付き工具を用い、非常に高速の回転にてその回転軸線を中心とする回転運動で駆動される被加工物に対して歯を切り屑除去創成または機械加工するための方法に関し、工具および被加工物は、これらの回転軸線がゼロと異なる角度にて相互に交差するはすば伝動の方法で転がりかみ合いへともたらされる。本発明の範囲は、この方法を実行するための制御プログラムおよびこの方法を実行することができる歯切り盤へとさらに拡げられている。

この関係する機械軸線の運動学的形態を持つ切り屑除去機械加工方法は、百年以上（特許文献１）に亙って知られている。この種の機械加工方法は、スカイビングホイールを用いて外歯または内歯付き円筒状ホイールをスカイビング加工する処理を例えば含む。このスカイビング方法の運動学および例えばホブ切り方法に対するその弁別のより包括的説明はまた、特許文献２で知ることができ、その機械軸線の運動学に関する開示内容（段落〔０００８〕から段落〔０００３〕）は、参照することによってこの明細書に包含される。さらにまた、本件出願人の団体内において、「パワースカイビング」として呼称されるスカイビング処理もまた、本発明方法が適用される好ましい分野の一つとして見なされる。

ＤＥ２４３５１４ ＤＥ１０２０１１００９０２７Ａ１

機械軸線の運動学的形態は、歯を被加工物に機械加工する場合に具体化されるべき比較的短い処理時間をすでに可能にしているけれども、本発明は、特に被加工物を機械加工するための全処理時間に関して前述の種類の方法を改善するという目的を有する。

方法に向けた観点から、この処理は、工具の歯と被加工物の歯との間のかみ合い作業の期間中、被加工物および／またはその歯にさらなる作業が行われるという顕著な特徴によって本質的に特徴付けられる上述した種類の方法のさらなる進展を通して本発明により解決される。従って、歯の機械加工およびさらなる作業は相互に整合させた状態で重なり合う。

本発明は、歯付き工具を用いて行われる作業に加え、１２００ｒｐｍ以上、好ましくは１６００ｒｐｍ以上、さらに２０００ｒｐｍ以上、特に２４００ｒｐｍ以上の被加工物の非常に高速の回転にもかかわらず、さらなる並行作業を被加工物に行うことが可能であるという驚くべき知見に基づいている。このさらなる作業は、さもなければ他の場所および／または他の時に行わなければならず、被加工物を作り出すために必要とされる時間の合計を増大させよう。

本発明の概念の特に好ましい具体化において、さらなる作業は旋削処理である。これは、さらなる被加工物輪郭、例えば被加工物の歯に加えて凹部の形成を可能にする。この場合、誰でも被加工物の高速ｒｐｍの特別な使用を獲得する。

代わりに、またはこれに加えて、被加工物の歯の歯端縁にすでに存在するか、または形成されるばりを除去することもまた、考慮し得る。

好ましくは、このさらなる作業のための工具は、被加工物の軸線に対し径方向変位成分を伴って移動可能である。従って、例えば凹部の深さをこのさらなる作業のために用いられる工具の相対運動によって変更することができる。

さらなる好ましい形態において、このさらなる作業のための工具はまた、被加工物の軸線に対して軸線方向変位成分を伴って移動可能である。これは、例えば凹部の軸線方向の位置のより高い自由度を可能にする。

原則として、この方法は、内歯のみならず外歯に対しかつ内側機械工作のみならず外側機械工作に対して適用させることができる。

本発明の特に好ましいさらなる具体化において、このさらなる作業は、内歯付け被加工物の機械加工、特に内側機械加工処理の形態においてもまた関係する。

本発明の特別な一実施形態によると、さらなる作業のための工具および／またはそのホルダーは、内歯によって径方向に囲まれる空間の部分を少なくとも介して歯付き工具に隣接して延在するように好ましくは配される。これは、被加工物の内面に凹部を形成し、そして歯付き工具によって機械加工される側の反対側に面する側の内歯の歯端縁でのばりをも除去するという追加の可能性を拡げる。

原則として、この方法は、比較的広い軸線交差角の範囲に亙って適用可能である。物品の切削特性は、例えば１５°から４５°よりも大きい交差角で達成され、大きな送り運動が歯の機械加工において可能である。この方法の特に好ましい具体化において、歯の機械加工は、１５°以下の軸線交差角により行われる。これは、申し分のない切削速度で達成される充分な高速ｒｐｍを可能にするけれども、単に小さな送り運動のみが可能であって切り屑切断経路が短い。歯の幾何学的形状に関し、これはどちらかと言えば歯車形削りの領域に近い。しかしながら他方において、少なくとも５°、好ましくは少なくとも８°の交差角で作業することが好ましい。これは、材料が工具の前方に押されて切り屑がもはやきれいに切断されないという問題を阻止する。

本発明は、上述した方法に向けた一つの形態による方法を歯切り盤の制御機器に対して実行した場合、実行中の歯切り盤を制御するという保護の形を取る制御プログラムをさらに提出する。

さらにまた、装置に向けた観点から、歯切り盤は、その回転軸線を中心とする回転運動で駆動される歯付き工具を、軸線の交差角と被加工物および工具の軸線間の距離とを設定するための機械軸線と、被加工物と工具との間の相対位置を被加工物の軸線の方向に変更するための少なくとも一つの機械軸線と共に用い、非常に高速のｒｐｍにてその回転軸線を中心とする回転運動で駆動される被加工物に歯を切り屑除去創成または機械加工するという保護の形が取られる。本発明による歯切り盤は、さらなる加工工具が被加工物の軸線に対して直交する運動成分にて被加工物に対し加工かみ合い状態へともたらされることができる少なくとも一つの追加の運動軸線の存在によって本質的に区別される。

本発明による歯切り盤の利点は、本発明による方法の利点に帰結する。

特に、この方法を実行可能にするため、さらなる作業のための工具を被加工物の軸線と平行な運動成分にて動かすことができる少なくとも一つの追加の変位軸線がある。

このさらなる作業のための工具それ自体はまた、歯切り盤の部分であってよい。この文脈にて予見される特に有利な特徴として、すなわち、このさらなる作業のための工具および／またはそのホルダーは、これらが機械加工されるべき被加工物の内歯によって囲まれる空間を少なくとも部分的に占めることができると同時に歯付き工具がその空間に同時に存在するように設計され、かつ歯切り盤に配される。

歯切り盤の制御機器には、本発明による制御プログラムを装備することができる。

制御機器のための好ましい選択は、機械軸線および許容可能な変位軸線のすべてを制御するためのコンピューター化された数値制御システム（ＣＮＣ）である。機械軸線のための個々の駆動源は、好ましくは直接駆動、特に工具回転軸線および被加工物回転軸線の回転のための駆動機構である。

本発明のさらなる利点や、区別される特徴および詳細は、添付した図面に関する以下の説明から明白となろう。

上方からの立体投影図にて利用可能な運動軸線を包含した歯切り盤の一部を表す。 さらなる作業のための工具がどのように歯切り盤に結合されるのかを示す。 さらなる作業のための工具の別な構成を示す。

上方からの立体投影図において、図１は歯切り盤の一部を示し、この歯切り盤の運動軸線をここで見ることができる。この歯切り盤は、被加工物の機械加工のために設計されており、その歯は、或る角度にて相互に交差する被加工物軸線および工具軸線をそれぞれ持つ工具と被加工物との間の作業かみ合いを介して被加工物に創成される。ここで示した実際の例における歯切り盤は、内歯をスカイビング加工するために用いられ、スカイビング装置と呼称されている。

スカイビング装置１００は、このスカイビング装置の機械ベッドの固定位置で回転可能に支持される被加工物主軸２を有し、これはＣとして識別される被加工物の回転のための回転軸線を持つ。機械ベッドに対し、被加工物主軸の軸線と平行に延びる直線変位軸線Ｚに沿って移動可能な水平キャリッジ４が工具と結合される。

水平キャリッジ４は、このキャリッジ４の直線変位軸線Ｚに対して直角に延びる第２の直線変位軸線Ｘに沿って移動可能なさらなる水平キャリッジ６を支える。従って、キャリッジ４および６は、クロススライド機構を形成する。

工具主軸１０を保持するさらなる直線キャリッジ８が、第２の直線変位軸線Ｘと平行に延びた回転軸線Ａを中心として旋回する機能を伴って配されている。従って、旋回可能なキャリッジ８の直線変位軸線Ｙは、Ａを中心とする回転運動の旋回位置によって決定される。工具は、直線変位軸線Ｙと平行に延びる軸線Ｂを中心として回転する。従って、軸線Ａを中心として旋回する機能に関し、これら軸線の交差角は被加工物の内歯の創成および機械加工のために設定される。

図示実施例において、直接駆動が工具主軸および被加工物主軸のそれぞれの回転ＣおよびＢのために与えられる。慣例に従い、Ｘ，Ｙ，Ｚに沿ってＡ，Ｂ，Ｃを中心とする運動は、図示しないコンピューター化された数値制御（ＣＮＣ）により行われる。この点まで記述したような機械工具１００の形態は、周知の最新技術に属する。この装置は、内歯または外歯をスカイビング加工することに加え、軸線を或る角度にて交差させる硬質仕上げ作業や、シェービング作業（ソフトシェービング）にもさらに適している。

しかしながら、このスカイビング装置１００は、工具キャリッジ構成４，６，８の反対側に被加工物主軸および工具主軸のそれぞれの軸線ＣおよびＢによって画成される平面に対してさらなる移動装置を含む。このさらなる移動装置は、第１の直線変位軸線Ｚと平行に延びる第４の直線変位軸線Ｚ４に沿って機械ベッドに移動可能に設けられたキャリッジ１４を持つクロススライド機構１２，１４として具体化されている。そして次に、水平キャリッジ１４は、さらなる水平キャリッジ１２を支持し、その直線変位軸線Ｘ２は、スカイビング装置１００の第５の直線変位軸線として、第２の直線変位軸線Ｘと平行に延びている。決して必須ではないけれども、Ｘ２およびＸと同様に軸線Ｚ４およびＺが平行であることは都合がよい。この実施形態においては、キャリッジ１２，１４の一方が第１の直線変位軸線Ｚと平行なベクトル成分に関して移動を行うことができるのに対し、キャリッジ１２，１４の他方が第２の直線変位軸線Ｘの方向のベクトル成分に関して移動を行うことができることが重要である。キャリッジ１２および１４の駆動機構は、スカイビング装置１００のＣＮＣ制御によって同じように作動する。

図２は、被加工物の内歯２０により囲まれ、さもなければ図示されない空間が、水平キャリッジ１２から突出するアーム１６に取り付けられて水平キャリッジに装着されるデバリング工具３０と、スカイビングホイール５０とによってどのようにして同時に占められているのかを水平断面詳細図で示している。スカイビングホイール５０が内歯２０を創成するのに対し、デバリング工具３０は、（図２に示される歯幅に対して）歯の左端にて歯の端縁をすでにデバリングしている。デバリング工具３０およびスカイビングホイール５０は、これらが相互に接触状態になるのを阻止するために安全距離だけ離されている。図示したような、または修正形態でのデバリング工具３０が、内歯２０の後ろにある内側に歯を付される被加工物の領域に内側凹部の旋削のために用いられることも可能であることは明白であり、さもなければ図示されない。

加工工具がその操作位置へと移動する時系列に関し、デバリング工具が最初に導入され、デバリング工具が所定位置に来た後にのみ、このスカイビングホイール５０が所定の位置に移動すると共に内歯の創成または機械加工が開始される場合、有利である。

図３は、外歯２１がスカイビングホイール５１によって被加工物に創成されるさらなる実施形態を表している。スカイビングのためのさらなる運動軸線をこの図面に示していないけれども、被加工物の軸線に対するスカイビングホイールの軸線の傾斜位置から、これらの軸線が或る角度で相互に交差していることは明らかである。図３の下部に示しているのは、外歯を付される被加工物の径方向にスカイビングホイール５１の作動と平行に移動可能であって被加工物に凹部を創成する作業を行うさらなる加工工具３１を持った流体圧で作動するキャリッジである。このさらなる加工工具３１はまた、これらが切削された後、直接この外歯２１に対してデバリング作業を行うために用いることも可能である。

本発明は、図面の説明にて与えた細部に限定されない。どちらかと言えば、前述の説明のみならず、個々に、または組み合わせて用いられる添付の特許請求の範囲に示した特徴は、その異なる実施形態において本発明の認識に欠くことができないものであってよい。

Claims (8)

1. 工具および被加工物をこれらの回転軸線がゼロとは異なる角度にて相互に交差するはすば伝動のような転がりかみ合いへともたらし、その回転軸線を中心とする回転運動にて旋削作業またはデバリング作業が可能な回転速度で駆動される被加工物に対し、その回転軸線を中心とする回転運動にて駆動される歯付き工具(５０)を用いて内歯(２０)を切り屑除去創成または機械加工するための方法であって、
   工具の歯と被加工物の内歯との間の作業かみ合いの期間中、旋削作業またはデバリング作業が被加工物および／またはその内歯に対して行われ、
   前記旋削作業またはデバリング作業のための加工工具(３０)が前記被加工物の軸線に対して直交する変位成分(Ｘ２)にて移動可能であり、
   前記旋削作業またはデバリング作業が内面切削作業を含み、
   前記旋削作業またはデバリング作業のための工具(３０)および／またはそのホルダーは、前記内歯(２０)によって径方向に囲まれる空間の部分を少なくとも介して前記歯付き工具に隣接して延在するように配されていることを特徴とする方法。
2. 前記旋削作業またはデバリング作業のための加工工具(３０)が前記被加工物の軸線に対して平行な変位成分(Ｚ４)にて移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記回転軸線が相互に交差する角度は、１５°以下および５°以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記回転軸線が相互に交差する角度は、１２°以下および８°以上であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の方法。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項による方法を歯切り盤の制御機器に対して実行して前記制御機器を制御することを特徴とする制御プログラム。
6. 被加工物の軸線と工具の軸線との間の距離およびこれら軸線の交差角を設定するための機械軸線(Ａ，Ｘ)を、被加工物の軸線方向における被加工物と工具との間の相対位置の変更のための少なくとも一つの機械軸線(Ｚ)と共に有し、その回転軸線を中心とする回転運動にて旋削作業またはデバリング作業を行うことができる速度で駆動される被加工物に対し、その回転軸線を中心とする回転運動にて駆動される歯付き工具(５０)を用い、内歯(２０)を切り屑除去創成または機械加工するための歯切り盤(１００)であって、前記旋削作業またはデバリング作業のためのさらなる加工工具(３０)が被加工物の軸線に対して直交する移動成分に沿って被加工物と加工かみ合い状態へともたらされることができる少なくとも一つの追加の運動軸線(Ｘ２)を含み、
   前記旋削作業またはデバリング作業が内面切削作業を含み、
   前記旋削作業またはデバリング作業のための前記さらなる加工工具(３０)および/またはそのホルダーは、これらが機械加工されるべき被加工物の内歯(２０)によって囲まれる空間を少なくともに部分的に占めることができると共に前記歯付き工具(５０)がその空間に同時に存在するように設計されていることを特徴とする歯切り盤。
7. 前記旋削作業またはデバリング作業のための前記さらなる加工工具が前記被加工物の軸線に対して平行な変位成分にて移動することができるような第２の追加変位軸線(Ｚ４)を含むことを特徴とする請求項６に記載の歯切り盤。
8. 請求項５に記載の制御プログラムが装備された制御機器を含むことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の歯切り盤。