JP2013533809A - 周期的歯面修正を行う方法、工作機械、およびコンピュータ可読媒体 - Google Patents

Abstract

本発明は周期的歯面修正を行う方法に関する。本方法では、工具が、軸線に沿うワーク３の歯１の歯面に対して行われる第１の行程の間に、この工具は、ワークの中心軸線２に対して傾斜角βだけ回転させられるとともにワークの被切削端面に直交している平面において被せ面４を作成し、被せ面４が、噛合平面６に対して直交するように方向付けられ、したがって、第１の行程の間、加工軌跡が、ワークに及ぼす工具の加工効果により第１の対応する転動位置の第１の接線５に沿って生成される。第１の接触線５は、ワークと同じ傾斜角βの任意の転動相手との間の第１の接触線５に対応する第２の接触線を同時に形成し、更に、歯面修正は、第１の接触線５に沿った工具および／またはワークの法線方向への工具の値Ｚ_ｕ分の前進により行われるとともに、個々の行程の間、ワークは転動動作を行わない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、周期的歯面修正を行う方法であって、工具が、軸線に沿うワークの歯の歯面に対して行われる第１の行程の間に用いられ、この工具は、ワークの中心軸線に対してねじれ角βだけ回転させられるとともに被せ面（ｅｎｓｈｒｏｕｄｉｎｇ ｐｌａｎｅ）を作成する方法に関する。

今日では、歯車機構の騒音特性が、環境への意識の高まりの一環として増々重要になっている。許容される騒音放出の上限値は、一方では顧客の要求、他方では法規定によって決まる。これは、産業上の利用分野にだけでなく民間利用にも当てはまる。歯車対および／または歯の噛み合いが歯車機構における最も重要な騒音源の１つであるため、この点では、構造上の改善のみならず製造技術の分野での改善を実現するための努力は当然のことである。振動の励振と歯車対の騒音、ひいては歯車機構からの騒音放出を効果的に低減する１つの可能性は、歯面修正を使用することにある。かかる歯面修正は、フランク修整とも呼ばれる。

周期的歯面修正および／または周期的励振修整は、所与の設計負荷の下で平歯車対の歯車の励振を完全に除去できる特別な解決策であり、加えて、設計負荷前後の広い負荷範囲も十分に改善される。

加えて、この種の歯面修正は、所与の平歯車対の耐荷力の個々の最適化だけでなく、歯が正弦波形状を有する場合には、歯の噛み合わせの励振機能の個々の高調波成分の処理を可能にする。

関連する従来技術は、論文「Ｅｉｎｆｌｕｓｓ ｖｏｎ Ｆｌａｎｋｅｎｋｏｒｒｅｋｔｕｒｅｎ ａｕｆ ｄａｓ Ａｎｒｅｇｕｎｇｓｖｅｒｈａｌｔｅｎ ｇｅｒａｄ−ｕｎｄ ｓｃｈｒaｇｖｅｒｚａｈｎｔｅｒ Ｓｔｉｒｎｒａｄｐａａｒｕｎｇｅｎ」（「直歯と斜歯を有する平歯車対の励振特性に及ぼすフランク修整の影響」）で知られている。この論文は、２００６年１２月６日にミュンヘン工科大学に提出され、２００７年６月２０日にその機械工学部に受け入れられた。この論文は、ｈｔｔｐ：／／ｄｅｐｏｓｉｔ．ｄｄｂ．ｄｅ／のドイツ国立図書館のサーバー上でＵＲＮ番号「ｕｍ：ｎｂｎ：ｄｅ：ｂｖｂ：９１−ｄｉｓｓ−２００８０１２２−６４５５０５−１−７」により取得することができる。作用領域に関して、周期的歯面修正（上で既に述べた通り、周期的励振修整とも呼ばれる）は、正弦波形状および所与の設計負荷の場合、振幅値、周期、位相長さおよび向きにより明確に表される。振幅は、歯状部の所与のマクロ形状およびミクロ形状、ならびに処理すべき歯の噛み合せの励振機能の高調波成分によって決まる。周期は、処理すべき歯の噛み合せの高調波成分によってのみ決まり、かつ基本高調波の基本ピッチの長さに等しい長さ、ならびに相対的により高い高調波成分に対する基本ピッチの全約数（ｗｈｏｌｅ ｄｉｖｉｓｏｒ）の長さに等しい長さを有する。歯の噛み合せの励振機能の各高調波成分はそれ自体フェージングを有し、加えて、それは歯状部のマクロ形状およびマクロ形状によって決まる。周期的歯面修正の向きは、いわゆる基礎円のいわゆるねじれ角と一致する。

周期的歯面修正の１つの特徴は、各個々の接触線が特定の修整量を含む、つまり、所与の接触線のすべての点が、作用面に対して法線方向に同じ量（ゼロであってもよい）だけ変位するということである。

現在、周期的歯面修正は、個々の生産準備および研究プロジェクトにおいて位相的処理を活用して作成される。この点では、例として独国特許第２３０７４９３号明細書が参照される。

しかしながら、そのような位相的処理は、経済的ではなく、再現することが難しいと判明している。それゆえに、経済的であり、大規模で再現可能な方式で用いられるのに適合した方法が必要である。

更に、位相的処理を可能にする適切なプログラムを作成することは非常に複雑である。また、独国特許第３７３４８２８号明細書、独国特許第１０２０８５３１号明細書および独国特許第４１１２１２２号明細書に記載の従来技術で知られる方法にも、これらの２つの欠点がある。欧州特許出願公開第００７４９３０号明細書、欧州特許出願公開第０１８０７４７号明細書および欧州特許出願公開第０１３２５８２号明細書で知られる代替的な方法では、既に一定の改善を示しているが、未だ望ましい成果が得られていない。

円筒歯車の歯切り加工、例えば、成形加工および転動（ローリング）型加工が十分に知られている。すべての転動型加工において、ワークおよび工具は転動運動を行う。ワークおよび工具は、２つの歯車装置要素のように互いに転動する。この転動接触の間、インボリュートは、ワークの同時運動に伴い、直線状の基準プロファイルを有する工具により覆われる。切削刃の先端は、歯面が一連のプロファイル切削で生成されるように、どの位置でもインボリュートプロファイルに接している。ホブ切りとして知られる連続法は、幅の広い歯車の場合、高い切削速度が達成されるという利点を有する。ホブの包囲体（ｅｎｖｅｐｏｉｎｇ ｂｏｄｙ）は、円筒形のインボリュートウォームである。転動運動の間、工具およびワークは回転する。切削運動は、回転する切削刃により行われる。平歯車を製作するために、切削刃およびワークは、ワーク軸線方向（すなわち、ここでは中心軸線の方向）に互いに対して変位し、転動運動が同時に行われる。ホブ切りは、一連の製作での歯車の予備歯切りに頻繁に用いられる。加えて、この方法は、軟質の、焼戻し、かつ硬化させた大きな歯形、特別な歯形およびスプラインプロファイルを有するワークの予備歯切りおよび仕上げ歯切りに用いられる。しかしながら、この方法は、長い誘導斜面および振れだけでなく、内歯製作の不可能性を伴う限りにおいて、不利であることが判明した。

別の既知の方法は、連続的転動型の加工としても分類される歯車形削りである。歯切りの間、切削ホイールとワークは、平歯車装置の歯車と相手歯車のように互いに転動する。同時に、切削ホイールは、その往復運動を通じて切削運動を行う。直歯の場合、往復運動はワークの軸線方向で生じる。斜歯歯車機構の場合、斜歯を有する切削ホイールは、作成されるねじれ角βに対応する斜歯切削運動を行う。結果として、直歯付き平歯車、またはフランクが後部に徐々に細くなる斜歯付き平歯車が得られる。これにより、切削作業に必要な逃げ角が形成される。このような歯車形削りは、直歯および斜歯を有する内歯および外歯をワーク上に形成するために用いられる。また、利点として非常に小さな振れが達成されるが、空行程が行われる。右と左の歯斜面については、異なる工具案内路および工具を使用しなければならない。これは特に不利である。その上、割出創成法である代替的な創成平削りが用いられるとき、内歯を製作することが不可能であり、空行程の欠点を受け入れる必要がある。簡単で安価な工具、小さな誘導斜面および精密なフランク形状が実現可能であるが、これらの利点では、不利点を十分に補うことはできない。歯が形成されるワークは、この方法の場合、ラックカッター（すなわち、平削り工具）に対して転動する。工具により切削運動（すなわち、上下運動）が行われる。戻り行程の間、ラックカッターを上昇させる。歯の切削を１つ仕上げたときに、ワークを１歯ピッチだけ回転させる。ここでは、工具は、そのフランクが後部に切り離される（ｃｕｔ ｆｒｅｅ）ラックである。後者はラックカッターと呼ばれる。

代替案として総形フライス削りが用いられるとき、切削刃は、切削される歯溝のプロファイルを有する。回転する切削刃およびワークは、ワーク軸線方向に互いに対して変位する。直歯が形成されるとき、ワークは回転しない。歯溝を１つ仕上げたときに初めて、製作中の歯車を１ピッチだけ前進させる。斜歯の場合、ワークが連続回転を行い、その回転はねじれ角βに対応する。更にこの場合、単一の分割法（ｓｉｎｇｌｅ ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）で、分割が行われる。総形フライス削りは、エンドミルまたは側フライスカッターを用いて実行することができる。この方法により、ドレスし易い安価な工具の有効活用が可能になることは事実であるが、異なるインボリュート曲率に対しては異なる転動曲線が必要となる。

歯面修正を達成するためには、いわゆる創成研削が使用するべき明白な方法である。この方法が用いられるとき、インボリュートプロファイルは、２つの円盤形砥石車間の歯車を砥石車と転動接触させて移動させることにより生成される。この方法は、テンプレートの使用、または適切な制御の使用を含む。位相的研削は、最終的な解析では、いわゆる０°法またはナイルス法を用いて行われる。

砥石車は、（例えば、いわゆる０°法の場合には）平行に配設される。軸線方向への研削送りをワークにより行い、ワークを軸線方向に往復運動させる。送り経路の終端で分割がなされる。各作業サイクルにおいて、２つの歯面が同時に案内される。送りは、砥石車を互いに向けて移動させることにより行われる。この方法もまた、工具の異なる転動曲線を有効に保持しなければならないという欠点を伴う。

今日の視点からすると、プロファイル研削法を用いて位相的研削を行うことはできない。しかしながら、ワークと工具との間に点接触または略点接触を確立できるという前提で、創成研削法を活用すれば、位相的研削が可能である。

しかしながら、連続創成研削法が用いられるとき、ウォーム形砥石車の複数の歯がワークの複数の歯と噛み合うので、位相的研削を達成することは困難である。α°法を活用する場合、点接触が存在しないので、位相的研削は理論上不可能である。０°法および／またはナイルス法（円錐形砥石車での割出創成研削）の場合、（略）点接触ひいては位相的研削処理を実現することができる。

これまでは、位相的研削を実現する場合は必ず、複雑な制御を行う必要があった。加えて、ワークが加工されている間、複数の可動軸が存在する。しかし、移動する軸の数が多いほど、誤差率が高くなる。

それゆえ、簡単な手段を活用してより良好な歯面修正を達成することが本発明の目的である。

本発明によれば、請求項１に記載の方法、請求項８に記載の工作機械、および請求項９に記載のコンピュータ可読媒体によりこの目的が達成される。

被せ面が作用面に対して直交するように方向付けられ、したがって、第１の行程の間、加工軌跡が、ワークに及ぼす工具の加工効果により第１の対応する転動位置の第１の接線に正確に沿って生成されることで目的が達成されるが、第１の接触線は、好ましくは、ワークと同じねじれ角βの任意の転動相手との間の第１の接触線に対応する第２の接触線を同時に形成し、更に、歯面修正は、第１の接触線に沿った工具および／またはワークの法線方向への工具の値ｚ_ｕ分の前進により行われるとともに、個々の行程の間、ワークは転動動作を行わない。

このように、第１の接触線に沿ってワークからより多くまたは少なく素材が削られ、歯面修正が、ワークと同じねじれ角の任意の転動相手との間の第１の位置に対して達成される。この実現は、極めて簡単であり、高精度値を可能にする。それゆえ、意外にも、驚くほど簡単な解決策で課題が解決された。

その課題はまた、その方法を行うように構成された工作機械により解決される。また、処理装置により実行されたとき、この方法による工作機械の開ループ制御または閉ループ制御を生じさせる命令を有するコンピュータ可読媒体もこの課題を解決する。

妥当な費用および簡単な運動学により、平歯車対に起因する騒音を最小限に抑えるために周期的歯面修正が達成される。振幅がごく僅かであれば、この方法は、使用する工作機械の精密さによってのみ制限される。

このような方法では、既存の方法よりも更に高い正確さかつ高い再現性で、より迅速に周期的歯面修正が作成される。この方法はまた、点接触ではなく、被せ面に基づいているので、位相的研削と比較して、プログラミングおよび制御技術へのより少ない投資で実現可能である。位相的研削の場合を除き、この方法は、連続創成研削法およびα°法に基づき実現可能である。

有利な実施形態を従属クレームに記載し、以下により詳細に説明する。

例えば、個々の行程の間、値ｚ_ｕが不変のままである場合、有利である。したがって、同じ修正値を、接触線全体にわたって達成することができ、これにより、第１の接触線の傍に延在する第２の接触線と比較して、僅かに高いまたは僅かに低い第１の接触線が生じる。当然ながら、値ｚ_ｕは第１の接触線またはその後の接触線に沿って変化してもよい。

第１の行程により丁度第１の接触線上で第１の歯面修正を終えた後、第２の歯面修正を行うために、第２の行程が丁度第３の接触線上で行われるとき、前記第３の接触線は、第２の個別の転動位置でのワークと同じねじれ角βの任意の転動相手との間の第４の接触線に対応するが、そのようにして、最終的に歯面幅全体を処理することができる。

ワークが直歯または斜歯付き部品として形成される場合、有利である。その点では、特に良好な効率を得ることができる。

使用方法が加工処理であるとき、従来の低コストの工作機械を使用することができる。

特に精密な方法では、かかる方法を使用するときに有利である幾何学形状に構成されたまたは構成されていない工具が活用される。

特に良好な品質を達成するために、１つまたは複数の円錐形砥石車および／または１つまたは複数のウォーム形砥石車および／または１つまたは複数の円盤形砥石車が用いられる場合、有利である。

更に、ワークが内歯部品または外歯部品として形成される場合、有利である。

各噛合位置でのワークの歯の歯面と工具の包絡線との噛合状況を示す図である。

以下では、本発明を、図面の助けを借りて更に詳細に説明するが、唯一の図面（すなわち、図１は、各個別の噛合位置（すなわち、転動位置）でのワークの歯の歯面と工具の包絡線（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）との噛合状況を示している。工具の包絡線は、図１では平面である。

その方法の動作モードのイメージを描く最も簡単な手法は、明らかに、ＤＩＮ３９７２に従う標準プロファイルと類似または同等であるプロファイルを有する工具（すなわち、直線状のフランクと直角圧力角αに対応するフランクの傾斜角とを有する工具）で開始することである。

この工具を任意の噛合位置で歯１のフランクと正常に噛合させ、歯車として構成されたワーク３の中心軸線２に対するねじれ角βにより軸線に沿う幅方向ｚ_ｂで接触させるとともに、歯幅方向ｚ_ｂに回転させ、かつ標準プロファイルに直交している平面に延在する軸線に沿って変位させるとき、工具側面の被せ面４が作成される。

この行程の間、工具と歯面との接触点は、丁度接触線５に沿って移動する。この第１の接触線５はまた、図示の歯面と同じねじれ角βの任意の相手の歯面との間の第２の接触線をも表していることが簡単に分かる。これらの事実はまた、図１において基礎円円筒に接しており、かつ第１の接触線５が延在する作用面６によっても図示されている。平面４における被せ面を作成する好適な工具を活用して、所与の転動位置の場合には、単純な相対的直線運動によって、丁度単一の接触線（ここでは第１の接触線５である）上に、工具とワーク３との間の行程を生み出すことが可能である。したがって、加工軌跡は、丁度第１の接触線５上に位置する。

この第１の接触線５の歯面修正の量（すなわち、達成される修整）は、工具とワーク３との間の法線方向への前進により決定することができる。個々の行程の間にワーク３を回転させることにより、隣接する接触線（すなわち、次の接触線として第３の接触線）を、各転動位置において個々に段階的に処理することができる。プロファイル方向における歯面修正の形状は、おそらく精密に表されるのではなく、折れ線（ｐｏｌｙｇｏｎａｌ ｌｉｎｅ）として表されるかもしれないが、その方法の正確さが、処理される個別の転動位置の数によって決まることをここでは考慮に入れるべきである。歯幅方向ｚ_ｂの中心軸線２に沿って断面を作成するとき、歯面の表面上に折れ線を確認することができる。

ここに記載の方法は、転動型加工により特に有利に実現可能である。正確さの理由から、微細加工処理がより好適である。この方法を特に簡単に使用する可能性は、円錐形砥石車での割出創成研削、α°処理における円盤形砥石車での割出創成研削、ウォーム形砥石車での創成研削である。ウォーム形砥石車での創成研削に関しては、ワークの形状および工具の形状に応じて、ワーク３の複数の歯１を同時に処理することも可能であり、結果的に、周期的歯面修正が区分周期性を有することを参考にすべきである。

１ 歯
２ 中心軸線
３ ワーク
４ 被せ面
５ 接触線
６ 作用面
ｚ_ｕ 前進値
ｚ_ｂ 歯幅方向
ｒ_ｂ 基礎円半径
β ねじれ角

Claims (9)

1. 周期的歯面修正を行う方法であって、
   工具が、軸線に沿うワーク（３）の歯（１）の歯面に対して行われる第１の行程の間に用いられ、前記工具が、前記ワーク（３）の中心軸線（２）に対してねじれ角βだけ回転させられるとともに被せ面（４）を作成し、前記被せ面（４）が作用面（６）に対して直交するように方向付けられ、もって、前記第１の行程の間、加工軌跡が、前記ワーク（３）に及ぼす前記工具の加工効果により第１の対応する転動位置の第１の接線（５）に正確に沿って生成され、更に、前記歯面修正が、前記第１の接触線（５）に沿った前記工具および前記ワーク（３）の法線方向への前記工具の値（ｚ_ｕ）分の前進により行われるとともに、前記個々の行程の間、前記ワーク（３）が転動動作を行わない、方法。
2. 前記個々の行程の間、前記値（ｚ_ｕ）が不変のままであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の行程により丁度前記第１の接触線（５）上で前記第１の歯面修正を終えた後、第２の歯面修正を行うために、第２の行程が正確に第３の接触線上で行われ、前記第３の接触線は、第２の個別の転動位置での前記ワークと同じねじれ角（β）の任意の転動相手との間の第４の接触線に対応することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記ワーク（３）が、直歯または斜歯付き部品として形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 適用される前記方法が、加工処理であることを特徴とする、請求項１〜４に記載の方法。
6. １つまたは複数の円錐形砥石車および／または１つまたは複数のウォーム形砥石車および／または１つまたは複数の円盤形砥石車が用いられることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１の接触線（５）が、前記ワーク（３）と同じねじれ角βの任意の転動相手との間の第１の接触線（５）に対応する第２の接触線を同時に形成することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法を行うよう設計された工作機械。
9. 処理装置により実行されたとき、請求項１〜７のいずれか一項に開示された方法による工作機械の開ループ制御または閉ループ制御を生じさせる命令を有するコンピュータ可読媒体。

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