JP2018108640A - 歯切り盤の工具の外形寸法を自動測定する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研削ウォームの回転位置に対するウォーム山位置の配置をその軸周りにおいて自動的に求めるために、およびワークの歯車歯における研削ウォームの自動噛合いを可能とするために、研削ウォームのプロセス関連の外形パラメータの完全自動測定を実行する。【解決手段】歯切り盤においてウォーム山の形態における加工領域を有する工具、特に研削ウォーム１１の外形寸法を自動的に測定するための方法であって、上記工具の少なくとも１つのパラメータを、少なくとも１つのセンサ８によって自動的に検出および／または測定する。【選択図】図３

Description

本発明は、歯切り盤のウォーム山の形態における加工領域を有する工具、特に研削ウォームの外形寸法を自動測定するための方法、および歯付きワークに対して当該工具を自動的に噛み合わせるための方法に関する。本発明は、また、本発明に係る方法を実行するための装置および歯切り盤に関する。

従来技術より、高速から超高速で使用される研削ウォームが、既知の実績のある低速の倣削りプロセスを用いて仕上げられ得る一方で作業速度において、すなわち遠心力のかかるストレス条件において必要とされる正確なプロファイル形状を有する、方法および装置が知られている。

研削ウォームのプロファイルの測定を、例えば、レーザ光学距離測定のような非接触測定システムによって研削ウォームにおいて直接的に、またはサンプルワークの研削および測定を介して間接的に行うことが知られている。ここで、研削ウォームのプロファイルを、作業速度での遠心力の影響によってわずかに変形した倣削りされた研削ウォームにおいて測定することも知られている。

プレカットされた歯車ワークを加工するための歯切り盤を設置する際には、段階的な設置プロセスが必要となる。まず、工具の外形寸法を、歯切り盤の外部で手動で測定するか、あるいは寸法に応じた工具データシートから読み取る必要がある。続けて、これらのデータを、装置制御部に記憶させなければならない。これらの形状データのいくつかは、仕上げ工具において時間の経過と共に、例えば仕上げ中にウォーム径などが変化するか、あるいは例えばリード角や圧力角に適用されるようなプロファイルエラーを回避するためにウォーム径の変化に伴って追加的に変更される必要がある。また、これらのデータは、工具の繰り返し変化に対して再利用可能となるように、研削ウォームの使用期間にわたって記録される必要がある。

設置プロセスの別のステップでは、工具軸の回転位置に対する工具山の位置を制御部に記憶させる必要がある。この情報と、ワーク軸の回転位置に対する工具歯スペースの位置とが、作成ルーチンと結合した歯車加工プロセスをエラーなく実行できるために必要とされる。これらの別のプロセスステップは、噛み合わせと呼ばれることが多い。

続く加工プロセスでは、加工対象の各ワークのワーク歯スペースの位置のみが噛合いセンサによって測定され、ワーク軸の適合回転位置が記憶される必要がある。そして、ワーク軸の回転位置は、加工プロセスにおいて工具軸の回転位置と同期され、それにより工具山が衝突することなく当該歯スペースに入り込み、ワークが作成ルーチン結合態様で加工され得る。

今日、この全プロセスのうちいくつかは、不利なことに、既に高度に自動化された歯切りプロセスとは別に、手動でまたは半自動的にのみ実行される。よって、作業者は、工具の形状パラメータの実質的な手動入力の後に、初回の噛み合わせにおいてワークの歯スペースに対して工具を前もって位置決めしなければならない。このために、工具は、その回転軸回りにおいて、当該工具の歯が衝突なくして歯スペースに入り込めるまで長い時間手動で回転されなければならなかった。続けて工具が送り出され、当該工具の移動または回転によって当該工具の左右の歯面間で各接触が確立され、そしてこの間の測定値が記録される。歯スペースに対する工具の歯中央位置は、これらの接触寸法から計算可能であり、工具が衝突なくして既知の歯スペースに入り込むことができる当該工具の回転位置は、当該歯中央位置から求めることができる。

これらの手動作業ステップの全てにより、仕上げ時間が長くなることや、手動操作のために歯切り盤の設定が誤ってなされるおそれがあるなどの欠点が生じる。

研削ウォームの作業速度における研削ウォームのプロファイル形状の測定のみが、従来より知られていた。しかしながら、ウォーム山状の加工領域を有する工具の様々な形状パラメータを測定するために非接触の測定システムを用いることは知られていない。工具パラメータが完全に自動で測定され得、ワーク加工のために歯切り盤が必要とする工具の様々な外形寸法の自動測定によって誤入力が防止され得る。

工具は、有利には、研削ウォームであってもよい。しかしながら、切削ホブなどの似たようなデザインを有する他の工具が、そのようにして、パラメータ測定において溝によって中断されたウォーム山の特殊な特徴が考慮に入れられる場合に、当該方法の対象とされてもよい。

したがって、本発明の目的は、研削ウォームの回転位置に対するウォーム山位置の配置をその軸周りにおいて自動的に求めるために、およびワークの歯車歯における研削ウォームの自動噛合いを可能とするために、研削ウォームのプロセス関連の外形パラメータの完全自動測定を実行することである。

本発明によると、この目的は、請求項１の特徴を含む方法によって達成される。したがって、歯切り盤の研削ウォームの少なくとも１つのパラメータを自動測定するための方法が提示され、当該方法は、研削ウォームの少なくとも１つのパラメータが、少なくとも１つのセンサによって自動的に検出および／または測定され得ることを特徴とする。

ここで、「パラメータ」の語は、ウォーム径、ウォーム幅、リード角、およびリード方向などの様々な外形寸法として、また研削ウォームの開始部の数として理解することができる。しかしながら、「パラメータ」の語は、本発明の文脈において、その他の態様を含み得る。

「研削ウォームの噛み合わせ」は、いわゆる転がり係合が、研削ウォームと歯付きワークとの間で実現されることを意味し得る。研削ウォームのウォーム山、または多山研削ウォームの場合には複数のウォーム山の、歯付きワークの歯に対する正確な位置決めおよび位置合わせが、したがって絶対的に必要である。

当該方法のために基本的に必要なのは、まず、研削ウォームに対するセンサの正確な配置およびその歯切り盤内での配置が測定および記憶される較正プロセスである。このことは、特に重要である。なぜなら、センサは必ずしも研削ウォームに対して中心に、または既知のもしくは規定の位置に配置されている訳ではなく、センサの位置がわからないと当該方法によって有用な結果を得ることはできないためである。

本発明によると、パラメータは、より迅速かつより正確に、自動的に測定され得る。この方法は、また、研削ウォームのパラメータを求めるための、廉価で汚れに強い実施可能性を提供し得る。これによると、冒頭で述べた従来技術に比べて、装置操作者による誤った設定が低減され、またより迅速な工具交換が実現され得るという利点がもたらされる。

また、温度変化または温度に起因する歯切り盤の形状変化に対応することが可能であること、および対象の移動などがセンサによって検出可能でありかつ必要に応じて補償可能であることも利点である。

本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題を構成する。

第１の好ましい実施形態によると、工具ホルダにおけるウォームのピッチ、モジュール、直径、リード、および／または位置やそのＶ方向における外寸が、検出および／または測定された値の計算処理によって求められ得る。

本発明に係る方法では、研削ウォームに対するセンサの位置を求めるために、および／または歯切り盤内で位置決めするために必要とされる較正プロセスが、公知の態様で実行されてもよい。ここで、較正プロセスは、本発明に係る方法の実行に際して毎回、別のステップの前に実行可能なステップ、または当該方法の初回の実行に際して実行されて当該方法のその後の適用では省略可能なステップを意味する。歯切り盤内でのセンサの位置決めに対する当該センサの位置は、とりわけ較正プロセスにおいて求められる。ここで、センサは、実際に歯切り盤内に配置されている必要はないが、歯切り盤の構造の一部であってもよく、例えば、歯切り盤の１つの外面に設けられていてもよい。

別の好ましい実施形態では、研削ウォームは、所定の基準点に、好ましくはＡ軸の０°への位置合わせに移動させられ、開始部の数が測定される。研削ウォームのＢ軸回りにおける複数の回転、特に３回転が、その後、センサによって検出される。

本発明の別の好ましい実施形態では、研削ウォームの軸中心の上下におけるセンサによる少なくとも１つの測定が実行されてリード方向が求められてもよく、および／または研削ウォームが回転させられ、センサおよび／または研削ウォームのＶ方向における相対移動によってリード方向が求められてもよい。前者の変形例では、測定は、例えば、中心の上下で、特に軸方向において研削ウォームの中心から離間して実行され、続けて、研削ウォームにおける当該２箇所の測定により、計算において研削ウォームのリード方向を算出および確定することが可能である。後者の変形例では、リード方向の決定は、研削ウォームの回転および同時に生じるＶ方向での相対移動によって当該リード方向が求められるようになされる。リード方向が予め正しく推定されている場合、得られる信号は、センサがウォーム山と同期して移動するために一定である。このようにして、当該方向の推定の妥当性を確認することができる。もしウォーム山に対してセンサが動いたために信号が降下したら、このことから、リード方向が誤って推定されたという結論を引き出すことができ、それに応じてセンサの動く方向を適合させる必要がある。また、リード方向は、センサによって求められてもよい。

別の好ましい実施形態によると、研削ウォームは、当該研削ウォームを噛み合わせるために、その縦軸方向、Ｖ軸方向、またはＶ方向に沿って移動させられてもよく、Ｖ軸方向に沿った歯の位置がセンサによって測定され、これから２つの歯の間の中心位置が計算されまたは求められる。

好ましい実施形態によると、センサは、光学センサ、誘導センサ、容量センサ、または超音波センサであってもよく、またアナログ態様またはデジタル態様で動作するものであってもよい。異なる原理の組合せや、代わりにまたは加えて、１つよりも多くのセンサを伴う本発明の実施形態がしたがって考えられ、ここで複数のセンサは、様々に構成されていてもよい。これにより、各センサが、検出対象の研削ウォームの材質に応じて使用可能になるという利点がもたらされ、また当該方法の様々な実施形態がそれに応じて実現可能である。

好ましい実施形態では、センサによる様々なパラメータの測定が、非対称プロファイルの自動噛み合わせのために実施可能である。これにより、非対称ウォームプロファイルを有する研削ウォームの噛み合わせが、自動的に信頼性を伴って実行可能になるという利点がもたらされる。

本発明は、また、上述した方法の１つを実行するための歯切り盤に関し、ここで、研削ウォ−ムをスキャンするためのセンサが設けられる。

図１は、従来技術に係る研削装置を示す図である。 図２は、傾いた研削ウォームと、本発明にしたがって設けられたセンサとを示す概略図である。 図３は、研削アーバを含む研削ウォームと、相補コラムと、光学センサとを示す概略図である。

本発明のさらなる特徴、細部、および利点について、図に例示する実施形態を参照して説明する。

図１は、従来技術に係る研削装置を示している。研削装置の軸は、図１において、特に完全に理解のために確認され得る。装置コラム１と、これから水平方向に離間して相補コラム３とが、歯切り盤の左手領域に示されている。シフト軸５（Ｖ軸）を有する加工ヘッド１７と、研削工具１１を受けるための駆動モータ１８とは、装置コラム１に沿ってＺ軸７の方向において鉛直方向に移動可能である。本発明にしたがって設けられるセンサ８の設置位置２は、公知の歯切り盤の相補コラム３の領域にあってもよい。本発明の説明のために、図１と、図１に係るカテゴリーの装置の表示には示されない本発明の細部を示す次の図２および図３との両方が参照される。

較正プロセスの実行にあたっては、研削ウォーム１１のＡ軸６が０°に位置合わせされていることに注意する必要がある。このために、研削ウォーム１１は、例えば、水平向きに配置されてもよく、その目的は当該研削ウォーム１１をＡ軸６回りに対応して回転可能にすることにある。これにより、固定された基準値が存在するという利点がもたらされる。センサ８の位置およびその切替点が、そして自動的に求められてもよい。研削ウォーム１１は、センサ８が研削アーバ１２の上側部を検出するまで、Ｚ方向に移動させられる。そして、研削ウォーム１１は、センサ８が研削アーバ１２の下側部を検出するまで、再び移動させられる。これら２つの記憶値を平均することより、ウォーム軸に対するセンサ高さが計算されてもよい。研削ウォームからセンサ８までの軸方向距離は、研削アーバ１２が、当該研削アーバ１２における最大径が到達されるまで長い時間、鉛直方向に移動させられる、似たような態様で求められてもよい。研削アーバ１２の直径が加工において変化しなくなると、中心工具軸からのセンサ距離は、当該直径およびセンサ信号の助けを借りて計算されてもよい。

センサ８が装置中心（工具中心）からＶ方向にどの程度移動させられたかは、次のようにして求められてもよい。すなわち、研削ウォーム１１が、特定のスタート位置からスタートして、センサ８が当該研削ウォーム１１の主支持側（ＨＬ）における開始部（端部）を検出するまで、Ｖ方向に移動させられる。主支持と研削ウォームとの間の距離測定は、研削アーバの構成デザインを介して知られている。センサ８がどの程度まで装置中心から動かされたかは、このＶ値から計算可能である。センサ８の切替点を求めるために、研削ウォーム中心１１が、当該センサの高さまで移動させられる。研削ウォーム１１は、Ｘ軸４方向においてセンサ８から遠ざけられ、続けて、センサ８が研削アーバ１２を検出するまで当該センサ８に再び近づけられる。これから、センサ８の切替点が研削ウォーム１１の歯の歯元と歯先との間となるようにＸ軸４が設定される必要のある値を計算可能である。

加えて、研削ウォーム１１の長さを求めるために、当該研削ウォーム１１が、主支持からスタートしてＶ方向に沿って移動させられ、センサの切替信号によって主支持側におけるウォーム開始部がまず検出される。ウォーム幅は、センサの切替信号がウォームの端部を示す時点における経路差から計算可能である。

また、本発明に係る方法によると、研削ウォーム１１の開始部の数を求めることができる。開始部の数を求められるように、ここでＡ軸６が０°に位置合わせされる必要があり、当該０°は、研削ウォーム１１が水平向きであることを意味していてもよい。ここで、センサは、ウォーム中心に対して、ウォーム山を検出するための適合切替距離に位置合わせされる。

センサ８、有利には光学センサ８は、Ｂ軸１６回りで研削ウォーム１１が３回転する際の切替信号の変化を検出するのが好ましい。ウォームリードおよび研削ウォームの回転のために、ウォーム山は、Ｖ方向に動き、そうすることで特定の数の切替信号を生じさせる。各々の歯が正歯面および逆歯面を有するため、研削ウォーム１１の開始部の数は、切替信号を用いて求めることができる。歯毎に２つの信号が生じるため、受けられた切替信号の数を利用してウォーム山の数を求めることができる。切替信号の数は、多山研削ウォームに応じて倍増される。研削ウォーム１１の回転において、歯面の上昇は正歯面と呼ばれ、歯面の下降は逆歯面と呼ばれる。

よって、例えば３山研削ウォーム１１の場合には、全部で１８の信号が実現されまたは測定され得る。当該信号は研削ウォーム１１が３回転する場合に９つの歯が考慮に入れられることから導き出すことができ、また歯毎にそれぞれ２つの信号が生じることに基づいて３山研削ウォームでは全部で１８の信号が引き出されるという結論が引き出され得る。当該プロセスは、全部で１２の信号が測定され得る２山研削ウォーム１１や、全部で６つの信号が測定され得る１山研削ウォーム１１においても同様である。

噛み合わせプロセスは、常に、装置または装置の対応する制御部が、研削ウォーム１１の回転位置に対するウォーム山の位置を認識していない場合に実行される。これは、例えば研削ウォーム１１が交換された場合に相当する。

研削プロセスでは、ワークに対する研削ウォーム１１の正確な位置決めが絶対的に必要である。工具の変更に際していわゆる転がり係合を再構築するために、工具は、従来、研削ウォーム１１の歯が歯車の歯スペースに入り込むまで、その回転軸回りに手動でまたは半自動的に回転させられていた。これに対し、本発明に係る方法は、Ｖ軸５に沿って移動させることで研削ウォーム１１をその縦軸に沿って光学センサ８によって測定し、そして装置制御部によってＶ軸５に沿った歯の位置を計算し、よって手動のまたは半自動の噛み合わせプロセスを省略することのできるオプションを提供する。

よって、研削ウォーム１１は、ワーク内にまたはワークに対して自動的に噛み合わせられ得る。

ピッチ、モジュール、リード、直径などの研削ウォーム１１の他のパラメータは、計算によって別に求められる値から求めることができる。例えば、ピッチは、ウォーム山の数と関連して上昇または下降ウォーム山歯面の２つの切替信号の間の距離として計算される。また、モジュールは、求められたピッチをπで割って得られる。同様に、リードは、モジュールに山を乗じる関数に基づいて求められる。

必要とされる精度、工具材料や使用条件などの条件に応じて、本発明に係る方法のために様々な種類のセンサを使用することができる。次のものが使用されてもよい。
・光学センサ
・誘導センサ
・容量センサ
・超音波センサ
ここで、センサは、アナログ式またはデジタル式であってもよい。このことは、測定信号の評価において考慮に入れなければならない。

また、アナログ光学センサ８により非対称プロファイルを伴って本発明に係る方法を実現することが考えられる。その場合、ここで、センサ信号の評価に際して、センサに向かう方向における歯の接近方向を考慮しなければならず、また必要に応じて、より多くの信号ポイントを計算に含めなければならない。

歯切り盤における本発明に係る方法の使用に加えて、当該方法は、例えば切削ホビングにおいて、別のウォーム状工具と共に使用されてもよい。しかしながら、この場合、ホブの複数の溝の配置やその信号評価への影響を考慮に入れる必要がある。

図２は、傾いた研削ウォーム１１と光学センサ８とを概略的に示している。同図は、装置中心の上方にセンサが取り付けられていない場合を示しており、それによりＺ補正９およびＶシフト１０としての数学的補正計算が計算において必要となる。これらの補正の考慮は、好ましくは、開始部の数や歯の数の測定において、および噛み合わせにおいてなされる。

図３は、研削アーバ１２を含む研削ウォーム１１と、光学センサ８が設けられた相補コラム３とを概略的に示している。研削ウォーム１１に対する光学センサ８の本発明に係る構成がどのように実現されるべきかを認識できる。ここで特に、レーザビーム１３が、センサによってＸ軸４に沿って照射されている。センサ８は、歯切り盤または相補コラム３の作業サイド１５と逆作業サイド１４との間に設けられていてもよい。

１ 装置コラム
２ 光学センサの設置位置
３ 相補コラム
４ Ｘ軸
５ Ｖ軸
６ Ａ軸
７ Ｚ軸
８ 光学センサ
９ Ｚ補正
１０ Ｙシフト
１１ 研削ウォーム
１２ 研削アーバ
１３ レーザビーム
１４ 逆作業サイド
１５ 作業サイド
１６ Ｂ軸
１７ 加工ヘッド
１８ 駆動モータ

Claims (10)

1. 歯切り盤においてウォーム山の形態における加工領域を有する工具、特に研削ウォームの外形寸法を自動的に測定するための方法であって、
   上記工具の少なくとも１つのパラメータを、少なくとも１つのセンサ（８）によって自動的に検出および／または測定する
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１において、
   上記歯切り盤内での上記工具の位置、および上記工具の工具長さ、工具径、および／または開始部の数などの主な外形寸法、および／または上記工具のリード方向を求める
   ことを特徴とする方法。
3. 請求項１において、
   上記工具、特に研削ウォーム（１１）のピッチ、モジュール、直径、ウォーム幅、ウォーム山リード、および／またはＶ位置を、検出および／または測定した値の計算処理によって求める
   ことを特徴とする方法。
4. 請求項１または２において、
   較正プロセスを実行して上記工具、特に研削ウォーム（１１）に対する、および／または上記歯切り盤内での配置に対する上記センサ（８）の位置を求める
   ことを特徴とする方法。
5. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   上記工具の所定の基準点に対する位置合わせ、好ましくはＡ軸の０°への位置合わせを、開始部の数を求めるために実行し、
   その後、上記センサが、上記工具、特に研削ウォームのＢ軸回りにおける複数の回転、特に３回転を検出する
   ことを特徴とする方法。
6. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   上記工具、特に研削ウォーム（１１）の中心軸の上下において、上記センサによってリード方向を求めるための少なくとも１つの測定を実行し、
   および／または、
   上記工具を回転させ、上記センサ（８）および／または上記工具のＶ方向における相対移動によってリード方向を求める
   ことを特徴とする方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項において、
   上記工具、特に研削ウォーム（１１）を噛み合わせるために、上記工具を上記研削ウォームの縦方向、Ｖ軸方向、またはＶ方向に沿って移動させ、
   上記Ｖ軸方向に沿った歯の位置を、上記センサ（８）によって測定する
   ことを特徴とする方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項において、
   上記センサ（８）は、光学センサ（８）として、誘導センサ（８）として、容量センサ（８）として、および／または超音波センサ（８）として構成されていて、アナログ式および／またはデジタル式のセンサ（８）である
   ことを特徴とする方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項において、
   非対称プロファイルを自動的に噛み合わせるために、上記センサによって様々なパラメータの測定を行う
   ことを特徴とする方法。
10. 請求項１〜８のいずれか１項において、
    上記歯切り盤に、研削ウォーム（１１）をスキャンするためのセンサ（８）を設ける
    ことを特徴とする方法。
    

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