JPH08508209A - 歯車製造工程における工具送り方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 例えば傘歯車やハイポイド歯車を形成する工程のような機械加工工程において加工物（１２）に対して工具（２）を送る方法が開示されている。本方法は、少なくとも２つの送りベクトル成分が軸平面に位置している送りベクトル（Ｆ）によって少なくとも一部が画成される送り軌道に沿って加工物との初期接触位置（１２_i）から加工物の全深さ位置（１２_f）まで工具（２）を送ることを含む。第１の送りベクトル成分（Ｇ′）は理論創成歯車の軸線（Ｇ）の方向に概ねあり、第２の送りベクトル成分（Ｈ）が創成歯車の軸線（Ｇ）に対して垂直な方向に概ねある。送りベクトル（Ｆ）は直角平面に位置する第３の送りベクトル成分（Ｎ′）を含みうる。この送り軌道により、望ましくない工具のシフトと加工物のらせん角の変動とが著しく低減する。

Description

【発明の詳細な説明】 歯車製造工程における工具送り方法 発明の分野 本発明は傘歯車等を形成することに関する。特に本発明は、加工物の所定深さ まで工具を送る方法であって、送り軌道が制御されている方法を指向する。発明の背景 傘歯車やハイポイド歯車の製造においては、一般に二種類の方法、すなわち創 成法と非創成法が採用されている。 創成法においては、回転工具が所定深さまで加工物に送り込まれる。一旦この 深さに達すると、次に工具と加工物とが、あたかも加工物が理論的な創成歯車と 噛み合って回転していたかのように、理論的な創成歯車の軸心の周りで、創成ロ ールとして知られているように所定の相対回転運動において共に回転する。理論 的な創成歯車の歯は工具の材料除去面によって表わされる。歯の輪郭は創成ロー ル中の工具と加工物との相対運動によって形成される。 創成方法は二種類の範疇、すなわち正面フライス削りおよび正面ホブ切りに分 類することができる。創成正面フライス削りにおいては、（一連の歯の隣接した 歯の側にある）加工物の各スロットが個々に形成される。工具が所定の深さまで 送られた後、創成ロールが開始される。 創成ロールにおいては、歯の面は周知の数種のサイクルのいずれかで形成すれ ばよい。スロットの一方の歯面は前進創成ロールによって形成され、隣接する歯 面は後退方向の創成回転によって形成しうる。代替的に、歯のスロットの両側は 単一の前進創成ロールにおいて切削することができ、二次切削すなわち仕上げ切 削が必要とされる場合、これは反転ロールによって実行し、所望の歯面を作るこ とができる。一旦、歯の側部が完了すると、工具は加工物に対して後退し、次に 工具が次のスロット位置に対して割り出される。この間欠的な割出しは、加工物 の全ての歯面が形成されるまで継続する。 創成正面ホブ切りは連続した割出し方法であって、工具と加工物との間の所定 の調時回転が創成ロールに重ねられる。このように、加工物の全てのスロット（ かつ従って全ての歯面）は単一の創成ロールによって形成される。工具と加工物 とは調時関係で回転し、次に工具は加工物へ送り込まれることにより、ある深さ まで送られるにつれて全てのスロットから材料を除去する。一旦、全深さまで達 すると、所望の創成サイクルが開始され加工物に全ての歯を完全に形成する。 間欠的割出し、あるいは連続的割出しいずれかの非創成方法においては、加工 物の歯の輪郭は工具の輪郭から直接作り出される。工具が加工物に送り込まれ、 工具の輪郭が加工物に伝えられる。創成ロールを採用していない場合、「冠歯車 」として知られている理論的な創成歯車の概念を非創成法に適用することができ る。冠歯車とはその歯面が加工物の歯面を補完するものである。従って、歯に対 する切削刃は、非創成加工物に歯面を形成する場合冠歯車の歯を代表する。 非創成法および創成法において、第１の段階は切削工具あるいは研摩工具を加 工物と係合させ、次に該工具を加工物に所定深さまで送ることである。工具を加 工物に向かって動かすことができ、加工物を工具に向かって動かすことができ、 あるいは、工具および加工物の双方を相互に向かって動かすことができる。工具 および（または）加工物のいずれを動かすかどうかとは関係なく、材料が完全に 除去され、工具が後退する（非創成法）か、あるいは創成ロールが開始する（創 成法）前に工具は加工物の所定突込み深さに達する必要がある。 加工物との初期接触からその所定の深さ、すなわち「全深さ」まで工具が移動 する軌道は変わりうる。ニューヨーク州、ロチェスタのグリーソンワークス社の １９９０年版「らせん傘歯車およびハイポイド歯車のＣＮＣ創成、その理論と実 践」（“CNC Generation of Spiral Bevel and Hypoid Gears：Theory andPract ice”，The Gleason Works，Rochester，New york，1990）においてゴールドリ ッチ（Goldrich）が述べているように、理論的な創成歯車を擬している、クレー ドルを含む従来の機械的歯切りおよび（または）研摩機においては、送り軌道は クレードル（創成歯車）の軸線に沿った方向にある。この形式の工具送りは十分 確立されたものであるが、工具の不均一な負荷あるいは応力が認められた。 同じゴールドリッチの刊行物は；加工物中への工具の送り軌道が工具の軸線に 沿ったものでありうるＣＮＣ多軸歯車創成機を開示している。工具の軸線に沿っ た送りにおいて、送り軌道は工具の軸線と、設計点（その周りで歯車の形状が計 算される点）における歯の直角のベクトルとによって画成される平面に位置して いる。この平面は「歯直角平面」と称される。設計点は通常歯の平均点であり、 平均点とは歯の歯底から歯先および内端部から外端部との中間の点である。この 形式の送りは、送り軌道がクレードルの軸線に沿っている場合に、工具ため込み が発生しうる場合に有利である。工具のため込みとは、工具が加工物に対して特 に押出しされ、かつ相対的に運動することにより過度に材料を除去する状態であ る。工具の軸線に沿って送ることにより、工具のため込みが阻止される要領で工 具を加工物に対して押し出す。しかしながら、工具の軸線に沿って送ると、特に 、創成歯面ホブ削り過程において過度の不均一な工具負荷を示した。 ゴールドリッチはさらに、圧力角が不均等な切削刃に対してチップ荷重を均衡 させるために、工具の軸線に対するある角度において工具の送りが行われうるこ とを開示している。圧力角の不均等な切削工具が用いられる場合、刃の一方の側 が他方の側よりも多く材料を除去することにより一方の組の刃が他方の組の刃よ りも速く摩耗する。工具の軸線に沿って工具を送る場合、不均一な工具の負荷状 態が、そのような不均等の圧力角を有する工具を用いることによってさらに増長 される。この状態において、送り軌道を工具の軸線に対する角度に変更しうるが 、送り軌道は歯直角平面内に留まる。歯直角平面内のこの角度のついた送り軌道 によって、工具の２つの間の材料の除去が均衡し、不均等な材料の除去による刃 の摩耗が軽減されるように工具が加工物と接触できるようにする。しかしながら 、工具の軸線に対するある角度で直角平面において送ることにより工具の圧力角 が不均等であることに係わる摩耗や振動の問題を低減しうるが、この形式の工具 送りは、特に前述のように創成面ホブ切り過程において工具の軸線に沿って工具 を送ることに係わる過度で不均一な工具負荷を排除することが判明している。 本発明の目的は、加工物に対して工具を送る方法であって、従来技術による送 り軌道に係わる不均一な工具負荷が低減あるいは排除される方法を提供すること である。発明の要約 本発明は、例えば傘歯車のような加工物に少なくとも１個の歯面を作る機械加 工工程において加工物の所定深さまで工具を送る方法からなる。工具は工具軸心 の周りで回転可能で、少なくとも１個の材料除去面を有している。加工物はその 軸線の周りで回転可能で、創成歯車軸線の周りで回転可能な理論創成歯車と噛み 合っている。本方法は工具と加工物とを接触させ、送り軌道に沿って加工物に対 して工具を所定深さまで送ることを含む。 本方法は、少なくとも第１と第２の送りベクトル成分からなる送りベクトルに よって送り軌道の少なくとも一部が画成されている。送りベクトル成分は創成歯 車の軸線と加工物の軸線とによって画成される軸線方向平面に位置している。第 １の送りベクトル成分は概ね創成歯車の軸線方向にあり、第２の送りベクトル成 分は概ね創成歯車の軸線に対して垂直である。 送りベクトルはさらに、第３の送りベクトル成分を含みうる。第３の送りベク トルは、工具の軸線と、歯の設計点に対して直角のベクトルとによって画成され る直角面にある。 本発明において加工物に対して工具を送る方法はコンピュータ制御の機械にお いて実行されることが好ましい。コンピュータ制御の機械は工具を加工歯車に対 して位置づけ、かつ作動係合させるために複数のコンピュータ制御の軸を含む。 コンピュータ制御の機械において本発明の方法を実行する場合、初期の軸セッ トアップ位置は該機械に入力されるセットアップパラメータに応答して計算され る。次に、コンピュータ制御された軸は工具と加工歯車とを相互に対して初期位 置決めする初期セットアップ位置まで動かされる。前記加工歯車に対する前記工 具の送り軌道は前記機械に入力された送りパラメータに応答して計算される。次 に、工具は工具軸線の周りで回転させられ、コンピュータ制御の機械が送り軌道 に沿って加工歯車の所定深さまで加工歯車に対して回転工具を送るように動く。 送り軌道の少なくとも一部は、前述のように少なくとも第１と第２の送りベクト ル成分からなる送りベクトルによって画成される。図面の簡単な説明 第１図は本発明による方法を実施するためのコンピュータ制御の機械の概略図 、 第２図は加工物と噛み合っているテーパ付きの理論創成歯車を示す図、 第３ａ図、第３ｂ図、第３ｃ図および第３ｄ図はピッチ面および歯直角平面と において創成歯車の軸線に沿ったそれぞれ軸線方向の平面から視た理論創成歯車 の軸線方向で送り軌道を示す図、 第４図は、送り軌道が理論創成歯車の軸線方向にあるときの初期接触位置から 歯のスロットにおける工具の最終深さまでの位置変化を示す図、 第５ａ図、第５ｂ図、第５ｃ図および第５ｄ図は、ピッチ面および直角平面に おいて、創成歯車の軸線に沿った、それぞれ軸線方向平面における工具の軸線方 向における送り軌道を示す図、 第６図は、送り軌道が工具の軸線方向にあるときの初期接触から工具スロット における工具の最終深さまでの位置変化を示す図、 第７ａ図、第７ｂ図、第７ｃ図および第７ｄ図はピッチ面と直角平面とにおい て創成歯車の軸線に沿った、それぞれ軸線方向の面から見た、本発明による送り 軌道を示す図、 第８図は、本発明による送り軌道を備えた歯スロットの歯の最終深さまでの初 期接触からの位置変化を示す図、 第９図は、工具との初期接触時および工具の全深さ位置における歯面のらせん 角を示す図である。好適実施例の詳細説明 本発明の詳細を好適実施例および添付図面を参照して以下説明する。 本発明の方法は、その開示を参考のため本明細書に含めてある米国特許第４， ９８１，４０２号に記載のような機械において実行することが好ましい。本機械 は、一般にコンピュータ数値制御、すなわちＣＮＣ機械として知られ、本機械の 作動限界の殆んどいずれの位置においても工具と加工物とを相互に対して方向づ けるために、研摩工具あるいは切削工具と加工物との運動をそれに沿って制御し うる複数の軸を含む形式のものである。 所定の軌道に沿った機械の多数の軸の運動を制御するＣＮＣ機械は現在では普 通である。そのような現状技術の装置が、加工物、特に加工歯車に対して工具を 方向づけるために所定の軌道に沿って、選定した軸の運動を制御するために本発 明に含まれている。 前述の米国特許第４，９８１，４０２号と類似の機械が第１図に示されている 。 本装置１４は、例えば図示した切削工具のような工具２のための工具支持体１５ を含む。工具１２は工具スピンドル１６に解放可能に装着されており、スピンド ルの方は回転するように工具ヘッド１８に支承されている。工具ヘッド１８はキ ャリッジ３２に取り付けられた軌条２４に沿って垂直運動（Ｙ軸）できる。工具 支持体１５は機械の基部３０に取り付けられた軌条２６に沿って水平運動（Ｘ軸 ）できる。工具２はその回転軸線Ｔの周りで回転運動できる。 本装置１４はまた、加工歯車１２が加工物スピンドル２３に解放可能に取り付 けられている加工物サポート１７を含む。加工物スピンドル２３は加工物ヘッド ２２で回転するように支承され、かつ加工物の軸線Ｗの周りで回転運動できる。 加工物ヘッド２２はテーブル３４上に取り付けられ、垂直軸線Bの周りで角度運 動（枢動）できる。テーブル３４は機械のベース３０に取り付けられた軌条２８ に沿って水平（Ｚ軸）運動できる。 軌条２４，２６および２８は工具２と加工歯車１２とが相互に対して三方向の 対角方向Ｘ，ＹおよびＺで相対的に直線運動できるようにする。 工具スピンドル１６、加工物スピンドル２３、加工物ヘッド２２、テーブル３ ４、工具ヘッド１８およびキャリッジ３２の運動は個別の駆動モータ（図示せず ）によって付与される。前述の要素は相互に対して独立の運動ができ、かつ相互 に対して同時に動くことができる。各モータは、ＣＮＣシステムの一部として、 コンピュータ（図示せず）への入力指令に従って駆動モータの作動を調整する直 線あるいは回転符号器（図示せず）のいずれかと関連している。符号器はコンピ ュータに対して、各運動軸の実際の位置に関するフィードバック情報を提供する 。 いずれか、あるいは全ての軸線に沿った工具２と加工歯車１２との相対運動に よって、工具２と加工歯車１２とを、加工歯車１２のいずれかの部分が工具２に 対して提供されうるように相互に対して位置づけることが可能なことは明らかで ある。一旦提供されると、工具２および（または）加工歯車１２の送り運動によ って工具２を加工歯車と接触させ、所定の深さまで突き込ませる。 一旦所定深さまでの突込みが達成すると、創成運動を実行することができる。 創成運動において、加工歯車と歯とは、あたかも加工歯車が、その歯面が工具の 材料除去面によって表わされる理論的な創成歯車と転動噛み合うが如く、理論的 な創成歯車の軸線の周りで共に転動する。創成の間の歯の軌道は入力された指令 に応答して、所望の歯面形状を作るように各軸線に沿った運動を制御するコンピ ュータによって導かれる。 第２図は、この場合ギヤセットのピニオン部材である加工物１２と噛み合って いる理論創成歯車４０を示す。創成歯車４０は回転軸線Ｇを含みに、加工物１２ の回転軸線はＷで指示する。加工物１２と理論創成歯車４０のピッチ線は４５で 示す。創成歯車軸線Ｇとピッチ線４５ととの間の角度αはピッチ角として知られ ている。創成歯車軸線Ｇと加工物軸線Ｗとは共に「軸平面」を画成する。 非創成法においては、ピッチ角αは９０度に等しく、この場合理論歯車４０は 冠歯車の形態をとる。しかしながら、第２図の場合と同様、創成法においては、 創成歯車４０は、９０度以下のピッチ角を有することによって冠歯車からずれた 「テーパ付き」創成歯車となる。 理論創成歯車４０のピッチ角αの余角は創成ピッチ角テイルトと称され、理論 創成歯車の軸線が創成歯車軸線Ｇに対して傾斜する量である。理論創成歯車の歯 は創成法においては工具の材料除去面によって表わされるので、加工物に対して 工具を適正に提供することは機械セットアップにおける加工物の軸線Ｗの調整を 含む。創成ピッチ角テイルトの量は９０度から創成歯車のピッチ角をマイナスし たものと一般に定義される。加工物に導入したいいずれかの所望するミスマッチ であっても創成ピッチ角テイルトの量に影響しうる。多くの場合、ギヤセットの 一方の部材は非創成法により形成され、相手側部材は創成される。第２図に示す 創成配備においては、ピッチ角αは９０度から非創成の相手側部材のピッチ角を マイナスしたものと等しい。 第３ａ図、第３ｂ図、第３ｃ図および第３ｄ図は、加工物が創成歯車の軸線Ｇ の方向に工具に対して送られるときの、それぞれ、創成歯車の軸線に沿った軸平 面と、ピッチ平面と、直角平面とにおける加工物を示す。全ての図において、工 具との初期接触の瞬間の加工物の位置は点線で示され、全深さ位置における加工 物の位置は実線で示す。 工具に関しては、内刃とか外刃という用語を本明細書を通して使用している。 内刃とは歯の内側フランク、すなわち凸状フランクを形成するカッタの刃であっ て、一方外刃とは加工物の歯の外側フランク、すなわち凹状フランクを形成する 刃である。 第３ａ図は創成歯車の軸線に沿った方向の送り軌道の軸線方向平面図である。 軸線方向平面とは加工物Ｗと理論創成歯車軸線Ｇを含むものとして定義される。 点線が示す加工物の初期位置は１２_iで示され、初期加工物軸線方向位置はＷ_iで ある。この位置において、加工物の先端の平面４８はまず加工物１２と接触する 。加工物１２は、所定の全深さに達するまで創成歯車の軸線Ｇに沿った方向に工 具に対して送られる。この全深さ位置において、実線で示す加工物は位置１２_f にあり、その軸線はＷ_fで示す。 第３ｃ図は創成歯車軸線Ｇに沿った送り軌道のピッチ平面を示す。本明細書に おいて「送り軌道」という用語は、加工物が工具との初期接触位置から所望の、 すなわち、「全」深さにおける最終位置まで送られるにつれて、加工物に対する 工具の軌道を記述するために用いている。基準数字５０は歯のスロットを示し、 Ｒ_cは平均のカッタ半径で、Ｄは歯の設計点を示し、ベクトルＶは設計点Ｄにお ける歯の直角のベクトルを示す。設計点Ｄは一般に歯の平均点と一致するが、こ こでも同様に設計点は歯に沿ったいずれかの点に位置しうる。 第３ａ図を参照すれば、創成コーンの距離は歯元におけるよりも歯先における 方が小さいことが判る。創成コーンの距離のこの差により、例えば線６０に沿っ た、歯元の線に対して垂直の線に沿って見た場合、歯の底（第３ｃ図）における らせん角Ψ_fと比較して歯先においてらせん角の差Ψ_iをもたらす。らせん角のこ の変動は、テーパ付きの創成歯車を用いた場合、歯の形状において固有のもので ある。 らせん角のこの固有の変動は下記の式によって表わすことができる。 但し、Ｒ_c ＝カッタ半径 Ａ＝平均の創成コーンの距離 Ψ＝創成らせん角 ΔＡ＝コーンの距離の変動 第３ｂ図は送り方向における理論創成歯車軸線Ｇに沿って見た図を示す。第３ ａ図および第３ｂ図から、歯先の創成コーンの距離（Ａ−ΔＡ）と歯元の創成コ ーンの距離（Ａ）は線６０に沿って見た場合相違するが、突込みの間は一定に保 たれる。すなわち、コーンの距離は創成歯車の軸線Ｇに対して平行な線、例えば 線６５に沿っては一定に保たれ、そのため、例えば線６５のような線に沿ったら せん角は一定とする。その結果、創成を通して正しいらせん角が切られる。 第３ｄ図は直角平面の図であって、不均一な圧力角の刃を有するカッタが用い られた場合、直角ベクトルＮに沿った運動の成分は創成歯車軸線に沿った送りに 含まれる。 第４図は理論創成歯車の軸線Ｇに沿って送ることの効果を示す拡大図である。 歯のスロット５０は外側の歯フランク５１と内側の歯フランク５２との間に形成 され、外端部５３と内端部５４とを有している。カッタの位置は点線５５で示す 。加工物は、工具と正に接触する初期位置１２_i（点線）から、工具が加工物中 への全深さに位置する最終位置１２_f（実線）まで送られるにつれて、加工物と 創成歯車の軸線Ｇとの間の関係が変わることが判る。加工物は全深さまで送られ るにつれて創成歯車の軸線Ｇに沿って動く。送りの間正しいらせん角が保たれる 。しかしながら、加工物が位置１２_iから全深さ位置１２_fまで送られるにつれて 、加工物のスロットはカッタの刃に対して移動する。その結果、加工物の送りが 進行するにつれてカッタの刃は外側フランク５１により近い位置から最終の刃の スロットの中心に向かって移動する。前述のように、突込みの間、創成歯車の軸 線Ｇに対して平行な歯のフランク面の線に沿って一定のらせん角が保持される。 加工物１２_iの初期接触時、カッタの刃の位置５５は歯スロット５０の所望の 中心より高い位置において内端部１２_i1と外端部１２_i2との間を延び、刃は外側 フランク５１の最終位置により近接している。しかしながら送りが全深さ位置１ ２_fまで進行するにつれて、カッタの刃の位置５５は内端部１２_f1から外端部１ ２_f2まで延在するスロット５０の適正な中央位置まで動く。このように、カッタ の刃が全体的に外側フランク５１からスロットの中心に向かってシフトするのが 判る。 外側フランク５１の方向から全深さ１２_fでの中心位置へのカッタ刃のシフト によって内側のカッタ刃に対する切削力を増すと同時に内側の刃を早期に摩耗さ せる。 第５ａ図、第５ｂ図、第５ｃ図および第５ｄ図は、加工物と工具とが工具の軸 線に沿った方向に相互に対して送られる際の、それぞれ軸線方向平面において、 創成歯車の軸線に沿って、ピッチ平面において、そして直角平面における加工物 の図を示す。 第５ａ図は、Ｔで示す工具の軸線に沿った方向の送り軌道の軸線方向平面図で ある。加工物の初期位置は１２_iで示し、初期の加工物の軸線方向位置はＷ_iにあ る。この位置において、軸線Ｔを有する工具の先端の平面４８は最初は加工物１ ２と接触している。加工物１２は所定の全深さに達するまで工具の軸線Ｔに沿っ た方向に工具に対して送られる。この点において、加工物は１２_fの位置にあり 、その軸線はＷ_fで示されている。 創成歯車の軸線Ｇに沿った図を示す第５ｂ図から、工具に対する加工物１２の 工具軸線での送り軌道は創成歯車の軸線Ｇに沿って見えるときは、加工物が位置 １２_iから１２_fまで送られるにつれてカッタの刃に対して加工物のスロットがシ フトしていることが判る。その結果、送りが進行するにつれて、内側フランク５ ２により近い位置から最終の歯のスロットの中心に向かってカッタ刃がシフトす る。全深さ１２_fにおいて、内側フランク５２の方向から中心位置までカッタ刃 がシフトすることによって外側のカッタ刃に対する切削力を増すと同時に外側の 刃を早期摩耗させる。 第５ｃ図のピッチ平面での図においては、工具の軸線Ｔに沿った方向の送りは 加工物１２と創成歯車の軸線Ｇとの間の関係を変えないことが判る。カッタの刃 が先ず位置１２において加工物と係合すると、らせん角の切削は送りが位置１２_f まで進行したときの加工物の底におけるらせん角の切削と同じである。本質的 に前述のように、テーパ付きの創成歯車で切削すると、歯先の最終的ならせん角 は歯元でのらせん角とは相違する。このことは上に詳述されている。工具の軸線 Ｔに沿って送りが進行するにつれて、歯先における切削コーン距離が減少し、歯 先でのらせん角が減少する。 らせん角の変動によって、工具を加工物へ送り込む間刃を反時計方向に捩らせ る。内側フランク５２を切削する刃はスロット５０の内端部５４において内側フ ランク５２に向かって動き、一方外側フランク５１を切削する刃はスロット５０ の外端部５３で外側フランク５１に向かって動く。この捩れにより望ましいらせ ん角変化をもたらすが、またスロットの中心位置より低いところ１２_iからスロ ットの中心１２_fまでシフトするため、外側刃により除去するスロットの材料を 多くする。カッタ刃のシフトおよび捩れによりカッタ刃に過剰の負荷が加わり、 かつ材料をより多く除去するため外側刃がより早く摩耗しカッタ刃の摩耗が不均 一となる。 第６図を参照すれば、工具の軸線Ｔに沿って送る場合の刃のシフトと捩れの効 果がより明らかに判る。スロット５０は外側フランク５１、内側フランク５２、 外端部５３および内端部５４の間を延在する。加工物１２_iとの初期接触位置に おいて、（表面フライス削り部分に対してはカッタの点幅の中間、表面ホブ削り 部分に対しては平均カッタ半径を示す点線５５によって指示する）カッタ刃の位 置は内端部１２_i1と外端部１２_i2の間を、歯スロット５０の所望の中心線より低 い位置において延在し、刃はヒール１２_i2において内側フランクの位置に極めて 近接している。送りが進行するにつれて、カッタ刃は最終的に全深さ１２_fにお ける正しい位置まで動く。全深さでの内端位置１２_f1と全深さでの外端位置１２_f2 との間を延びる刃の位置はスロットの適正な中心位置にあることが判る。 第５ｄ図は歯の軸線Ｔと歯の直角のベクトルＮとによって画成される直角平面 での図を示す。前述のように、不均一な圧力角を有するカッタ刃を用いると、刃 の一方の側が他方の側より多く材料を除去するので通常チップ負荷が不均一とな る。このような状態において、運動成分は、工具が工具の軸線Ｔに沿って送られ るにつれてチップの負荷を均衡させるために直角ベクトルＮの方向に含まれる。 工具の軸線Ｔと直角のベクトルＮとが直角平面を画成するので、直角のベトクル Ｎに沿った運動は工具の軸線Ｔに対してある角度があるとしても送り方向は直角 平面に限定される。しかしながら、このような運動の直角成分を含んだとしても 、刃のシフトやらせん角の変化に関して前述の好ましくない効果に影響しない。 表面ホブ削り工程において、歯車の歯の長手方向曲線は創成ピッチ角、創成コ ーン距離、創成歯車の歯数、カッタの刃の群の数の関係として運動学的に形成さ れる。この関係は下式により表わすことができる。 Ａ ＝平均創成コーン距離 Ψ ＝創成らせん角 Ｒ_c ＝カッタ半径 ｎ_b ＝刃の群の数 Ｎ_G ＝創成歯車の歯数 β ＝表面ホブ削り工程におけるカッタ半径と直角の歯との間の角度 第５ａ図から、創成コーン距離Ａは創成歯車にテーパが付けられている場合（ △Ｔ）歯先から歯元まで変動することが判る。コーン距離の変動量△Ａは、創成 歯車の軸線Ｇと加工物の軸線Ｗとによって画成される軸線方向平面での図である 第５ａ図に示されている。 仕上り加工歯車の歯元線に対して垂直な断面において、らせん角は歯元におけ るよりも歯先における方が小さい。らせん角の変動の一理由はテーパ付き創成歯 車による表面ホブ削り運動曲線の変化と、工具の軸線Ｔに沿って送りが進行する 際に付随するコーン距離の変動△Ａとによる。この変動は下記のように表現でき る。 △Ａ＝コーン距離の変動 Ψ ＝創成らせん角 Ｒ_c ＝カッタ半径 ｎ_b ＝刃の群の数 Ｎ_G ＝創成歯車の歯数 β ＝表面ホブ削り工程におけるカッタ刃と直角の歯との間の角度 前述のように、工具の軸線Ｔに沿って送る場合のらせん角の変動の第２の理由 は創成コーン距離の変動によってもたらされる固有の変動である。このコーン距 離の変動は、第５ｂ図と第６図とに関して前述したようにカッタ刃の捩れをもた らす。送り軌道が工具の軸線Ｔに沿った場合のコーン距離の変動と、それに付随 するシフトおよび捩れも前述の式によって表現できる。 Ｒ_c ＝カッタ半径 Ａ ＝平均創成コーン距離 Ψ ＝創成らせん角 △Ａ＝コーン距離の変動 この特定の等式はまた、送りが工具の軸線Ｔに沿って進行する場合の表面フラ イス削り工程にも適用されることを注目すべきである。 従って、歯先におけるらせん角Ψ_Tは△Ａが負であるため、 Ψ_T＝Ψ−△Ψ₁−△Ψ₂として表現できる。 第５ａ図および第５ｂ図とを参照すれば、加工物が工具の軸線Ｔに沿ってカッ タに対して、刃が先ず加工物の材料１２_iと接触する位置まで送られると、中間 部Ｄｉにおける創成コーンの距離は平均コーン距離（Ａ）と等しく、らせん角が 切削される。しかしながら、加工物とカッタとが相互に対して前進するにつれて 、歯先での創成コーンの距離は減少してらせん角を低減させる。その結果カッタ は歯のスロットにおいて捩れスロットの外側において外側の刃に、スロットの内 側において内側の刃に切削力を加える。 工具の軸線あるいは創成歯車の軸線のいずれかに沿った方向に工具を加工物に 対して送ることにより好ましくない刃のシフトをもたらす。工具の軸線Ｔに沿っ て送ることにより刃を捩らせ、望ましくないらせん角の変動並びに特に表面ホブ 削り工程において刃の摩耗を加速させる。工具の軸線に沿った送りに関して前述 した作用は送りが創成歯車の軸線に沿った方向で行われる場合に見られるよりも はるかに顕著である。しかしながら、いずれの場合にも、従来技術による送り方 法に係わる前述の欠点が最小にされるか、あるいは排除される送り軌道が必要と される。 本出願人は、従来技術による送り技術に係わる問題が修正される、加工物の所 定深さまで工具を送る方法を見い出した。第７ａ図は本出願人による発明の方法 を示す軸線方向平面図である。本方法は送り軌道に沿って加工物に対して工具を 送ることからなり、送り軌道の少なくとも一部、好ましくは全てが送りベクトル Ｆを含んでいる方法である。送りベクトルＦは、概ね理論創成歯車軸線Ｇの方向 において少なくとも第１の成分Ｇ′と、創成歯車の軸線Ｇに対して概ね垂直の方 向に延びる第２の成分Ｈとを有している。第１と第２の送り軌道の成分は軸線方 向の平面内に位置している。 第１の送りベクトルの成分Ｇ′は送りベクトルＦの主要成分であって、創成歯 車の軸線の方向にある。第２の送りベクトル成分Ｈは創成歯車の軸線Ｇに対して 垂直であって、スロット５０を効果的に位置づけ直すことによって刃のシフトと 捩れとを低減させる。第２の送りベクトル成分Ｈの大きさは、機械加工されてい る加工物の形状と、使用される特定の工具とによって変わる。 第７ｂ図は創成歯車の軸線Ｇに沿って視た送りベクトルＦを示し、第７ｃ図は ピッチ平面における送りベクトルＦの図である。 送りベクトルは、また第７ｄ図で示し、例えば不均一な圧力角の工具が用いら れる場合含まれうる第３の成分Ｎ′を含みうる。判りやすくするために、第７ａ 図に示すように第１と第２の成分とからなる送りベクトルＦは第７ｄ図において 、送りベクトルＦ′を共に形成する直角方向の成分Ｎ′と共に示している。 第８図は本発明の送り軌道に沿って送ることの効果を示す拡大図である。加工 物がその初期位置１２_iから全深さ位置１２_fまで送られるにつれて、外側フラン ク５１からスロット５０の中心までの方向にカッタ刃５５の軌道において極めて 小さいシフトがある。この僅かのシフトが内側刃に対する過度の切削負荷を最小 にし、その摩耗を低減する。 本発明の方法を用いれば、スロット５０におけるカッタ刃の捩れも、らせん角 の変動と同様著しく低減される。第９図は、初期接触位置１２_iにおけるらせん 角Ψ_iおよび全深さ位置１２_fにおけるらせん角Ψ_fの変動が殆んど無いことを示 している。 本発明の方法は、カッタが好ましい工具と、例えば加工歯車のような加工物と を提供することを含み、前記の各々はそれぞれの回転軸線の周りで回転可能であ る。加工物は、回転軸線の周りを回転可能な理論創成歯車と噛み合っている。工 具は回転し、次に加工物と接触するようにされる。接触点から、工具は送り軌道 に沿って加工物の所定深さまで加工物に対して送られる。送り軌道の少なくとも 一部は、加工物の軸線と創成歯車の軸線とによって画成される軸平面に位置する 少なくとも２つの送りベクトル成分を有する送りベクトルによって画成されてい る。第１の送りベクトルの成分Ｇ′は創成歯車の軸線Ｇの方向に延在し、第２の 送りベクトル成分Ｈは創成歯車の軸線Ｇに対して垂直な方向に延在している。送 りベクトルはさらに、工具の軸線Ｔによって画成される直角の平面を延在する第 ３の送りベクトル成分Ｎ′と、歯の設計点からの歯の直角のベクトルＮとを含み うる。 所望の深さに達した後、工具は後退させられ、歯のプロフィルが工具のプロフ ィル形状から直接形成される場合（非創成）、次の歯スロット位置に割り出しさ れる。 しかしながら、所望する深さに達した後、本方法はさらに創成ロールを含みう る。創成ロールは、加工物があたかも創成歯車と噛み合って転動するかの如く創 成歯車の軸線の周りで創成軌道に沿って回転している工具と加工物とを相対的に 転動させることを含む、創成歯車の歯は創成ロールの間工具の材料除去面によっ て代表され、最終の歯のプロフィル形状は工具と加工物との運動の結果創成され る。ロールの終りにおいて、工具は後退され、加工物は次のスロット位置に割出 しされる。 連続した歯の隣接する歯面は所望の全深さ位置に対して一回の突込みによって 形成される。すなわち、一連の歯の間のスロットは送り軌道に沿った各突込みに よって形成される。しかしながら、分離過程と、従って送り軌道とを用いて内側 （凸状）歯面と外側（凹状）歯面を形成することができる。いずれの場合にも、 本発明の送り軌道は同等に適用可能である。 本発明の送り方法はまた、表面ホブ削り工程、特に創成表面ホブ削り工程に含 めることができる。これらの工程は、工具と接触する前に工具との所定の調時関 係で加工物を回転させることを含む。加工物の全ての歯面は全深さまで１回の突 込みによって形成される。創成表面ホブ削りにおいて、突込みに続いて創成ロー ルが行われる。 材料除去方法の種類とは無関係に、本発明による送り方法は適用可能であって 、それは全ゆる種類の切削あるいは研摩方法において、工具をまず送り軌道に沿 って希望する深さまで加工物へ送り込む必要があるからである。 本発明に必要な機械運動は、例えば機械のセットアップ、工具の送りおよび創 成ロールのような事に対してはコンピュータに入力された指令に応答して実行さ れる。初期セットアップ位置は計算され、コンピュータ制御の軸がセットアップ 位置まで運動する。加工物に対する工具の送り軌道が次に、例えばＸ，Ｙおよび Ｚ座標のような送りパラメータに応答して計算される。次に、コンピュータ制御 の軸が動かされ、前述のように送りベクトルを少なくともその一部が含む送り軌 道に沿って加工物に対して工具を送る。また、コンピュータ制御の軸は、また創 成ロールが実行される要領で動かされ、また加工物も、表面ホブ削り工程を実行 しうるように工具との調時関係で回転しうる。 本発明の方法は不均一な工具負荷を著しく低下させ、かつ工具の寿命を延すこ とができるようにする。不均一な工具の負荷を低下させることによってまた、望 ましくない振動を減少させ、そのため機械加工している加工物の品質を向上させ る。 本発明を好適実施例に関して説明してきたが、本発明をその件に限定するもの でないことを理解すべきである。本発明は請求の範囲に記載の精神と範囲から逸 脱することなく本発明が関連する技術分野の専門家に明らかな修正を包含する意 図である。

【手続補正書】 【提出日】１９９６年２月２１日 【補正内容】 『 請求の範囲 １． 加工物に少なくとも１個の歯面を形成するために機械加工工程において 加工物の所定深さまで工具を送る方法であって、前記工具が工具軸線の周りで回 転可能で少なくとも１個の材料除去面を有し、前記加工物が加工物軸線の周りで 回転可能で理論創成歯車と噛み合っており、前記理論創成歯車が創成歯車軸線の 周りで回転可能である工具を送る方法において、 前記工具を前記工具軸線の周りで回転させ、 前記回転工具と前記加工物とを接触させ、 前記工具を送り軌道に沿って前記の所定の深さまで前記加工物に対して送るこ とを含み、 前記送り軌道の少なくとも一部が少なくとも第１と第２の送りベクトル成分か らなる送りベクトルによって画成され、前記第１と第２の送りベクトル成分が前 記創成歯車の軸線と前記加工物の軸線とによって画成される軸平面に位置し、前 記第１の送りベクトル成分が前記創成歯車の軸線の方向に概ねあり、前記第２の 送りベクトル成分が前記創成歯車の軸線に対して概ね垂直にあることを特徴とす る工具を送る方法。 ２．前記送りベクトルがさらに第３の送りベクトル成分を含み、前記第３の送 りベクトル成分が歯直角面にあり、前記直角面が前記カッタの軸線と、前記歯面 の設計点における歯直角ベクトルとによって画成されることを特徴とする請求の 範囲第１項に記載の方法。 ３．前記加工物が前記理論創成歯車と噛み合ってあたかも転動しているかのよ うに、創成歯車の軸線の周りで創成軌道に沿って前記回転カッタと前記加工物と を相対的に転動させることをさらに含み、前記工具の前記の少なくとも１個の材 料除去面が前記理論創成歯車の少なくとも１個の歯を表わすことを特徴とする請 求の範囲第１項に記載の方法。 ４．前記加工物の２個の連続する歯の隣接する歯面が前記転動運動の間に形成 されることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の方法。 ５．前記接触に先立って前記加工物の軸線の周りで前記加工物を回転させるこ とを含み、前記工具と加工物とが所定の調時関係で回転し、それにより前記 転動運動の間に前記加工物の全ての歯の歯面が形成されることを特徴とする請求 の範囲第３項に記載の方法。 ６．前記送り軌道が前記送りベクトルによって概ね完全に画成されることを特 徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。』

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クレンザー，セオドアー ジェイ. アメリカ合衆国 14543 ニューヨーリ州 ウエスト ラッシュ，イースト リバー ロード 7615

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 加工物に少なくとも１個の歯面を形成するために機械加工工程において 加工物の所定深さまで工具を送る方法であって、前記工具が工具軸線の周りで回 転可能で少なくとも１個の材料除去面を有し、前記加工物が加工物軸線の周りで 回転可能で理論創成歯車と噛み合っており、創成歯車が創成歯車軸線の周りで回 転可能である工具を送る方法において、 前記工具を前記工具軸線の周りで回転させ、 前記回転工具と前記加工物とを接触させ、 前記工具を送り軌道に沿って前記の所定の深さまで前記加工物に対して送るこ とを含み、 前記送り軌道の少なくとも一部が少なくとも第１と第２の送りベクトル成分か らなる送りベクトルによって画成され、前記第１と第２の送りベクトル成分が前 記創成歯車の軸線と前記加工物の軸線とによって画成される軸平面に位置し、前 記第１の送りベクトル成分が前記創成歯車の軸線の方向に概ねあり、前記第２の 送りベクトル成分が前記創成歯車の軸線に対して概ね垂直にあることを特徴とす る工具を送る方法。 ２．前記送りベクトルがさらに第３の送りベクトル成分を含み、前記第３の送 りベクトル成分が歯直角平面にあり、前記直角平面が前記カッタの軸線と、前記 歯車の設計点における歯直角ベクトルとによって画成されることを特徴とする請 求の範囲第１項に記載の方法。 ３．加工物が理論創成歯車と噛み合ってあたかも転動しているかのように、創 成歯車の軸線の周りで創成軌道に沿って前記回転カッタと前記加工物とを相対的 に転動させることをさらに含み、前記工具の前記の少なくとも１個の材料除去面 が前記理論創成歯車の少なくとも１個の歯を表わすことを特徴とする請求の範囲 第１項に記載の方法。 ４．前記加工物の２個の連続する歯の隣接する歯面が前記転動運動の間に形成 されることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の方法。 ５．前記の接触の前に前記加工物の軸線の周りで前記加工物を回転させること を含み、前記工具と加工物とが所定の調時関係で回転することによって、前記転 動運動の間に前記加工物の全ての歯の歯面が形成されることを特徴とする請求の 範囲第３項に記載の方法。 ６．前記送り軌道が前記送りベクトルによって概ね完全に画成されることを特 徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ７．コンピュータ制御の機械を用いてはすば傘歯車やハイポイド歯車を形成す る工程において加工物に対して工具を送る方法であって、前記コンピュータ制御 機械が前記工具を位置決めし、前記工具を前記加工歯車に作動係合させるために 複数のコンピュータ制御の軸を含んでおり、前記工具が工具軸線の周りで回転す るように配置され、前記加工歯車が加工物軸線の周りで回転するように配置され 、前記加工歯車が理論的な創成歯車の軸線の周りで回転可能な理論的創成歯車と 噛み合っている工具を送る方法において、 前記機械に入力されたセットアップパラメータに応答して初期セットアップ位 置を計算し、 前記コンピュータ制御軸線を初期セットアップ位置まで運動させて前記工具と 加工歯車とを相互に対して初期位置決めし、 前記機械に入力された送りパラメータに応答して前記加工歯車に対する前記工 具の送り軌道を計算し、 前記工具を前記工具軸線の周りで回転させ、 前記コンピュータ制御軸を動かせて前記回転工具を、少なくともその一部が送 りベクトルによって画成される送り軌道に沿って前記加工歯車の所定深さまで前 記加工歯車に対して送ることを含み、 前記送りベクトルが少なくとも第１と第２の送りベクトル成分を含み、前記送 りベクトル成分が前記創成歯車の軸線と前記加工物の軸線とによって画成される 軸平面に位置され、前記第１の送りベクトル成分が概ね前記創成歯車の軸線方向 にあり、前記第２の送りベクトル成分が前記創成歯車の軸線に対して概ね垂直方 向にあることを特徴とする工具を送る方法。 ８．前記機械に入力された作動パラメータに応答して前記軸の別の作動位置を 計算し、 前記加工歯車があたかも前記理論創成歯車と噛み合って転動しているように前 記工具と加工歯車との間の所定の相対転動運動を起すように前記コンピュータの 軸を前記の別の作動位置まで運動させ、前記理論創成歯車の歯が前記工具の材料 除去面によって表わされ、 前記の相対的な転動運動を完了させるために、別の作動位置を計算し、前記コ ンピュータ制御の軸を前記の別の作動位置まで動かせる段階を繰り返すことをさ らに含むことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の方法。 ９．傘歯車およびハイポイド歯車を形成する前記方法が表面フライス削りを含 むことを特徴とする請求の範囲第８項に記載の方法。 １０．傘歯車およびハイポイド歯車を形成する前記方法が表面ホブ削りを含む ことを特徴とする請求の範囲第８項に記載の方法。 １１．前記送り軌道が前記送りベクトルによって概ね完全に画成されることを 特徴とする請求の範囲第７項に記載の方法。 １２．傘歯車およびハイポイド歯車を形成する表面ホブ削り方法において工具 を加工歯車の所定深さまで送る方法であって、前記工具が工具の軸線の周りで回 転可能で、かつ複数の材料除去面を有し、前記加工歯車が加工物軸線の周りで回 転可能で、理論創成歯車と噛み合っており、前記理論創成歯車が創成歯車の軸線 の周りで回転可能である方法において、 前記工具を工具軸線の周りを回転させ、 前記加工歯車を加工物軸線の周りで回転させ、前記工具と加工歯車とは調時関 係で回転しており、 前記の回転している工具と回転している加工物とを接触させ、 前記工具を送り軌道に沿って前記加工物に対して前記の所定の深さまで送るこ とを含み、 前記送り軌道の少なくとも一部が少なくとも第１と第２の送りベクトル成分か らなる送りベクトルによって画成され、前記送りベクトル成分が前記創成歯車の 軸線と前記加工物の軸線とによって画成される軸平面に位置し、前記第１の送り ベクトル成分が前記創成歯車の軸線の方向に概ねあり、前記第２の送りベクトル 成分が前記創成歯車の軸線に対して概ね垂直であることを特徴とする工具を送る 方法。 １３．前記加工物が前記理論創成歯車とあたかも噛み合って転動するかのよう に前記カッタと前記加工歯車とを前記創成歯車の軸線の周りで相対的に転動させ ることをさらに含み、前記理論創成歯車は前記工具の材料除去面によって表わさ れる歯面を有していることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の方法。 １４．前記送り軌道が前記送りベクトルによって概ね完全に画成されることを 特徴とする請求の範囲第１２項に記載の方法。 １５．前記表面ホブ削り方法が創成面ホブ削り方法であることを特徴とする請 求の範囲第１２項に記載の方法。