JP7168589B2 - カサ歯車カッターおよびブレードの統合 - Google Patents

Description

本発明は、カサ歯車およびハイポイド歯車用の切削工具を対象とし、特に、部品群の異なる部材を切削できる切削工具を対象とする。

カサ歯車およびハイポイド歯車は、単一の割出プロセス（正面フライス削り）、または連続する割出プロセス（正面ホブ切り）で切削され得る。当該技術分野で知られているカサ歯車切削プロセスは、カッターが回転する間、カッターブレードのシルエットが理論的創成歯車の１つの歯を表すように、カッターヘッドを空間に配置する。カサ歯車切削用の一般的な正面フライスは、いくつかのブレードグループを有し、各グループは、１枚から４枚のブレードを有する。最も一般的なのは、ブレードグループ１２ごとに１つの外側ブレード１０および１つの内側ブレード１１を備えた、図１に示すカッター２などの交互（完了）カッターである。切削ブレード１０および１１は、棒状またはスティック状の一般的な形態を有し、５面の断面（例えば、米国特許第６，１２０，２１７号）を含み得るが、代替として、正方形、長方形、半円形または円形などの別の断面形状を有し得る。

多くの産業用途では、特定の歯車セット設計（ジョブ）は部品群に属する。「部品群」という用語は、特定の小さな違いはあるものの非常に類似している歯車セット（すなわちピニオンおよびリング歯車）のグループを意味する。これらの違いは、例えば、ピニオン歯数とリング歯車歯数の異なる組み合わせで実現される２つの嵌合歯車部材間の比率であり得る。

部品群の部材間で異なる可能性のある別の潜在的なパラメータは、リング歯車の螺旋角度が同一であっても、ピニオンの螺旋角度をオフセットごとに異ならせるハイポイドオフセットである。場合によっては、部品群の特定の部材を異なるデューティサイクルまたは適用要件に合わせて調整するために、歯当り形状に何らかの最適化が適用されてきた。

部品群の部材間の前述の違いはすべて、わずかに異なる切削ブレードの形状をもたらす。ほとんどすべての一般的なケースでは、１つの部品群で同じカッターヘッドタイプが使用される。カッターヘッドタイプは、ブレードを放射状に配置する公称カッター直径を指す。連続する割出正面ホブ切りプロセスでは、ブレードグループの数と追加のカッター設計に固有のパラメータも、製作される歯面形状に影響を与えるため、重要な要素である。正面ホブ切りプロセスでは、図１に示すような右側カッターヘッドを使用して、歯車セットの右側部材を方向１６に回転しながら切削する。右側部材と対となるのは左側部材であり、したがって、右側カッターヘッドの鏡像である左側カッターヘッドが必要である（カッターヘッド回転軸１５に垂直な平面に鏡映される）。

１つの部品群の部材間で同じ切削プロセスが使用される場合（正面ホブ切りまたは正面フライス）、また、この部品群の部材間でカッタータイプおよびカッターハンドも同一である場合、各部材にわずかに異なるブレード形状が必要であるという事実により、工具室と製造機械間のカッターヘッドの取り扱いの物流コストと同様に、ブレードプロファイルの研削とカッターヘッドの構築のコストを不必要に増加させるように思われる。

いくつかのジョブのブレード形状の統合（ほとんどの場合１０以下）が、過去に行われている。従来の統合手順に伴う問題は、歯車エンジニアが必要とする多大な人手の介入であった。過去および現在のソフトウェアは、マスタージョブとして選択された１つのジョブのカッターデータを、（例えば、特殊解析ファイルまたは短縮ＳＰＡファイルとして知られる）機械、カッター形状、および運動学的データを含む他のすべての統合ジョブのデータファイルにコピーするだけである。カサ歯車カッターの統合のための最新のコンピューター支援は、最適化と解析のための表面生成ソフトウェアおよび他のプログラムが、１つのジョブからインポートされたカッターデータにも関わらず機能することを保証するために、新しいマスターカッターおよびブレードデータを受け取るファイルにいくつかの正式なデータ調整も実行する。

今日のカッター統合の自動化された部分の後、歯車エンジニアは、統合された各ジョブで歯厚、切削深さ、および歯当りを確認する必要がある。これらの幾何学的特性は、ほとんどの現実的な統合の場合、必要な値からかけ離れている。「かけ離れて」という用語は、以下の欠陥を引き起こし得るこれらの幾何学的特性が歯車セットの物理的特性に与える影響を指す。
・刃先当りを生じさせ、表面および根元の曲げ応力を増大させる許容できない歯当り。
・作動音の増大。
・効率の低下。

歯当りパターン、歯厚、および歯の切削深さは、さまざまな機械設定および機械運動学を利用することにより、統合の個々のジョブごとに制限内で補正され得る。

解析ソフトウェアの結果に応じて、隆起、刃先半径、刃先曲率半径などのブレードパラメータを評価し、変更する必要がある。これらのブレード形状関連のパラメータは、すべてのジョブのカッターおよびブレードのデータが同一である必要があるため、すべてのジョブで同時にのみ変更できる。一般的な手順は、最も悪影響のあるジョブの１つのパラメータを変更し、この変更を残りのジョブのすべてのカッターおよびブレードデータに適用することである。これらの変更後、すべての解析を繰り返す必要があり、それによって変更されたばかりのパラメータによってまたは残りのパラメータのうちの１つによって引き起こされる欠陥を示す異なるジョブを通常は特定する。人間の直感によって制御されるこの手動反復プロセスは、非常に時間がかかり、非効率的である。何百もの異なる絶えず変化する結果は、記憶と直感によって処理することが困難である。

今日の非効率的で費用のかかる統合手順の結果、歯車エンジニアは既存の部品群のジョブ統合を回避しようと試みる。

本発明の方法は、部品群の複数の異なる部材を切削することができる単一のカッターをもたらす歯車切削工具および歯車切削ジョブの統合を対象とする。この方法は、仮マスターを定義する第１のステップを含む多重ステップアプローチを含む。第２のステップでは、統合の種類におけるジョブの要件の対応に特によく適している仮想マスターを作成する。第３のステップでは、すべての統合ジョブのための切削深さおよび、最適化された機械設定を、仮想マスターを使用して決定する。

カサ歯車切削に使用されるときの、正面カッターヘッドの三次元図を示す。 ジョブ１からジョブ１０の１０個の異なるジョブの、１０枚のピニオンカッターヘッド２０および１０個の歯車カッターヘッド２１の概要を示す。１０枚の異なるピニオンカッター２０は、単一のカッター２２に統合されており、１０枚の異なる歯車カッター２１は、単一のカッター２３に統合されている。 主要なカッター統合ステップを示す。 本発明の統合タスクを達成するために必要とされる異なるステップのフローチャートを示す。 左は、統合の種類の部分的なカッターヘッドの上面図を示し、下は２つの進行するブレードを有する断面の展開側面図を示す。図４の右は、部分的なマスターカッターの上面図を示し、下は前述の２つのブレードの断面に対応する展開側面図を示す。 正面ホブ切りにおけるカサ歯車切削のための例示的な創成歯車のベクトル図を示す。この図は、正面ホブ切りプロセスの場合に、ブレード間隔誤差が歯厚をどのように変化させるかを説明する。 カサ歯車参照プロファイルの二次元図を示す。プロファイルの比較は、統合カッターを使用しながら、所定のスロット幅に対応するための、より深いまたはより浅い切削の原理を説明する。 ピニオンジョブの統合出力を示す。 歯車ジョブの統合出力を示す。 カッター統合前のブレード研削概要およびカッター統合後のブレード切削概要を示す。 カッター統合前およびカッター統合後の切削概要を示す。 カッター統合前のイーズオフおよび歯当りパターンならびにカッター統合後のイーズオフおよび歯当りパターンを示す。

本明細書で使用される「発明（ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」「本発明（ｔｈｅ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」および「本発明（ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」という用語は、本明細書の主題のすべて、および以下の任意の特許請求の範囲を広く指すことを意図するものである。これらの用語を含む記述は、本明細書に記載された主題を限定する、または以下の特許請求の意味もしくは範囲を限定すると理解されるべきではない。さらに、本明細書は、本出願の特定部分、段落、記述または図面において、あらゆる請求項によってカバーされる主題を説明または制限しようとするものではない。本主題は、本明細書全体、すべての図面および以下のあらゆる請求項を参照することによって理解されるべきである。本発明は、他の構成が可能であり、様々な方法で実施または実行されることが可能である。また、本明細書で使用される表現および用語は、説明のためのものであり、限定的であると見なされるべきではないことが理解される。

ここで、本発明の詳細を、単に例として、本発明を例示する添付図面を参照して論じる。図面において、類似の特徴または構成要素は、同様の参照番号によって参照される。

本明細書の「含む」、「有する」、および「含む」、ならびにそれらの変形の使用は、それ以降に列挙された項目およびその等価物ならびに追加の項目を包含することを意味する。方法またはプロセスの要素を識別するための文字または数字の使用は、単に識別のためのものであり、要素が特定の順序で実行されるべきであることを示すことを意味するわけではない。

以下に、図面を説明する際に、上部、下部、上方、下方、後方、底部、頂部、前、後などの方向に言及することがあるが、これらの言及は、便宜上（通常見られるように）図面に対してなされている。これらの方向は、文字通りに解釈されること、またはいかなる形でも本発明を限定することを意図しない。さらに、「第１」、「第２」、「第３」などの用語は、説明の目的で本明細書に使用されており、重要性または意義を示すまたは暗示することを意図するものではない。

歯車切削ジョブ統合の本発明の方法は、仮マスターを定義する第１のステップを含む多重ステップアプローチを含む。第２のステップでは、統合の種類におけるジョブの要件の対応に特によく適している仮想マスターを作成する。第３のステップでは、すべての統合ジョブのための切削深さおよび、最適化された機械設定を、仮想マスターを使用して決定する。

図１は、連続的な割出正面ホブ切りプロセスにおけるカサ歯車切削のためのカッターヘッド１４を備える正面フライス２の三次元図を示す。図１のカッターヘッドには、例えば円形のブレードグループ１２などのブレードグループに向けられた切削ブレードが含まれる。各ブレードグループ１２は、ピニオンまたはリング歯車の凹歯面を切削および形成するための１つの外側ブレード１０ならびに、ピニオンまたはリング歯車の凸歯面を切削および形成するための１つの内側ブレード１１からなる２つの切削ブレードからなる。カッターヘッドは、カサ歯車切削機（例えば、米国特許第６，１２０，２１７号に開示されている機械）に取り付けられ、切削プロセス中にその軸１５の周りに方向１６に回転する。製造される歯車セットの個々のパラメータに起因する特定の歯面の修正に対応するために、ブレード１０および１１のブレード刃先の角度、形状、および半径方向の位置は、ジョブごとに異なる。例えば、ギアの１つ以上の歯や螺旋角度の１度の違いなど、ジョブ間のわずかな違いでさえ、１つの特定のジョブに最適な条件を達成するために切削ブレードの形状に影響する。

ある特定の歯車セットの設計計算を行う際、利用される計算アルゴリズムと手順は、類似しており、かつ１つの部品群に属する可能性のある他の歯車セット設計の知識を有していない。他の歯車セット設計は過去に作成された可能性が有るか、または、将来実施される予定である。ただし、１つの個別の歯車セットの設計および最適化の時点では、歯車エンジニアおよび歯車計算ソフトウェアが、この個別の設計を他の過去および将来の設計に関連付けて、１つ以上の他の設計を有する新しい設計の切削ブレードを共有することは不可能である。

図２（ａ）は、それぞれ１０個のピニオンカッターヘッド２０および１０個のギアカッターヘッド２１を備えた１０個の異なるジョブのカッターヘッド統合タスクの全体的な説明のブロック図を示す。統合タスク後、ジョブ１からジョブ１０の１０個のピニオンカッター２０はすべて、異なるブレード形状仕様を有するため、統合されたブレード形状を特徴とする単一のピニオンカッターヘッド２２をもたらす。この統合されたブレード形状により、それぞれ異なる歯車設計パラメータを持つ１０個の個別のジョブのスロットを切削し、歯面を形成することが可能である。また、統合タスク後、ジョブ１からジョブ１０の１０個のリング歯車カッター２１はすべて、異なるブレード形状仕様を有するため、統合されたブレード形状を特徴とする単一のリング歯車カッターヘッド２３をもたらす。クロス情報２４および２５は、統合カッターで切削された歯車セットの噛み合い条件が、元のカッターおよびブレードの仕様で切削された歯車セットの噛み合い条件と同一、または少なくとも近いことを保証するために必要である。

図２（ｂ）は、本発明の主要な統合ステップを示す。ステップ１では、統合の種類に最適なジョブを仮マスターとして定義する。ステップ２は、ステップ１の結果から仮想マスターを計算して、個々の偏差をすべて最小化する。ステップ３では、仮想マスターを使用して、すべての統合ジョブの切削深さと最適化された機械設定を計算する。

第１のステップでは、統合の種類のすべてのジョブが解析され、第１の仮マスタージョブ（カッター）が統合の種類の既存のジョブの１つ、好ましくは、観測されるすべてのジョブのうち最小の根元スロット幅を切削するジョブとして定義される。次に、他のすべてのジョブのカッターが、仮マスターとより具体的に比較される。特に、図４を参照すると、通常のブレード半径Ｒ_W1-jおよびＲ_W1Cons、ならびにＲ_W1-jおよびＲ_W1Consと、外側ブレード７４および７５と内側ブレード７６および７７との間隔とが、等しいブレードの歯元７８および７９において比較される。その結果、仮マスターカッターが各ジョブの元の基本設定に関連して使用される場合、特定のスロット幅または歯厚の変動が個々のジョブごとに発生するる。

当業者は、ワークピースと理論的創成歯車との間の関係が、基本設定として知られている一群のパラメータによって定義できることをよく知っている。これらの基本設定は、理論的な創生歯車とワークピースに関するサイズ感と割合感を交換し、歯車設計に共通の出発点を提供することによって、多くの機械モデル間で設計手順を統一する。基本設定は、任意の瞬間における工具とワークピースの相対的な位置関係を完全に説明する。例えば、Ｇｏｌｄｒｉｃｈ、「ＣＮＣ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｐｉｒａｌ Ｂｅｖｅｌ ａｎｄ Ｈｙｐｏｉｄ Ｇｅａｒｓ：Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ」、Ｔｈｅ Ｇｌｅａｓｏｎ Ｗｏｒｋｓ、Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ、ＮＹ、１９９０年を参照されたい。

仮マスタージョブを除く各ジョブの基本設定は、歯厚の変動をなくすために変更される。これは、軸方向のカッターヘッドのベクトルシフトによって実現することが望ましい（原理は図６に示す）。個々の部材の外側と内側のブレード間の対称ベクトルは、仮マスタージョブの同じ部材のブレード対称ベクトルと比較される。対称ベクトルの方向の不一致を利用して、各ジョブの個々の部材の基本設定の変化を計算し、元のジョブと同じジョブの統合バージョンとの間の接触位置の変化を最小限に抑える。本発明の統合手順は、ピニオンおよびリング歯車カッターの統合のために異なる仮マスターを利用する。マスターが異なると、統合結果の品質に大きなプラスの影響が出る。

本発明の統合方法の第２のステップは、仮想マスタージョブを作成する。仮想マスタージョブは、統合の種類のジョブと同じカッターヘッドタイプを利用するが、統合の対象となるすべてのジョブの解析結果であるカッターヘッドおよびブレードの形状パラメータを利用する。このような仮想カッターは、ブレードグループの数を除くすべてのパラメータを有する各統合ジョブとは異なる場合がある。仮想マスターが特定の１つの統合ジョブのカッターおよびブレードのパラメータに制限されないという事実により、仮想カッターおよび統合ジョブの各カッターの各パラメータ間の変動範囲が最小化されるような仮想ブレードを有する仮想カッターを設計することが可能である。

本発明のカッター統合の第３のステップは、仮想カッターヘッドを統合の種類のすべてのジョブに適用し、各ジョブの新しい機械設定を決定する。これにより、正しい歯厚、元のジョブと比較して最小化された圧力角偏差および、ピニオンと歯車との間の相互作用を考慮することが確実になる。

カッターヘッドの統合の本発明のプロセスは、統合成功の仮想カッターヘッドをカサ歯車カッターヘッド技術の重要な進歩にするいくつかの重要な要素に基づく。主な要素は以下を含む。

・第１のパラメータ分析および仮マスターの選択。

・（マスターブレードの歯元にリンクした）すべてのカッターの基準高さを共有する。

・軸方向のカッター補正の必要量を計算して、仮想カッター定義の準備において正しい歯厚を実現する。

・ピニオンの内側および外側ブレードならびに歯車の内側および外側ブレードの仮想ブレード圧力角は、すべての統合カッターのそれぞれのブレードのそれぞれの角度を平均する。別の可能性として、平均に最も近いカッターのブレード角度を使用する。

・ピニオンの内側および外側ブレードのブレード半径は、それらを変更することにより、統合の種類のブレード半径から計算され、セミバランス量のより深いまたはより浅い切削が記録される。これに関連して、セミバランスとは、変動範囲の８０％のより深い切削と２０％のより浅い切削がロールの状態と強度に最適であることを意味する。
Ｒｗ_1Cons＝Ｒｗ_1WPmin－Ｄ_Slot／２＊Ｆ_spp（１）
Ｒｗ_2Cons＝Ｒｗ_2WPmin＋Ｄ_Slot／２＊Ｆ_spp（２）
ここで、
Ｒｗ_1Cons・・・統合カッターの内側ブレードの半径
Ｒｗ_2Cons・・・統合カッターの外側ブレードの半径
Ｒｗ_1WPmin・・・最小のピニオンスロット幅を持つジョブの内側ブレードの半径
Ｒｗ_2WPmin・・・最小のピニオンスロット幅を持つジョブの外側ブレードの半径
Ｄ_SLOT・・・最大幅スロットと最小幅スロットの差異
Ｆ_spp・・・セミバランスの要因、例えば０．８０

・ある特定のカッターからのブレード圧力角が仮想マスターに使用される場合、ピニオンおよび歯車のブレード角度は、この特定のジョブの他のカッターデータのいずれも使用されないにも関わらず、同じジョブからでなくてはならない。

・個々の部材の外側ブレードと内側ブレードとの間の対称ベクトルは、仮マスタージョブと比較され、元のジョブとそれらのジョブの統合バージョンの歯形の差異を最小限に抑えるために、機械設定の補正が使用される。

例えば特定の歯車部材でより大きな（またはより小さな）歯面のリード曲率をもたらす有効点半径を使用する必要がある場合、統合戦略では、物理的可能性の範囲内で元のイーズオフと歯当たりパターンを維持するために、嵌合ピニオンもより大きな（またはより小さな）リード曲率を受けると見なす。

図３は、カッターヘッド統合３０の好ましいフローチャートを示す。統合の対象として選択された異なるジョブは、ユーザーインターフェイス画面３１などを介して統合プログラムに入力される。さらなる入力には、統合タスク３２の仕様が含まれる。以下のオプションが含まれることが好ましい。

・所与のジョブの１つを仮マスターとして使用するが、プログラムがこのマスターを選択できるようにする。
・プログラムは、より良い結果を得るために必要ならば、ピニオンおよびリング歯車の仮マスターに異なるジョブを選択する。
・プログラムがある特定のジョブを仮マスターとして使用するように強制する。
・プログラムが最適な仮想マスタージョブを作成できるようにする。
・仮マスターからの圧力角または平均圧力角が計算される。
・仮マスターからの刃先曲率または平均曲率半径が計算される。
・仮マスターからの隆起もしくは平均隆起が計算されるか、または最大隆起の特定の割合が使用される。
・仮マスターからの刃先半径もしくは平均刃先半径が計算されるか、または最大刃先半径の特定の割合が使用される。

計算プログラムは、指定されたジョブの基本設定データファイルの読み取りを開始し、必要なすべての主要なデータをデータ配列に格納する。第１の計算ステップ３３は、統合の種類の各ピニオンおよびリング歯車の先端部におけるスロット幅の計算である。最小のスロット幅により、ブレードの干渉や歯面の損傷を伴わずにすべての統合ジョブを切削するために使用できる統合の種類のカッターが決定される。

次の計算ステップ３４は、以下の平均値ならびに最大値および最小値を決定する。
・螺旋角度
・全体の深さ
・面幅
・ブレード圧力角
・スロット幅
・ブレード歯元のカッター半径
・ブレードオフセット
・ブレード間隔角度
・ブレード刃先半径
・ブレード曲率
・隆起

最小値と最大値の間の範囲が統合に推奨されるものよりも大きい場合、プログラム部３５は警告を促す。値の範囲が許容できる場合、プログラムは３６で仮マスタージョブを先端部で最小のスロット幅を持つピニオンおよびリング歯車ジョブとして定義するか、または入力によって強制される仮マスタージョブを使用する。

次のステップ３８は、カッター半径、ブレードオフセット、ブレード圧力角の計算である。入力強制ピニオンおよび歯車マスターの場合、選択されたマスターからのカッター半径、ブレードオフセット、および圧力角が計算なしで使用される。

統合手順の次のセクション３９では、統合されたピニオンおよびリング歯車カッターヘッドのブレード刃先半径、主な刃先曲率半径、および隆起パラメータを定義する。仮マスタージョブの特定の機能は、統合の種類（入力で許可されている場合）のすべてのジョブの平均値に変更されるか、または選択された要因によって最大値に関連して調整される。例えば、最小刃先半径が０．２ｍｍ、最大刃先半径が１．０ｍｍの場合、刃先半径スイッチが「０」に設定されている場合、０．６ｍｍの平均値が仮マスタージョブに使用される。刃先半径スイッチが「１」に設定されている場合、仮マスターとして選択されたジョブの値がマスターカッター用に維持される。刃先半径スイッチが「２」に設定されている場合、追加の係数（例えば、０．７５）を入力して、最大刃先半径と乗算し、その結果、刃先半径は統合の種類の最大値の７５％になる。

例えば、統合の種類の隆起角が２度から４度で、隆起深さが１ｍｍから３ｍｍの場合、ユーザーは３度の隆起角度と２ｍｍの隆起深さの平均値を選択できる（スイッチは「０」に設定）か、またはスイッチを「１」に設定して、仮マスターとして選択されたジョブの値を維持する。スイッチが「２」に設定されている場合、追加の係数（例えば、０．６）を入力して、最大の隆起角度および深さを乗算し、その結果、２．４度の隆起角度と１．８ｍｍの隆起深さ（最大値の６０％）となる。

統合の重要な部分の１つは、仮マスターカッターの異なるブレード基準高さ（ブレードの歯元）に対応し、正しい歯厚を確実に切削するための、個々のジョブ４０の軸方向カッター位置の計算である。４０ではまず、個々のカッターのブレードと仮マスターカッターのブレードの間の歯元の差異が、軸方向カッター補正値ＤＨ１_jとして計算される。

ＤＨ１_j＝－［（ＨＦ_2Cons＋ＨＦ_1Cons）－（ＨＦ_2-j＋ＨＦ_1-j）］／２（３）
式中、
ＤＨ１_j・・・個々のブレードの歯元の補正
ＨＦ_1Cons・・・統合カッターの内側ブレードの歯元
ＨＦ_2Cons・・・統合カッターの外側ブレードの歯元
ＨＦ_1-i・・・個々の統合ジョブの内側ブレードの歯元
ＨＦ_2-i・・・個々の統合ジョブの外側ブレードの歯元

４０の第２のステップにおいて、本発明の方法は、基準高さ５６の仮マスターカッターのブレードを（７９に等しい同じ基準高さ７８の）個々のジョブのブレードと比較する。個々のジョブのブレードと統合カッター（図４）の間の半径方向の差異は、切削平面（図４の描画平面に垂直で、５１、５２、５３、および５４の方向に向けられた平面）で計算され、切削平面は、切削時のカッターとワーク間の相対運動方向に垂直である。仮マスターカッターのカッター半径は、個々の統合ジョブの正しいスロット幅に対応する必要があるため、軸方向カッター補正ＤＨ２_j（６８または６９）は次の式で計算される。

ＤＨ２_j＝－［（Ｒ_W2Cons－Ｒ_W1Cons）－（Ｒ_W2-j－Ｒ_W1-j）］／［ｔａｎ（α_2Cons）－ｔａｎ（α_1Cons）］（４）
式中、
ＤＨ２_j・・・個々の刃先半径補正
Ｒｗ_1Cons・・・統合内側ブレード半径
Ｒｗ_2Cons・・・統合外側ブレード半径
_α1Cons…統合ブレードの内側圧力角
_α2Cons…統合ブレードの外側圧力角

４０における歯厚の補正の第３の要素は、個々の統合カッターと仮マスターカッターとの間の、図４のブレード間隔の差異Δφ_Cに起因する。ブレード間隔誤差は、連続する割出正面ホブ切りプロセスにおける歯厚にのみ影響する。図５は_、Δφ_Cが歯厚誤差Ｎｅにつながることを示す。

ＮＥ＝Δφ_C＊Ｒｃ＊ｓｉｎδ_w（５）
式中、
Ｒｃ・・・カッターのブレード半径
δ_w・・・運動学的ブレードオフセット角

刃の位置に関連する刃厚誤差Ｎｅを除去するための同等の軸方向カッター補正ＤＨ３_iは、次の式で計算される。
ＤＨ３_j＝－Ｎｅ／［ｔａｎ（α_2Cons）＋ｔａｎ（α_1Cons）］（６）
式中、
ＤＨ３_j・・・個々のブレード間隔補正

正しい歯厚を達成するために、ＤＨ_jの軸方向カッターヘッド補正は次のように計算される。
ＤＨ_j＝ＤＨ１_j＋ＤＨ２_j＋ＤＨ３_j（７）

ここで、仮マスターカッターヘッドは、各統合ジョブｊに対して４１で軸ベクトルに沿ってＤＨ_j量だけ軸方向に移動する。図６に、軸方向カッターおよびブレードプロファイルの動きの簡単な図解を示す。

この時点で、統合手順は次の２つの可能性のいずれかに４２で分割される。

１．強制マスター（または仮想マスターおよび２回目の実行）の場合、プログラムはステップ４３において、すべての基本設定およびカッター定義を書き込み、ステップ４６において新しい名前ＪＯＢｊＣにて各々の統合されたＪＯＢｊを記録する。

２．仮想マスターが選択された（および１回目の実行）場合、プログラムは、４２で、理想的な仮想マスターの作成専用であるサブルーチン４４に続く。

本発明の仮想マスターの場合、カッター半径およびブレード歯元は、先端部に最小の根元スロットを備えたピニオンおよび歯車形状に基づいている。ここで、式（４）で使用される個々のブレード基準点での正確な半径値を使用して、カッターの半径とブレードの歯元が修正されている。この時点で、正確でより深い切削量が計算され、刃先半径およびブレード歯元が定義される。より深い切削とより浅い切削のバランスは、ユーザー入力から計算される。ユーザーが２０％の浅い切削を許可すると入力すると、この手順では、２０％のより浅い切削と８０％のより深い切削の間でジョブの範囲が調整される。各ブレードの種類（ピニオンの内側および外側ブレード、歯車の内側および外側ブレード）の圧力角は、すべての個別のブレードの種類の平均として計算される（例えば、仮想ピニオンマスターの内側ブレードの圧力角は、すべてのピニオンの内側ブレードの圧力角の平均である）。

仮想マスターが４５で定義された後、統合プロセスは３７で続行され、プロセスはステップ３８、３９、４０、および４１を繰り返す。仮マスターに基づく1回目の実行とは対照的に、すべての計算は仮想マスターで実行されるようになり、統合の成功が大幅に改善される。本発明の統合方法を用いた試験は、過去にうまく統合することができなかった多くの種類のジョブが、個々のジョブの物理的特性を犠牲にすることなく統合できることを示した。プロセスは４２から４３および４６を通過し、統合タスクを終了する。

図４は、統合の種類７０の１つのカッターヘッドおよび統合仮マスターカッターヘッド７１の正面図を示している。ブレードオフセットは、５５、５７、５６、５８で示される。ブレード７４は、基準円７２への接点からブレード７４の基準点までの法線半径Ｒ_W2-jを有する。ブレード７６は、基準円７２への接点からブレード７６の基準点までの法線半径Ｒ_W1-jを有する。ブレード７５は、基準円７３への接点からブレード７５の基準点までの法線半径Ｒ_W2Consを有する。ブレード７７は、基準円７３への接点からブレード７７の基準点までの法線半径Ｒ_W1Consを有する。５０は、２つの進行するブレード７４および７６を含むカッター７０のカッターヘッド断面の展開側面図である。５９は、２つの進行するブレード７５および７７を含むカッター７１のカッターヘッド断面の展開側面図である。断面５０のブレード歯元７８では、１つの個々のジョブｊのブレード間隔はＳ_jである。

深さ調整計算（ＤＨ３_j値）のために、統合カッター７１のブレード間隔は、ブレード歯元７８に等しい先端からの距離で決定されなければならない。セクション５９は、ブレード歯元７８に等しい統合カッターの先端からの距離７９を示す。Ｆ_d＝Ｓ_ConsＳ_j（Ｓ＝Ｒ_*φで、式（５）も参照）は、個々のカッター（およびブレード）とブレードを備えた統合マスターカッターとの間のブレード間隔の差異によって生じる歯厚の不一致を相殺する深さ補正を計算するために使用される。また、断面５０と５９は、例えばカッターの開始回数とカッターヘッドの手が互いに等しいという一定の基本があれば、統合の種類内で異なるカッターヘッドおよびブレードの形状を使用できることを示す。

図５は、正面ホブ切りされたジョブの創成歯車の２次元図を示す。ロール円はカッターを表し、基準円上を回転するが、カッターヘッドの半径ベクトルＲ_CおよびＲ_Wは、その先端８１が元の歯すじをトレースする。ブレード間隔誤差Δφ_Cは、それらの共通の先端位置８２が等距離の歯面をトレースする状態でＲ_C′およびＲ_W′に半径ベクトルの位置を変化させる。元の歯面と等距離の歯面の通常の差はＮ_eである（式（５）を参照）。誤差Ｎ_eは歯厚誤差を引き起こし、式（６）に示すように軸方向カッター移動で補正する必要がある。

図６は、仮マスタープロファイル６３（６４、６５、および６６）の２次元図および、統合ジョブ６０、６１、および６２のサンプルプロファイルを示す。プロファイル６３は、マスタージョブの統合プロファイルである。プロファイル６３は、破線プロファイル６４、６５、６６に等しい。破線プロファイルは、統合の種類の個別のジョブの正しい歯厚を達成するために必要な軸方向カッターヘッドの補正を視覚化する。

プロファイル６０およびプロファイル６４は一致しており、必要とされる軸方向カッター補正６７はゼロに等しい。プロファイル６５は、統合の種類の別のジョブのプロファイル６１内に描かれている。両方のプロファイルを一致させるために、軸方向カッターヘッド補正６８が必要である。カッター補正６８は、プロファイル６１で個々のジョブの浅いスロット深さを切削する。プロファイル６２の内側に描かれたプロファイル６６には、軸方向カッターヘッド補正６９が必要である。補正６９は、プロファイル６２で個々のジョブのより深いカットスロットを生成する。

図７は、ピニオンジョブの統合出力を示す。８つの統合ジョブが隣り合って表示される。以下の行は、表形式で要約する。
・歯数
・ハイポイドオフセットおよび平均からの偏差
・切削方法
・カッターヘッドタイプ
・ピニオンの螺旋角度と平均からの偏差
・全体の深さと平均からの偏差
・ピニオン表面幅と平均からの偏差
・ピニオンブレードの圧力角と平均からの偏差を含む
・ピニオン先端幅と平均からの偏差
・元のジョブに対する必要なピニオン深さ補正

図８は、リング歯車ジョブの統合出力を示す。８つの統合ジョブが隣り合って表示される。以下の行は、表形式で要約する。
・歯数
・ハイポイドオフセットと平均からの偏差
・切削方法
・カッターヘッドタイプ
・歯車の螺旋角度と平均からの偏差
・全体の深さおよび平均からの偏差
・歯車表面幅および平均からの偏差
・歯車ブレード圧力角および平均からの偏差を含む
・歯車先端幅および平均からの偏差
・元のジョブに対する必要な歯車深さ補正

図９（左側）は、カッター統合前のブレード研削の概要を、隣にカッター統合後のブレードの概要（図９、右側）を示す。カッター統合後のブレードの概要は、すべての統合ジョブで同一である。統合ブレードの概要は、各ジョブの個々の統合されていない概要とは異なる。例えば、矢印は形状に影響を与える異なる設定を指し示す。図９は、ピニオンの元のブレードおよび統合ブレードの概要研削データを示しているが、同じ部品群の嵌合リング歯車部材の統合ブレード研削概要も本発明によって生成される。

図１０（左側）は、カッター統合前の切削概要を、隣にカッター統合後の切削概要を示す（図１０、右側）。カッター統合後の切削概要は、ジョブごとに異なり、元の統合されていない切削概要とも異なる。例えば、矢印は、ジョブの統合後に異なる基本設定を指し示す。

したがって、本発明の方法は、統合カッターの設計で考慮された部品群のすべての部材を切削するための単一の統合カッターを提示する（例えば、図７および図８のジョブ１～８）。統合カッターは、部品群の各部材（ジョブ）を個別に切削するために必要な特定の個々のカッターとは異なる。図９の比較矢印に注意されたい。統合カッターで切削される各ジョブでは、それぞれの基本的な機械設定がその特定のジョブに合わせて修正されるため、切削された部品は、その特定の部品のみを切削するよう設計され、それ専用である非統合カッターで切削された同じ部品と同一またはほぼ同一となる。しかし、統合カッターでは、部品群からの複数の部品を切削するために必要なカッターは１つだけである。本発明の統合化カッターを利用することにより、工具コスト、エンジニアリング時間、および機械停止時間の節約が著しくなり得ることがわかる。

統合後のブレード研削概要からの情報（例えば、図９、右側）により、ピニオン用の統合切削ブレードを作成するために、Ｔｈｅ Ｇｌｅａｓｏｎ Ｗｏｒｋｓから市販されているＢｌａｄｅ Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｇｒｉｎｄｅｒ（ＢＰＧ）機などの研削機に概要データがプログラムされる。リング歯車用の適切な統合ブレード研削概要も、嵌合リング歯車用の統合切削ブレードを生成するための研削機にプログラムされていることが理解できる。次に、これらの切削ブレードを使用して、統合カッターの決定のために考慮された部品群のすべての部材を切削することができる（例えば、図７および図８のジョブ１～８）。

各ジョブが統合カッターで切削されると、それぞれの統合切削概要設定が歯車切削機（例えば、米国特許第６，７１２，５６６号、Ｇｌｅａｓｏｎ Ｗｏｒｋｓから市販されている）に入力され、これにより、切削された部品は、その特定の部品のみを切削するように設計され、それ専用である非統合カッターで切削された同じ部品と同一またはほぼ同一となる。図１０の比較矢印は、ジョブ１０２（図７のピニオン＃３）の元の切削概要の基本設定と、統合後の切削概要のわずかな違いを示す。部品群の別の部材を切削する場合、それぞれの統合切削概要が歯車切削機に入力されるが、（統合）カッターは同じままである。

図１１は、カッター統合後のイーズオフおよび歯当たりパターンの隣に、カッター統合前のイーズオフおよび歯当たりパターンを示す。イーズオフおよび接触パターンの左右のシーケンスは、人間の目にはほぼ同じように見える。矢印は、歯当たりパターンの非常に小さい無視できる違いを指し示す。

好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は、発明がその明細に限定されないことを理解されたい。本発明は、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、主題が関係する当業者に明らかであろう修正を含むことを意図している。

Claims (5)

1. １つ以上の切削ブレードを備える歯車切削工具の製造方法であって、異なる歯の形状を有する歯車を製作するための複数の歯車設計ジョブを機械加工するよう前記歯車切削工具が動作可能となるように前記切削ブレードが構成されており、前記方法が、
   仮マスターカッターを定義することと、
   前記複数の歯車設計ジョブにおけるジョブの要件の統合を表す仮想マスターカッターを定義することと、
   前記複数の歯車設計ジョブのそれぞれを表すデータであって、前記仮想マスターカッターに依存するデータを提供することと、
   前記切削工具が前記複数の歯車設計ジョブを製作することができるように、前記データに基づいて前記歯車切削工具の前記１つ以上の切削ブレードを機械加工することと、を含み、 前記機械加工された１つ以上の切削ブレードが、前記複数の歯車設計ジョブのそれぞれの部材を別々に切削するために必要となる、特定の個別の切削工具の切削ブレードとは異なるブレード形状を有し、
   前記仮マスターカッターが、前記複数の歯車設計ジョブのうちの１つによって定義され、
   前記複数の歯車設計ジョブのうちの１つが、最小の根元スロット幅を切削する前記ジョブである、方法。
2. 前記複数の歯車設計ジョブがピニオンである、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の歯車設計ジョブがリング歯車である、請求項１に記載の方法。
4. ピニオン用の仮マスターカッターが、リング歯車用の仮マスターカッターと異なる、請求項１に記載の方法。
5. 前記複数の歯車設計ジョブのそれぞれの部材を別々に切削するために必要となる、特定の個別の切削工具とは異なるパラメータを前記仮想マスターカッターが含む、請求項１に記載の方法。

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